2023年1月13日(ri)，东(dong)北(bei)大(da)学(xue)轧(ya)制(zhi)技(ji)术(shu)及连(lian)轧自(zi)动化(hua)国家(jia)重(zhong)点实验室(shi)王国(guo)栋(dong)院士/袁国教(jiao)授研究团队(dui)在国际顶级期(qi)刊Science上(shang)以“Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure”为题(ti)，发表了(le)在超高强(qiang)钢铁材料(liao)增(zeng)塑(su)机(ji)制(zhi)及组织创新设计方(fang)面(mian)的最新研究(jiu)成果(guo)。

同时提升(sheng)强(qiang)度和(he)塑性(xing)，是钢(gang)铁(tie)材料(liao)领(ling)域(yu)长期(qi)以(yi)来存在的(de)重大(da)理论难(nan)题，也是(shi)从(cong)基础研(yan)究(jiu)到技(ji)术创新(xin)和应(ying)用(yong)实(shi)践(jian)的(de)瓶(ping)颈(jing)。尤其当(dang)强度达到(dao)2000 MPa级(ji)别(bie)时，塑性(xing)出现(xian)断(duan)崖式下降，均匀(yun)延(yan)伸(shen)率(lv)普遍(bian)低(di)于(yu)10%，其根本(ben)原(yuan)因在(zai)于(yu)传(chuan)统(tong)马氏体的(de)初(chu)始高(gao)密(mi)度(du)位错难(nan)以继(ji)续增殖(zhi)，且无(wu)序排(pai)列的几何取(qu)向结构微(wei)观塑性变(bian)形(xing)极(ji)不均(jun)匀，容易(yi)产(chan)生局(ju)部应(ying)力/应(ying)变集中。因(yin)此，探索新的(de)增(zeng)塑机制(zhi)，以节(jie)约型合(he)金(jin)设(she)计(ji)和(he)简(jian)单高效的制备工艺，获得(de)低(di)成(cheng)本(ben)高塑(su)性(xing)的(de)2000 MPa超高强钢仍(reng)然(ran)是巨(ju)大挑(tiao)战。

面对(dui)上(shang)述挑战，研(yan)究团队创新(xin)提(ti)出“马氏(shi)体(ti)拓(tuo)扑学结(jie)构(gou)设(she)计(ji)+亚稳(wen)相(xiang)调控(kong)”协(xie)同增(zeng)塑新(xin)机(ji)制，成功(gong)制备出系(xi)列(lie)低(di)成(cheng)本C-Mn系新型(xing)超(chao)高(gao)强钢，打(da)破(po)了超高(gao)强(qiang)钢对复(fu)杂(za)制(zhi)备(bei)工(gong)艺和昂(ang)贵(gui)合金成分的依(yi)赖，也(ye)突(tu)破(po)了(le)现(xian)有(you)2000 MPa级马(ma)氏体高(gao)强钢(gang)抗拉强度—均(jun)匀(yun)延伸(shen)率(lv)的(de)性能边(bian)界。同(tong)时，提出简(jian)单高效的制备(bei)工艺路(lu)线(xian)，构(gou)筑(zhu)出一种(zhong)全新(xin)的(de)拓扑学(xue)双(shuang)重有(you)序排(pai)列(lie)的马氏体(ti)和(he)多尺度亚稳(wen)奥氏体(ti)的(de)纳米级(ji)多层(ceng)次组(zu)织结(jie)构(gou)。该(gai)组织(zhi)结(jie)构通(tong)过在变形过程中(zhong)诱发(fa)板条界面(mian)（in-lath-plane slip）位错(cuo)滑(hua)移(yi)、界面塑性(xing)和(he)相变(bian)诱(you)发塑(su)性(xing)（TRIP）等(deng)多种(zhong)增(zeng)强(qiang)增塑(su)机(ji)制(zhi)，促(cu)使材料具(ju)有持(chi)续较(jiao)高的(de)加工(gong)硬(ying)化能力(li)，大(da)幅(fu)度(du)提(ti)升(sheng)其(qi)强(qiang)度和塑(su)性，实(shi)现了(le)1600~1900 MPa屈(qu)服(fu)强度，2000~2400 MPa抗(kang)拉强(qiang)度和(he)18%~25%均(jun)匀延(yan)伸(shen)率(lv)的(de)极致(zhi)性能。

