東北大學最新研究成果在超高強鋼鐵材料領域實現新突破

近日，《科學》（Science）以長文（Research Article）形式在線發表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超高強鋼鐵材料增塑機制及組織創新設計方面的最新研究成果。

據悉，強度和塑性的同時提升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，塑性出現斷崖式下降，均勻延伸率普遍低于10%，其根本原因在于傳統馬氏體的初始高密度位錯難以繼續增殖，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。

該研究針對2000 MPa級馬氏體超高強鋼塑性低的問題，創新提出“馬氏體拓撲學結構設計+亞穩相調控”協同增塑新機制，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，也突破了現有2000MPa級馬氏體高強鋼抗拉強度—均勻延伸率的性能邊界。研究團隊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板條界面（in-lath-plane slip）位錯滑移、界面塑性和相變誘發塑性（TRIP）等多種增強增塑機制，促使材料具有持續較高的加工硬化能力，大幅度提升其強度和塑性，實現了1600~1900MPa屈服強度，2000~2400MPa抗拉強度和18%~25%均勻延伸率的極致性能。

據介紹，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實意義。該研究不僅對于鋼鐵材料，也為其他超高強塑性金屬材料的開發制備提供了新的研究思路。