2023年1月(yue)13日，东(dong)北(bei)大(da)学轧制(zhi)技(ji)术及连(lian)轧自(zi)动化国家重点(dian)实验(yan)室(shi)王(wang)国(guo)栋(dong)院(yuan)士/袁(yuan)国教授(shou)研(yan)究(jiu)团(tuan)队(dui)在国际顶级期(qi)刊Science上以(yi)“Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure”为题(ti)，发(fa)表了在(zai)超(chao)高(gao)强钢(gang)铁材料(liao)增塑(su)机制(zhi)及组(zu)织(zhi)创新设计(ji)方(fang)面(mian)的(de)最(zui)新(xin)研究(jiu)成(cheng)果(guo)。

同时(shi)提(ti)升强(qiang)度(du)和塑性，是(shi)钢(gang)铁材(cai)料(liao)领(ling)域长(zhang)期以(yi)来存在(zai)的重(zhong)大理(li)论难(nan)题(ti)，也是(shi)从(cong)基(ji)础(chu)研究(jiu)到(dao)技(ji)术创(chuang)新(xin)和(he)应用实(shi)践的瓶颈。尤其(qi)当(dang)强度达(da)到2000 MPa级(ji)别(bie)时(shi)，塑(su)性(xing)出现断崖式下(xia)降，均匀延(yan)伸率(lv)普(pu)遍(bian)低于10%，其根(gen)本原(yuan)因(yin)在于(yu)传(chuan)统马(ma)氏(shi)体的(de)初始高密度(du)位(wei)错难(nan)以(yi)继(ji)续增殖，且无序排(pai)列(lie)的几(ji)何(he)取向结(jie)构(gou)微(wei)观塑(su)性(xing)变形极不均匀(yun)，容(rong)易产生(sheng)局部(bu)应(ying)力/应变集中。因此，探索新(xin)的增塑(su)机制，以节约(yue)型合(he)金(jin)设计和(he)简(jian)单(dan)高(gao)效(xiao)的制备(bei)工(gong)艺(yi)，获得(de)低成本(ben)高(gao)塑(su)性的2000 MPa超高强(qiang)钢仍然(ran)是(shi)巨(ju)大挑战。

面(mian)对(dui)上(shang)述挑(tiao)战，研(yan)究团(tuan)队(dui)创新提出(chu)“马氏体拓扑学结(jie)构(gou)设(she)计(ji)+亚(ya)稳(wen)相调(diao)控(kong)”协(xie)同(tong)增(zeng)塑(su)新(xin)机制(zhi)，成功制备(bei)出系列(lie)低(di)成(cheng)本(ben)C-Mn系新型(xing)超(chao)高强(qiang)钢，打(da)破了超高(gao)强(qiang)钢对复(fu)杂制备(bei)工(gong)艺和昂贵(gui)合(he)金(jin)成(cheng)分的(de)依赖，也(ye)突破了(le)现有2000 MPa级马(ma)氏(shi)体(ti)高强(qiang)钢抗(kang)拉强(qiang)度—均匀延(yan)伸(shen)率的(de)性能(neng)边(bian)界(jie)。同时(shi)，提(ti)出(chu)简单(dan)高(gao)效(xiao)的(de)制备(bei)工(gong)艺(yi)路(lu)线，构筑出(chu)一种全新(xin)的(de)拓扑学双(shuang)重有序排列(lie)的马氏(shi)体和(he)多尺(chi)度亚稳(wen)奥(ao)氏(shi)体的纳米(mi)级多层次组织结(jie)构(gou)。该(gai)组(zu)织(zhi)结(jie)构通过在变形过(guo)程(cheng)中诱发板条(tiao)界面(mian)（in-lath-plane slip）位错(cuo)滑移、界(jie)面(mian)塑(su)性(xing)和相(xiang)变(bian)诱(you)发塑性（TRIP）等(deng)多(duo)种增(zeng)强(qiang)增(zeng)塑(su)机(ji)制(zhi)，促使材料具(ju)有(you)持续较(jiao)高(gao)的(de)加(jia)工硬化(hua)能(neng)力，大(da)幅度提升(sheng)其(qi)强(qiang)度(du)和(he)塑(su)性(xing)，实(shi)现(xian)了1600~1900 MPa屈(qu)服(fu)强(qiang)度(du)，2000~2400 MPa抗(kang)拉(la)强(qiang)度和18%~25%均(jun)匀延(yan)伸率(lv)的极致(zhi)性(xing)能(neng)。

