北科大《MSEA》：低成本制备1.6GPa级超高强韧双相钢！

突破材料科技边界！北科大团队研发出低成本1.6GPa级超强双相钢

在追求轻量化与高效能源利用的潮流中，桥梁、船舶和汽车行业对高性能钢的需求日益高涨，它们需要具备高强度和大塑性。其中，马氏体时效钢因其坚固的特性备受青睐，但高昂的成本、高纯度合金元素（如Ni、Co，需达到18wt%纯度）以及相对较低的塑性（仅约5%）限制了其广泛应用。双相钢，尤其是奥氏体-马氏体类型，凭借其强度与塑性的和谐组合，成为解决这一矛盾的理想选择。然而，奥氏体含量对双相钢性能的影响尚未全面研究，因此，寻求低成本、高强度且均匀塑性优异的新型双相钢，是材料科学领域亟待突破的前沿课题。

北京科技大学温玉仁团队在此领域取得了重要突破。他们通过经济实惠的锰元素替代昂贵的镍，结合热力学模拟、成分筛选与关键实验，成功优化了奥氏体含量和热处理工艺，研发出极限抗拉强度高达1600MPa，且塑性保持在7%的超强双相钢。深入研究发现，单纯增加奥氏体含量并不能显著提升钢的塑性，锰元素促使奥氏体稳定转变与铁素体中的B2析出形成竞争关系。通过硬时效工艺，与软时效相比，双相钢的强度和塑性均得到显著提升。这一成果以论文“Influences of manganese content and heat treatment on mechanical properties of precipitation-strengthened steels”发表于Materials Science & Engineering A，标志着低成本高强韧钢研发的新里程碑。

论文中揭示，高强度源于基体中密集的B2纳米析出相、高密度的位错和细化的晶粒结构。同时，相变诱导塑性(TRIP)和超细晶粒尺寸的协同效应，让钢的断裂模式从穿晶解理转变为韧窝塑性断裂，进一步提升了材料的韧性。

热处理工艺的关键作用

研究揭示，固溶淬火后软态时效过程中，奥氏体相含量需小于体心立方相的分数，以促进B2析出。当奥氏体含量超过50%的9Mn合金，软时效过程中的逆转变会阻碍B2的析出，导致强度降低。而冷轧过程中储存的晶体缺陷有助于B2析出，使9Mn HA样品的强度和塑性大幅提升，达到前所未有的极限强度1600 MPa和拉伸塑性7%。

加工与热处理工艺的创新

通过对比不同加工方式和热处理，团队揭示了工程应力应变曲线和背散射电子衍射图谱，详细展示了高强度和塑性优化的过程。显微结构分析如明场像和电子衍射图像，进一步揭示了强化机制和微观结构变化，为后续材料设计提供了宝贵启示。

这项研究不仅为开发经济高效的高强韧钢材提供了新路径，而且为材料科学领域拓展了新的研究视野。随着科技的进步，我们期待更多这样的创新成果，为构建更轻、更强、更耐用的未来材料世界贡献力量。

注：感谢温玉仁副教授团队的大力支持。本文摘自“材料科学与工程”微信公众号，如需转载，请事先联系，未经许可请勿转发至其他平台。