2023年(nian)1月(yue)13日，东(dong)北大学(xue)轧(ya)制(zhi)技术(shu)及连(lian)轧自动化国(guo)家重(zhong)点实验(yan)室王(wang)国(guo)栋(dong)院(yuan)士/袁国(guo)教(jiao)授研究(jiu)团(tuan)队在国际顶(ding)级期(qi)刊Science上以(yi)“Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure”为(wei)题，发表(biao)了(le)在(zai)超高(gao)强钢铁材料增塑(su)机制及组织创(chuang)新(xin)设计(ji)方(fang)面的(de)最新(xin)研究(jiu)成果。

同(tong)时提(ti)升强度和塑性(xing)，是钢铁材(cai)料(liao)领(ling)域长期(qi)以来(lai)存(cun)在(zai)的重大(da)理(li)论难题，也是(shi)从(cong)基(ji)础(chu)研究(jiu)到技术创(chuang)新和应(ying)用实践的(de)瓶颈。尤其当强(qiang)度达(da)到2000 MPa级别时，塑(su)性(xing)出现(xian)断(duan)崖式下降，均匀(yun)延伸(shen)率普(pu)遍低于10%，其(qi)根本原(yuan)因(yin)在(zai)于传统马(ma)氏体的初始高(gao)密度位错(cuo)难以(yi)继续增殖(zhi)，且(qie)无(wu)序(xu)排(pai)列(lie)的几(ji)何(he)取向结(jie)构微(wei)观塑性(xing)变形极(ji)不均(jun)匀，容易产生局部应力/应(ying)变(bian)集中(zhong)。因此(ci)，探(tan)索(suo)新(xin)的(de)增塑机(ji)制，以节约型合(he)金设计(ji)和(he)简单高(gao)效(xiao)的制备工(gong)艺，获得(de)低(di)成(cheng)本高(gao)塑性的(de)2000 MPa超(chao)高(gao)强钢仍(reng)然是巨大挑(tiao)战。

面(mian)对上述(shu)挑(tiao)战，研(yan)究(jiu)团(tuan)队(dui)创(chuang)新提出(chu)“马氏体拓扑(pu)学(xue)结(jie)构设(she)计(ji)+亚(ya)稳(wen)相调(diao)控”协同(tong)增(zeng)塑新机制，成(cheng)功(gong)制(zhi)备出(chu)系(xi)列低(di)成本C-Mn系(xi)新(xin)型(xing)超高强钢(gang)，打(da)破了(le)超(chao)高(gao)强钢对(dui)复杂制(zhi)备工(gong)艺和(he)昂贵合(he)金成分(fen)的依赖，也(ye)突(tu)破(po)了(le)现有2000 MPa级(ji)马氏体(ti)高(gao)强(qiang)钢抗拉强(qiang)度(du)—均(jun)匀(yun)延伸(shen)率(lv)的(de)性(xing)能(neng)边(bian)界(jie)。同时，提出简单(dan)高效(xiao)的(de)制备(bei)工(gong)艺(yi)路线，构(gou)筑出(chu)一(yi)种(zhong)全新(xin)的拓扑(pu)学(xue)双重(zhong)有序排列的马(ma)氏体和(he)多尺(chi)度(du)亚(ya)稳(wen)奥(ao)氏(shi)体的(de)纳(na)米级(ji)多层(ceng)次组(zu)织(zhi)结(jie)构(gou)。该组(zu)织结(jie)构通过(guo)在变(bian)形过程中(zhong)诱发板(ban)条界面(mian)（in-lath-plane slip）位(wei)错(cuo)滑(hua)移(yi)、界面(mian)塑性和相变(bian)诱(you)发(fa)塑性(xing)（TRIP）等(deng)多种增强(qiang)增(zeng)塑(su)机(ji)制(zhi)，促使(shi)材料具(ju)有持(chi)续较高(gao)的加(jia)工(gong)硬化(hua)能力(li)，大(da)幅(fu)度(du)提(ti)升(sheng)其强(qiang)度(du)和塑性(xing)，实现了(le)1600~1900 MPa屈服强度(du)，2000~2400 MPa抗(kang)拉强度和18%~25%均(jun)匀延(yan)伸(shen)率的(de)极(ji)致(zhi)性(xing)能。

 

图(tu)1 新(xin)型超高强(qiang)钢的(de)组(zu)织结(jie)构设(she)计(ji)

