陈乃录-吕坚院士团队重要突破！破解百年难题，实现最高性价比的高强塑性钢

编辑推荐：本研究设计了一种廉价的高碳钢，展现出目前最高的性/价比（79.45GPa%kg/$）；实现了随着碳含量的增加，钢的强度和塑性同时提高，破解了百年来困扰行业的强塑性倒置的难题。该增塑策略将为开发高强塑性马氏体钢提供新路径。

随着新能源车的快速发展，汽车减重、提高安全性及降低成本都是发展制胜的关键，制造廉价高强塑性钢材就成为重中之重。目前全球汽车行业每年对先进高强钢的需求达到了数千万吨，低成本、高强塑性一直是汽车用钢的发展趋势。然而钢的强度和塑性通常倒置，即强度的提高将导致塑性的下降。过去的研究通常通过增加昂贵的合金元素或采用较复杂的工艺，来兼顾强度和塑性，但这会导致成本的增加。

针对这一问题，上海交通大学陈乃录研究员团队和香港城市大学吕坚院士团队基于他们发现的在形变中位错越过马氏体/奥氏体界面（DAMAI）现象及其通过提高马氏体形变能力的增塑效应，设计了一种廉价的高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）钢，与其他高度评价的钢相比，展现出目前最高的性/价比（79.45GPa%kg/$），可应用于汽车、航空航天、建筑结构件等领域；实现了随着碳含量的增加，Q-P-T钢的强度和塑性同时提高，破解了百年来困扰行业的强塑性倒置的难题。成果以“Dislocations across interphase enable plain steel with high strength-ductility”为题发表在国际著名期刊Science Bulletin（影响因子：9.511）。论文第一作者为上海交通大学-香港城市大学联合培养博士生张家志，通讯作者为上海交通大学陈乃录研究员和香港城市大学吕坚院士。更多精彩视频，请抖音搜索“材料科学网”。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321001730

本研究发现了Q-P-T钢在拉伸过程中马氏体中的位错越过马氏体/奥氏体界面(DAMAI)运动到奥氏体的现象及其增塑效应，即DAMAI效应有效地提高了马氏体的形变能力，从而显著地提高了高强度马氏体钢的塑性。DAMAI效应被透射电镜原位动态拉伸观察和分子动力学模拟所证实，并赋予热力学的解释。

在此基础上，本研究提出了基于DAMAI效应的增塑策略，即通过碳从马氏体到残留奥氏体的分配来平衡残留奥氏体含量和其稳定性，由此增强DAMAI效应，并尽可能减少应变诱发脆性的孪晶马氏体。

在该策略的指导下，设计了一种低成本Fe-Mn-Si-Nb的高碳淬火-分配-回火（Q-P-T）钢，与其他高度评价的钢相比，展现出目前最高的性/价比（79.45GPa%kg/$）；而且通过碳含量的增加，同时提高了Q-P-T钢的强度和塑性，实现了百年来研究者的追求。该增塑策略将为开发高强塑性马氏体钢提供新路径。