化學(xué)鈍化對(duì)S280超高強(qiáng)度不銹鋼綜合性能的影響
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更新時(shí)間：2016-01-21
北京航空材料研究院試制出新型超高強(qiáng)度不銹鋼S280，抗拉強(qiáng)度σb達(dá)到1900MPa級(jí)，與300M或AerMet100鋼相當(dāng)，屈服強(qiáng)度達(dá)到1300～1500MPa，沖擊韌性為130J/cm2，斷裂韌性120MPa·m1/2。
?超高強(qiáng)度鋼是航空領(lǐng)域的重要關(guān)鍵材料之一，目前95%以上的飛機(jī)起落架、機(jī)翼主梁等都是采用超高強(qiáng)度鋼制造的，如300M鋼、AerMet100鋼等。然而超高強(qiáng)度鋼普通存在著耐蝕性較差的問題，在實(shí)際使用時(shí)必須進(jìn)行一定的表面處理，以提高耐蝕性。
美國(guó)QuesTek公司采用工藝設(shè)計(jì)制造材料的方法，成功研制了世界上第一款結(jié)構(gòu)用超高強(qiáng)度不銹鋼Ferrium?S53。這種新型超高強(qiáng)度不銹鋼的耐蝕性相當(dāng)于15-5PH沉淀硬化不銹鋼，強(qiáng)度與300M相當(dāng)或更好，耐應(yīng)力腐蝕破裂K1scc≥16.5MPa·m1/2，目前已經(jīng)在T-38教練機(jī)上用作主起落架材料。我國(guó)相關(guān)科研院所也對(duì)超高強(qiáng)度不銹鋼進(jìn)行了深入研究。北京航空材料研究院試制出新型超高強(qiáng)度不銹鋼S280，抗拉強(qiáng)度σb達(dá)到1900MPa級(jí)，與300M或AerMet100鋼相當(dāng)，屈服強(qiáng)度達(dá)到1300～1500MPa，沖擊韌性為130J/cm2，斷裂韌性120MPa·m1/2。
作為新一代飛機(jī)起落架材料，S280超高強(qiáng)度不銹鋼的綜合研究仍較為缺乏，目前主要集中在組織結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化手段、腐蝕行為等方面。然而，目前有關(guān)S280不銹鋼的鈍化處理的研究鮮見報(bào)道，鈍化處理對(duì)材料綜合性能的影響亟待深入開展。
研究人員采用北京航空材料研究院試制的S280超高強(qiáng)度不銹鋼，對(duì)化學(xué)鈍化工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究，獲得了最佳鈍化工藝參數(shù)，并對(duì)鈍化后的超高強(qiáng)度不銹鋼進(jìn)行了綜合性能檢測(cè)，以期為S280超高強(qiáng)度不銹鋼的應(yīng)用提供可靠的技術(shù)保障。
試驗(yàn)材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：C0.18，Cr12.00，Ni4.00，Co14.00，Mo2.00，W1.00，余量為Fe。試樣的熱處理過(guò)程如下：1080℃保溫進(jìn)行奧氏體化，油淬后在-73℃冷處理，最后在540℃回火，并空冷?；瘜W(xué)鈍化前，試樣首先采用丙酮除油，然后分別采用水性清洗劑、去離子水清洗，并能夠保持水膜聯(lián)系30s以上?；瘜W(xué)鈍化后，試樣采用潔凈壓縮空氣吹干，待用。用于原子力顯微鏡檢測(cè)的試樣尺寸為20mm×20mm×2mm，表面采用水砂紙逐級(jí)打磨至2000號(hào)，再用金剛石研磨膏拋光，最后依次在丙酮、去離子水中超聲清洗10min，空氣中干燥后待用。其他表征和測(cè)試的試樣尺寸為100mm×50mm×2mm。
S280超高強(qiáng)度不銹鋼的化學(xué)鈍化工藝采用AMS2700C中的相關(guān)配方，研究結(jié)果表明：
（1）S280不銹鋼經(jīng)過(guò)35%HNO3溶液室溫鈍化60min后，自腐蝕電位和點(diǎn)蝕電位都比裸材明顯正移，自腐蝕電流密度也大幅下降。
（2）S280不銹鋼表面鈍化膜的AFM測(cè)試顯示，經(jīng)過(guò)60min化學(xué)鈍化后，鈍化膜結(jié)構(gòu)最為致密；鈍化膜粗糙度隨鈍化時(shí)間延長(zhǎng)，先降低后升高，這與電化學(xué)測(cè)試結(jié)果相一致。
（3）S280不銹鋼表面鈍化膜的成分是各種金屬的氧化物、氫氧化物或羥基氧化物，主要包括Fe2O3、FeOOH、Cr(OH)3、CrO3、Cr2O3、CoO、Co(OH)2、Ni2O3等。在高分辨圖譜中發(fā)現(xiàn)少量金屬間氧化物M-O-N的存在，進(jìn)一步顯示出鈍化膜具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。
（4）S280不銹鋼經(jīng)過(guò)優(yōu)化的鈍化處理后，耐蝕性得到了大幅度提高，中性鹽霧耐受時(shí)間達(dá)到200h；鈍化后再除氫的試樣完全能夠滿足氫脆要求；鈍化處理對(duì)S280不銹鋼疲勞壽命的降低程度很小。
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