 

图1 新型超高强钢(gang)的(de)组织结构(gou)设计(ji)

图(tu)2 新(xin)型超高强(qiang)钢与(yu)其(qi)他(ta)超高(gao)强(qiang)钢(gang)的拉(la)伸(shen)性能(neng)对(dui)比

突破(po)金属(shu)材(cai)料性能(neng)极(ji)限(xian)是(shi)近年(nian)来(lai)材料领(ling)域研究(jiu)的(de)热(re)点与难点(dian)，该研究(jiu)提(ti)出了马氏(shi)体(ti)/奥氏体(ti)多层次(ci)结构(gou)设计(ji)新理念(nian)，充(chong)分挖掘材料潜力(li)，加深了对(dui)马氏体(ti)结(jie)构(gou)调控(kong)以及变形机理(li)的理(li)解和(he)认(ren)识(shi)，对推动低(di)成(cheng)本(ben)、大尺寸(cun)超(chao)高(gao)强(qiang)塑性钢铁(tie)材(cai)料的(de)制备和应用(yong)具有重大(da)现(xian)实意义。该研(yan)究不仅对(dui)于(yu)钢(gang)铁(tie)材料(liao)，也为其(qi)他(ta)超高(gao)强塑(su)性(xing)金(jin)属材料(liao)的开(kai)发制备(bei)提(ti)供了(le)新(xin)的(de)研究(jiu)思(si)路(lu)。

该论文(wen)作者(zhe)为李云杰、袁国、李琳(lin)琳(lin)、康健(jian)、阎丰凯、杜(du)鹏(peng)举、Dierk Raabe、王(wang)国栋(dong)。第(di)一(yi)作(zuo)者李云杰为东(dong)北(bei)大(da)学(xue)轧(ya)制(zhi)技(ji)术及连轧自(zi)动(dong)化(hua)国(guo)家重(zhong)点(dian)实(shi)验室(shi)博(bo)士后，轧(ya)制(zhi)技术(shu)及连轧(ya)自(zi)动化国家(jia)重(zhong)点(dian)实(shi)验室袁国教(jiao)授、李(li)琳琳(lin)教授，德国马普钢铁(tie)研(yan)究(jiu)所(suo)Dierk Raabe教授(shou)为(wei)论(lun)文的共同(tong)通讯作(zuo)者。东(dong)北大学为(wei)第一(yi)完成(cheng)单位(wei)，中(zhong)国(guo)科学(xue)院(yuan)金属(shu)研(yan)究所(suo)、中(zhong)信泰(tai)富特钢兴澄特(te)钢(gang)研究院(yuan)及德国(guo)马普钢铁研究所(suo)为(wei)合作(zuo)参与单(dan)位。该(gai)研(yan)究工作得(de)到(dao)了(le)国家自(zi)然科学(xue)基(ji)金(jin)、中央(yang)高(gao)校基本(ben)业(ye)务(wu)费(fei)及(ji)中国博士后(hou)科(ke)学基金等项(xiang)目(mu)资助(zhu)。

东(dong)北(bei)大(da)学(xue)轧制(zhi)技术(shu)及连轧自(zi)动(dong)化国家重(zhong)点(dian)实(shi)验室(shi)长期(qi)开(kai)展(zhan)先进钢(gang)铁(tie)材(cai)料及(ji)其(qi)加(jia)工工(gong)艺技术(shu)的(de)研(yan)究(jiu)工作(zuo)，注重高水(shui)平科(ke)研平台(tai)建设，聚焦(jiao)本领(ling)域(yu)科(ke)技前(qian)沿，推进国(guo)际化合作(zuo)与交流(liu)，强化(hua)高(gao)水(shui)平人才培(pei)养，同(tong)时(shi)注(zhu)重(zhong)应(ying)用需求牵引(yin)，持续(xu)深化(hua)基(ji)础研究工作。近(jin)年(nian)来，相(xiang)继在高质(zhi)高端(duan)钢(gang)铁(tie)材(cai)料、绿色(se)加工(gong)工艺、数字化(hua)钢铁技术等(deng)基础理论(lun)研究(jiu)与关(guan)键(jian)技术创新(xin)方(fang)面(mian)不(bu)断取(qu)得新(xin)突破。