2007年3月，国家正式立项国产大飞机项目，总投资约2000亿元。中国大飞机的许多零部件也将在国内外进行招标。作为国家战略，国产大飞机将优先采购国产零部件。这将带动我国很多相关产业的发展，其中就包括新材料产业。不锈钢在飞机上应用广泛，其中很多与常规不锈钢不同。它必须具有高强度和抗疲劳等特殊性能。本文阐述了高强度不锈钢在大型飞机上的应用和发展。
1.高强度不锈钢
航空技术的发展多次证明，飞机和航空发动机性能的提高大多是通过改善材料性能来实现的。尽管钢材在飞机制造中的比重不断下降，但由于钢材具有高强度、高韧性、高抗应力腐蚀开裂性和良好的抗冲击性能，飞机的一些关键承重结构件，如起落架、纵梁、大应力接头、高应力紧固件等继续采用高强度钢材。随着飞机向长寿命、高可靠性方向发展，对材料的耐腐蚀性要求越来越高。采用高强度不锈钢制造某些重要零部件已成为主要发展趋势，这使得高强度不锈钢材料成为理想的航空产品。高性能、长寿命、高可靠性的重要材料和技术基础。
具有较高抗拉强度和较高屈服强度的不锈钢通常称为高强度不锈钢，具有较高屈服强度的不锈钢称为超高强度不锈钢。 1958年以来，钢铁研究总院和各特钢厂等科研院所相继开展了沉淀硬化不锈钢的研究。 20世纪60年代开始马氏体时效不锈钢的研究，20世纪80年代开始铁素体时效。近年来，不锈钢的研究主要集中在超级马氏体时效不锈钢领域。开发的系列钢种基本满足我国国防建设和国民经济各方面的需要。
1. 沉淀硬化不锈钢
1.1 半奥氏体沉淀硬化不锈钢
这类钢的特点是可以在奥氏体状态下进行切削、冷变形和焊接，然后通过调整和时效处理控制马氏体转变和沉淀硬化，以获得不同的强度和韧性组合；具有良好的耐腐蚀性，特别是具有优越的耐应力腐蚀性能。因此，该类钢材特别适合制造不同要求的耐腐蚀和承重结构件。在540℃以下，特别是480℃以下使用时，热强性能良好。其主要缺点是对钢的化学成分范围要求非常严格，热处理工艺复杂，热处理温度的控制非常精确（±5℃）；该钢有很强的加工硬化倾向，深变形冷加工往往需要多个中间工序。退火。
该类钢的典型代表有（17-7PH）、（PH15-7Mo）等。该类钢主要用于航空工业400℃以下工作的耐腐蚀和承载结构件，如如各种管材、管接头、弹簧、紧固件等。产品包括板材、管材、带材、线材、棒材、铸件、锻件等。
1.2 马氏体沉淀硬化不锈钢
钢的强度是通过马氏体转变和沉淀硬化来实现的。优点是强度较高。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；易于切割和焊接，焊后一般不需要局部退火，热处理工艺也比较简单。主要缺点是即使在退火状态，其组织仍为低碳马氏体长期耐1500高温的钢材，因此难以进行深变形冷加工。该类钢的代表钢种为（17-4PH）和（PH13-8Mo），用于制造在400℃以下工作的高强度耐腐蚀承重部件，如发动机承重件后者广泛应用于航空承重、耐腐蚀和中温结构件。
1.3 奥氏体沉淀硬化不锈钢
这类钢实际上是一种铁镍基高温合金。在高强度不锈钢中，在600～700℃范围内具有最高的高温强度。 650℃屈服强度与室温相似；超低温韧性极佳，基本无低温。脆;沉淀强化效果显着，制作大断面零件时力学性能均匀；优良的冷变形和耐腐蚀性能。主要缺点是常温、中温强度低，焊接性差。代表用于制造喷气发动机涡轮、叶片、机身、紧固件、高强度弹簧等的钢种。
