上海大学2010～2011学年冬季学期研究生课程考试小论文课程名称：汽车刚强度钢板研究课程编号：101101909 论文题目: 高强度钢中马氏体时效钢的综述研究生姓名: 尹学号: 10721论文评语:成绩: 任课教师:评阅日期:高强度钢中马氏体时效钢的综述摘要马氏体时效钢是以无碳( 或超低碳) 铁镍马氏体为基体的经时效生产金属间化合物沉淀硬化的。
超高强度钢。
该钢在高强度时效处理前具有良好的成形性，时效处理几乎不变形，时效处理后有高强韧性。
文中论述了典型Ni2Co2Mo2Ti2Al 马氏体时效钢和Ni2Mo2Ti(2Cr2Al) 无钴马氏体时效钢的化学成分和力学性能，阐述了马氏体时效钢在400～500 ℃时效时马氏体基体内产生大量强化效果极高、韧性损失极小的金属间化合物沉淀相的时效结构和强化机制，以及Ni、Co、Mo、Cr、Mn、Ti 等元素在马氏体时效钢中的合金化作用。
概述了马氏体时效钢的生产工艺，应用和发展趋向。
关键词马氏体时效钢；沉淀析出；强化机制；力学性能The description of ultrahigh strengthsteel -Maraging steelAbstract Maraging steel is a kind of ultrahigh strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetallics in carbon2free or extra2low carbon ferronickel martensite matrix. It has excellent formability before ageing treatment and almost non2deforming during ageing , after ageing the steel has high strength and toughness. The chemical compositions and mechanical properties of typical Ni2Co2Mo2Ti2Al maraging steel and Ni-Mo-Ti (-Cr-Al) cobalt-free maraging steel are reviewed，and the ageing structure and strengthening mechanism of mass intermetallics precipitation phases produced in martensite matrix of maraging steel ageing at400-500℃ which has high strengthening effect and minimal toughness loss and the alloying effect of alloy elements such as Ni ,Co ,Mo ,Cr ,Mn and Ti in maraging steel are presented in this article.The production process, application and developing trend of maraging steel are also summarized.Keyword：Maraging Steel; Precipitation; Strengthening Mechanism;Mechanical Properties一、引言1.1超高强度钢的背景超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢。
20世纪40年代中期，美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到1600-1900MPa。
马氏体时效钢强化作用是通过马氏体相变和等温时效析出金属间化合物Ni3Mo来达到的。
马氏体时效钢的基本化学成分是18％Ni-8％Co-5％Mo。
随着钛含量从0.20％提高到1.4％，屈服强度可以在1375-2410MPa之间变化。
为了获得高韧性，应尽量降低钢中的磷、硫、碳和氮含量。
除了广泛应用的AF1410等二次硬化超高强度钢之外，为了获得更高的强度和韧性配合，美国SRG在二次硬化钢的物理冶金学研究基础上，开发了高洁净度的AerMet钢。
高洁净度保证Aer-Metl00钢(0.23％C-3％Cr-11.1％Ni-13.4％Co-1.2％Mo)具备目前最佳的强度和韧性配合。
AerMet310(0.25％C-2.4％Cr-11％Ni-15％Co-1.4％Mo)是最近Carpenter公司在AerMetl00的基础上开发的高强高韧钢。
与AerMetl00相同，AerMet310也是双真空冶炼的含镍钴钢，它具有良好的韧性和塑性。
AerMet310的抗拉强度是2172MPa，比AerMetl00高出200MPa。
与Marage300相比，AerMet310的屈强比较小，因而可在断裂前吸收较多的塑变能量。
AerMet310的比强度高于AerMetl00和Malage300，甚至高于Ti-6AI4V 钛合金。
超高强度钢将向高性能和低成本方向发展。
为了达到高强度和高韧性，除了设计新型合金之外，提高洁净度是一个重要手段。
影响马氏体喇效钢广泛应用的主要因素是其高合金含量带来的高价格，开发经济型的无钴马氏体时效钢是超高强度钢的又一重要发展方向。
