具有超高強(qiáng)度的金屬材料通常應(yīng)用于汽車、航空及國(guó)防工業(yè)，但在極高載荷等茍刻條件下應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料除了要求超高強(qiáng)度，通常也要求良好的延展性和韌性，以便能夠?qū)崿F(xiàn)零部件精準(zhǔn)成型，并可防止出現(xiàn)材料和部件的意外失效。然而，材料的強(qiáng)度和延展性之間常常是魚和熊掌的關(guān)系，通常的方法難以同時(shí)提高強(qiáng)度和延展性。比如陶瓷、非晶材料具有很高的硬度和強(qiáng)度，但幾乎沒有延展性。而如何通過工業(yè)上常用的加工工藝，獲得同時(shí)具有超高強(qiáng)度和高延展性的金屬材料，一直是科學(xué)界和工業(yè)界具有高度挑戰(zhàn)性的研發(fā)目標(biāo)，尤其是屈服強(qiáng)度進(jìn)入2GPa的超高范圍時(shí)，進(jìn)一步改善材料延展性的難度幾乎是成倍提高。

鋼鐵材料是人類社會(huì)使用量最大、使用歷史悠久的金屬材料，與其他金屬材料相比，其工業(yè)生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度都要遠(yuǎn)超過其他金屬材料，因此如何得到強(qiáng)韌性更高的超級(jí)鋼是人類社會(huì)進(jìn)入鐵器時(shí)代以來(lái)孜孜以求的目標(biāo)。2017年08月24日美國(guó)《Science》期刊發(fā)表了由京港臺(tái)三地的鋼鐵科學(xué)家發(fā)明的D&P超級(jí)鋼，就是這一從未停滯的夢(mèng)想的一次成功嘗試，實(shí)現(xiàn)了屈服強(qiáng)度超過2GPa的鋼鐵材料延展性的顯著提升。這是北科大在超高強(qiáng)鋼領(lǐng)域又一次突破（查看：《Nature》北科大研制出2.2GPa超高強(qiáng)鋼！塑性良好，大幅削減成本。）

論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/early/2017/08/23/science.aan0177

該超級(jí)鋼首先實(shí)現(xiàn)了力學(xué)性能上的巨大躍升，達(dá)到前所未有的2.2GPa屈服強(qiáng)度和16%的均勻延伸率。對(duì)比于現(xiàn)有的金屬材料，此次研發(fā)的D&P鋼具有最優(yōu)的強(qiáng)度和延展性的結(jié)合，在大部分屈服強(qiáng)度高于2.0GPa以上的金屬材料中，此次所研發(fā)的D&P鋼具有不可比擬的延展性。

除此之外，該鋼還有如下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）合金成本較低。本發(fā)明的超級(jí)鋼是成分簡(jiǎn)單的中錳鋼成分體系，含有10%錳，0.47%碳，2%鋁，0.7%釩（V）（質(zhì)量百分比），這些都是現(xiàn)在廣泛使用的鋼材料中常見的合金元素，并沒有通過大量使用昂貴的合金元素來(lái)提高強(qiáng)韌性。2）該鋼是通過工業(yè)界廣泛使用的加工工藝來(lái)制備，如熱軋、冷軋、熱處理等常規(guī)工業(yè)制備工藝，而不是采用那些難以規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的特殊加工工藝來(lái)制備。因此，本發(fā)明的超級(jí)鋼，具備直接在鋼鐵企業(yè)進(jìn)行百噸級(jí)規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。

該超級(jí)鋼的發(fā)明也是京港臺(tái)三地科學(xué)家精誠(chéng)合作的典型成功范例。該研究通訊作者單位香港大學(xué)機(jī)械工程系的黃明欣博士團(tuán)隊(duì)，一直致力于超高強(qiáng)度的金屬材料的新機(jī)理研究，在此次研究中，前瞻性地提出通過提高位錯(cuò)密度可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度和延展性的創(chuàng)新機(jī)理；而之前的經(jīng)典理論中一直認(rèn)為提高材料中的位錯(cuò)密度只可以顯著提高強(qiáng)度，但會(huì)惡化材料的延展性。而該研究另一通訊作者單位的北京科技大學(xué)羅海文教授團(tuán)隊(duì)則利用多年來(lái)在鋼鐵材料領(lǐng)域的加工經(jīng)驗(yàn)。尤其是自2010年在國(guó)家973基礎(chǔ)研究項(xiàng)目中就開始了第三代汽車用鋼中錳鋼的研發(fā)工作，之后在2014年又獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委鋼鐵聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持，持續(xù)對(duì)中錳鋼進(jìn)入深入系統(tǒng)的研究，在該領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。這些積累極大地幫助了這一全新的成分體系的設(shè)計(jì)及其加工工藝，并最終成功地在鋼材中引入了大量的可移動(dòng)位錯(cuò)。國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)的顏鴻威團(tuán)隊(duì)則通過材料的先進(jìn)表征技術(shù)證實(shí)了該機(jī)理的正確性。

這項(xiàng)由香港大學(xué)、北京科技大學(xué)、國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)、香港城市大學(xué)的青年科學(xué)家之間的通力合作的研究成果于2017年08月24日在美國(guó)著名期刊《Science》發(fā)表，文章題目為《D&P鋼中高位錯(cuò)密度引起高延性》。論文通訊作者為香港大學(xué)黃明欣博士和北京科技大學(xué)羅海文博士，該論文作者為：B.B. He, B. Hu, H.W.Yen, G.J. Cheng, Z.K. Wang, H.W. Luo, M.X. Huang。

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