2023年1月13日(ri)，东北大学轧制(zhi)技(ji)术(shu)及连轧(ya)自(zi)动化(hua)国(guo)家(jia)重(zhong)点(dian)实(shi)验(yan)室王(wang)国栋(dong)院士/袁国(guo)教授研(yan)究团队(dui)在国际顶(ding)级(ji)期(qi)刊Science上(shang)以“Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure”为(wei)题，发表了(le)在(zai)超(chao)高(gao)强钢铁(tie)材(cai)料增塑(su)机(ji)制(zhi)及(ji)组织(zhi)创新设(she)计(ji)方面的(de)最新研(yan)究(jiu)成(cheng)果。

同(tong)时(shi)提(ti)升(sheng)强(qiang)度和(he)塑性，是钢(gang)铁(tie)材(cai)料领(ling)域(yu)长(zhang)期(qi)以来存在(zai)的(de)重大理论难(nan)题(ti)，也是(shi)从基(ji)础(chu)研究(jiu)到技术(shu)创新(xin)和应用(yong)实践的(de)瓶(ping)颈。尤(you)其当强(qiang)度达到2000 MPa级别(bie)时(shi)，塑性(xing)出(chu)现(xian)断崖式下降(jiang)，均匀延伸率普(pu)遍低(di)于10%，其根本(ben)原因(yin)在(zai)于传(chuan)统马(ma)氏(shi)体(ti)的初始高(gao)密度位(wei)错(cuo)难以继(ji)续(xu)增殖，且无(wu)序(xu)排列(lie)的(de)几(ji)何取向(xiang)结(jie)构(gou)微观塑性(xing)变形极(ji)不(bu)均匀(yun)，容(rong)易(yi)产(chan)生(sheng)局(ju)部(bu)应(ying)力(li)/应(ying)变(bian)集(ji)中(zhong)。因(yin)此，探索(suo)新的增(zeng)塑机(ji)制(zhi)，以节(jie)约型(xing)合(he)金设计和简(jian)单高(gao)效的(de)制(zhi)备(bei)工艺，获(huo)得低成(cheng)本高塑性(xing)的(de)2000 MPa超(chao)高强钢(gang)仍然(ran)是(shi)巨大挑(tiao)战。

面对上(shang)述挑(tiao)战(zhan)，研究(jiu)团(tuan)队(dui)创(chuang)新提(ti)出(chu)“马(ma)氏(shi)体拓扑学(xue)结(jie)构(gou)设计+亚(ya)稳(wen)相调控”协(xie)同增塑(su)新机制，成(cheng)功(gong)制备(bei)出系(xi)列低(di)成(cheng)本(ben)C-Mn系(xi)新型超(chao)高(gao)强(qiang)钢，打破(po)了超(chao)高(gao)强(qiang)钢(gang)对(dui)复(fu)杂制备(bei)工艺(yi)和昂贵合金(jin)成分(fen)的依(yi)赖(lai)，也(ye)突(tu)破(po)了现(xian)有2000 MPa级(ji)马(ma)氏体高(gao)强(qiang)钢抗拉强(qiang)度—均匀(yun)延伸(shen)率(lv)的性能(neng)边界(jie)。同时，提出(chu)简(jian)单高效的制(zhi)备工(gong)艺(yi)路线(xian)，构(gou)筑(zhu)出(chu)一种(zhong)全(quan)新的拓(tuo)扑(pu)学(xue)双重有(you)序(xu)排(pai)列的马氏体和多(duo)尺度(du)亚稳(wen)奥(ao)氏体的(de)纳米(mi)级(ji)多(duo)层次(ci)组织(zhi)结构(gou)。该组织(zhi)结构(gou)通(tong)过(guo)在变形过程(cheng)中(zhong)诱(you)发(fa)板(ban)条(tiao)界(jie)面(mian)（in-lath-plane slip）位(wei)错(cuo)滑(hua)移(yi)、界(jie)面(mian)塑(su)性和(he)相(xiang)变诱发塑(su)性（TRIP）等(deng)多(duo)种增(zeng)强增塑(su)机制(zhi)，促(cu)使(shi)材(cai)料(liao)具有(you)持续(xu)较高的加工(gong)硬(ying)化(hua)能力，大(da)幅(fu)度提升其(qi)强度(du)和塑(su)性(xing)，实现了(le)1600~1900 MPa屈服(fu)强度(du)，2000~2400 MPa抗(kang)拉强(qiang)度和18%~25%均匀延(yan)伸率的(de)极致(zhi)性能(neng)。

