【科研进展】高强高韧超级钢创世界纪录

2020-12-04 11:47:26 作者：材料研究学报来源：材料研究学报分享至：

香港大学机械工程系黄明欣教授和美国伯克利国家实验室Ritchie教授合作领导的科研团队，成功突破超高强钢的屈服强度-韧性组合极限，在高端钢材要求的高强度、延展性和韧性三个重要指标方面均达到史无前例的高水平。

传统科学观点认为，金属的强度、延展性和韧性三种属性，有着此消彼长的关系。2017年，黄明欣教授团队在高强度-高延展性组合上取得突破，在维持钢材的超高强度下，仍然能精准成型。现在，合作研究团队成功突破屈服强度-韧性组合极限，研发出同时具备极高屈服强度（~2GPa）、极佳韧性（102MPa m?）、良好延展性（19%的均匀延伸率）兼低成本的超级钢。该超级钢又称D&P钢，因为其制作方法采用的是新型变形配分方法（Deformed & Partitioned）。

当前，工业生产钢材的最高屈服强度是1.7GPa，最高韧性度未超过65MPa m?，装甲运兵车等军用钢材也在这个水平；琴弦钢丝的屈服强度高达2.6-2.9GPa，但韧性非常低，很容易断裂。与现有航空航天用马氏体时效钢（如Grade 300，其屈服强度和断裂韧性分别是1.8GPa和70MPa m?）相比，D&P钢的原材料成本却只有马氏体时效钢的1/5。

合作研究团队发现，D&P钢具有非常独特的断裂方式，在主裂纹下方形成很多微小裂纹，这些微小裂纹能有效吸收由外力引起的能量，从而大幅提高钢材的断裂韧性，远高于目前使用的钢材料。研究团队开创性地提出高屈服强度诱发晶界分层开裂增韧新机制，由此超高强钢铁材料断裂韧性得到大幅提升。

D&P钢不但解决了强度和韧性之间的矛盾，还具有制造方法简单及低成本等众多优势。D&P钢可通过轧制与热处理等工业界广泛使用的加工方法制造，无需额外复杂工序。研究成果为实现超级D&P钢的工业化应用往前迈进了一大步。团队计划与业界合作，首先在高强桥梁缆索、防弹衣和汽车弹簧等方面制作原型和测试，把研发成果工业化和商品化。