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东北大学超高强钢研究取得新进展

  突破金属材料性能极限是材料领域研究的热点与难点。由东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室、中国科学院金属研究所、中信泰富特钢兴澄特钢研究院及德国马普钢铁研究所组建的研发团队在超高强钢铁材料增塑机制及组织创新设计方面取得新进展,该成果于日前在《科学》在线发表。

  该研究团队针对2000 MPa级马氏体超高强钢塑性低的问题,创新提出“马氏体拓扑学结构设计+亚稳相调控”协同增塑新机制,成功制备出系列低成本C-Mn系新型超高强钢,打破了超高强钢对复杂制备工艺和昂贵合金成分的依赖,突破了现有2000 MPa级马氏体高强钢抗拉强度——均匀延伸率的性能边界。

  如何提升钢材强度和塑性,是钢铁材料领域的重大理论难题,也是从基础研究到技术创新和应用实践的瓶颈,尤其当强度达到2000 MPa级别时,钢铁材料的塑性会出现断崖式下降,均匀延伸率普遍低于10%。“其根本原因在于传统马氏体的初始高密度位错难以继续增殖,且无序排列的几何取向结构微观塑性变形极不均匀,容易产生局部的应力、应变集中。”东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室李云杰博士介绍。

  为此,研究团队提出了简单高效的制备工艺路线,构筑出一种全新的拓扑学双重有序排列的马氏体和多尺度亚稳奥氏体的纳米级多层次组织结构。该结构通过在变形过程中诱发板条界面位错滑移、界面塑性和相变诱发塑性等多种增强增塑机制,促使材料具有持续较高的加工硬化能力,大幅度提升其强度和塑性,实现了钢铁材料1600—1900 MPa屈服强度、2000—2400 MPa抗拉强度和18%—25%均匀延伸率的极致性能,这对推动低成本、大尺寸超高强塑性钢铁材料的制备和应用具有重要意义,并为其他超高强塑性金属材料的开发制备提供了新研究思路。

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