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20世纪60年代中期开发的一种新型高强度不锈钢。该类钢不仅具有高强度和超高强度，而且克服了马氏体沉淀硬化不锈钢低温韧性差、在350～400℃长期使用时脆化倾向大的缺点；固溶状态下为超低碳马氏体组织，加工硬化指数低，易于冷加工；良好的固溶焊接性能；热处理简单，工件尺寸稳定；与其他高强度不锈钢相比长期耐1500高温的钢材，在同等强度下具有更好的塑性和韧性；由于碳含量低，耐腐蚀性能优于同铬含量的沉淀硬化不锈钢。缺点主要是由于含碳量较低，耐磨性较差，需要进行表面处理以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热点之一。
(1)(700~)，该钢含有部分铁素体，对锻造有一定要求；具有良好的强度和韧性，良好的深冲和弯曲性能，与不锈钢相当；具有良好的焊接性能，焊前无需预热，焊后无需热处理，焊接效率在90%以上。
(2)(1000~)，该钢具有良好的塑性、韧性和耐蚀性，良好的深冲性能和优良的切削性能。可在软化、固溶、时效条件下切削，不粘刀。特别是焊接性能优异。可采用与母材成分相同的焊丝进行焊接，焊接效率高。接头强度与母材基本相同。在航空工业中，可用于替代大量使用的不锈钢，且具有更高的强度。
(3)(1200~)、.6Al(1300~)、(1600~)等
该系列钢种以Mo、Al、Ti为主要强韧化元素。该类钢在固溶状态下具有良好的冷加工性，可用于较复杂的冲压加工。具有良好的耐腐蚀性、较高的冲击韧性和断裂韧性，可以采用任何用于焊接不锈钢的方法进行焊接。可用于制造航空工业中的弹簧、紧固件、承重结构件等部件。
(4)(1200~)，该钢中Co和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，同时还可以提高钢的弹性模量。 420℃时效时耐腐蚀性能最佳；热加工性能好，易于在固溶状态下进行冷加工；焊前无需预热，如要求高强度和韧性，可在焊后进行固溶+时效处理。该钢具有良好的强度和韧性，并具有较高的抗疲劳性能和弹性模量。用于制造要求耐腐蚀、耐高弹性衰减的零件。
(5)(1500~)，该钢具有较高的强度和足够的韧性，并具有良好的抗应力腐蚀能力；最高工作温度450℃，瞬时工作温度800℃；在特定的热处理条件下，疲劳性能接近；钢的冷作硬化倾向小，一般不需要中间软化处理；焊接容易，工艺简单，大截面焊缝强度系数达到85%以上。主要用于制造耐腐蚀承载部件、高性能轴、齿轮、弹簧等。
(6).65(即1300~)。该钢种是本公司的专利钢种。它可以在峰值时效（H900）状态下达到强度，并且仍然具有优异的缺口强度和断裂韧性。在长期受热下仍具有较高的强度，其耐腐蚀性能与钢相似。热处理引起的尺寸变化小，可在固溶状态和不同的加工状态下进行冷加工。
(7).(即1600~)，这也是本公司的专利钢种，该钢种可以达到最高强度等级。可以达到峰值老化（524℃老化）强度。老化前不进行应变强化。时效后即可达到，而退火屈服强度仅为10%左右。加工硬化率低，冷加工可顺利进行，切削特性与其他高镍马氏体时效钢相似。具有良好的耐大气腐蚀性能。
除上述钢种外，我们还开发了具有自主知识产权的钢种，包括（13.0%~16.5%）Cr、（4.0%~7.5%）Ni、（9.5%~15.0%） Co、(5.0%～7.5%)Mo及超低碳Cr-Ni-Co-Mo-Ti系列高洁净度、细晶粒马氏体时效不锈钢，含适量Ti，抗拉强度10%以上，伸长率10%以上，强韧性结合良好。是制造耐腐蚀承重零件的良好材料。
