最近在各個影院上映的《中國機長》（The Captain）大熱。《中國機長》是由劉偉強執導，于勇敢編劇，李錦文監制，張涵予、歐豪、杜江、袁泉、張天愛、李沁領銜主演，張雅玫、楊祺如、高戈聯合主演的劇情片。 這片電影由2018年5月14日四川航空3U8633航班機組成功處置特情真實事件改編，該片講述了“中國民航英雄機組”成員與119名乘客遭遇極端險情，在萬米高空直面強風、低溫、座艙釋壓的多重考驗。 

     電影中的各種場面特效情節是一部電影的標配，可大家知道飛機與特殊鋼的關系嗎？上海墨鉅將為大家解釋各種特殊鋼材在飛機上的作用。

     所謂大型飛機，是指起飛總重量在100噸以上的運輸飛機，包括軍用和民用大型運輸飛機，包括150多架干線客機。它是民用航空中使用最廣泛的主要飛機。

2007年3月，國家正式成立國產大型飛機項目，總投資約2000億元。中國大型飛機的許多部件也將受邀參與國內外的競標，國內部件將作為國家戰略的一部分得到優先考慮。這將帶動我國一些相關行業的發展，包括新材料行業，不銹鋼被廣泛應用于飛機上，與傳統不銹鋼有許多不同之處，它必須具有高強度、抗疲勞等特殊性能。介紹了高強度不銹鋼在大型飛機上的應用與發展。

高強度不銹鋼

航空科學技術的發展一次又一次地證明，飛機和飛機發動機性能的提高在很大程度上取決于材料性能的提高。雖然鋼材在飛機制造中的比例在下降，但由于鋼材的高強度、高韌性、高應力腐蝕開裂和良好的抗沖擊性，飛機起落架、梁、高應力接頭、高應力緊固件等關鍵軸承結構構件仍在使用高強鋼材。飛機長壽命、高可靠性的方向發展,越來越多的要求材料耐腐蝕、高強度不銹鋼一些重要組件已成為發展的主要趨勢,這使得高強度不銹鋼空氣產品實現高性能、長壽命和高可靠性的重要物質和技術基礎。

通常抗拉強度高于800MPa，屈服強度高于500MPa的不銹鋼稱為高強度不銹鋼，屈服強度高于1380MPa的不銹鋼稱為超高強度不銹鋼。自1958年以來,鋼鐵研究所等研究機構和其他特殊鋼廠研究了沉淀硬化不銹鋼、馬氏體時效不銹鋼的研究開始于80年代和1960年代開始研究鐵素體不銹鋼的局限性,和超級馬氏體時效不銹鋼領域的研究近年來,并開發了一系列鋼材牌號，基本滿足了我國國防建設和國民經濟的需要。

沉淀硬化不銹鋼

1.1半奧氏體析出硬化不銹鋼

這種鋼的特點是可以在奧氏體狀態下加工、冷變形和焊接，然后通過調整和時效處理來控制馬氏體的轉變和析出硬化，從而獲得不同的強度和韌性匹配。良好的耐腐蝕性，特別是抗應力腐蝕。因此，特別適用于制造不同要求的耐腐蝕軸承結構。在540℃，特別是在480℃以下，具有良好的熱性能。其主要缺點是鋼的化學成分范圍非常嚴格，熱處理工藝復雜，熱處理溫度控制非常精確(±5℃)。鋼具有較強的加工硬化傾向，深變形冷加工往往需要多次中間退火。

這類鋼的典型例子有:0Cr17Ni7Al (17-7ph)、0Cr15Ni7Mo2Al (ph15-7mo)、0Cr12Mn5Ni4Mo3Al等。該類鋼主要用于航空工業400℃以下的腐蝕承載結構，如各種管道、管道接頭、彈簧、緊固件等。產品有板、管、帶、絲、棒、鑄、鍛等。

1.2馬氏體析出硬化不銹鋼

鋼的強度是通過馬氏體相變和沉淀硬化處理來實現的，具有強度高的優點。同時，由于低碳、高鉻、高鉬和/或高銅，其耐腐蝕性一般不低于18cr-8ni奧氏體不銹鋼。易切割，易焊接，焊接一般不需要局部退火，熱處理工藝相對簡單。主要缺點是即使在退火過程中，組織仍是低碳馬氏體，難以進行深變形冷加工。該類鋼的代表鋼為0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4ph)和0Cr13Ni8Mo2Al (ph13-8mo)，用于制造400℃下工作的高強度耐腐蝕軸承部件，如發動機軸承零件、緊固件等。后者廣泛應用于航空耐腐蝕中溫結構。