 

图(tu)1 新(xin)型(xing)超(chao)高(gao)强钢的(de)组(zu)织(zhi)结构设(she)计(ji)

图2 新(xin)型超高(gao)强钢(gang)与(yu)其他超高(gao)强(qiang)钢的(de)拉伸(shen)性(xing)能(neng)对比(bi)

突(tu)破(po)金(jin)属材料(liao)性能极(ji)限(xian)是(shi)近(jin)年(nian)来材(cai)料领域研究的热点与难点，该研究提(ti)出了(le)马氏体/奥(ao)氏(shi)体(ti)多(duo)层次结构(gou)设(she)计新(xin)理念(nian)，充分(fen)挖(wa)掘材料潜(qian)力(li)，加深(shen)了(le)对马(ma)氏(shi)体结构调控以(yi)及变(bian)形(xing)机理的(de)理解(jie)和(he)认(ren)识，对(dui)推动低成(cheng)本(ben)、大(da)尺寸超(chao)高(gao)强塑(su)性(xing)钢铁(tie)材(cai)料(liao)的制备和(he)应(ying)用(yong)具有(you)重大(da)现实(shi)意义(yi)。该研究不仅对(dui)于(yu)钢铁(tie)材(cai)料(liao)，也(ye)为(wei)其他超高(gao)强(qiang)塑(su)性(xing)金(jin)属(shu)材(cai)料(liao)的开发(fa)制备(bei)提(ti)供了(le)新(xin)的(de)研究思(si)路(lu)。

该论(lun)文(wen)作(zuo)者(zhe)为(wei)李(li)云杰(jie)、袁国、李(li)琳(lin)琳(lin)、康(kang)健、阎(yan)丰(feng)凯、杜鹏举(ju)、Dierk Raabe、王国栋(dong)。第(di)一作(zuo)者李(li)云(yun)杰为(wei)东(dong)北(bei)大(da)学轧制(zhi)技(ji)术及连(lian)轧(ya)自(zi)动(dong)化(hua)国家(jia)重点实(shi)验(yan)室博(bo)士(shi)后，轧(ya)制(zhi)技术及连轧(ya)自动化国家(jia)重点(dian)实验室袁国(guo)教授、李(li)琳(lin)琳(lin)教授(shou)，德(de)国马普(pu)钢(gang)铁研究(jiu)所Dierk Raabe教(jiao)授为(wei)论文(wen)的(de)共同通(tong)讯作(zuo)者。东(dong)北(bei)大学(xue)为(wei)第一完成单位(wei)，中国(guo)科(ke)学院(yuan)金(jin)属(shu)研究(jiu)所、中信(xin)泰(tai)富特钢(gang)兴(xing)澄(cheng)特钢研究院及(ji)德国马(ma)普(pu)钢(gang)铁研究所为合(he)作(zuo)参(can)与(yu)单位(wei)。该(gai)研究(jiu)工作得(de)到了(le)国家自然科学(xue)基金、中央(yang)高(gao)校基本(ben)业(ye)务费(fei)及(ji)中(zhong)国(guo)博(bo)士后(hou)科学(xue)基金(jin)等(deng)项(xiang)目资助(zhu)。

东北(bei)大学轧制(zhi)技(ji)术(shu)及(ji)连(lian)轧(ya)自动(dong)化国(guo)家重(zhong)点(dian)实验(yan)室长(zhang)期(qi)开展(zhan)先(xian)进钢(gang)铁材(cai)料(liao)及(ji)其加工(gong)工艺技术的(de)研(yan)究(jiu)工(gong)作，注(zhu)重高(gao)水平科研平台建(jian)设，聚(ju)焦(jiao)本(ben)领(ling)域(yu)科技(ji)前沿，推(tui)进(jin)国(guo)际(ji)化合(he)作与交(jiao)流，强(qiang)化(hua)高水(shui)平人才培养(yang)，同(tong)时(shi)注(zhu)重应用需求牵引(yin)，持(chi)续深(shen)化基础研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)。近年(nian)来，相继在(zai)高(gao)质高(gao)端钢铁(tie)材料、绿色加工工(gong)艺、数字化(hua)钢铁(tie)技(ji)术等(deng)基础理论研(yan)究与关键(jian)技(ji)术(shu)创新(xin)方(fang)面(mian)不断取得(de)新(xin)突破(po)。