陳乃錄-呂堅院士團隊重要突破！破解百年難題，實現最高性價比的高強塑性鋼

隨着新能源車的快速發展，汽車減重、提高安全性及降低成本都是發展制勝的關鍵，製造廉價高強塑性鋼材就成爲重中之重。目前全球汽車行業每年對先進高強鋼的需求達到了數千萬噸，低成本、高強塑性一直是汽車用鋼的發展趨勢。然而鋼的強度和塑性通常倒置，即強度的提高將導致塑性的下降。過去的研究通常通過增加昂貴的合金元素或採用較複雜的工藝，來兼顧強度和塑性，但這會導致成本的增加。

針對這一問題，上海交通大學陳乃錄研究員團隊和香港城市大學呂堅院士團隊基於他們發現的在形變中位錯越過馬氏體/奧氏體界面（DAMAI）現象及其通過提高馬氏體形變能力的增塑效應，設計了一種廉價的高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）鋼，與其他高度評價的鋼相比，展現出目前最高的性/價比（79.45GPa%kg/$），可應用於汽車、航空航天、建築結構件等領域；實現了隨着碳含量的增加，Q-P-T鋼的強度和塑性同時提高，破解了百年來困擾行業的強塑性倒置的難題。成果以“Dislocations across interphase enable plain steel with high strength-ductility”爲題發表在國際著名期刊Science Bulletin（影響因子：9.511）。論文第一作者爲上海交通大學-香港城市大學聯合培養博士生張家志，通訊作者爲上海交通大學陳乃錄研究員和香港城市大學呂堅院士。更多精彩視頻，請抖音搜索“材料科學網”。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321001730

本研究發現了Q-P-T鋼在拉伸過程中馬氏體中的位錯越過馬氏體/奧氏體界面(DAMAI)運動到奧氏體的現象及其增塑效應，即DAMAI效應有效地提高了馬氏體的形變能力，從而顯著地提高了高強度馬氏體鋼的塑性。DAMAI效應被透射電鏡原位動態拉伸觀察和分子動力學模擬所證實，並賦予熱力學的解釋。

在此基礎上，本研究提出了基於DAMAI效應的增塑策略，即通過碳從馬氏體到殘留奧氏體的分配來平衡殘留奧氏體含量和其穩定性，由此增強DAMAI效應，並儘可能減少應變誘發脆性的孿晶馬氏體。

在該策略的指導下，設計了一種低成本Fe-Mn-Si-Nb的高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）鋼，與其他高度評價的鋼相比，展現出目前最高的性/價比（79.45GPa%kg/$）；而且通過碳含量的增加，同時提高了Q-P-T鋼的強度和塑性，實現了百年來研究者的追求。該增塑策略將爲開發高強塑性馬氏體鋼提供新路徑。

圖1. DAMAI 效應透射電鏡原位動態拉伸觀察和分子動力學模擬，以及Q-P-T鋼和其他先進高強鋼的比較：（a-d）透射電鏡原位動態拉伸觀察過程TEM圖片；（e-g）DAMAI現象的分子動力學模擬的證明，當應變爲0.7%時，BCC相中位錯向界面遷移，並越過界面到FCC相中；（h）Q-P-T鋼的強塑積和性/價比與其他先進高強鋼的比較。更多精彩視頻，請抖音搜索“材料科學網”。

通訊作者：

陳乃錄研究員，上海交通大學材料科學與工程學院研究員。長期從事大型合金鋼件水淬技術和先進高強度鋼的研究，已承擔近百項科研項目。獲省部級科技一等獎三項、二等獎兩項，中國專利優秀獎一項；發表論文100餘篇；獲授權發明專利40餘項。曾任中國機械工程學會熱處理分會副理事長、淬火冷卻技術委員會主任，國際熱處理與表面工程聯合會(IFHTSE)液體淬火工作委員會委員。

呂堅院士，現任香港城市大學機械工程系講座教授，先進結構材料研究中心（CASM）主任，國家貴金屬材料工程技術研究中心香港分中心 (NPMM)主任，法國國家技術科學院院士。2006 年及 2017 年曾兩次獲得由法國總統親自任命的“法國政府頒授法國國家榮譽騎士勳章”及“法國國家榮譽軍團騎士勳章”，2018 年獲得“中國工程界最高獎”第十二屆光華工程科技獎。呂堅教授的研究方向涉及先進納米結構材料的製備和力學性能，實驗力學，材料表面工程和仿真模擬，生物與仿生材料力學，航空航天材料與結構預應力工程，3D 打印先進材料與產品集成設計等。

*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。

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