1.3奧氏體析出硬化不銹鋼

這種鋼實際上屬于鐵鎳基高溫合金，在600 ~ 700℃范圍內，高強度不銹鋼的高溫強度最高，650℃的屈服強度與室溫相似。超低溫韌性很好，基本沒有低溫脆性;大截面零件的力學性能是均勻的。具有良好的冷變形和耐腐蝕性。主要缺點是室溫和中溫強度低，焊接性差。代表0Crl5Ni25Ti2Mo1VA1鋼，用于制造噴氣發動機渦輪、葉片、機身、緊固件、高強度彈簧等。

2. 時效不銹鋼

2.1馬氏體時效不銹鋼

馬氏體時效不銹鋼是60年代中期發展起來的一種新型高強度不銹鋼。這種鋼不僅具有高強度和超高強度，而且克服了馬氏體析出硬化不銹鋼低溫韌性差和在350 ~ 400℃長期使用脆性傾向大的缺點。固溶態為超低碳馬氏體結構，加工硬化指數低，易冷處理。固溶態焊接性能好;熱處理簡單，工件尺寸穩定;與其它高強度不銹鋼相比，在相同強度下，其塑性和韌性均較好。由于碳含量低，在鉻含量相同的情況下，馬氏體析出硬化不銹鋼的耐蝕性優于馬氏體析出硬化不銹鋼。其主要缺點是由于含碳量低，耐磨性差。表面處理需要提高耐磨性和疲勞強度。馬氏體時效不銹鋼的研究已成為高強度不銹鋼研究的重點之一。

(1) 00Cr16Ni5Al (700 ~ 1100MPa)，鋼中含有一定的鐵氧體，對鍛造有一定的要求;具有良好的強度和韌性，良好的拉深和彎曲性能，相當于Crl8Ni8不銹鋼;焊接性能好，焊接前無預熱，焊接后無熱處理，焊接效率達90%以上。

(2) 00Crl5Ni6Nb (1000 ~ 1200MPa)，該鋼具有良好的塑性、韌性和耐腐蝕性，拉深性能好，切削性能優異，可在軟化、固溶、時效、不粘刀狀態下切割。特別是焊接性能優異，可與相同成分的賤金屬絲焊接，焊接效率高，接頭強度與賤金屬基本相同。在航空工業中可替代大量1cr8ni9不銹鋼，且強度高。

(3) 00Cr11Nil0Mo2Al (1200~1300MPa)、00cr11ni10mo2ti0.6al (1300~1500MPa)、00Cr11Ni10Mo2Ti(1600~1700MPa)等。Mo、A1、Ti是該系列鋼的主要增韌強化元素。該類鋼在固溶態下具有良好的冷態加工性能，可用于較為復雜的沖壓加工。具有良好的耐腐蝕性，高沖擊韌性和斷裂韌性，可用于各種形式的不銹鋼焊接。可用于制造彈簧、緊固件、軸承結構及其它航空工業部件。

(4) 00Cr12Co12Ni4Mo4Ti (1200 ~ 1600MPa)， Co與Mo的復合強化使強化效果更加明顯，因為Co可以降低Mo在基體中的溶解度，提高鋼的彈性模量。耐腐蝕性最好的是420℃時效處理;良好的熱加工性能，固溶態易冷加工;焊接前無需預熱。焊接后，如果需要較高的強度和韌性，可以進行固溶和時效處理。該鋼具有良好的強度和韌性，高疲勞強度和彈性模量，用于制造需要高耐腐蝕性和彈性衰減的部件。

(5) 00Cr12Ni8Cu2AlNb (1500 ~ 1700MPa)，該鋼強度高，但具有足夠的韌性，良好的應力和耐腐蝕性;最高使用溫度450℃，瞬時使用溫度800℃;在特定熱處理條件下，疲勞性能接近Custom455。鋼的冷加工硬化傾向小，一般不需要中間軟化處理。焊接方便，工藝簡單，大斷面焊接強度系數可達85%。主要用于制造耐腐蝕軸承零件、高性能軸、齒輪、彈簧等。

(6) 00cr12ni11mo1ti1.65 (Cust0m465, 1300 ~ 1800MPa)，該鋼為木工專利鋼，其強度在時效峰值(H900)下可達1820MPa，仍具有優異的缺口強度和斷裂韌性。在長期的熱暴露條件下，仍具有與isi304鋼相似的高強度和耐腐蝕性。熱處理引起的尺寸變化較小，可以在固溶狀態和不同的加工狀態下進行冷加工。

