据外媒报道，每当人们试图改进像钢这样的材料时，可能最终会同时引入新的弱点，这是一个令人沮丧的事实，而这是一种在不同性能之间的平衡行为。现在工程师们开发出了一种新型的“超级钢”，它可以抵御这种权衡，在保持强度的同时还能抗断裂。

新型“超级钢”问世！兼具强度和韧性且制造成本更低

对于钢这样的材料，有三个主要属性需要平衡--强度、韧性和延展性。前两者听起来可能是一样的，但有一个重要的区别。强度是指材料在变形或失效前能承受多少载荷，而韧性则是指材料断裂所需的力的大小。作为参考，玻璃的强度相对较高，但韧性较低，所以它能承受相当大的重量，但不需要多大的力就能断裂。

新型“超级钢”问世！兼具强度和韧性且制造成本更低

据介绍，在航空航天、新能源、先进装备制造、国防安全和高速列车等国家重大高新技术领域，高端的超高强钢均有重大需求。钢铁材料的强者是马氏体时效钢，主要在于这种钢铁材料中含有大量的钴、钛和钼等贵重合金元素，还要经过复杂苛刻而严格的冶炼和热处理工艺，所以价格昂贵，一般仅限用于火箭发动机壳体、飞机起落架和关键联接件等航空航天及深海技术中重要结构件。

新型“超级钢”问世！兼具强度和韧性且制造成本更低

为进一步提高钢铁材料的极限强度，吕昭平教授团队创新合金设计理念，大幅降低钼等贵重元素含量，完全不含钴等昂贵合金元素，利用不同的强化机理，研发出一种高密度纳米析出强化的超高强马氏体时效钢。新的超高强钢不但成本降低，生产工艺简化，而且综合性能大幅度提高。

新型“超级钢”问世！兼具强度和韧性且制造成本更低

北京钢铁研究总院董瀚教授表示，钢铁材料的性能极限化研究是近年来的研究热点，强度极限化更是业内一直追求的梦想。业内人士普遍认为，进一步提高钢铁强度、塑型与韧性非常困难。吕昭平团队研发的超高强马氏体时效钢强度突破2000兆帕仍具有良好的塑性，而且合金化成本低，为高性能钢铁材料研发提供了创新思维，不但推动高性能钢铁材料的技术研发，也可应用于其他合金体系的高性能化研究。


最后，延展性是衡量材料是否容易延伸或伸长成不同形状的一个指标。不幸的是，提高这三种性能中的一种往往会降低另一种性能。比如说，提高强度，往往会使材料的韧性或延展性降低。


但现在，香港大学和美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员表示，他们已经成功地生产出了一种在这三种性能上都具有高级性能的钢。他们大胆地称它为 “超级钢”。这种新材料的抗变形屈服强度约为2GPa，断裂韧性为102MPa-m½，均匀延伸率为19%。该团队表示，这使得这种“超强钢”比航空航天工程中使用的Grade 300马氏体时效钢更强、更坚韧--而这种新型钢的制造成本只有其价格的20%左右。


这种超级钢采用了一种新的变形分配法（D&P）制造，它的韧性来自于一种独特的设计特征。当材料表面出现断裂时，在其下方会形成多条细小的裂纹。这些细小的裂纹会继续吸收外力的能量，防止主裂纹过快扩散。


该团队表示，这种新型超级钢可能会在高强度桥梁电缆、防弹衣和汽车弹簧等方面找到用途。“我们已经向新型超级钢的产业化迈出了一大步，”该研究的主要作者黄明欣表示。“它显示出了巨大的应用潜力，可应用于各种领域，包括超强防弹衣、桥梁电缆、轻型汽车和军用车辆、航空航天、建筑行业的高强度螺栓和螺母等。”


这项研究发表在《科学》杂志上。


有专家分析，据这款特种钢的材质和特性，未来在军舰研发中会发挥很大的作用，而且还可以用作航母制造的新型材料。目前中国自行研制的航母正在各种下水试运行阶段，而另外一艘航母也紧张制造中。之前有不少人嘲讽中国建造航空母舰用的特种钢材也需要进口，可是现在可以自给自足了，再也不用看别人的脸面了。


关于这个的特种钢材研制，其实一直以来都进行的十分顺利。前不久，海军一位工程师表示，目前中国战舰使用的特种钢材水平也是比较高的，其中的一些战舰使用的耐压壳钢材具有很高的强度、耐腐蚀性和韧度，整体生产水平达到了国际领先水平。而有了SS600E超级刚之后，军舰用钢的强度和韧度都会得到很大提升，这在很大程度上也影响了军舰的寿命和作战效率。


总的来说，中国研发的这种“超级钢”目前在全球都是独一无二的，相信很快就会被用在民用和军用等多个领域。当然了，未来也有可能会被用在新航母的建造上，将中国新航母打造成性能更好的“超级航母”。

本文来源：cnbeta.com,军事看点汇,新华社

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来源：贤集网
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