通常來說，龐大的身軀需要粗壯的腿腳來支撐，但飛機偏偏把起落架裹足成了“小腳”，堅強撐起了幾十倍於自身重量的大機身。如果把飛機比作一隻鳥，那絕對是一隻嚴重畸形的鳥——肚子大、身板壯、體重高、腿腳細。
現代大飛機起飛重量基本都在100噸以上，為保證能夠承受飛機上百噸的重量和起降的巨大沖擊力，起落架的材料必須具有高強度、高韌性、抗疲勞、抗腐蝕等條件。如此苛刻的要求，一般材料無法滿足，只能依靠特種鋼材，可以說起落架用鋼代表著一個國家超高強度鋼的最高水平。
與國產大飛機C919的研發製造進程同步，國產起落架用鋼的研究實現了突破，併成功通過了供應商認證，用於C919起落架製造，國產大飛機終於有了“中國腳”。
（中國C919大飛機）
（一）飛機事故68.3%發生於起降10分鐘，起落架是生命的支點
飛機有四大關鍵部件：發動機、起落架、機翼、機身。如果一定要在四者之中排序，發動機聲名遠播，重要性和地位首屈一指，當排首位。起落架是飛機起飛、降落時的關鍵受力部件，號稱乘客“生命的支點”，毋庸置疑可排第二位。
據統計，飛機起飛和降落的時間一般不超過10分鐘，但飛機事故有68.3%都是在這10分鐘內發生的，因此有“黑色10分鐘”之說。作為起飛和降落階段的關鍵部件，起落架的安全性和可靠性對飛機的重要性可見一斑。
（2015年10月，秘魯一架波音737客機在降落時右起落架折斷）
用通俗的話說，發動機和飛控設備好比飛機的心臟和大腦，起落架則是飛機的雙腳。縱然離開了心臟和大腦，就沒有了生命，但是，沒有強健的腿腳，即使心臟和大腦再強大，巨人也站不起來。
鑑於起落架的特殊重要性，為了保證它在起降階段能夠正常收放，通常飛機的每個起落架有三套控制系統，一套常用，一套備用，一套應急，確保萬無一失。
（二）製造起落架用什麼材料？300M超高強鋼是主流
飛機在起飛和降落時，全靠3個起落架支撐起來。
C919作為單通道幹線飛機，在大飛機中屬於小個子，但最大起飛重量已達80噸，三個起落架總重量為1.8噸左右，要在高速下支撐起達到自身重量40多倍的飛機，其剛性可見一斑。
（C919大飛機起落架）
全球應用比較廣泛的起落架用材為低合金超高強度鋼，如美國的300M、法國的35NCDl6、俄羅斯的30xrCH2A等，其顯著特點是有超乎一般的高強度。高強度究竟高到什麼程度呢？目前各類抗震建築用鋼筋的抗拉強度一般在400-500Mpa，而300M抗拉強度高達為1960-2100 Mpa，35NCDl6抗拉強度超過1850Mpa，30xrCH2A抗拉強度為1800-2000Mpa。
以300M鋼為例，它是當前世界上強度水平最高、綜合性能最好、應用最廣泛的起落架用鋼，於20世紀50年代初在4340鋼基礎上添加了1.5%左右的硅而發展起來，其最大優點是強度高、韌性良好、固有疲勞強度高，並具有橫向塑性高、斷裂韌性高、疲勞性優良、抗應力腐蝕性能好等特點。
用其製造起落架不但結構尺寸較小，而且與飛機機體同壽命使用，即使使用壽命長達數萬小時的民航客機也是如此。在飛機制造水平最高的美國，90％以上的軍民用飛機起落架都用這種鋼製造。
300M鋼對化學成分有嚴格限定。不同的化學成分在鋼中發揮著不同的作用：C（碳）含量會讓300M鋼在強度和硬度方面有所提高，但塑性與韌性都會明顯下降，使鋼的工藝性下降；Cr（鉻）主要作用是提高300M鋼的淬硬性，改善強韌性；Ni（鎳）能夠提高鋼的硬度和強度，顯著降低材料的缺口敏感性，避免脆性解理斷裂；Si（硅）主要提高300M鋼的屈服強度和抗拉強度。
（300M鋼的化學成分）
此外，從300M鋼的化學成分可以看出，硫、磷等有害成分的含量都是不高於0.01%，要求極為苛刻。
