超高强度钢在我们国防军工、在我们航空航天这个方面是应用非常广泛的。同时,我们有很多先进制造业中间的关键零件,就是由于帝国主义的封锁,所以使得我们在很大程度上还很难实现完全自主的制造。其中超高强度钢就是列入了巴统协定对华限制中间,基本上我们很难进口。所以,在这方面我们要把航母搞上去,把我们的大飞机搞上去,建造高速风洞,弹射式航母的阻拦索,这些东西都需要超高强度钢。
传统的超高强度钢,主要是属于马氏体时效不锈钢,必须要用大量的贵重的合金元素,这些合金元素形成金属间化合物,然后通过这个金属间化合物沉淀析出,来强化它,来提高它的强度。这个时候我们就需要什么呢?要实现金属间化合物的大量析出,就需要非常大量的合金元素,而且这些合金元素主要是比较贵重的。为了实现析出,热加工工艺,热处理工艺方面非常严格。我们有的超高强度钢,热加工的工艺窗口,进行锻造,进行轧制的时候,工艺窗口就只有20度,超过这个范围做出来的就是废品。所以,在这方面确实我们国家在超高强度钢方面极需要有一种重大的突破。
我们北科大吕教授团队,这方面做了非常有益的工作,而且这个工作在理论上来说,它有一个非常重要的一点,原来我们通过析出来强化,我们有两种机制,一种叫绕过机制(也称Orowan机制),一种叫切过机制。绕过机制,颗粒越小,强度越高。所以,我们原来的微合金钢,我们国家的钢铁材料从万吨发展到现在8亿吨,整个历史中,微合金钢起了重要的作用。微合金钢就是通过非常细小的2-5纳米的沉淀相,通过Orowan机制来强化。
另外一方面,我们也可以采用切过机制,但是切过机制往往颗粒越大,强度越高,所以现在的问题是什么呢?吕昭平教授这个团队是充分利用了这个切过机制中间的一个特殊的机制,叫有序化的共格强化。这样就使得我在细化颗粒的同时,强度还能大幅度提高。提高体积分数,颗粒的数目就大量的增加,同时再细化它,又能使颗粒的数更大幅度的增加。所以,这就叫高密度的、极高密度的共格纳米相。原来传统的切过机制,不能太细,太细就要被切割,现在通过颠覆性的合金设计,主要就是通过极高密度的全共格的纳米相,沉淀析出靠的是有序化强化的方式。所以,得到了高强度,得到了兆帕以上的高强度,同时不损害塑性,延伸率仍然在8%以上,这个成果具有非常重要的科学意义。
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