1.2超高强度钢的分类根据钢中合金含量，将超高强度钢分为低合金超高强度钢、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢。
据合结钢的物理冶金学特点可以将超高强度钢分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢和马氏体时效钢。
AISI4340是最早出现的低合金超高强度钢。
通过淬火和低温回火处理，AISI4130、4140、4330或4340钢的屈服强度可以超过1500MPa，然而缺口冲击韧性降低。
在钢中添加l％~2％的硅可以抑制回火时ε-碳化物生长及Fe3C形成，提高回火温度(260~315℃)采消除热应力和相变应力以提高韧性，同时又可避免马氏体回火脆性。
坩埚熔炼和300M便是利用上述原理开发的高硅低合金超高强度钢。
1952年美国国际镍公司开发的300M钢是在4340钢中添加硅和钒元素。
300M钢在300℃回火可获得最佳的强度和韧性配合。
通过调整碳含星和添加钒，开发了AMS6434和LadishD6AC钢。
通过对AI-SI4330的改进，我国开发了高性能685和686装甲钢。
在AISI4340的基础上，我国还研制了高硬度695装甲钢，其抗穿甲弹防护系数达到1.3以上。
值得注意的是，尽管以4340和300M钢为代表的低合金超高强度钢具有高强度，但它们的断裂韧性和抗应力腐蚀能力较差。
二、超高强度钢时效马氏体的概述马氏体时效钢以无碳(或超低碳) 铁镍马氏体为基体，400～550 ℃时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢[1 ]，广泛应用于航空、航天以及军事等尖端领域[2 ]文从马氏体时效钢开发、成分、性能、时效结构、强化机制等多方面反映马氏体时效钢目前的研究与应用概况。
2.1 马氏体时效钢的开发、成分与力学性能具有工业应用价值的马氏体时效钢，是20 世纪60 年代初由国际镍公司( INCO) 首先开发出来的[1 ]。
1961～1962 年间该公司Decker 等人发现，在Fe2Ni 马氏体合金中同时加入Co 、Mo 可使马氏体时效硬化效果大大提高，并通过调整Co 、Mo 、Ti含量得到屈服强度分别达到1400、1700、1900MPa的18Ni (200) 、18Ni (250) 和18Ni (300)的18Ni系马氏体时效钢[3]，并首先将18Ni (200) 和18Ni(250) 应用于火箭发动机壳体[4 ]。
这类钢种的出现，立即引起了各国材料工作者的高度重视。
60年代后期国际镍公司( INCO) 和钨钒高速工具钢公司(Vasco) 又研制出了屈服强度达到2 400 MPa的18Ni (350) 。
研究工作者们还对马氏体时效钢的加工工艺、各种性能和强韧性机理进行了研究，同时还探索了屈服强度高达2 800 MPa 和3 500MPa 的所谓400 级和500 级马氏体时效钢[4]。
不过这两个级别的钢种由于韧性太低，而且生产工艺过于复杂，没有得到实际应用[5 ]。
与此同时，前苏联和联邦德国等国也开始了马氏体时效钢的研究。
到了70 年代，日本因开发浓缩铀离心机，对马氏体时效钢进行了系统、深入的研究[6 ,7]。
进入80 年代以来，作为战略元素Co 的资源短缺、价格不断上涨，促使各国材料工作者研制无钴马氏体时效钢来代替马氏体时效钢。
无钴马氏体时效钢的研制始于美国，国际镍公司( INCO) 与钨钒高速工具钢公司(Vasco) 合作，开发了T225无钴马氏体时效钢(前缀T 表示Ti 强化钢) 。
与18Ni 马氏体时效钢相比较，其成分特点是完全去掉了Co ，降低了Mo 的含量，增加了Ti 的含量。
在T2250 基础上通过调整Ti 含量，又开发了T2200和T2300 无钴马氏体时效钢，其性能相当于相应级别的含钴18Ni 马氏体时效钢。
同样，日本的浅山行昭也报道了无钴含铬马氏体时效钢，不仅去掉了钴，镍含量也降低到14 % 。
此外，韩国开发了无钴、钼而含钨的马氏体时效钢，印度开发了低镍无钴马氏体时效钢。
这些钢不仅使生产成本降低了20 %～30 %，而且性能也十分接近相应强度水平的含钴马氏体时效钢。
为改善马氏体时效钢耐蚀性能，在20 世纪60年代后期又开发了马氏体时效不锈钢[2]。
它具有马氏体时效钢的全部优点，又具有马氏体时效钢所不具备的不锈性，同时还对沉淀硬化不锈钢的某些性能进行了改进。
因而用马氏体时效不锈钢逐步代替沉淀硬化不锈钢是高强度不锈钢发展的重要趋势，是超高强度不锈钢最具有发展前途的钢种。
我国从20 世纪60 年代后期开始研制马氏体时效钢。
最初以仿制18Ni 系马氏体时效钢为主。
到70 年代中期又开始研究强度级别更高的钢种和无钴或节镍钴马氏体时效钢，还开发出用于高速旋转体的超高纯、高强韧性马氏体时效钢(CM21)，研制出高弹性马氏体时效钢(TM210 等) 和马氏体时效不锈钢(如00Cr13Ni8Mo2NbTi) 。
2.2马氏体时效钢中合金元素的作用马氏体时效钢的合金化元素主要有三类，一类是形成沉淀硬化相的强化元素，如Mo 、Ti 等;一类是平衡组织以保证钢中不出现或控制δ2铁素体元素，如Ni 、Co 、Mn 等，一类是与抗腐蚀性能有关的元素，如Cr 等。
在含钴马氏体时效钢中，钴虽固溶于基体中但并不形成金属间化合物，而与钼产生协作效应{synergistic effect}[1]。