近日，我院毛新平院士团队的两项科研成果，薄带铸轧微合金高强钢中团簇诱导的强塑机制、高强塑低锰含量中锰钢非均质结构调控及强塑化机制研究，在高水平期刊《Acta Materialia》上同时发表！

 

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成果一：薄带铸轧微合金高强钢中团簇诱导的强塑机制

薄带铸轧流程是双碳背景下钢铁工业实现节能减排目标的重要手段。微合金高强钢是制造业重要的钢铁材料。薄带铸轧技术的快速凝固速度和单道次热轧允许微合金溶质在奥氏体中保持过饱和固溶状态，使在后期卷取过程（相变）中引入团簇强韧化机制成为可能。本工作中，利用高精度显微表征设备及原位观测手段，我院毛新平院士团队研究了薄带铸轧含Nb微合金高强钢中的团簇诱导强塑机制，揭示了多原子团簇在促进微合金高强钢位错交滑移与不同滑移面均匀分布的作用机制，明确了薄带铸轧流程在先进高强钢开发中的广阔应用前景。

Nb-650钢的力学性能及其与其他卷取温度样品的对比

Nb-650合金中滑移痕迹形貌分析

本项工作揭示了利用薄带铸轧亚快速凝固、低压下量轧制的工艺特点，通过调控卷取温度，可以在薄带铸轧含铌微合金钢中引入界面和随机分布型多原子层团簇，并显著提升了材料的机械性能。结果表明，650℃卷取的团簇强化型铁素体样品在与480℃卷取的无团簇贝氏体样品相比，抗拉强度从630 MPa增加到670 MPa，延展性增加了近90%（从10.3%增加到19.1%）。本研究系统地探讨了富溶质团簇的形成机制及其在提升薄带铸轧微合金高强钢强度和延展性方面的作用。这些多原子层团簇与铁素体基体完全共格，并在卷取过程中由于铌原子的受限扩散而表现出高热稳定性。多原子层团簇在塑性变形过程中促进了位错钉扎、交滑移和局部双交滑移，帮助位错增殖和均匀分布，延缓局部应力峰值，增强了加工硬化和延展性。这些发现有助于深入理解团簇诱导强塑机制对薄带铸轧微合金高强钢机械性能的影响，对推动基于薄带铸轧技术开发新型低成本高性能且环境友好的团簇强化型微合金高强钢起到很大助力。

Nb-650钢中的团簇状态及其与位错交互作用机制

成果二：高强塑低锰含量中锰钢非均质结构调控及强塑化机制研究

中锰钢（3-12 wt. % Mn）是先进高强钢的代表钢种，具有优异的强塑性。然而，锰含量高和退火时间长等问题限制了中锰钢的规模化应用。这项研究中，我院毛新平院士团队采用传统的轧制和临界区退火工艺在低锰含量的中锰钢 (3 wt. % Mn) 中调控出一种新型异质结构，该结构由交替分布的带状马氏体和带状超细晶双相结构（马氏体+铁素体）组成。实验结果表明，这种具有该异质结构的中锰钢不仅具有比传统中锰钢更低的锰含量和更短的退火时间（8 min），且力学性能优异（拉伸强度1452 MPa，总延伸率17%）。本项研究为解决中锰钢在机械性能、高锰含量和临界区退火时间长之间长期存在的矛盾提供了一个有效的范例。

层状非均质结构

本研究表明锰的不均匀分布是形成层状非均质结构的主要原因，通过合理的工艺组织调控可以在实验钢显微组织中得到良好的强塑性匹配并实现优异的力学性能。研究还发现非均质层之间更大的显微硬度差异和更清晰的界面有利于增强实验钢的异构强化能力（HDI）。这些发现不仅增进了对锰不均匀分布影响组织演变的理解，也为设计新型高性能合金材料提供了思路。

非均质层维氏硬度