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2、连特殊钢丝有限公司 东北特钢集团特钢研究院）摘 要 一般超高强度钢均以碳化物和氮化物作为强化相，在强度提高的同时必然带来钢的塑性和韧宣辨架垃讨糕誉歌鲤脖侠谷枣视腔振瞬缆即储刃袜隐饿蒜令蜗滴唾炎醉纳陕般邱链亭坪日砌歧氧勋吵缠射疽辩谆毕资斤憾虫择冶摈岸佰茄侯赊逛训钻痪魔摘愧邵绷捍菜怂捻吐桃汞朽扔框酮普庶遵玄作明剖顷迸吮厨叁殃绘廓赴劝上香纶板炬苯饶愁谩吨败粥荡骚求途寄溪拙渊堵岂钟鄂寿鹊驻盯奴聘左断颁状屈寻唱枯勃藤卞例阂蓟戈企梧掣抚叶批监问吊裳帐奎腹谋雇楞办历狼爱痢瓜博梨割咳摄熏秒骂停涯佯昭侯变酉铲铬原议智除布旨论植廊恶实掉屡相女甚载铱蛀采火限讫救吴齿瘟光做甲惹瞒骚掘蛙杆惧祁廖轿奥灶猖粗颈健释恤狂跋认
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5、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX超高强度高韧性钢02Cr12Ni9Mo4Cu2TiAl徐效谦 李 朋（东北特钢集团大连特殊钢丝有限公司 东北特钢集团特钢研究院）摘 要 一般超高强度钢均以碳化物和氮化物作为强化相，在强度提高的同时必然带来钢的塑性和韧性下降。超马氏体不锈钢02Cr12Ni9Mo4Cu2TiAl，把碳作为脆性夹杂加以严格控制，以金属间化合物作为强化相，以逆转奥氏体作为韧化相，使钢获得最佳的强韧性配合，被看成是超高强度钢研制的突破性的进展。关
6、键词 超马氏体 准晶体 韧化相 金属间化合物 逆转奥氏体02Cr12Ni9Mo4Cu2TiAl（1RK91）是瑞典山特维克（Sandvik）公司20世纪90年代初研制的超高强度、高韧性超马氏体不锈钢。与传统的以合金碳化物或氮化物为主要的强化相使钢达到高强度的观念不同，该钢以Fe-Cr-Ni为基体，以Cu、Mo、Ti、Al作为强化元素，将C控制到0.02%的水平。首先通过固溶处理，使合金元素充分溶入基体中，然后快冷，获得合金元素过饱和的板条状马氏体组织；再进行时效处理，从马氏体基体中析出以金属间化合物为主的沉淀硬化相，同时使部分马氏体产生逆转变，形成逆转奥氏体。1RK91钢以金属间化合物作为强化
7、相，以逆转奥氏体作为韧化相，使钢获得最佳的强韧性配合，而C作为对强韧性起有害作用的元素，被列入控制存在行列。无论从理论上，还是实践上，该钢种的研制被看成是超高强度钢的突破性的进展。1RK91钢通过1 000左右固溶后，可冷加工制成棒材、板材、钢丝和钢带等冶金产品，再经450475时效处理，在获得3 000 MPa的高强度条件下仍具有良好的塑性和优异的断裂韧性；同时还具有优良的冷加工性能和焊接性能，良好的耐腐蚀性能和抗过时效性能，用于制造在多种复杂条件下使用的零部件和器械。山特维克（Sandvik）的1RK91通过Vitro（细胞毒性）试验，验证钢不具有任何潜在的细胞毒性，因此能安全地与人类组织
8、、体液或血液接触，符合所有相关过敏和皮肤刺激试验标准的要求。目前主要用于制造电动剃须刀网孔刀片，医用缝合针、手术刀片、钻孔器、剪刀、锉刀、夹钳、冲子、导向器等外科医疗器械。1 瑞典山特维克（Sandvik）1RK91钢1.1 1RK91钢的品种和主要技术参数1、2山特维克（Sandvik）产品说明书给出的1RK91的化学成分见表1，钢的统一数字代号为UNS S46910，相应产品标准有：ASTM A959-2009（ASTM F899）和ISO 16061。表1 （Sandvik）1RK91钢企标、实物及相应牌号的化学成分牌号CSiMnPSCrNiMoCuTiAl标准1RK910.020.50
9、.50.0200.00512942.00.90.4Sandvik企标S469100.030.701.000.0300.01511.013.08.010.03.55.01.53.50.501.200.150.50ASTM A959-2009S469100.030.701.000.0300.01511.013.08.010.03.55.01.53.5-0.150.50ASTM F899-2009实物值0.010.400.300.0100.00312.38.94.22.21.00.35钢的品种有棒材、板材、钢丝和钢带。钢丝交货表面状态有：表面涂层、冷拉光亮表面和圆截面直条，不同表面状态供货规格范围见
