最近在各个影院上映的《中国机长》（The Captain）大热。《中国机长》是由刘伟强执导，于勇敢编剧，李锦文监制，张涵予、欧豪、杜江、袁泉、张天爱、李沁领衔主演，张雅玫、杨祺如、高戈联合主演的剧情片。 这片电影由2018年5月14日四川航空3U8633航班机组成功处置特情真实事件改编，该片讲述了“中国民航英雄机组”成员与119名乘客遭遇极端险情，在万米高空直面强风、低温、座舱释压的多重考验。 

     电影中的各种场面特效情节是一部电影的标配，可大家知道飞机与特殊钢的关系吗？上海墨钜将为大家解释各种特殊钢材在飞机上的作用。

     所谓大型飞机，是指起飞总重量在100吨以上的运输飞机，包括军用和民用大型运输飞机，包括150多架干线客机。它是民用航空中使用最广泛的主要飞机。

2007年3月，国家正式成立国产大型飞机项目，总投资约2000亿元。中国大型飞机的许多部件也将受邀参与国内外的竞标，国内部件将作为国家战略的一部分得到优先考虑。这将带动我国一些相关行业的发展，包括新材料行业，不锈钢被广泛应用于飞机上，与传统不锈钢有许多不同之处，它必须具有高强度、抗疲劳等特殊性能。介绍了高强度不锈钢在大型飞机上的应用与发展。

高强度不锈钢

航空科学技术的发展一次又一次地证明，飞机和飞机发动机性能的提高在很大程度上取决于材料性能的提高。虽然钢材在飞机制造中的比例在下降，但由于钢材的高强度、高韧性、高应力腐蚀开裂和良好的抗冲击性，飞机起落架、梁、高应力接头、高应力紧固件等关键轴承结构构件仍在使用高强钢材。飞机长寿命、高可靠性的方向发展,越来越多的要求材料耐腐蚀、高强度不锈钢一些重要组件已成为发展的主要趋势,这使得高强度不锈钢空气产品实现高性能、长寿命和高可靠性的重要物质和技术基础。

通常抗拉强度高于800MPa，屈服强度高于500MPa的不锈钢称为高强度不锈钢，屈服强度高于1380MPa的不锈钢称为超高强度不锈钢。自1958年以来,钢铁研究所等研究机构和其他特殊钢厂研究了沉淀硬化不锈钢、马氏体时效不锈钢的研究开始于80年代和1960年代开始研究铁素体不锈钢的局限性,和超级马氏体时效不锈钢领域的研究近年来,并开发了一系列钢材牌号，基本满足了我国国防建设和国民经济的需要。

沉淀硬化不锈钢

1.1半奥氏体析出硬化不锈钢

这种钢的特点是可以在奥氏体状态下加工、冷变形和焊接，然后通过调整和时效处理来控制马氏体的转变和析出硬化，从而获得不同的强度和韧性匹配。良好的耐腐蚀性，特别是抗应力腐蚀。因此，特别适用于制造不同要求的耐腐蚀轴承结构。在540℃，特别是在480℃以下，具有良好的热性能。其主要缺点是钢的化学成分范围非常严格，热处理工艺复杂，热处理温度控制非常精确(±5℃)。钢具有较强的加工硬化倾向，深变形冷加工往往需要多次中间退火。

这类钢的典型例子有:0Cr17Ni7Al (17-7ph)、0Cr15Ni7Mo2Al (ph15-7mo)、0Cr12Mn5Ni4Mo3Al等。该类钢主要用于航空工业400℃以下的腐蚀承载结构，如各种管道、管道接头、弹簧、紧固件等。产品有板、管、带、丝、棒、铸、锻等。

1.2马氏体析出硬化不锈钢

钢的强度是通过马氏体相变和沉淀硬化处理来实现的，具有强度高的优点。同时，由于低碳、高铬、高钼和/或高铜，其耐腐蚀性一般不低于18cr-8ni奥氏体不锈钢。易切割，易焊接，焊接一般不需要局部退火，热处理工艺相对简单。主要缺点是即使在退火过程中，组织仍是低碳马氏体，难以进行深变形冷加工。该类钢的代表钢为0Cr17Ni4Cu4Nb (17-4ph)和0Cr13Ni8Mo2Al (ph13-8mo)，用于制造400℃下工作的高强度耐腐蚀轴承部件，如发动机轴承零件、紧固件等。后者广泛应用于航空耐腐蚀中温结构。