 

图(tu)1 新型超(chao)高强钢(gang)的(de)组(zu)织(zhi)结构(gou)设(she)计(ji)

图(tu)2 新(xin)型(xing)超(chao)高强钢(gang)与其他(ta)超高(gao)强(qiang)钢的(de)拉(la)伸性(xing)能(neng)对比

突破金(jin)属(shu)材(cai)料(liao)性能(neng)极限是近(jin)年来(lai)材料领域研究(jiu)的热点与(yu)难(nan)点，该(gai)研究提出(chu)了马(ma)氏体/奥氏体(ti)多(duo)层(ceng)次(ci)结构(gou)设(she)计(ji)新(xin)理(li)念(nian)，充(chong)分挖(wa)掘(jue)材料(liao)潜(qian)力(li)，加深了对马氏体结构调(diao)控(kong)以及变形机理(li)的(de)理解(jie)和认识(shi)，对推动低(di)成(cheng)本、大(da)尺寸(cun)超(chao)高(gao)强(qiang)塑性钢(gang)铁(tie)材料的制备和(he)应用具有重(zhong)大(da)现(xian)实(shi)意义(yi)。该研究(jiu)不(bu)仅对于(yu)钢铁材料，也为(wei)其他超(chao)高(gao)强塑(su)性金属(shu)材(cai)料的开发(fa)制备提供了(le)新的(de)研(yan)究(jiu)思(si)路。

该论(lun)文作(zuo)者(zhe)为李(li)云杰(jie)、袁(yuan)国、李琳琳、康健、阎(yan)丰(feng)凯(kai)、杜(du)鹏举(ju)、Dierk Raabe、王(wang)国(guo)栋。第(di)一作(zuo)者(zhe)李(li)云(yun)杰为(wei)东北(bei)大(da)学轧制(zhi)技术及(ji)连轧(ya)自动化国家(jia)重(zhong)点实(shi)验室(shi)博(bo)士(shi)后，轧(ya)制(zhi)技术及连(lian)轧自动(dong)化(hua)国家重(zhong)点(dian)实验室袁(yuan)国(guo)教(jiao)授、李琳(lin)琳(lin)教(jiao)授，德(de)国马(ma)普(pu)钢(gang)铁研(yan)究所(suo)Dierk Raabe教授(shou)为(wei)论(lun)文的(de)共同(tong)通讯作者(zhe)。东北大(da)学(xue)为(wei)第(di)一(yi)完成(cheng)单位(wei)，中国(guo)科(ke)学院金(jin)属研究所(suo)、中(zhong)信(xin)泰富(fu)特(te)钢(gang)兴澄(cheng)特(te)钢研(yan)究(jiu)院(yuan)及(ji)德(de)国马(ma)普钢(gang)铁研(yan)究(jiu)所为(wei)合(he)作(zuo)参与(yu)单(dan)位。该(gai)研究工(gong)作得到(dao)了(le)国家(jia)自然(ran)科(ke)学(xue)基金、中央(yang)高(gao)校基(ji)本业(ye)务(wu)费及(ji)中(zhong)国(guo)博士(shi)后(hou)科学(xue)基(ji)金等(deng)项目资助。

东(dong)北大(da)学轧(ya)制技(ji)术及连(lian)轧自动化(hua)国家(jia)重点实验(yan)室(shi)长期(qi)开展(zhan)先(xian)进(jin)钢铁材(cai)料(liao)及其(qi)加(jia)工(gong)工艺技(ji)术的研究工(gong)作，注(zhu)重(zhong)高水(shui)平(ping)科研平台建(jian)设，聚(ju)焦本领域(yu)科技前沿，推进(jin)国际化(hua)合(he)作与(yu)交(jiao)流，强(qiang)化(hua)高(gao)水平人(ren)才(cai)培养(yang)，同时注(zhu)重应用(yong)需求牵引，持续(xu)深(shen)化基础研(yan)究工作(zuo)。近年(nian)来(lai)，相继在高(gao)质高(gao)端钢(gang)铁材料(liao)、绿色(se)加工工(gong)艺(yi)、数(shu)字(zi)化(hua)钢铁(tie)技术(shu)等基(ji)础理(li)论(lun)研究(jiu)与关(guan)键(jian)技(ji)术(shu)创(chuang)新(xin)方(fang)面(mian)不(bu)断取(qu)得新突破。