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從跟跑到領跑，我國鋼鐵材料基礎研究新突破，國家技術發明二等獎

2019-01-23 11:40:02 作者：本網整理來源：礦冶園分享至：

“基于M3組織調控的鋼鐵材料基礎理論研究與高性能鋼技術”項目，以其超強針對性、超高技術成果、領先國內外的技術水準，獲得2018年國家技術發明二等獎。

針對汽車用鋼特性需求多年攻關成果卓越

探究鋼鐵材料的強度、塑性、韌性的本源，找出經濟的改善方向，尋找和開發實現的技術途徑，是鋼鐵工業不變的追求，也是材料領域的重大科學問題。

針對汽車、建筑、管線、橋梁等龐大領域用鋼日益增長的輕量化、易加工、安全性迫切需求，鋼鐵研究總院、北科大、太鋼不銹等開展了旨在提高高強度鋼塑性和韌性的組織調控理論和技術基礎研究。

與此同時，項目組重點針對量大面廣的汽車鋼和低合金鋼開展研究工作，在973、863、NSFC等10余項國家科技項目支持下，歷經10余年完成，取得了多項理論與技術開創性成果。

項目首次提出了“多相、亞穩和多尺度”MP組織性能調控理論，解決了困擾鋼鐵材料領域多年的強度提高帶來韌塑性下降的科學問題；依據該理論發明了高強高塑第三代汽車鋼技術、低成本高性能溫成形技術、高強高塑低合金鋼技術、高強高韌低合金鋼技術。

開創理論技術路線實現性能顯著提升

針對鋼鐵材料的強度與塑韌性倒置的難題，項目創新提出了“多相（Multiphase）、亞穩（Metastable）和多尺度（Multiscale）”MP組織性能調控理論，實現了基體組織由傳統的BCC結構到BCC+FCC結構的組合：由材料制備的亞穩組織到全過程的熱力學亞穩組織調控；由傳統微米級尺度到10-5-10-8m 范圍多尺度組織調控。采用MP組織抑制材料變形與斷裂過程中裂紋的形核與擴展，實現鋼鐵材料強度、塑性和韌性有效調控。

開創性地提出中錳亞穩超細奧氏體提升強塑積的第三代汽車鋼技術路線，通過中錳合金化和逆相變熱處理工藝，獲得了含大量亞穩奧氏體的亞微米多相組織，實現了抗拉強度600-1500MPa和強塑積不小于30GPa%的中錳第三代汽車鋼，強塑積較第一代汽車鋼翻番。

第三代汽車鋼中的亞穩奧氏體含量、尺寸及穩定性的調控是獲得高強塑積的關鍵。項目首次實現了中錳第三汽車鋼的工業化生產與零件制造，引領國內外中錳汽車鋼的研發與生產。產品在卡車元寶梁和整體式橋殼等零件上進行試制并通過臺架試驗評價，顯示了較傳統鋼鐵材料在減重和髙成形性能方面的特點。基于中錳鋼低臨界溫度和高淬透性的特點，自主創新了高性能低成本的1500Pa級溫成形技術，汽車零件成形加熱溫度降低150C，節約能源、提高零件表面質量，塑性提高30%，實現了超大超薄（3385mmX 1475mXI 8mm）招高強度汽車零件的生產，形成了我國具有自主知識產權的可替代熱成形鋼的新型超高強度鋼零件成形技術。

項目提出了奧氏體硬化促進板條塊細化的低合金鋼強韌化組織調控技術，采用超低碳成分設計和控軋-在線淬火工藝，獲得多尺度超細馬氏體組織，工業生產出屈服強度900-1000MPa級、沖擊韌性達到200J以上（-40C的V型缺口試樣）的高強高韌易焊接低合金鋼板，較傳統低合金鋼實現了韌性翻番。

基于層片組織多尺度強韌化思路，項目創新提出錳鋁合金化設計和雙相區軋制技術，采用高溫兩相區形變獲得鐵素體與馬氏體相間的雙相層狀鋼，獲得抗拉強度達到1500MPa,沖擊韌性不低于200J （-40“C的V 型缺口試樣）的板材。通過亞穩奧氏體相變與析出的多階段組織調控，在低合金鋼中獲得了針狀鐵素體、少量奧氏體與細小彌散析出的MP組織，利用多相間變形協調機制，實現了高均勻塑性、低屈強比的性能調控，在屈服強度500-700MPa管線鋼和橋梁鋼中調控屈強比不大于0.85，均勻延伸率不小于7%。

多方功效協同發力產業應用社會價值齊聚

該項目立足鋼鐵行業發展實踐，在理論、學術、應用價值及社會效益等方面均有一定成效。首先是學術價值，該項目達國際領先水平，獲授權發明專利31件、出版專著2部，發表論文236篇（單篇論文最高引用達180次），曾獲2017年冶金科學技術獎一等獎等獎項。

與此同時，該項目理論成果及其技術發明思路，引領了國際鋼鐵材料高性能化研究方向，使我國鋼鐵材料基礎研究從跟跑變成領跑：有效指導了其它鋼類低成本高性能化生產，促進節能減排與產業結構調整，社會、經濟和環境效益顯著，應用前景廣闊。