北科吕昭平团队第三篇《Nature》！一种生产高强高塑超细晶钢的简易方法

编辑推荐：这是北科大吕昭平团队自2017年以来发表的第三篇Nature。本文报道了一种在孪生诱导塑性钢（TWIP）中大规模制备超细晶结构的简便方法，屈服强度达到约710MPa，均匀延展率为45％，拉伸强度约为2000MPa。而且该制备工艺很容易应用于现有工业生产线。

亚微米级晶粒的钢铁材料通常具有很高的韧性和强度，这使得其在轻量化和节能减排方面很有前途。目前，工业上制备超细晶（UFG）钢时通常依赖于扩散相变，这导致工业制造仅限于奥氏体到铁素体转变的钢。同时这类超细晶钢有限的加工硬化能力和均匀延伸率阻碍了其广泛应用。

日前，来自英国谢菲尔德大学、北京科技大学、美国国家标准与技术研究院及泰斯研究公司、郑州大学等单位的研究人员，报道了一种在Fe-22Mn-0.6C孪生诱导塑性钢（TWIP）大规模制备超细晶结构的简便方法！通过少量的铜微合金化，以及相干无序富铜的晶内纳米析出相（在30秒内）调控再结晶过程，即可实现以上目标。相关论文以题“”于2021年2月10日发表在国际顶级期刊《Nature》。通讯作者分别是来自北科大的蒋虽合与吕昭平、美国国家标准与技术研究院及泰斯研究公司的Huairuo Zhang、英国谢菲尔德大学的Rainforth。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03246-3

研究表明，快速而大量的纳米析出相不仅阻碍了亚微米级再结晶晶粒的长大，而且还通过Zener钉扎机制提高了所得超细晶结构的热稳定性。此外，由于析出相完全共格和无序性质，在载荷作用下析出相与位错的交互作用较弱。这种方法可以制备出晶粒尺寸为800±400nm的完全再结晶超细晶结构，同时不会引入有害的晶格缺陷，如脆性颗粒和偏析晶界。与不添加铜的钢相比，超细晶结构的屈服强度增加了一倍，达到约710MPa，均匀延展率为45％，拉伸强度约为2000MPa。这种晶粒细化的概念也可以扩展到其他合金系统，而且该制备工艺很容易应用于现有的工业生产线。

图1 在760°C退火0.5分钟、1分钟、2分钟的4Cu试样显微组织分析

图 UFG 0Cu的EBSD图及UFG 0Cu和4Cu的位错和纳米孪晶的单个强化贡献计算

图3 预变形至15％和45％的4Cu变形组织分析

这是北科大吕昭平团队自2017年以来发表的第三篇《Nature》

2017年4月10日，Nature在线发表吕昭平教授作为通讯作者的一篇论文“Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation”。该文基于晶格错配和高密度纳米析出的理念，设计并制备出超高强马氏体时效钢，强度最高达2.2GPa，还具有很好的塑性（大约8.2%）。而且由于采用廉价质轻的Al等元素代替高成本的Co、Ti等合金元素，还能大幅度削减成本。回顾：北科大研制出2.2GPa超高强钢！塑性良好，大幅削减成本。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y

2018年11月14日，Nature期刊以题“Enhanced strength and ductility in a high-entropy alloy via ordered oxygen complexes”在线发表了吕昭平教授团队又一突破性研究进展。团队打破人们对传统间隙固溶强化的认知，发现间隙原子的添加不仅能提高合金的强度，也能大幅度提高合金的塑性，打破了金属材料强度和塑性不可兼得的魔咒，为科研工作者重新认识间隙强化和有序强化并设计出高强度高韧性金属材料提供了新思路。回顾：北科大吕昭平又发《Nature》！同时提高强度和塑性。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0685-y