1.3奥氏体析出硬化不锈钢

这种钢实际上属于铁镍基高温合金，在600 ~ 700℃范围内，高强度不锈钢的高温强度最高，650℃的屈服强度与室温相似。超低温韧性很好，基本没有低温脆性;大截面零件的力学性能是均匀的。具有良好的冷变形和耐腐蚀性。主要缺点是室温和中温强度低，焊接性差。代表0Crl5Ni25Ti2Mo1VA1钢，用于制造喷气发动机涡轮、叶片、机身、紧固件、高强度弹簧等。

2. 时效不锈钢

2.1马氏体时效不锈钢

马氏体时效不锈钢是60年代中期发展起来的一种新型高强度不锈钢。这种钢不仅具有高强度和超高强度，而且克服了马氏体析出硬化不锈钢低温韧性差和在350 ~ 400℃长期使用脆性倾向大的缺点。固溶态为超低碳马氏体结构，加工硬化指数低，易冷处理。固溶态焊接性能好;热处理简单，工件尺寸稳定;与其它高强度不锈钢相比，在相同强度下，其塑性和韧性均较好。由于碳含量低，在铬含量相同的情况下，马氏体析出硬化不锈钢的耐蚀性优于马氏体析出硬化不锈钢。其主要缺点是由于含碳量低，耐磨性差。表面处理需要提高耐磨性和疲劳强度。马氏体时效不锈钢的研究已成为高强度不锈钢研究的重点之一。

(1) 00Cr16Ni5Al (700 ~ 1100MPa)，钢中含有一定的铁氧体，对锻造有一定的要求;具有良好的强度和韧性，良好的拉深和弯曲性能，相当于Crl8Ni8不锈钢;焊接性能好，焊接前无预热，焊接后无热处理，焊接效率达90%以上。

(2) 00Crl5Ni6Nb (1000 ~ 1200MPa)，该钢具有良好的塑性、韧性和耐腐蚀性，拉深性能好，切削性能优异，可在软化、固溶、时效、不粘刀状态下切割。特别是焊接性能优异，可与相同成分的贱金属丝焊接，焊接效率高，接头强度与贱金属基本相同。在航空工业中可替代大量1cr8ni9不锈钢，且强度高。

(3) 00Cr11Nil0Mo2Al (1200~1300MPa)、00cr11ni10mo2ti0.6al (1300~1500MPa)、00Cr11Ni10Mo2Ti(1600~1700MPa)等。Mo、A1、Ti是该系列钢的主要增韧强化元素。该类钢在固溶态下具有良好的冷态加工性能，可用于较为复杂的冲压加工。具有良好的耐腐蚀性，高冲击韧性和断裂韧性，可用于各种形式的不锈钢焊接。可用于制造弹簧、紧固件、轴承结构及其它航空工业部件。

(4) 00Cr12Co12Ni4Mo4Ti (1200 ~ 1600MPa)， Co与Mo的复合强化使强化效果更加明显，因为Co可以降低Mo在基体中的溶解度，提高钢的弹性模量。耐腐蚀性最好的是420℃时效处理;良好的热加工性能，固溶态易冷加工;焊接前无需预热。焊接后，如果需要较高的强度和韧性，可以进行固溶和时效处理。该钢具有良好的强度和韧性，高疲劳强度和弹性模量，用于制造需要高耐腐蚀性和弹性衰减的部件。

(5) 00Cr12Ni8Cu2AlNb (1500 ~ 1700MPa)，该钢强度高，但具有足够的韧性，良好的应力和耐腐蚀性;最高使用温度450℃，瞬时使用温度800℃;在特定热处理条件下，疲劳性能接近Custom455。钢的冷加工硬化倾向小，一般不需要中间软化处理。焊接方便，工艺简单，大断面焊接强度系数可达85%。主要用于制造耐腐蚀轴承零件、高性能轴、齿轮、弹簧等。

(6) 00cr12ni11mo1ti1.65 (Cust0m465, 1300 ~ 1800MPa)，该钢为木工专利钢，其强度在时效峰值(H900)下可达1820MPa，仍具有优异的缺口强度和断裂韧性。在长期的热暴露条件下，仍具有与isi304钢相似的高强度和耐腐蚀性。热处理引起的尺寸变化较小，可以在固溶状态和不同的加工状态下进行冷加工。

