是什么卡了我们的脖子——

　　航空钢材不过硬，国产大飞机起落失据

　　亟待攻克的核心技术

　　本报记者 孙玉松

　　“如果把发动机和飞控设备比作飞机的心脏和大脑，那么航空超高强度钢制作的起落架就是飞机的‘腿脚’。没有强健腿脚，纵使心脏和大脑再强大，巨人依然站立不起来！”“青年千人计划”学者、南开大学材料学院教授、博士生导师梁嘉杰对科技日报记者说。

　　在梁嘉杰等材料科学家看来，随着中国大飞机等项目的加速推进，国产航空超高强度钢材的研发制造必须迎头赶上，才能让国产大飞机更稳健地翱翔蓝天。

　　美国300M是世界主流

　　“川航客机玻璃脱落迫降，落地时由于超重滑行，轮胎都瘪了，但依然实现了安全着陆，这得益于好的起落架，如果没有好的高强度钢，这种迫降是致命的。”中国民航大学一位学者告诉科技日报记者。

　　无论起飞还是降落，起落架都是支撑飞机的唯一部件，尤其是在飞机降落阶段，其承载的载荷不仅仅来自机身重量，还有飞机垂直方向的巨大冲力。因此，起落架的材料强度必须十分优异，一般材料无法满足这一要求，只能依靠特种钢材才行。“频繁的起降滑行，对起落架的材料可靠性提出了近乎严苛的要求，可以说起落架用钢就代表着一个国家超高强度钢的最高水平。”采访中，专家如是说。

　　在航空业，大飞机是指起飞总重量超过100吨的运输类飞机，包括军用、民用大型运输机和150座以上的干线客机。每架大飞机的起落架用特种高强度钢约15吨。因为国产材料不过关，首架C919下线试飞时，起落架用进口材料制作。

　　梁嘉杰告诉记者，就目前起落架钢材使用现状来看，美国的300M钢使用范围最广。300M钢是1952年由美国国际镍公司研发，并采用整体锻件制造工艺制造而成，其强度在1900MPa—2100MPa，相当于20000个大气压。迄今为止，美国九成以上军民用飞机起落架材料由300M钢担纲。

　　必须翻过纯净度这座“山”

　　“超高强度钢可分为低合金、中合金和高合金三类，飞机起落架用的钢材，是典型的低合金钢，对‘氢脆’很敏感，真空高温冶炼需要高纯净度。”天津工业大学一位研究金属的教授介绍，钢铁等金属材料原子按照一定的规则排列，被称为晶格，晶格中偶尔有不守秩序的原子会站错队，发生错排的地方称为位错。钢铁冶炼凝固过程中，残留在钢铁内的氢原子会主动寻找位错，向金属中缺陷附近不断集中，到室温时，原子氢在缺陷处结合成分子氢，从而产生巨大的内应力，使金属发生看不见的裂纹，也就是“氢脆”。

　　“从原子变分子，氢就如同啸聚山林的好汉，聚到一起就会产生很大的破坏力。用于制作起落架的超强度钢最怕这个。”该教授形象地说。而记者了解到，美国飞机部件破坏调查分析表明，起落架多数是由于表面应力腐蚀或疲劳裂纹扩展而导致最后断裂的。

　　美国的300M钢采用真空热处理技术，避免了渗氢，零件表面光亮，无氧化脱碳、增碳和晶界氧化等缺陷，提高了表面质量。与此形成对比，国内用于制作起落架的国产超强度钢材有时会出现点状缺陷、硫化物夹杂、粗晶、内部裂纹、热处理渗氢等问题，这些问题都与冶炼过程中纯净度不够有关系。

　　目前，我国的超高强度钢材研制水准与欧洲、俄罗斯相比基本相当或略有优势，但在材料创新基础研究能力，尤其是高纯度熔炼技术方面与美国还有较大差距，存在很大提升空间。

　　“未来，应该重点关注提升超强度钢纯净度。”中国航发北京航空材料研究院研究员、中国工程院赵振业院士说，纯净度会影响航空器械的“寿命”，也是所有航空超高强度钢的“命门”，是必须要翻越的山。他打比方说，其影响如同我国的气候分水岭秦岭一样明显，翻过秦岭是四川的湿润气候，秦岭以北是陕西的气候。航空器关键构件达到长寿命、高可靠、结构减重，首先要过了纯净度关，然后才能谈抗疲劳性等金属材料的其他特性。

　　部分技术还停留在实验室阶段

　　全球航空航天材料市场预计到2022年将达到258亿美元，这是一个快速增长的庞大市场，目前高端新材料基本上被美国和欧洲垄断着。根据测算，我国高温合金行业长期处于供不应求的状态，年市场缺口近1万吨。

　　一代材料技术，一代航空装备。“在大型飞机结构性关键部件用钢方面，我国整体水平基本上可以满足国防军工、装备制造、国民经济发展要求，但与国际先进水平相比，仍存在较大差距。尤其在航空(航天)用高温合金方面，我国仍处于跟跑阶段。不过客观上讲，我国研制和生产水平与先进国家的差距正在缩短。”中国钢铁研究总院副院长杜挽生说，航空用高纯度单晶高温合金，发达国家已经实现了四代技术的应用量产，而国内只到了第二代，三代、四代技术仍在持续的攻坚中。

　　今年5月14日上海航展上，宝钢特钢有限公司研制生产的300M超高强度钢露面，这意味着在C919后续机型上，起落架有望在确保安全的前提下实现国产化替代。但有钢铁冶金业内人士告诉记者，大飞机用的超强度钢材完全国产化这一过程还有一段很长的路要走。国内高性能钢铁部分制造技术，尤其是新一代数字化和智能化控轧控冷技术、先进热处理技术、变截面轧制技术、温度梯度轧制技术、高精度轧制技术，我们与美国、日本还有不小的差距，有的还停留在实验室层面，超高强度钢材实现完全国产化，还要加强科研。