突破金屬材料性能極限是材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。由東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院金屬研究所、中信泰富特鋼興澄特鋼研究院及德國馬普鋼鐵研究所組建的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在超高強(qiáng)鋼鐵材料增塑機(jī)制及組織創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面取得新進(jìn)展，該成果于日前在《科學(xué)》在線發(fā)表。
該研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)2000 MPa級(jí)馬氏體超高強(qiáng)鋼塑性低的問題，創(chuàng)新提出“馬氏體拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)+亞穩(wěn)相調(diào)控”協(xié)同增塑新機(jī)制，成功制備出系列低成本C-Mn系新型超高強(qiáng)鋼，打破了超高強(qiáng)鋼對(duì)復(fù)雜制備工藝和昂貴合金成分的依賴，突破了現(xiàn)有2000 MPa級(jí)馬氏體高強(qiáng)鋼抗拉強(qiáng)度——均勻延伸率的性能邊界。
如何提升鋼材強(qiáng)度和塑性，是鋼鐵材料領(lǐng)域的重大理論難題，也是從基礎(chǔ)研究到技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐的瓶頸，尤其當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到2000 MPa級(jí)別時(shí)，鋼鐵材料的塑性會(huì)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(cuò)難以繼續(xù)增殖，且無序排列的幾何取向結(jié)構(gòu)微觀塑性變形極不均勻，容易產(chǎn)生局部的應(yīng)力、應(yīng)變集中?！睎|北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李云杰博士介紹。
為此，研究團(tuán)隊(duì)提出了簡單高效的制備工藝路線，構(gòu)筑出一種全新的拓?fù)鋵W(xué)雙重有序排列的馬氏體和多尺度亞穩(wěn)奧氏體的納米級(jí)多層次組織結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過在變形過程中誘發(fā)板條界面位錯(cuò)滑移、界面塑性和相變誘發(fā)塑性等多種增強(qiáng)增塑機(jī)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(qiáng)度和塑性，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵材料1600—1900 MPa屈服強(qiáng)度、2000—2400 MPa抗拉強(qiáng)度和18%—25%均勻延伸率的極致性能，這對(duì)推動(dòng)低成本、大尺寸超高強(qiáng)塑性鋼鐵材料的制備和應(yīng)用具有重要意義，并為其他超高強(qiáng)塑性金屬材料的開發(fā)制備提供了新研究思路。
