近期，針對上述問題，廣東省科學院新材料研究所（以下簡稱“省科學院新材料所”）先進鋼鐵研究團隊聯合香港生產力促進局及烏克蘭國家科學院合金物理工藝研究所，深入開展了低密度高錳鋼的元素與熱處理制度設計、性能優化及變形與斷裂機制等方面的研究。結果表明，鋁元素的加入能夠顯著降低高錳鋼的密度，當加入量達到11 wt.%時，高錳鋼的密度下降幅度達到13.3%。在組織方面，鋁元素對高錳鋼奧氏體晶粒有一定的細化作用，可帶來一定程度的細晶強化效果；隨著更多鋁元素的加入，鋼基體中開始出現明顯的鐵素體第二相。更重要的是，高錳鋼的屈服強度可由最初的504MPa提升到870MPa，極大提升了高錳鋼的抗變形能力。進一步分析發現，高錳鋼的變形機制和斷裂機制均發生了改變：由于鋁加入對短程有序結構的促進，位錯滑移機制由波狀滑移向平面滑移轉變；而通過調整高錳鋼中鋁元素含量，可以調控高錳鋼強韌化機制從孿生誘發強化轉變為變形帶強化；結合后續高溫水韌處理配合低溫人工時效熱處理，引入納米級κ-碳化物析出相可以提升材料表面硬度，不過鐵素體第二相的析出促進了錳鋼在變形過程中裂紋的形成、形核和擴展，導致材料易出現脆性斷裂。該研究結果證實了通過鋁元素添加實現低密度耐磨鋼設計的可能性，并有望拓展耐磨高錳鋼在低應力磨損工況下服役的應用。

相關研究成果發表于材料科學領域期刊《Materials Science and Engineering: A》（中科院1區Top），省科學院新材料所鄭志斌博士為論文第一作者，香港生產力促進局楊浩坤博士為論文通訊作者。此前，該研究團隊已在低密度高錳鋼的研究和應用方面取得系列進展（China Foundry 2022 (19) 359-368、Steel Research International 2022 (93) 2200191、Journal of Iron and Steel Research International 2021 (29) 1446-1454等）。研究工作得到了廣東省國際科技合作項目 、國家重點研發計劃項目、廣東省科學院發展專項及廣州市青年科技人才托舉項目等的支持。

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https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144467

https://doi.org/10.1007/s41230-022-2004-3

https://doi.org/10.1002/srin.202200191

https://doi.org/10.1007/s42243-021-00688-x