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中國超級鋼研究取得“巨大提升”

發(fā)布時(shí)間：

2017-08-28

 具有超高強度的金屬材料通常應用于汽車(chē)、航空及國防工業(yè)，但材料的強度與延展性通常是“魚(yú)與熊掌不可兼得”。美國《科學(xué)》（《Science》）雜志24日發(fā)表了中國京港臺三地科學(xué)家的合作科研成果，他們發(fā)明的一種超級鋼實(shí)現了鋼鐵材料在屈服強度超過(guò)2000兆帕時(shí)延展性的“巨大提升”。
　　屈服強度是金屬材料發(fā)生屈服現象時(shí)的極限，大于這個(gè)強度的外力作用將使材料永久變形。如何通過(guò)工業(yè)上常用的加工工藝，獲得同時(shí)具有超高強度和高延展性的金屬材料，在科學(xué)界和工業(yè)界一直是有高度挑戰性的研發(fā)目標。
　　研究負責人之一、北京科技大學(xué)羅海文教授告訴記者，最新發(fā)明的超級鋼達到了前所未有的2200兆帕的屈服強度和16%的均勻延伸率，“具有最優(yōu)的強度和延展性的結合”。
　　此外，該鋼還有兩大優(yōu)點(diǎn)。
　　第一，成本較低。這種超級鋼是成分簡(jiǎn)單的中錳鋼成分體系，含有10%錳、0.47%碳、2%鋁、0.7%釩，這些都是現在廣泛使用的鋼材料中常見(jiàn)的合金元素，并沒(méi)有通過(guò)大量使用昂貴的合金元素來(lái)提高強韌性；
　　第二，該鋼是通過(guò)工業(yè)界廣泛使用的加工工藝來(lái)制備，如熱軋、冷軋、熱處理等常規工業(yè)制備工藝，而不是采用那些難以規?；I(yè)生產(chǎn)的特殊加工工藝來(lái)制備。因此，這種超級鋼具備在鋼鐵企業(yè)進(jìn)行百?lài)嵓壱幠９I(yè)化生產(chǎn)的潛力。
　　羅海文說(shuō)，該超級鋼性能優(yōu)越，是因為他們在鋼材中引入高密度的可動(dòng)位錯。位錯是鋼材變形時(shí)在鋼材內部形成的缺陷。教科書(shū)中的經(jīng)典理論認為，位錯越多，強度確實(shí)會(huì )顯著(zhù)提高，但這些位錯會(huì )相互糾纏導致位錯無(wú)法運動(dòng)，因此延展性就會(huì )顯著(zhù)降低。而他們通過(guò)采用新的成分體系加上結合使用多種制備工藝，在鋼中產(chǎn)生大量可動(dòng)位錯，同時(shí)實(shí)現了超高強度和高延展性。
　　羅海文還介紹，他們主要依托北京科技大學(xué)中試規模的試驗線(xiàn)試制出該超級鋼，該試驗線(xiàn)具備現今工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)所沒(méi)有的軋制能力。因此，如果要工業(yè)化生產(chǎn)，仍需要對現有鋼鐵企業(yè)的相關(guān)設備進(jìn)行技術(shù)改造，并不能馬上直接生產(chǎn)。
　　這項研究被譽(yù)為京港臺三地科學(xué)家精誠合作的典型成功范例，其中香港大學(xué)黃明欣博士團隊前瞻性地提出通過(guò)提高位錯密度可同時(shí)實(shí)現提高強度和延展性的創(chuàng )新理論；羅海文教授團隊成功地在鋼材中引入了大量的可移動(dòng)位錯；臺灣大學(xué)顏鴻威團隊通過(guò)材料的先進(jìn)表征技術(shù)證實(shí)了上述理論的正確性。根據該發(fā)明的新成分與工藝，他們已申報了三項相關(guān)專(zhuān)利。