近日，北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室呂昭平教授團(tuán)隊(duì)與英國謝菲爾德大學(xué)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院及泰斯研究公司、鄭州大學(xué)等國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)合作，首次通過調(diào)控共格無序析出適時(shí)且持續(xù)的釘扎再結(jié)晶晶界遷移，獲得了具有高熱穩(wěn)定性的超細(xì)晶TWIP鋼，強(qiáng)度及加工硬化同時(shí)提升，據(jù)此研發(fā)出一種僅通過簡單軋制和退火工藝即可獲得高性能超細(xì)晶鋼的工業(yè)化晶粒細(xì)化技術(shù)。該項(xiàng)超細(xì)晶高強(qiáng)鋼研究的重要突破于2021年2月10日以“Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)刊物Natur上。

　　開發(fā)性能優(yōu)異并適合大規(guī)模生產(chǎn)的新型高強(qiáng)鋼可以實(shí)現(xiàn)交通裝備的輕型化，具有巨大的市場需求。孿晶鋼因其具有優(yōu)異的成形性能、抗拉強(qiáng)度 （800-1000MPa）和均勻延展性 (≥50%)從而成為汽車輕型化設(shè)計(jì)的首選材料，但低的屈服強(qiáng)度嚴(yán)重制約工程應(yīng)用。如何在保證其高加工硬化率、高塑韌性的同時(shí)大幅提升材料強(qiáng)度是交通裝備制造等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵問題。

　　細(xì)晶強(qiáng)化是同步提升材料韌性和強(qiáng)度的重要手段。然而，由于孿晶鋼在冷卻過程中不具備固態(tài)相變，無法像低合金高強(qiáng)鋼一樣通過軋制和快速冷卻等工藝達(dá)到超細(xì)晶粒的目的，因此不得不采用等通道轉(zhuǎn)角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)等大塑性變形方法獲得超細(xì)晶。這些方法生產(chǎn)成本高、樣品尺寸小，而且細(xì)晶材料中通常含有高密度位錯(cuò)、空位等晶體缺陷，大大降低其均勻延展性，很難實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

　　此次研發(fā)的這種新型晶粒細(xì)化技術(shù)是通過微量Cu合金化，在再結(jié)晶過程中實(shí)現(xiàn)超細(xì)再結(jié)晶晶粒內(nèi)部快速、大量共格無序析出，通過強(qiáng)烈而持續(xù)的Zener 釘扎抑制超細(xì)再結(jié)晶晶粒長大，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化條件下獲得超細(xì)晶TWIP。該技術(shù)通過影響局部層錯(cuò)能細(xì)化了超細(xì)晶TWIP鋼的機(jī)械孿晶，而晶內(nèi)無序析出幾乎不釘扎位錯(cuò)移動(dòng)，從而在細(xì)化晶粒的同時(shí)進(jìn)一步提升了TWIP鋼加工硬化能力。通過這一技術(shù)所得到的超細(xì)晶鋼屈服強(qiáng)度達(dá)到710MPa，抗拉強(qiáng)度高達(dá)2000MPa，同時(shí)均勻真應(yīng)變超過了45%。該項(xiàng)技術(shù)具有一定的普適性，對其他合金體系的晶粒細(xì)化具有一定指導(dǎo)意義。