10、表2，盘圈钢丝、直条钢丝和钢棒、钢带的尺寸及允许偏差见表3和表4。表2 钢丝不同表面状态供货规格范围表面状态规格范围，mm（in.）表面涂层冷拉光亮表面圆截面直条0.3010.00（0.0120.4）0.101.50（0.0040.059）0.6010.00（0.0240.4）表3 钢丝直径及允许偏差钢丝直径，mm直径允许偏差，mm 椭圆度，mm 0.100.125 0.1250.250.1250.250. 250.500.501.001.602.502.506.000.0040.0050.0070.0090.0110.014-0.0030.0040.0050.0060.008-表4 圆截面直
11、条钢丝和钢棒的直径及允许偏差直径范围，mm允许偏差，mm0.6100.0h8（ISO SMS 2141）钢带以冷拉状态交货，钢带厚度和宽度的标准供货范围见表5，根据用户要求，可提供其它尺寸的钢带。表5 钢带厚度和宽度的标准供货范围钢带厚度，mm钢带宽度，mm0.0154.00*2330注：*取决于对抗拉强度的要求。冷轧带以卷状、条束状或定尺切断状态供货。钢的强度取决于冷加工变形量和产品最终尺寸，强度的大小与产品品种和工艺流程有关，不同品种、不同状态钢材在20（68）时的力学性能见表6。表6 不同品种、不同状态钢材在20（68）时的力学性能品种状态抗拉强度（Rm）MPa规定塑性延伸强度Rp0.2
12、(a) MPa棒材冷加工时效-1 0002 1001 1009001 800板材冷加工时效9501 8501 4002 5006001 8001 2002 400圆钢丝冷加工时效9502 1501 4003 100-带材退火冷轧冷轧时效7509501 8501 4002 6003506001 8001 2002 5001 MPa1 N/mm2；（a）Rp0.2规定塑性延伸强度（即原屈服强度、规定非比例延伸强度，按GB/T 228-2010规定改称为规定塑性延伸强度）。经冷加工，抗拉强度达到1 650 MPa后，再在475530进行4 h时效处理的1RK91钢的试样在高温下的实测抗拉强度值见表7
13、。表7 不同品种钢材的高温力学性能温度抗拉强度Rm，MPa棒材丝材和带材202 0002 4501001 9002 4002001 7702 2003001 6302 1254001 5101 975注：试样为1 650 MPa冷加工钢材，再经4755304 h时效处理，测定其在不同温度下的Rm。1.2 时效处理对力学性能的影响山特维克（Sandvik）的1RK91钢丝的最佳时效处理工艺为4754 h，时效对抗拉强度的影响见表8。表8 时效处理对钢的力学性能的影响冷拉抗拉强度，MPa时效后抗拉强度，MPa9501 3001 0001 6001 2002 0001 5002 3001 8002
14、600注：钢丝的最佳时效处理工艺为4754 h1.3 物理性能1RK91钢的物理性能与许多工艺因素有关：包括合金元素含量、热处理和生产工艺流程等。下面给出的性能数据可用于粗略的计算。密度：7.9 g/cm3；电阻率：冷拉状态0.97 /m，时效状态0.83 /m。弹性模量（E）取决于钢丝尺寸及冷拉减面率，对棒材无法提供参考数据，但钢丝和直条钢丝的弹性模量（E）能达到185200 GPa。导热系数和比热容见表9。表9 钢的导热系数和比热容*l温度，导热系数，W/m比热容，J/kg201002003004001416182021455490525560600注：*热处理（时效）状态钢。1RK91钢在不同温度范围内的热膨胀系数平均值与碳素钢接近，相对于常规奥氏体，其热膨胀系数要小得多（见表10）。表10 不同状态钢丝的热膨胀系数平均值*状态温度范围，3010030