(7) 00cr11ni8co8.5mo5ai1 (Custom475, 1600~2100MPa)，也是木工專利鋼，可達到最高強度等級。峰值時效強度(524℃時效)可達2030MPa。時效前未進行應變強化，時效后可達到1960MPa，而退火的屈服強度僅為1000MPa左右。加工硬化率低，冷加工可順利進行，切削特性與其它高鎳馬氏體時效鋼相似。良好的耐大氣腐蝕性能。

除了鋼種,還開發了一個具有自主知識產權的元素(13.0% ~ 16.5%),鉻、鎳(4.0% ~ 7.5%),公司(9.5% ~ 15.0%),莫(5.0% ~ 7.5%),和適量的Ti的超低碳Cr - Ni - Co - Mo - Ti高清潔度,精密組織馬氏體時效不銹鋼、超過1900 mpa的抗拉強度,延伸率在10%以上,具有良好的韌性,是制造耐腐蝕軸承部件的好材料。

2.2鐵素體時效不銹鋼

析出硬化不銹鋼和馬氏體時效不銹鋼雖然強度很高，韌性強，配合性好，但由于鉻含量低，鎳含量也有限，所以很難在強腐蝕性介質中使用。00老化cr26ni6mo4cu1ti鐵素體不銹鋼已經開發出來,大約1100 mpa的抗拉強度(屈服強度880 mpa),鋼鐵包含足夠高鉻、鉬、銅和鎳,使鋼海洋氣候耐腐蝕能力大大增加,耐點蝕和縫隙腐蝕優于AISI316大大和屈服強度是AISI3l6 2 ~ 3次,成為海水中應用最廣泛的高強度不銹鋼之一。

高強度不銹鋼在飛機上的應用：上面提到的一些不銹鋼類型已經在飛機上得到了廣泛的應用，一些不銹鋼的應用正在逐步擴大。這里是一個簡短的介紹。

1. 應用于飛機起降裝置

用于制造飛機起落架的結構材料有30CrMnSiNi2A、4340、300M、Aermet100等。用于飛機起落架的海洋性氣候,使用更多的沉淀硬化不銹鋼緊固件制造、ph值等用于以F - 15飛機起落架,修改后的今天ph值對B - 767飛機起落架,PH13-8莫由于應力腐蝕電阻比鋼具有良好的沉淀硬化不銹鋼水平預計將取代ph值,15-17-4 5酸堿和17-7 PH15-7 mo鋼級等。

20世紀80年代以來，美國對HSL180、Custom465鋼等馬氏體時效和沉淀硬化不銹鋼的強度和韌性進行了深入研究。HSL180強度超過1600MPa，其中HSL180經淬火和低溫處理后的耐腐蝕性與15-5ph相近，經回火處理后的二次硬化強度在1800MPa以上。美國卡朋特公司開發的Custom465 (00crl2nil1molti0.6)具有比其他高強度不銹鋼(如NCustom455或phi3-8mo)在H1000過時效狀態下更高的強度、韌性和抗應力腐蝕能力，但大尺寸型鋼的力學性能尚未見報道。目前正在研究接近2000MPa的高強度不銹鋼。

2. 航空軸承應用

德國FAG公司研制了含氮馬氏體不銹鋼Cronidur30 (0.31% c-0.38% n-15% cr-l %Mo)。它是一種比SUS440更耐腐蝕的材料，是高壓氮氣氣氛下電渣重熔PESR工藝生產的高氮全硬化高溫不銹鋼。但由于完全硬化，不適合高DN值(D:軸承內徑/mm, N:軸向轉數/arin)。而相同的Cronidur30經高頻淬火后，dn400萬值可以同時滿足殘余壓縮應力和斷裂韌性值。但是，低于15O℃的回火溫度無法承受發動機停機后熱沖擊引起的軸承溫度升高。

3、在飛機軸承結構中的應用

飛機軸承結構中的高強度不銹鋼主要有15-5ph、17-4ph、ph13-8mo等，用于軍用飛機上代替傳統的30CrMnSiA高強度合金鋼。它的部件包括艙口蓋鎖扣、高強度螺栓、彈簧等零件。民用飛機將在機翼梁上使用這種高強度不銹鋼，如波音737-600機翼梁用15-5ph鋼;a340-300翼梁由ph13-8mo鋼制成。

Ph13-8mo用于需要高強度和高韌性的領域，特別是橫向性能，如機身框架。為了提高產品的韌性和抗應力腐蝕性能，最近進行了大量的試驗。Custom465是由木工公司在Custom450和Custom455的基礎上開發的，用于制造飛機襟翼導軌、槽導軌、傳動裝置、發動機支架等。該鋼目前包括在mmpds-02、AMS5936和ASTMA564技術規范中。飛機結構采用HSL180高強度不銹鋼(0.21 c-12.5 cr-1.0 ni-15.5 co-2.0 Mo)。該鋼的強度為1800MPa，與4340等其他低合金鋼相當，與SUS630等其它沉淀硬化不銹鋼具有相同的耐腐蝕性和韌性。