图2 新型超高强(qiang)钢与(yu)其他超(chao)高(gao)强(qiang)钢(gang)的(de)拉(la)伸性能对(dui)比

突破金属(shu)材(cai)料(liao)性(xing)能(neng)极限(xian)是近(jin)年来材料(liao)领(ling)域(yu)研究的(de)热(re)点与(yu)难点，该研究(jiu)提(ti)出了(le)马(ma)氏(shi)体(ti)/奥(ao)氏(shi)体多层次(ci)结(jie)构(gou)设计新理念(nian)，充分挖(wa)掘材料(liao)潜(qian)力，加深了(le)对马(ma)氏体(ti)结构调(diao)控以(yi)及(ji)变形(xing)机(ji)理的理(li)解和认(ren)识(shi)，对(dui)推动(dong)低成(cheng)本(ben)、大(da)尺寸超(chao)高(gao)强(qiang)塑(su)性(xing)钢(gang)铁材料的制备和应用具(ju)有(you)重大现实意(yi)义。该研(yan)究(jiu)不(bu)仅对(dui)于(yu)钢铁(tie)材(cai)料，也(ye)为其(qi)他(ta)超高(gao)强塑(su)性金属材(cai)料的(de)开发制(zhi)备(bei)提(ti)供(gong)了(le)新的(de)研(yan)究(jiu)思路(lu)。

该论文(wen)作者(zhe)为李(li)云(yun)杰(jie)、袁(yuan)国(guo)、李(li)琳(lin)琳(lin)、康(kang)健、阎丰(feng)凯(kai)、杜(du)鹏举、Dierk Raabe、王国(guo)栋。第一(yi)作者李云杰(jie)为(wei)东北大(da)学(xue)轧制(zhi)技术及连(lian)轧(ya)自动化(hua)国(guo)家(jia)重(zhong)点(dian)实(shi)验(yan)室(shi)博士后，轧(ya)制技术(shu)及(ji)连轧自(zi)动(dong)化(hua)国(guo)家(jia)重(zhong)点(dian)实(shi)验室(shi)袁(yuan)国(guo)教授(shou)、李琳琳(lin)教授，德国(guo)马普(pu)钢(gang)铁研(yan)究所Dierk Raabe教(jiao)授(shou)为(wei)论文(wen)的共(gong)同通(tong)讯(xun)作(zuo)者。东北大学为(wei)第(di)一完(wan)成(cheng)单位(wei)，中国科(ke)学(xue)院(yuan)金属(shu)研(yan)究(jiu)所(suo)、中(zhong)信泰(tai)富(fu)特钢(gang)兴(xing)澄(cheng)特钢研(yan)究院及德(de)国(guo)马(ma)普(pu)钢(gang)铁(tie)研究(jiu)所为合(he)作(zuo)参与(yu)单(dan)位(wei)。该研究工作得(de)到(dao)了(le)国家(jia)自然科学基(ji)金(jin)、中(zhong)央(yang)高(gao)校基(ji)本业(ye)务费及中(zhong)国博(bo)士(shi)后科学(xue)基(ji)金等(deng)项目资(zi)助。

东(dong)北大学轧制技术及(ji)连(lian)轧(ya)自(zi)动(dong)化(hua)国家重(zhong)点实(shi)验(yan)室(shi)长(zhang)期开(kai)展先进钢铁(tie)材(cai)料(liao)及其(qi)加工工艺(yi)技(ji)术的研究工(gong)作，注(zhu)重(zhong)高(gao)水(shui)平科(ke)研平(ping)台建(jian)设(she)，聚焦(jiao)本领域科(ke)技(ji)前沿，推(tui)进国际(ji)化合作(zuo)与(yu)交(jiao)流(liu)，强(qiang)化(hua)高(gao)水平(ping)人才(cai)培(pei)养，同时(shi)注(zhu)重应(ying)用(yong)需求牵引(yin)，持(chi)续(xu)深(shen)化(hua)基(ji)础研(yan)究工(gong)作(zuo)。近(jin)年来(lai)，相继在高质(zhi)高(gao)端(duan)钢(gang)铁材料、绿色(se)加(jia)工(gong)工艺、数(shu)字化(hua)钢(gang)铁技(ji)术(shu)等基(ji)础理(li)论(lun)研究与(yu)关(guan)键(jian)技术创新(xin)方面(mian)不断(duan)取得新(xin)突破。