(7) 00cr11ni8co8.5mo5ai1 (Custom475, 1600~2100MPa)，也是木工专利钢，可达到最高强度等级。峰值时效强度(524℃时效)可达2030MPa。时效前未进行应变强化，时效后可达到1960MPa，而退火的屈服强度仅为1000MPa左右。加工硬化率低，冷加工可顺利进行，切削特性与其它高镍马氏体时效钢相似。良好的耐大气腐蚀性能。

除了钢种,还开发了一个具有自主知识产权的元素(13.0% ~ 16.5%),铬、镍(4.0% ~ 7.5%),公司(9.5% ~ 15.0%),莫(5.0% ~ 7.5%),和适量的Ti的超低碳Cr - Ni - Co - Mo - Ti高清洁度,精密组织马氏体时效不锈钢、超过1900 mpa的抗拉强度,延伸率在10%以上,具有良好的韧性,是制造耐腐蚀轴承部件的好材料。

2.2铁素体时效不锈钢

析出硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢虽然强度很高，韧性强，配合性好，但由于铬含量低，镍含量也有限，所以很难在强腐蚀性介质中使用。00老化cr26ni6mo4cu1ti铁素体不锈钢已经开发出来,大约1100 mpa的抗拉强度(屈服强度880 mpa),钢铁包含足够高铬、钼、铜和镍,使钢海洋气候耐腐蚀能力大大增加,耐点蚀和缝隙腐蚀优于AISI316大大和屈服强度是AISI3l6 2 ~ 3次,成为海水中应用最广泛的高强度不锈钢之一。

高强度不锈钢在飞机上的应用：上面提到的一些不锈钢类型已经在飞机上得到了广泛的应用，一些不锈钢的应用正在逐步扩大。这里是一个简短的介绍。

1. 应用于飞机起降装置

用于制造飞机起落架的结构材料有30CrMnSiNi2A、4340、300M、Aermet100等。用于飞机起落架的海洋性气候,使用更多的沉淀硬化不锈钢紧固件制造、ph值等用于以F - 15飞机起落架,修改后的今天ph值对B - 767飞机起落架,PH13-8莫由于应力腐蚀电阻比钢具有良好的沉淀硬化不锈钢水平预计将取代ph值,15-17-4 5酸碱和17-7 PH15-7 mo钢级等。

20世纪80年代以来，美国对HSL180、Custom465钢等马氏体时效和沉淀硬化不锈钢的强度和韧性进行了深入研究。HSL180强度超过1600MPa，其中HSL180经淬火和低温处理后的耐腐蚀性与15-5ph相近，经回火处理后的二次硬化强度在1800MPa以上。美国卡朋特公司开发的Custom465 (00crl2nil1molti0.6)具有比其他高强度不锈钢(如NCustom455或phi3-8mo)在H1000过时效状态下更高的强度、韧性和抗应力腐蚀能力，但大尺寸型钢的力学性能尚未见报道。目前正在研究接近2000MPa的高强度不锈钢。

2. 航空轴承应用

德国FAG公司研制了含氮马氏体不锈钢Cronidur30 (0.31% c-0.38% n-15% cr-l %Mo)。它是一种比SUS440更耐腐蚀的材料，是高压氮气气氛下电渣重熔PESR工艺生产的高氮全硬化高温不锈钢。但由于完全硬化，不适合高DN值(D:轴承内径/mm, N:轴向转数/arin)。而相同的Cronidur30经高频淬火后，dn400万值可以同时满足残余压缩应力和断裂韧性值。但是，低于15O℃的回火温度无法承受发动机停机后热冲击引起的轴承温度升高。

3、在飞机轴承结构中的应用

飞机轴承结构中的高强度不锈钢主要有15-5ph、17-4ph、ph13-8mo等，用于军用飞机上代替传统的30CrMnSiA高强度合金钢。它的部件包括舱口盖锁扣、高强度螺栓、弹簧等零件。民用飞机将在机翼梁上使用这种高强度不锈钢，如波音737-600机翼梁用15-5ph钢;a340-300翼梁由ph13-8mo钢制成。

Ph13-8mo用于需要高强度和高韧性的领域，特别是横向性能，如机身框架。为了提高产品的韧性和抗应力腐蚀性能，最近进行了大量的试验。Custom465是由木工公司在Custom450和Custom455的基础上开发的，用于制造飞机襟翼导轨、槽导轨、传动装置、发动机支架等。该钢目前包括在mmpds-02、AMS5936和ASTMA564技术规范中。飞机结构采用HSL180高强度不锈钢(0.21 c-12.5 cr-1.0 ni-15.5 co-2.0 Mo)。该钢的强度为1800MPa，与4340等其他低合金钢相当，与SUS630等其它沉淀硬化不锈钢具有相同的耐腐蚀性和韧性。

