从跟跑到领跑，我国钢铁材料基础研究新突破，国家技术发明二等奖

2019-01-23 11:40:02 作者：本网整理来源：矿冶园分享至：

“基于M3组织调控的钢铁材料基础理论研究与高性能钢技术”项目，以其超强针对性、超高技术成果、领先国内外的技术水准，获得2018年国家技术发明二等奖。

针对汽车用钢特性需求多年攻关成果卓越

探究钢铁材料的强度、塑性、韧性的本源，找出经济的改善方向，寻找和开发实现的技术途径，是钢铁工业不变的追求，也是材料领域的重大科学问题。

针对汽车、建筑、管线、桥梁等庞大领域用钢日益增长的轻量化、易加工、安全性迫切需求，钢铁研究总院、北科大、太钢不锈等开展了旨在提高高强度钢塑性和韧性的组织调控理论和技术基础研究。

与此同时，项目组重点针对量大面广的汽车钢和低合金钢开展研究工作，在973、863、NSFC等10余项国家科技项目支持下，历经10余年完成，取得了多项理论与技术开创性成果。

项目首次提出了“多相、亚稳和多尺度”MP组织性能调控理论，解决了困扰钢铁材料领域多年的强度提高带来韧塑性下降的科学问题；依据该理论发明了高强高塑第三代汽车钢技术、低成本高性能温成形技术、高强高塑低合金钢技术、高强高韧低合金钢技术。

开创理论技术路线实现性能显著提升

针对钢铁材料的强度与塑韧性倒置的难题，项目创新提出了“多相（Multiphase）、亚稳（Metastable）和多尺度（Multiscale）”MP组织性能调控理论，实现了基体组织由传统的BCC结构到BCC+FCC结构的组合：由材料制备的亚稳组织到全过程的热力学亚稳组织调控；由传统微米级尺度到10-5-10-8m 范围多尺度组织调控。采用MP组织抑制材料变形与断裂过程中裂纹的形核与扩展，实现钢铁材料强度、塑性和韧性有效调控。

开创性地提出中锰亚稳超细奥氏体提升强塑积的第三代汽车钢技术路线，通过中锰合金化和逆相变热处理工艺，获得了含大量亚稳奥氏体的亚微米多相组织，实现了抗拉强度600-1500MPa和强塑积不小于30GPa%的中锰第三代汽车钢，强塑积较第一代汽车钢翻番。

第三代汽车钢中的亚稳奥氏体含量、尺寸及稳定性的调控是获得高强塑积的关键。项目首次实现了中锰第三汽车钢的工业化生产与零件制造，引领国内外中锰汽车钢的研发与生产。产品在卡车元宝梁和整体式桥壳等零件上进行试制并通过台架试验评价，显示了较传统钢铁材料在减重和髙成形性能方面的特点。基于中锰钢低临界温度和高淬透性的特点，自主创新了高性能低成本的1500Pa级温成形技术，汽车零件成形加热温度降低150C，节约能源、提高零件表面质量，塑性提高30%，实现了超大超薄（3385mmX 1475mXI 8mm）招高强度汽车零件的生产，形成了我国具有自主知识产权的可替代热成形钢的新型超高强度钢零件成形技术。

项目提出了奥氏体硬化促进板条块细化的低合金钢强韧化组织调控技术，采用超低碳成分设计和控轧-在线淬火工艺，获得多尺度超细马氏体组织，工业生产出屈服强度900-1000MPa级、冲击韧性达到200J以上（-40C的V型缺口试样）的高强高韧易焊接低合金钢板，较传统低合金钢实现了韧性翻番。

基于层片组织多尺度强韧化思路，项目创新提出锰铝合金化设计和双相区轧制技术，采用高温两相区形变获得铁素体与马氏体相间的双相层状钢，获得抗拉强度达到1500MPa,冲击韧性不低于200J （-40“C的V 型缺口试样）的板材。通过亚稳奥氏体相变与析出的多阶段组织调控，在低合金钢中获得了针状铁素体、少量奥氏体与细小弥散析出的MP组织，利用多相间变形协调机制，实现了高均匀塑性、低屈强比的性能调控，在屈服强度500-700MPa管线钢和桥梁钢中调控屈强比不大于0.85，均匀延伸率不小于7%。

多方功效协同发力产业应用社会价值齐聚

该项目立足钢铁行业发展实践，在理论、学术、应用价值及社会效益等方面均有一定成效。首先是学术价值，该项目达国际领先水平，获授权发明专利31件、出版专著2部，发表论文236篇（单篇论文最高引用达180次），曾获2017年冶金科学技术奖一等奖等奖项。

与此同时，该项目理论成果及其技术发明思路，引领了国际钢铁材料高性能化研究方向，使我国钢铁材料基础研究从跟跑变成领跑：有效指导了其它钢类低成本高性能化生产，促进节能减排与产业结构调整，社会、经济和环境效益显著，应用前景广阔。