東北大學在超高強鋼領域實現(xiàn)新突破

2023年1月13日，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室王國棟院士/袁國教授研究團隊在Science上以Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure為題，發(fā)表了在超高強鋼鐵材料增塑機制及組織創(chuàng)新設計方面的最新研究成果。

同時提升強度和塑性，是鋼鐵材料領域長期以來存在的重大理論難題，也是從基礎研究到技術創(chuàng)新和應用實踐的瓶頸。尤其當強度達到2000 MPa 級別時，塑性出現(xiàn)斷崖式下降，均勻延伸率普遍低于10%，其根本原因在于傳統(tǒng)馬氏體的初始高密度位錯難以繼續(xù)增殖，且無序排列的幾何取向結構微觀塑性變形極不均勻，容易產生局部應力/應變集中。

面對上述挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新提出“馬氏體拓撲學結構設計+亞穩(wěn)相調控”協(xié)同增塑新機制，成功制備出系列低成本C-Mn 系新型超高強鋼，打破了超高強鋼對復雜制備工藝和昂貴合金成分的依賴，也突破了現(xiàn)有2000 MPa 級馬氏體高強鋼抗拉強度-均勻延伸率的性能邊界。同時，提出簡單高效的制備工藝路線，構筑出一種全新的拓撲學雙重有序排列的馬氏體和多尺度亞穩(wěn)奧氏體的納米級多層次組織結構。該組織結構通過在變形過程中誘發(fā)板條界面位錯滑移、界面塑性和相變誘發(fā)塑性（TRIP）等多種增強增塑機制，促使材料具有持續(xù)較高的加工硬化能力，大幅度提升其強度和塑性，實現(xiàn)了1600～1900 MPa 屈服強度，2000～2400 MPa抗拉強度和18%～25%均勻延伸率的極致性能。

突破金屬材料性能極限是近年來材料領域研究的熱點與難點，該研究提出了馬氏體/奧氏體多層次結構設計新理念，充分挖掘材料潛力，加深了對馬氏體結構調控以及變形機理的理解和認識，對推動低成本、大尺寸超高強塑性鋼鐵材料的制備和應用具有重大現(xiàn)實意義。