突破金屬材料性能極限是材料領域研究的熱點與難點。由東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室、中國科學院金屬研究所、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)團隊在超高強鋼鐵材料增塑機制及組織創(chuàng)新設計方面取得新進展，該成果于日前在《科學》在線發(fā)表。
該研究團隊針對2000 MPa級馬氏體超高強鋼塑性低的問題，創(chuàng)新提出“馬氏體拓撲學結構設計+亞穩(wěn)相調(diào)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，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。
如何提升鋼材強度和塑性，是鋼鐵材料領域的重大理論難題，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，鋼鐵材料的塑性會出現(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(chǎn)生局部的應力、應變集中。”東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室李云杰博士介紹。
為此，研究團隊提出了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)了鋼鐵材料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，這對推動低成本、大尺寸超高強塑性鋼鐵材料的制備和應用具有重要意義，并為其他超高強塑性金屬材料的開發(fā)制備提供了新研究思路。
