高密度纳米共格析出强化的新一代超高强钢研究

以超高强钢为代表的高性能钢铁材料在国民经济和国家安全等重大关键领域有着极为迫切的需求,现有的超高强度钢主要是基于析出半共格金属间化合物及碳化物来实现超高的强度。但是这种由弹性畸变场和位错交互作用决定的强化设计超高强钢不但需要大量添加昂贵合金元素,而且熔炼条件苛刻,热处理工艺复杂,因此价格不菲,服役安全性和可靠性也亟待提高。这些都极大限制了超高强钢的应用和发展。通过创新合金设计理念,通过实现高密度有序Ni(Al,Fe)纳米颗粒强化等多种强化机制,新一代超高强钢的研究取得了突破。新一代超高强钢的抗拉强度不低于2.2GPa,拉伸塑性不低于8%,最大限度地减小了析出相的点阵错配度,并引入"有序效应"作为主要的强化机制,一方面显著降低析出相的形核势垒,促进高密度和良好热稳定性的析出相均匀弥散分布,同时有效缓解增强颗粒周边微观弹性畸变,改善材料宏观均匀塑性变形能力,另一方面增强相可以有效阻碍位错切过,从而获得优异综合性能的新型马氏体时效钢。新型超强韧马氏体时效钢采用铝元素代替传统的昂贵合金元素,可添加传统认为对马氏体时效钢有害的碳元素进一步强化,从而实现了高端钢铁材料的制备工艺简化和低成本的目标,有力地推动该类材料的实际工程应用。该工作的合金设计思路同时为其他超高强度材料的发展打开了新的研究思路。