2.2 铁素体时效不锈钢
沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢虽然强度高、强韧性匹配性好，但由于铬含量低、镍含量有限，难以在高腐蚀性介质中使用。为此，开发了铁素体时效不锈钢，其拉伸强度约为（屈服强度）。由于该钢含有足够高含量的铬、钼、铜和镍，因此该钢承受海洋气候腐蚀的能力大大提高，其抗点蚀能力也大大提高。其缝隙腐蚀性能远优于不锈钢，屈服强度比不锈钢高2～3倍。它已成为最有前途的海水用高强度不锈钢之一。
2、高强度不锈钢在飞机上的应用
上述各类不锈钢中，有的已在飞机上得到广泛应用，并且有的不锈钢的应用范围正在逐步扩大。下面简单介绍一下。
1、在飞机起降装置中的应用
制造飞机起落架的结构材料有4340、300M等。海洋气候下使用的飞机起落架和紧固件大多采用沉淀硬化不锈钢。例如，17-4PH用于F-15飞机的起落架，其改进型15-5PH用于B-767。对于飞机起落架，PH13-8Mo钢由于比同牌号沉淀硬化不锈钢具有更好的耐应力腐蚀性能，有望取代17-4PH、15-5PH、17-7PH、PH15-7Mo等钢种。
20世纪80年代以来，美国对马氏体时效和沉淀硬化不锈钢的强韧化进行了进一步深入的研究，如河南钢铁。他们的实力远超于此。其中，淬火低温处理后，通过回火处理二次硬化，获得与15-5PH类似的耐腐蚀性和以上强度； (.6)美国公司开发的通过H1000时效状态可提供比其他高强度不锈钢（如PHI3-8Mo或PHI3-8Mo）更高的强度、韧性和抗应力腐蚀性能的组合，但机械性能大截面钢材的研究尚未见报道。具有类似高强度特性的不锈钢正在研究中。
2、在航空轴承中的应用
开发出加氮马氏体不锈钢（0.31%C-0.38%N-15%Cr-l%Mo）。作为一种更耐腐蚀的材料，它是在高压氮气气氛中通过电渣重熔的PESR工艺生产的高氮全硬化高温不锈钢。但由于是完全淬硬型，所以不适合高DN值（D：轴承内径/mm，N：轴转数/arin）。但采用同样的高频淬火，在满足残余压缩应力和断裂韧性值的情况下，可以达到DN400万的值。但如果回火温度低于15O℃，则无法承受发动机停机后因热冲击引起的轴承温度升高。
3、在飞机承重结构件中的应用
飞机承重结构件中的高强度不锈钢主要有15-5PH、17-4PH、PH13-8Mo等，用于军用飞机上替代传统高强度合金钢。其零部件包括舱口盖插销、高强度螺栓、弹簧等零配件。民用飞机在翼梁上使用这种高强度不锈钢。例如，波音737-600机翼梁采用15-5PH钢； A340-300翼梁采用PH13-8Mo钢。
PH13-8Mo用于要求高强度、高韧性特别是横向性能的零件，如机身框架。最近，由于提高韧性和耐应力腐蚀性能的需求，进行了试验。该钢是在 和 的基础上开发的，用于制造飞机襟翼导轨、缝翼导轨、传动装置、发动机支架等。该钢目前已列入MMPDS-02及技术规范。采用高强度不锈钢（0.21C-12.5Cr-1.0Ni-15.5Co-2.0Mo）制造飞机结构。该钢具有与4340等低合金钢相同的强度和与沉淀硬化不锈钢相同的耐腐蚀性。和韧性。
4、在飞机零部件上的应用
