2023年(nian)1月13日，东(dong)北(bei)大(da)学(xue)轧制(zhi)技(ji)术(shu)及连(lian)轧自动(dong)化(hua)国(guo)家重(zhong)点(dian)实(shi)验(yan)室(shi)王(wang)国栋院士(shi)/袁(yuan)国(guo)教(jiao)授(shou)研究(jiu)团(tuan)队(dui)在(zai)国(guo)际顶(ding)级期(qi)刊(kan)Science上以(yi)“Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure”为题(ti)，发表了在(zai)超高(gao)强钢(gang)铁(tie)材(cai)料(liao)增塑机(ji)制(zhi)及组织(zhi)创新(xin)设计(ji)方面(mian)的最(zui)新(xin)研究(jiu)成果(guo)。

同(tong)时(shi)提(ti)升(sheng)强(qiang)度和塑(su)性，是(shi)钢(gang)铁材(cai)料(liao)领(ling)域长(zhang)期(qi)以(yi)来存在的重大理(li)论(lun)难(nan)题(ti)，也是从基(ji)础(chu)研(yan)究到(dao)技术创(chuang)新和(he)应(ying)用实践的瓶(ping)颈。尤其(qi)当(dang)强度(du)达到(dao)2000 MPa级别时(shi)，塑性出(chu)现(xian)断崖式(shi)下降，均匀(yun)延伸率(lv)普(pu)遍低(di)于(yu)10%，其根本(ben)原(yuan)因(yin)在于传统(tong)马(ma)氏(shi)体的(de)初始(shi)高(gao)密度位错(cuo)难(nan)以继(ji)续(xu)增殖(zhi)，且(qie)无(wu)序(xu)排列的(de)几(ji)何取向(xiang)结构(gou)微(wei)观(guan)塑(su)性(xing)变形(xing)极(ji)不均(jun)匀(yun)，容易(yi)产生(sheng)局部(bu)应力/应(ying)变(bian)集中。因(yin)此(ci)，探索(suo)新(xin)的(de)增塑(su)机(ji)制，以(yi)节约(yue)型(xing)合(he)金设计和简(jian)单高效的制(zhi)备工(gong)艺，获(huo)得(de)低成本高(gao)塑(su)性的2000 MPa超(chao)高(gao)强(qiang)钢仍(reng)然是(shi)巨大挑(tiao)战。

面(mian)对(dui)上述挑(tiao)战，研究(jiu)团队创(chuang)新提(ti)出“马(ma)氏(shi)体(ti)拓(tuo)扑(pu)学(xue)结(jie)构(gou)设(she)计(ji)+亚稳相(xiang)调控(kong)”协同(tong)增(zeng)塑(su)新(xin)机(ji)制，成(cheng)功制备(bei)出系(xi)列低成本(ben)C-Mn系新型(xing)超(chao)高强钢(gang)，打(da)破了超高强钢对(dui)复(fu)杂(za)制备工艺(yi)和昂贵合金成分(fen)的依赖(lai)，也(ye)突破(po)了现(xian)有2000 MPa级马氏(shi)体(ti)高强(qiang)钢(gang)抗拉(la)强(qiang)度(du)—均匀延伸(shen)率(lv)的性能边(bian)界(jie)。同(tong)时(shi)，提(ti)出(chu)简单(dan)高效的(de)制备(bei)工艺路线(xian)，构筑出一种全(quan)新的(de)拓扑(pu)学(xue)双重(zhong)有序排(pai)列(lie)的马氏体(ti)和多尺度(du)亚(ya)稳(wen)奥氏体的(de)纳米级(ji)多层(ceng)次(ci)组(zu)织(zhi)结构。该(gai)组织(zhi)结构通(tong)过(guo)在(zai)变(bian)形(xing)过程(cheng)中诱发板(ban)条界面(mian)（in-lath-plane slip）位(wei)错(cuo)滑移、界面(mian)塑性和相(xiang)变(bian)诱发(fa)塑(su)性（TRIP）等(deng)多种增(zeng)强增塑(su)机制(zhi)，促(cu)使材料(liao)具有持(chi)续较高(gao)的(de)加(jia)工(gong)硬化能力，大(da)幅(fu)度(du)提升(sheng)其强度(du)和(he)塑(su)性(xing)，实现(xian)了1600~1900 MPa屈服(fu)强度(du)，2000~2400 MPa抗(kang)拉(la)强(qiang)度和(he)18%~25%均匀(yun)延(yan)伸(shen)率的(de)极致(zhi)性能(neng)。