與之對比，汽車用頂級高強雙相鋼DP1180的硫、磷含量要求分別是不高於0.04%和0.015%，跟300M的要求相差數倍。
（三）飛機起落架用鋼國產為啥這麼難？純淨度是關鍵
調查表明，起落架斷裂多數都是由表面應力腐蝕或疲勞裂紋擴展而引起的。
鋼中的原子都是按照一定的規則排列，稱為晶格，但是晶格中也有一些不守秩序的原子會站錯隊，造成位錯。
鋼鐵冶煉凝固過程中，殘留在鋼鐵內的氫原子由於質量最輕、體積最小，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氫分子，從而產生巨大的內應力，超過鋼的強度極限，使金屬發生看不見的裂紋，也就是“氫脆”。
（顯微鏡下觀測到的材料因氫脆而開裂）
鋼的強度等級越高，對氫脆越敏感；含碳量較低且硫、磷等雜質元素含量較少的鋼，氫脆敏感性則較低。飛機起落架用鋼屬於低合金超高強鋼，對氫脆極為敏感。為防止氫脆發生，實現起落架的長壽命、高可靠和結構減重，必須降低雜質元素含量，提高鋼的純淨度，這也是提升起落架用鋼其他性能的基礎。
但是，傳統鋼鐵生產流程的本質缺點就是不穩定。原材料不穩定、工藝不穩定、過程溫度不穩定、工藝節奏不穩定、質量不穩定等等都造成了潔淨度控制之難，難於上青天。
（傳統鋼鐵生產流程中的不穩定影響因素）
300M鋼採用真空熱處理技術，避免了滲氫，提高了表面質量，其生產條件及工藝質量要求的苛刻，不僅體現在整個生產過程要滿足國際民用航空產品質量控制要求，還要保證各個生產工序的操作步驟具有可追溯性和可複製性。
此前，國內用於製作起落架的超高強鋼有時會出現點狀缺陷、內部裂紋、熱處理滲氫、硫化物夾雜、粗晶等問題，這都與鋼材冶煉過程中純淨度不夠有關係。
因此，2009年中國鋼鐵企業開始300M超高強度鋼研製攻關，對300M鋼不再使用傳統的轉爐生產，而是採用真空感應+真空自耗重熔工藝（VIM+VAR），通過真空熔鍊，使成分控制更精確、雜質含量更低、夾雜物更少而且具有良好鑄錠組織改善加工成型性能。
此外，為了保證鋼水的潔淨度，鍊鋼的原料都要用專用料格存放，防止其他原料的汙染。
此外，研發單位嚴格按照民用航空材料體系的質量管理要求，專門編制工藝過程控制文件並先後調整修改13次，改進設備精度，從人、機、料、法全方位建立了製造體系，保證產品製造過程的穩定性，真正形成了具有自主知識產權的全流程製造技術。
經過先後幾十批次工業化生產試製，中國的300M鋼研製先後突破了40t電爐超純淨冶煉、大規格電極錠澆注、φ810mm鋼錠真空自耗爐熔鍊、φ400mm規格棒材鍛造加工、棒材退火以及檢測等多項工藝技術難關，2014年獲得了規定最嚴格級別B類300M鋼生產許可證，2016年成功通過了供應商認證，擁有了合格供應商資質，正式供貨用於C919起落架製造。
（國產300M鋼）
C919製造一隻起落架需要兩塊直徑400毫米左右、長近3米的300M超高強度鋼鍛件，分別鍛造成外筒和活塞。300M鋼國產化成功，其意義不僅僅體現在國產化所帶來的成本下降，更主要的是突破了發達國家在大飛機關鍵零部件上的技術封鎖，讓國產大飛機擁有了一雙強健的“國腳”。
結語
一代材料技術，一代航空裝備。儘管航空超高強鋼的研發難度很大，但卻是世界各國的競爭熱點。
在飛機結構性關鍵部件製造方面，中國鋼鐵製造水平基本上可以滿足國防軍工、裝備製造、國民經濟發展要求，但與世界領先國家相比，仍存在很大差距。隨著大飛機等項目的加速推進，國產航空超高強鋼的研發製造必須迎頭趕上，才能讓國產大飛機更穩健地翱翔藍天。
閱讀更多 有色技術平臺 的文章
