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北科大参与合作研发的超级钢研究成果在《Science》发表

单位(作者):冶金与生态工程学院 | 来源:本站原创 | 更新时间:2017-08-25 | 点击数:

强度和延展性是用于节能轻型构件制造的金属材料的关键力学性能,具有超高强度、良好的延展性和韧性的金属材料可以实现零部件精准成型,并防止出现材料和部件的意外失效。然而现实中材料的强度和延展性之间常常会有“鱼和熊掌不可兼得”的状况发生,成为工业应用中亟待解决的问题之一。近日,一项通过引入大量的可移动位错,同时提高钢铁材料强度和延展性的研究问世。此项研究成果于2017年08月24日在美国着名期刊《Science》发表,文章题目为《D&P钢中高位错密度引起高延性》。论文通讯作者为香港大学黄明欣和北京科技大学罗海文。

该超级钢的发明是京港台三地科学家精诚合作的典型成功范例。该研究通讯作者之一、我校冶金与生态工程学院罗海文教授团队利用多年来在钢铁材料领域的加工经验,从2010年起就在国家973基础研究项目中开始了第三代汽车用钢中锰钢的研发工作,并于同年在金属材料权威期刊《Acta Materialia》刊发了关于中锰钢的研究论文; 2014年又获得国家自然科学基金委钢铁联合基金重点项目的支持,持续对中锰钢进入深入系统的研究,在该领域积累了丰富的经验和知识。这些积累极大地帮助了这一全新的成分体系的设计及其加工工艺,成功地在钢材中引入了大量的可移动位错,并通过北京科技大学冶金工程研究院的中试轧机,成功制备出了这一超级钢。该研究通讯作者之一、香港大学机械工程系的黄明欣博士团队,则一直致力于超高强度的金属材料的新机理研究,在此次研究中,前瞻性地提出通过提高位错密度可以同时实现提高强度和延展性的创新机理。台湾大学的颜鸿威团队则通过材料的先进表征技术证实了该机理的正确性。

该超级钢实现了力学性能上的巨大跃升,达到前所未有的2.2GPa屈服强度和16%的均匀延伸率。对比于现有的金属材料,此次研发的D&P钢具有最优的强度和延展性的结合,在大部分屈服强度高于2.0GPa以上的金属材料中,此次所研发的D&P钢具有不可比拟的延展性。除此之外,该钢还有如下两大优点:一是合金成本较低。本发明的超级钢是成分简单的中锰钢成分体系,含有10%锰,0.47%碳,2%铝,0.7%钒(V)(质量百分比),这些都是现在广泛使用的钢材料中常见的合金元素,并没有通过大量使用昂贵的合金元素来提高强韧性,二是该钢是通过工业界广泛使用的加工工艺来制备,如热轧、冷轧、热处理等常规工业制备工艺,并未采用那些难以规模化工业生产的特殊加工工艺来制备。值得一提的是,本发明的超级钢,具备直接在钢铁企业进行百吨级规模的工业化生产的巨大潜力。

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D&P钢与其它金属材料的强度和延展性的对比,其具有最优的强度和延展性的结合

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D&P钢与其它钢铁材料原材料成本比较

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D&P钢组织形貌

该研究成果详情请参阅该研究成果原文链接http://science.sciencemag.org/content/early/2017/08/23/science.aan0177。

(责编:邢华超)