超级钢：新一代强化材料

1.超级钢的概念

作为世界上最大的钢结构工程，“鸟巢”外部钢结构的钢材用量为4.2万吨，整个工程包括混凝土中的钢材、螺纹钢等，总用钢量达到了11万吨，全部为国产超级钢。超级钢（超细晶粒钢）是指具有组成单元超细晶、化学成分（杂质）高洁净度、显微组织高均匀性的组织、成分和结构特征，以及高强度、高韧性的力学性能特征的新一代钢铁材料。即在环境性、资源性和经济性的约束下，采用先进制造技术生产的具有高洁净度、高均匀度、超细晶粒特征的钢材，其强度和韧度比传统钢材高，钢材使用寿命增加，满足社会发展需求的新一代钢铁材料。

超级钢的开发是由经济建设和社会发展的需求而研发的。例如，日本1995年发生大地震时，当地钢铁建筑毁于一旦，为适应未来发展，日本提出了要开发更坚固的钢铁材料，这就是研发“超级钢”的起源。日本开发了把钢的“实际使用强度提高1倍，结构的寿命提高1倍”，并降低对环境的污染度的超级钢，实现了道路、桥梁、高层建筑等基础设施建材的更新换代。此举被认为“第二次铁器时代”来临的前期征兆。

我国在国家重点基础研究发展规划项目即“973计划”中启动了“新一代钢铁材料的重大基础研究”项目。目标是在生产成本基本不增加的前提下将现有碳素钢、低合金结构钢和合金结构钢的强度提高1倍，即分别达到400MPa、800MPa和1500MPa，并满足韧性和各种使用性能的要求。超级钢的深入研究和应用开发正成为21世纪钢铁材料界的历史使命。

2.新一代钢铁材料（超级钢）的主要特征

超级钢的主要特征是，在充分考虑经济性的条件下，钢材具有超细晶粒、高洁净度和高均匀性的特征，强度比常用钢材提高1倍，钢材使用寿命增加1倍。

（1）超细晶粒(www.xing528.com)

钢只有获得超细晶组织才能使其强度翻倍并具良好的强韧性配合。在众多强化方式（如固溶强化等）中，细晶强化是唯一可使在钢的屈服强度大幅度提高的同时其韧性提高或不降低的强韧化途径。超细晶理论和技术是发展超级钢的理论基础和关键技术，晶粒尺寸应在0.1～10μm之间。超细晶是超级钢的核心。

（2）高洁净度

洁净度是指钢材允许的杂质含量和夹杂物形态能满足使用要求。由于钢的强度加倍，材料在使用时承受更大应力，故使裂纹形成和扩展的敏感性增加。超级钢应具有更高的洁净度，但并非洁净度越高越好，而是能达到满足使用要求所需的洁净度，称为“经济洁净度”。钢中S、P、O、H、N等杂质元素的总含量应小于0.008%；另外是要严格控制钢中夹杂物的数量、成分、尺寸、形态和分布。

（3）高均匀性

高均匀性是指钢中化学成分、组织和性能的高度均匀。要尽可能地减少钢在凝固过程中的偏析和争取获得全等轴晶粒。其中核心技术是超细晶。钢的理论强度可高于8000MPa，而现在大量应用的碳素钢的强度仅为200MPa，低合金钢只有400MPa，合金结构钢也只有800MPa。因此在已有科研成果的基础上，把钢材强度成倍提高，在技术上是可行的。

我们深知，海航力量对一个国家来说非常重要，因此，在国家科研团队的努力下，我国成功研制了属于自己的航母超级钢。由我国研发团队自主研发并命名的“超级钢”——索氏体高强不锈结构钢S600E正式面世。