北京
2026年6月18日，《自然-通訊》（Nature Communications）報道了一種兼具超高強度與可觀塑性的馬氏體時效鋼，其屈服強度達到3 GPa，同時保持了7.0%的拉伸延伸率和47.5%的斷面收縮率。該研究由鋼鐵研究總院與北京航空航天大學共同完成，為突破金屬材料長期存在的強度-塑性矛盾提供了新的思路。
長期以來，當鋼鐵材料的屈服強度接近3 GPa時，其塑性往往急劇下降，延伸率通常低于3%，并伴隨明顯的脆性斷裂特征。這構(gòu)成了超高強度鋼在航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件應(yīng)用的重大瓶頸。傳統(tǒng)的強化手段，如冷加工硬化或單一的納米析出強化，在提升強度的同時不可避免地犧牲了材料的變形能力。
針對這一挑戰(zhàn)，該研究團隊提出了一種“多級組織構(gòu)筑”的設(shè)計策略。該策略基于一種自主設(shè)計的馬氏體時效鋼（Fe-16Ni-7Mo-1.6Ti-15Co-0.1Al，質(zhì)量百分比），通過將高溫劇烈塑性變形與后續(xù)熱處理工藝相協(xié)同，在材料內(nèi)部構(gòu)建了多尺度的微觀結(jié)構(gòu)，包含高密度且分布均勻的納米尺度共析出相（包括ω相和η-Ni?Ti）、空間上均勻的位錯網(wǎng)絡(luò)，以及具有高比例大角度晶界的超細等軸晶粒。
得益于這種微觀組織調(diào)控，該鋼種在實現(xiàn)3 GPa屈服強度的同時，獲得了7.0%的延伸率，并展現(xiàn)出26.0 ± 0.2 MPa·m1/2的斷裂韌性，綜合力學性能優(yōu)異。除了室溫和準靜態(tài)載荷下的優(yōu)異表現(xiàn)，該材料還展現(xiàn)出良好的服役性能。其室溫疲勞強度（10?周次）達到1.24 GPa，并且在500 °C高溫下仍能保持約2 GPa的屈服強度。更為重要的是，該工藝的可行性已在工業(yè)生產(chǎn)的棒材（直徑30毫米，長度≥1米）上得到驗證，顯示出良好的規(guī)模化應(yīng)用前景。這項工作為開發(fā)面向極端環(huán)境的輕量化、高承載部件提供了新的材料選擇。
鋼鐵研究總院有限公司耿如明高工為第一作者，劉躍博士為共同第一作者，鋼鐵研究總院有限公司王春旭首席與北京航空航天大學趙士騰教授為共同通訊作者，北京航空航天大學徐惠彬教授、鄭立靜教授均參與了該工作。
圖1 塑性3GPa鋼多錯配度析出相表征
圖2 大塑性變形3GPa鋼顯微組織
圖3 塑性3GPa鋼力學性能
本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。
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