是什麽卡了國產大飛機的脖子？航空鋼材不過硬

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“如果把發動機和飛控設備比作飛機的心臟和大腦，那麽航空超高強度鋼制作的起落架就是飛機的‘腿腳’。沒有強健腿腳，縱使心臟和大腦再強大，巨人依然站立不起來！”“青年千人計劃”學者、南開大學材料學院教授、博士生導師梁嘉傑對科技日報記者說。

在梁嘉傑等材料科學家看來，隨著中國大飛機等項目的加速推進，國產航空超高強度鋼材的研發制造必須迎頭趕上，才能讓國產大飛機更穩健地翺翔藍天。

美國300M是世界主流

“川航客機玻璃脫落迫降，落地時由於超重滑行，輪胎都癟了，但依然實現了安全著陸，這得益於好的起落架，如果沒有好的高強度鋼，這種迫降是致命的。”中國民航大學一位學者告訴科技日報記者。

無論起飛還是降落，起落架都是支撐飛機的唯一部件，尤其是在飛機降落階段，其承載的載荷不僅僅來自機身重量，還有飛機垂直方向的巨大衝力。因此，起落架的材料強度必須十分優異，一般材料無法滿足這一要求，只能依靠特種鋼材才行。“頻繁的起降滑行，對起落架的材料可靠性提出了近乎嚴苛的要求，可以說起落架用鋼就代表著一個國家超高強度鋼的最高水平。”採訪中，專家如是說。

在航空業，大飛機是指起飛總重量超過100噸的運輸類飛機，包括軍用、民用大型運輸機和150座以上的幹線客機。每架大飛機的起落架用特種高強度鋼約15噸。因為國產材料不過關，首架C919下線試飛時，起落架用進口材料制作。

梁嘉傑告訴記者，就目前起落架鋼材使用現狀來看，美國的300M鋼使用範圍最廣。300M鋼是1952年由美國國際鎳公司研發，並采用整體鍛件制造工藝制造而成，其強度在1900MPa—2100MPa，相當於20000個大氣壓。迄今為止，美國九成以上軍民用飛機起落架材料由300M鋼擔綱。

必須翻過純凈度這座“山”

“超高強度鋼可分為低合金、中合金和高合金三類，飛機起落架用的鋼材，是典型的低合金鋼，對‘氫脆’很敏感，真空高溫冶煉需要高純凈度。”天津工業大學一位研究金屬的教授介紹，鋼鐵等金屬材料原子按照一定的規則排列，被稱為晶格，晶格中偶爾有不守秩序的原子會站錯隊，發生錯排的地方稱為位錯。鋼鐵冶煉凝固過程中，殘留在鋼鐵內的氫原子會主動尋找位錯，向金屬中缺陷附近不斷集中，到室溫時，原子氫在缺陷處結合成分子氫，從而產生巨大的內應力，使金屬發生看不見的裂紋，也就是“氫脆”。

“從原子變分子，氫就如同嘯聚山林的好漢，聚到一起就會產生很大的破壞力。用於制作起落架的超強度鋼最怕這個。”該教授形象地說。而記者了解到，美國飛機部件破壞調查分析表明,起落架多數是由於表面應力腐蝕或疲勞裂紋擴展而導致最後斷裂的。

美國的300M鋼採用真空熱處理技術，避免了滲氫，零件表面光亮，無氧化脫碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了表面質量。與此形成對比，國內用於制作起落架的國產超強度鋼材有時會出現點狀缺陷、硫化物夾雜、粗晶、內部裂紋、熱處理滲氫等問題，這些問題都與冶煉過程中純凈度不夠有關系。

目前，我國的超高強度鋼材研制水準與歐洲、俄羅斯相比基本相當或略有優勢，但在材料創新基礎研究能力，尤其是高純度熔煉技術方面與美國還有較大差距，存在很大提升空間。

“未來，應該重點關注提升超強度鋼純凈度。”中國航發北京航空材料研究院研究員、中國工程院趙振業院士說，純凈度會影響航空器械的“壽命”，也是所有航空超高強度鋼的“命門”，是必須要翻越的山。他打比方說，其影響如同我國的氣候分水嶺秦嶺一樣明顯，翻過秦嶺是四川的濕潤氣候，秦嶺以北是陜西的氣候。航空器關鍵構件達到長壽命、高可靠、結構減重，首先要過了純凈度關，然後才能談抗疲勞性等金屬材料的其他特性。

部分技術還停留在實驗室階段

全球航空航天材料市場預計到2022年將達到258億美元，這是一個快速增長的龐大市場，目前高端新材料基本上被美國和歐洲壟斷著。根據測算，我國高溫合金行業長期處於供不應求的狀態，年市場缺口近1萬噸。

一代材料技術，一代航空裝備。“在大型飛機結構性關鍵部件用鋼方面，我國整體水平基本上可以滿足國防軍工、裝備制造、國民經濟發展要求，但與國際先進水平相比，仍存在較大差距。尤其在航空（航天）用高溫合金方面，我國仍處於跟跑階段。不過客觀上講，我國研制和生產水平與先進國家的差距正在縮短。”中國鋼鐵研究總院副院長杜挽生說，航空用高純度單晶高溫合金，發達國家已經實現了四代技術的應用量產，而國內只到了第二代，三代、四代技術仍在持續的攻堅中。

今年5月14日上海航展上，寶鋼特鋼有限公司研制生產的300M超高強度鋼露面，這意味著在C919後續機型上，起落架有望在確保安全的前提下實現國產化替代。但有鋼鐵冶金業內人士告訴記者，大飛機用的超強度鋼材完全國產化這一過程還有一段很長的路要走。國內高性能鋼鐵部分制造技術，尤其是新一代數字化和智能化控軋控冷技術、先進熱處理技術、變截面軋制技術、溫度梯度軋制技術、高精度軋制技術，我們與美國、日本還有不小的差距，有的還停留在實驗室層面，超高強度鋼材實現完全國產化，還要加強科研。

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