对于一些加工变形较大的零件，如飞机襟翼整流罩，传统上采用不锈钢。但这种合金的强度太低，在使用过程中铆钉孔经常断裂。针对上述情况，在新车型的设计中，驾驶舱锁钩、齿垫、发动机动臂螺栓、液压系统导管弯头接头（锻件）、不扩口管接头、襟翼矫正包皮等零部件均采用了新的设计方案。我国自主研发的半奥氏体沉淀硬化不锈钢替代传统不锈钢材料。另外，一些高强度螺栓一般采用高强度结构钢加工而成，表面镀铬进行保护。但在新车型设计中，此类部件已采用不锈钢材质。
3、大飞机用高强度不锈钢前景
我国高强度不锈钢在钢种、强度水平、生产工艺、品种规格等方面均取得了长足进步，开发应用前景广阔；但我国现有系列高强度不锈钢要想在大型飞机上得到很好的应用，还需要解决几个问题。
一、我国高强度不锈钢发展存在的问题
1.1 不锈钢基础理论及生产工艺研究
钢材的强度性能有其客观的强度极限，不可能无限提高。例如，钢的抗延迟破坏能力受到强度的限制。如果超过这个值，性能就会变差。其原因是钢中夹杂物和晶界缺陷造成的。因此，合金化特别是微合金化与高纯净度、高均匀性精炼、铸造技术、超细结构控制技术和高精度轧制技术相结合，可开发出良好的强度、韧性、耐蚀性和加工性能。新材料是高强度不锈钢未来发展的主要方向。耐恶劣介质腐蚀的高强度不锈钢、高韧性超高强度不锈钢、高耐磨高疲劳马氏体时效不锈钢、超低温、无磁超高强度不锈钢等新材料高强度不锈钢、铁素体时效不锈钢是未来的研究项目。发展重点。通过对强韧化机理、耐腐蚀机理和耐磨机理的研究，将为新材料的开发奠定坚实的理论基础。
1.2不锈钢生产技术研发及组织管理
我国虽然是钢铁和不锈钢生产大国，但由于生产技术和质量管理水平的限制，我国高档特钢的产量特别是质量还不能完全满足国内市场的需要；作为特殊钢种，高强度钢不锈钢，性能尚未稳定，品种规格尚不能完全满足国民经济和国防建设的需要；有前景的钢种亟待开发，能够生产应用前景广阔的超级不锈钢的厂家不多；所生产的高强度不锈钢的物理质量可与发达国家进口产品相媲美。身体素质还是有相当大的差距。
二、促进我国高强度不锈钢发展的措施
2.1加强产学研结合，提高高强度不锈钢产品实物质量
与国内相应产品相比，国外不锈钢产品不仅在内在洁净度、结构均匀性和性能稳定性方面优越，而且在平整度、光滑度等形状和外观质量上也具有一定的优势。这反映出国内高强度不锈钢产品在精细材质、冶炼、冷热加工、热处理等方面还有待提高。这就需要结合产学研的力量，大力合作，争创一流，全面提高和提高我国高强度不锈钢的整体生产制造技术，使国产不锈钢的物理质量钢铁产品尽快达到发达国家先进水平。
2.2 加快品种工程化和标准化
钢材标准化可以促进钢材质量和批量供应的稳定。丰富的钢材标准为设计和使用时提供了更多的选择。 20世纪50年代以来，我国仿制开发了100多个不锈钢牌号，部分已纳入标准，其中高强度不锈钢牌号18个。但仍有大量钢种不符合当地使用的标准，而且标准中部分钢种的生产量也很小。这需要在品种引进和标准化方面做大量的工作。
2.3 开展高强度不锈钢的可靠性研究
与其他应用不同，大型飞机所使用的钢材不仅要求具有一定的强度、韧性、贴合性和耐腐蚀性，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、降低维护成本。 。
对此，欧美国家对相关航空用钢材料进行了大量的炉内、批次性能试验和统计，并在此基础上制定了材料的适航标准；他们还对飞机关键部件的材料（主要是特种钢和铝）进行了规定。合金）除了测试常规性能外，还进行了大量的疲劳试验和SN曲线，为材料和整机的技术鉴定创造了条件。对此，我国需要长期、大规模、详实的数据积累，为大飞机选型提供切实可用的数据依据。
