东北大学在超高强钢领域实现新突破

2023年1月13日，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室王国栋院士/袁国教授研究团队在Science上以Ductile 2-GPa steels with hierarchical substructure为题，发表了在超高强钢铁材料增塑机制及组织创新设计方面的最新研究成果。

同时提升强度和塑性，是钢铁材料领域长期以来存在的重大理论难题，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，塑性出现断崖式下降，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，容易产生局部应力/应变集中。

面对上述挑战，研究团队创新提出“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，也突破了现有2000 MPa 级马氏体高强钢抗拉强度-均匀延伸率的性能边界。同时，提出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。该组织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（TRIP）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。

突破金属材料性能极限是近年来材料领域研究的热点与难点，该研究提出了马氏体/奥氏体多层次结构设计新理念，充分挖掘材料潜力，加深了对马氏体结构调控以及变形机理的理解和认识，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大现实意义。