4. 在飛機零件上的應用

對于一些加工變形量大的零件，如飛機襟翼糾偏罩，傳統上一般使用1Crl8Ni9Ti不銹鋼，但合金強度過低，在使用中，鉚釘孔往往出現不好的現象。鑒于上述情況,在新模型的設計,機艙鎖鉤,牙墊、發動機繁榮螺栓,液壓系統管肘關節(鍛造)flasherless管接頭,皮瓣整流器封面和零部件在中國使用的其他部分的研究和開發semi-austenitic沉淀硬化型不銹鋼代替傳統的不銹鋼材料。另外，對于一些高強螺栓，一般都是由高強結構鋼加工而成，表面鍍鉻保護。然而，在新型號的設計中，這些部件是用0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不銹鋼制造的。

大型飛機用高強度不銹鋼

我國的高強度不銹鋼在鋼材類型、強度水平、生產工藝、品種規格等方面都取得了長足的進步，發展和應用前景廣闊;但要使我國高強度不銹鋼系列在大型飛機上得到良好的應用，還存在一些問題需要解決。

1. 我國高強度不銹鋼發展中存在的問題

1.1不銹鋼基本理論與生產工藝研究

鋼的強度性能有其客觀的強度極限，不能無限地提高。例如，鋼的抗延遲損傷能力受到1500MPa強度的限制。當強度超過此值時，由于夾雜物和鋼中的晶界缺陷，會使性能惡化。因此，將合金化特別是微合金化與高純度、高均勻度精煉、鑄造技術、超細結構控制技術和高精度軋制技術相結合，開發具有良好強度和韌性、耐腐蝕性和工藝性的新材料是未來高強度不銹鋼的主要發展方向。耐惡劣介質腐蝕的高強度不銹鋼、高韌性超高強度不銹鋼、高耐磨性和抗疲勞性馬氏體時效不銹鋼、超低溫、無磁性超高強度不銹鋼、鐵氧體時效不銹鋼等新材料是未來研究和開發的重點。對其增韌、耐腐蝕、耐磨性機理的研究將為新材料的研究和開發奠定堅實的理論基礎。

1.2不銹鋼生產技術研發、組織管理

雖然我國是一個大型鋼鐵生產國，也是一個大型不銹鋼生產國，但受生產技術和質量管理水平等因素的制約，我國的高級特殊鋼產量，特別是質量還不能完全滿足國內市場的需求;作為一種特殊的高強度不銹鋼，其性能不穩定，品種和規格不能完全滿足國民經濟和國防建設的需要;能生產具有廣闊應用前景的超級不銹鋼的廠家不多。生產的高強度不銹鋼的實際質量與發達國家進口產品的質量仍有很大差別。

2. 促進我國高強度不銹鋼發展的措施

2.1加強生產、教育、科研相結合，提高高強度不銹鋼制品的物理質量

國外不銹鋼產品和國內相應產品比較,不僅清潔,組織均勻、性能穩定等方面相對較好,即使在均勻度、平滑度等外觀和外觀質量也有一定的優勢。這說明國內高強度不銹鋼產品在精礦、冶煉、冷加工、熱處理等方面有待改進。這就需要結合生產三個方面的力量,教育和研究,積極合作,精益求精,中國的整體生產和制造技術高強度不銹鋼將全面改善和提高,盡快使國內不銹鋼產品的質量達到發達國家的先進水平。

2.2加快品種工程和標準化進程

鋼材標準化可以促進鋼材質量和供應量的穩定。我國自20世紀50年代以來，仿造和自主開發的不銹鋼約有100多種，其中有些已被列入標準，包括18種高強度不銹鋼。但仍有大量的非標準鋼材在當地使用，同樣在一些標準鋼材生產中也非常小。這就需要大量的品種引進和標準化工作。

2.3高強度不銹鋼的可靠性研究

與其他應用不同的是，大型飛機使用的鋼材不僅需要一定的強度、韌性和耐腐蝕性，還需要對材料的安全性和可靠性進行深入研究，以保證飛行安全，降低維修成本。

在這方面，歐美國家對相關的飛機鋼材材料進行了大量的爐體和批量性能測試和統計，并在此基礎上制定了材料的適航標準;在正常性能試驗的基礎上，對關鍵零部件(主要是特殊鋼和鋁合金)材料進行了疲勞試驗和s-n曲線試驗，為材料和整機的技術鑒定創造了條件。在這方面，我國需要長期、大量的詳細數據積累，為大型飛機的選型提供切實可行的數據依據。