化学钝化对S280超高强度不锈钢综合性能的影响
发布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新时间：2016-01-21
北京航空材料研究院试制出新型超高强度不锈钢S280，抗拉强度σb达到1900MPa级，与300M或AerMet100钢相当，屈服强度达到1300～1500MPa，冲击韧性为130J/cm2，断裂韧性120MPa·m1/2。
超高强度钢是航空领域的重要关键材料之一，目前95%以上的飞机起落架、机翼主梁等都是采用超高强度钢制造的，如300M钢、AerMet100钢等。然而超高强度钢普通存在着耐蚀性较差的问题，在实际使用时必须进行一定的表面处理，以提高耐蚀性。
美国QuesTek公司采用工艺设计制造材料的方法，成功研制了世界上第一款结构用超高强度不锈钢Ferrium S53。这种新型超高强度不锈钢的耐蚀性相当于15-5PH沉淀硬化不锈钢，强度与300M相当或更好，耐应力腐蚀破裂K1scc≥16.5MPa·m1/2，目前已经在T-38教练机上用作主起落架材料。我国相关科研院所也对超高强度不锈钢进行了深入研究。北京航空材料研究院试制出新型超高强度不锈钢S280，抗拉强度σb达到1900MPa级，与300M或AerMet100钢相当，屈服强度达到1300～1500MPa，冲击韧性为130J/cm2，断裂韧性120MPa·m1/2。
作为新一代飞机起落架材料，S280超高强度不锈钢的综合研究仍较为缺乏，目前主要集中在组织结构、强化手段、腐蚀行为等方面。然而，目前有关S280不锈钢的钝化处理的研究鲜见报道，钝化处理对材料综合性能的影响亟待深入开展。
研究人员采用北京航空材料研究院试制的S280超高强度不锈钢，对化学钝化工艺进行了优化研究，获得了最佳钝化工艺参数，并对钝化后的超高强度不锈钢进行了综合性能检测，以期为S280超高强度不锈钢的应用提供可靠的技术保障。
试验材料的化学成分（质量分数，%）为：C0.18，Cr12.00，Ni4.00，Co14.00，Mo2.00，W1.00，余量为Fe。试样的热处理过程如下：1080℃保温进行奥氏体化，油淬后在-73℃冷处理，最后在540℃回火，并空冷。化学钝化前，试样首先采用丙酮除油，然后分别采用水性清洗剂、去离子水清洗，并能够保持水膜联系30s以上。化学钝化后，试样采用洁净压缩空气吹干，待用。用于原子力显微镜检测的试样尺寸为20mm×20mm×2mm，表面采用水砂纸逐级打磨至2000号，再用金刚石研磨膏抛光，最后依次在丙酮、去离子水中超声清洗10min，空气中干燥后待用。其他表征和测试的试样尺寸为100mm×50mm×2mm。
S280超高强度不锈钢的化学钝化工艺采用AMS2700C中的相关配方，研究结果表明：
（1）S280不锈钢经过35%HNO3溶液室温钝化60min后，自腐蚀电位和点蚀电位都比裸材明显正移，自腐蚀电流密度也大幅下降。
（2）S280不锈钢表面钝化膜的AFM测试显示，经过60min化学钝化后，钝化膜结构最为致密；钝化膜粗糙度随钝化时间延长，先降低后升高，这与电化学测试结果相一致。
（3）S280不锈钢表面钝化膜的成分是各种金属的氧化物、氢氧化物或羟基氧化物，主要包括Fe2O3、FeOOH、Cr(OH)3、CrO3、Cr2O3、CoO、Co(OH)2、Ni2O3等。在高分辨图谱中发现少量金属间氧化物M-O-N的存在，进一步显示出钝化膜具有较强的稳定性。
（4）S280不锈钢经过优化的钝化处理后，耐蚀性得到了大幅度提高，中性盐雾耐受时间达到200h；钝化后再除氢的试样完全能够满足氢脆要求；钝化处理对S280不锈钢疲劳寿命的降低程度很小。
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