編輯推薦：本研究設(shè)計了一種廉價的高碳鋼，展現(xiàn)出目前最高的性/價比（79.45GPa%kg/$）；實現(xiàn)了隨著碳含量的增加，鋼的強度和塑性同時提高，破解了百年來困擾行業(yè)的強塑性倒置的難題。該增塑策略將為開發(fā)高強塑性馬氏體鋼提供新路徑。

隨著新能源車的快速發(fā)展，汽車減重、提高安全性及降低成本都是發(fā)展制勝的關(guān)鍵，制造廉價高強塑性鋼材就成為重中之重。目前全球汽車行業(yè)每年對先進(jìn)高強鋼的需求達(dá)到了數(shù)千萬噸，低成本、高強塑性一直是汽車用鋼的發(fā)展趨勢。然而鋼的強度和塑性通常倒置，即強度的提高將導(dǎo)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采用較復(fù)雜的工藝，來兼顧強度和塑性，但這會導(dǎo)致成本的增加。

針對這一問題，上海交通大學(xué)陳乃錄研究員團(tuán)隊和香港城市大學(xué)呂堅院士團(tuán)隊基于他們發(fā)現(xiàn)的在形變中位錯越過馬氏體/奧氏體界面（DAMAI）現(xiàn)象及其通過提高馬氏體形變能力的增塑效應(yīng)，設(shè)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(xiàn)出目前最高的性/價比（79.45GPa%kg/$），可應(yīng)用于汽車、航空航天、建筑結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域；實現(xiàn)了隨著碳含量的增加，Q-P-T鋼的強度和塑性同時提高，破解了百年來困擾行業(yè)的強塑性倒置的難題。成果以“Dislocations across interphase enable plain steel with high strength-ductility”為題發(fā)表在國際著名期刊Science Bulletin（影響因子：9.511）。論文第一作者為上海交通大學(xué)-香港城市大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生張家志，通訊作者為上海交通大學(xué)陳乃錄研究員和香港城市大學(xué)呂堅院士。更多精彩視頻，請抖音搜索“材料科學(xué)網(wǎng)”。

論文鏈接：

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

本研究發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象及其增塑效應(yīng)，即DAMAI效應(yīng)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(yīng)被透射電鏡原位動態(tài)拉伸觀察和分子動力學(xué)模擬所證實，并賦予熱力學(xué)的解釋。

在此基礎(chǔ)上，本研究提出了基于DAMAI效應(yīng)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(wěn)定性，由此增強DAMAI效應(yīng)，并盡可能減少應(yīng)變誘發(fā)脆性的孿晶馬氏體。

在該策略的指導(dǎo)下，設(shè)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(xiàn)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(xiàn)了百年來研究者的追求。該增塑策略將為開發(fā)高強塑性馬氏體鋼提供新路徑。

圖1. DAMAI 效應(yīng)透射電鏡原位動態(tài)拉伸觀察和分子動力學(xué)模擬，以及Q-P-T鋼和其他先進(jìn)高強鋼的比較：（a-d）透射電鏡原位動態(tài)拉伸觀察過程TEM；（e-g）DAMAI現(xiàn)象的分子動力學(xué)模擬的證明，當(dāng)應(yīng)變?yōu)?.7%時，BCC相中位錯向界面遷移，并越過界面到FCC相中；（h）Q-P-T鋼的強塑積和性/價比與其他先進(jìn)高強鋼的比較。更多精彩視頻，請抖音搜索“材料科學(xué)網(wǎng)”。

通訊作者：

陳乃錄研究員，上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員。長期從事大型合金鋼件水淬技術(shù)和先進(jìn)高強度鋼的研究，已承擔(dān)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(yōu)秀獎一項；發(fā)表論文100余篇；獲授權(quán)發(fā)明專利40余項。曾任中國機(jī)械工程學(xué)會熱處理分會副理事長、淬火冷卻技術(shù)委員會主任，國際熱處理與表面工程聯(lián)合會（IFHTSE）液體淬火工作委員會委員。

呂堅院士，現(xiàn)任香港城市大學(xué)機(jī)械工程系講座教授，先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料研究中心（CASM）主任，國家貴金屬材料工程技術(shù)研究中心香港分中心 （NPMM）主任，法國國家技術(shù)科學(xué)院院士。2006 年及 2017 年曾兩次獲得由法國總統(tǒng)親自任命的“法國政府頒授法國國家榮譽騎士勛章”及“法國國家榮譽軍團(tuán)騎士勛章”，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(jìn)納米結(jié)構(gòu)材料的制備和力學(xué)性能，實驗力學(xué)，材料表面工程和仿真模擬，生物與仿生材料力學(xué)，航空航天材料與結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力工程，3D 打印先進(jìn)材料與產(chǎn)品集成設(shè)計等。