 

图(tu)1 新(xin)型(xing)超(chao)高强钢(gang)的(de)组(zu)织结(jie)构设(she)计(ji)

图(tu)2 新(xin)型超(chao)高强钢与(yu)其(qi)他(ta)超(chao)高(gao)强钢(gang)的拉(la)伸性(xing)能对(dui)比(bi)

突(tu)破(po)金(jin)属材(cai)料(liao)性(xing)能极(ji)限(xian)是(shi)近年来材(cai)料(liao)领域研究的热(re)点与(yu)难(nan)点，该研(yan)究(jiu)提(ti)出了(le)马(ma)氏(shi)体(ti)/奥(ao)氏体(ti)多(duo)层次(ci)结构设计新(xin)理(li)念(nian)，充(chong)分挖(wa)掘(jue)材(cai)料潜(qian)力，加深了(le)对(dui)马氏体(ti)结(jie)构调(diao)控(kong)以及变(bian)形机(ji)理(li)的理解(jie)和认(ren)识(shi)，对(dui)推动低(di)成(cheng)本(ben)、大尺(chi)寸超(chao)高(gao)强塑(su)性钢铁材料的制备和(he)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)铁材(cai)料，也(ye)为(wei)其(qi)他(ta)超高(gao)强(qiang)塑(su)性(xing)金(jin)属材料(liao)的开发制备(bei)提(ti)供(gong)了(le)新(xin)的(de)研(yan)究思路。

该论文作(zuo)者(zhe)为(wei)李(li)云(yun)杰(jie)、袁(yuan)国、李琳(lin)琳、康(kang)健(jian)、阎(yan)丰凯(kai)、杜鹏举(ju)、Dierk Raabe、王(wang)国(guo)栋(dong)。第一(yi)作(zuo)者(zhe)李云(yun)杰(jie)为东(dong)北大(da)学(xue)轧制(zhi)技术及(ji)连轧(ya)自(zi)动化国家重点(dian)实验室(shi)博(bo)士(shi)后，轧制技术及连轧(ya)自动化(hua)国家重点(dian)实(shi)验室(shi)袁国(guo)教(jiao)授、李(li)琳琳(lin)教(jiao)授，德国(guo)马普钢(gang)铁研(yan)究所Dierk Raabe教(jiao)授为(wei)论文的(de)共同(tong)通(tong)讯作者。东北大(da)学(xue)为(wei)第一完(wan)成(cheng)单(dan)位，中(zhong)国(guo)科学(xue)院(yuan)金属研究(jiu)所、中信泰富(fu)特(te)钢(gang)兴澄特(te)钢(gang)研(yan)究院(yuan)及(ji)德(de)国马(ma)普钢(gang)铁研(yan)究所为合(he)作参(can)与(yu)单(dan)位(wei)。该(gai)研究工(gong)作得到(dao)了国家自然(ran)科(ke)学(xue)基(ji)金(jin)、中(zhong)央高(gao)校(xiao)基本业(ye)务(wu)费及中国博士后科(ke)学(xue)基金(jin)等(deng)项(xiang)目资(zi)助(zhu)。

东(dong)北(bei)大学轧(ya)制技术(shu)及(ji)连(lian)轧自(zi)动化(hua)国(guo)家(jia)重点实(shi)验室长(zhang)期(qi)开展(zhan)先(xian)进(jin)钢(gang)铁材料(liao)及其加(jia)工(gong)工(gong)艺技术的研究(jiu)工(gong)作，注(zhu)重(zhong)高水(shui)平(ping)科研(yan)平台(tai)建设，聚焦本(ben)领(ling)域科技(ji)前沿(yan)，推(tui)进国(guo)际(ji)化(hua)合(he)作(zuo)与交流(liu)，强(qiang)化高水(shui)平(ping)人才(cai)培(pei)养(yang)，同时(shi)注(zhu)重(zhong)应(ying)用需求牵引，持(chi)续(xu)深化基础(chu)研(yan)究工作(zuo)。近(jin)年来(lai)，相(xiang)继(ji)在(zai)高质高端钢铁(tie)材(cai)料、绿(lv)色(se)加(jia)工工艺(yi)、数字(zi)化(hua)钢铁(tie)技术(shu)等(deng)基础理(li)论研究(jiu)与(yu)关(guan)键技术创新(xin)方面(mian)不(bu)断(duan)取得(de)新(xin)突(tu)破(po)。