4. 在飞机零件上的应用

对于一些加工变形量大的零件，如飞机襟翼纠偏罩，传统上一般使用1Crl8Ni9Ti不锈钢，但合金强度过低，在使用中，铆钉孔往往出现不好的现象。鉴于上述情况,在新模型的设计,机舱锁钩,牙垫、发动机繁荣螺栓,液压系统管肘关节(锻造)flasherless管接头,皮瓣整流器封面和零部件在中国使用的其他部分的研究和开发semi-austenitic沉淀硬化型不锈钢代替传统的不锈钢材料。另外，对于一些高强螺栓，一般都是由高强结构钢加工而成，表面镀铬保护。然而，在新型号的设计中，这些部件是用0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢制造的。

大型飞机用高强度不锈钢

我国的高强度不锈钢在钢材类型、强度水平、生产工艺、品种规格等方面都取得了长足的进步，发展和应用前景广阔;但要使我国高强度不锈钢系列在大型飞机上得到良好的应用，还存在一些问题需要解决。

1. 我国高强度不锈钢发展中存在的问题

1.1不锈钢基本理论与生产工艺研究

钢的强度性能有其客观的强度极限，不能无限地提高。例如，钢的抗延迟损伤能力受到1500MPa强度的限制。当强度超过此值时，由于夹杂物和钢中的晶界缺陷，会使性能恶化。因此，将合金化特别是微合金化与高纯度、高均匀度精炼、铸造技术、超细结构控制技术和高精度轧制技术相结合，开发具有良好强度和韧性、耐腐蚀性和工艺性的新材料是未来高强度不锈钢的主要发展方向。耐恶劣介质腐蚀的高强度不锈钢、高韧性超高强度不锈钢、高耐磨性和抗疲劳性马氏体时效不锈钢、超低温、无磁性超高强度不锈钢、铁氧体时效不锈钢等新材料是未来研究和开发的重点。对其增韧、耐腐蚀、耐磨性机理的研究将为新材料的研究和开发奠定坚实的理论基础。

1.2不锈钢生产技术研发、组织管理

虽然我国是一个大型钢铁生产国，也是一个大型不锈钢生产国，但受生产技术和质量管理水平等因素的制约，我国的高级特殊钢产量，特别是质量还不能完全满足国内市场的需求;作为一种特殊的高强度不锈钢，其性能不稳定，品种和规格不能完全满足国民经济和国防建设的需要;能生产具有广阔应用前景的超级不锈钢的厂家不多。生产的高强度不锈钢的实际质量与发达国家进口产品的质量仍有很大差别。

2. 促进我国高强度不锈钢发展的措施

2.1加强生产、教育、科研相结合，提高高强度不锈钢制品的物理质量

国外不锈钢产品和国内相应产品比较,不仅清洁,组织均匀、性能稳定等方面相对较好,即使在均匀度、平滑度等外观和外观质量也有一定的优势。这说明国内高强度不锈钢产品在精矿、冶炼、冷加工、热处理等方面有待改进。这就需要结合生产三个方面的力量,教育和研究,积极合作,精益求精,中国的整体生产和制造技术高强度不锈钢将全面改善和提高,尽快使国内不锈钢产品的质量达到发达国家的先进水平。

2.2加快品种工程和标准化进程

钢材标准化可以促进钢材质量和供应量的稳定。我国自20世纪50年代以来，仿造和自主开发的不锈钢约有100多种，其中有些已被列入标准，包括18种高强度不锈钢。但仍有大量的非标准钢材在当地使用，同样在一些标准钢材生产中也非常小。这就需要大量的品种引进和标准化工作。

2.3高强度不锈钢的可靠性研究

与其他应用不同的是，大型飞机使用的钢材不仅需要一定的强度、韧性和耐腐蚀性，还需要对材料的安全性和可靠性进行深入研究，以保证飞行安全，降低维修成本。

在这方面，欧美国家对相关的飞机钢材材料进行了大量的炉体和批量性能测试和统计，并在此基础上制定了材料的适航标准;在正常性能试验的基础上，对关键零部件(主要是特殊钢和铝合金)材料进行了疲劳试验和s-n曲线试验，为材料和整机的技术鉴定创造了条件。在这方面，我国需要长期、大量的详细数据积累，为大型飞机的选型提供切实可行的数据依据。