供稿|謝振家，尚成嘉 / XIE Zhen-jia, SHANG Cheng-jia

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隨著工程結(jié)構(gòu)用鋼朝著建筑設(shè)施的高層化、工程設(shè)備大型化、抗震耐火安全化以及材料減量經(jīng)濟化方向發(fā)展，開發(fā)高強、高塑、高韌性、低屈強比以及良好的焊接性能相結(jié)合的高性能結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品已經(jīng)成為人們所關(guān)心的熱點。北京科技大學(xué)尚成嘉教授課題組創(chuàng)新性地提出了多步熱處理法，成功在低碳低合金鋼中實現(xiàn)了“多相組織、亞穩(wěn)奧氏體、多尺度析出”(M3)組織，開發(fā)了500 MPa級以上高強度、高塑性、高韌性的第三代低合金鋼。文章梳理了第三代低合金鋼組織控制思路，對比分析了第三代低合金鋼與傳統(tǒng)鋼鐵材料的力學(xué)性能，著重概述了M3組織形成機理(尤其在亞穩(wěn)奧氏體調(diào)控機理)及組織性能關(guān)系。最后對第三代低合金鋼應(yīng)用前景及未來的挑戰(zhàn)進行了展望。

低合金鋼鐵材料由于兼具高強度、高塑性、高韌性、良好的可焊接性及經(jīng)濟性而被廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、管線、船舶與海洋工程、汽車等領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展及資源與環(huán)境問題的凸現(xiàn)，工程結(jié)構(gòu)用鋼朝著建筑設(shè)施的高層化、工程設(shè)備大型化、抗震耐火安全化以及材料減量經(jīng)濟化方向發(fā)展。人們對結(jié)構(gòu)鋼的性能提出了更高的挑戰(zhàn)，開發(fā)高強、高塑、高韌性、低屈強比以及良好的焊接性能相結(jié)合的高性能結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品已經(jīng)成為人們所關(guān)心的熱點。

眾所周知，傳統(tǒng)鋼鐵材料隨著強度的提高，其韌塑性則大幅降低。傳統(tǒng)C-Mn系列的鐵素體/珠光體型鋼(第一代低合金鋼)具有很好的組織穩(wěn)定性而得到廣泛的應(yīng)用，同時也由于這類鋼中鐵素體內(nèi)部結(jié)構(gòu)單純，鋼的強度較低，強度主要來自較高的碳含量，然而一味地提高C含量會導(dǎo)致焊接性能以及低溫沖擊韌性的惡化。低碳貝氏體/馬氏體型第二代低合金鋼的屈服強度在500 MPa以上，且由于晶粒細(xì)化而兼具良好的韌性。但這類由單一的低碳貝氏體/馬氏體組織構(gòu)成的低合金高強鋼雖然具有較高的強韌性，但是其塑性低、屈強比高，導(dǎo)致這類鋼的塑性和抗大變形安全性能受到局限。2010年，董瀚教授提出“多相、亞穩(wěn)、多尺度”(M3)組織調(diào)控概念，以期解決困擾鋼鐵材料領(lǐng)域多年的強度與韌塑性倒置的科學(xué)問題。

北京科技大學(xué)尚成嘉教授課題組創(chuàng)新性地提出了多步熱處理法，成功在低碳低合金鋼中實現(xiàn)了“多相組織、亞穩(wěn)奧氏體、多尺度析出”(M3)組織，開發(fā)了500 MPa級以上高強度、高塑性、高韌性的第三代低合金鋼，在知名學(xué)術(shù)期刊Int. J. Miner. Metall. Mater.2020年第27卷第1期上發(fā)表了題為“Recent progress in third-generation low alloy steels developed under M3microstructure control”的綜述論文。文章梳理了第三代低合金鋼組織控制思路，對比分析了第三代低合金鋼與傳統(tǒng)鋼鐵材料的力學(xué)性能，著重概述了M3組織形成機理(尤其在亞穩(wěn)奧氏體調(diào)控機理)及組織性能關(guān)系。最后對第三代低合金鋼應(yīng)用前景及未來的挑戰(zhàn)進行了展望。

海洋工程用鋼研究團隊簡介

海洋工程用鋼團隊共有教授4名、副教授1名、助理研究員3名、海外客座教授3名。團隊主要研究海洋平臺、近海設(shè)施、跨海大橋、海底管線、極地設(shè)施、特種船舶等高性能鋼鐵材料相關(guān)的設(shè)計理論、制備關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用性能。長期以來承擔(dān)“973”計劃、“863”計劃、國家科技支撐、基礎(chǔ)材料國家重點研發(fā)計劃等多項項目(課題)以及國家自然科學(xué)基金項目，同時與國內(nèi)外企業(yè)開展了長期持久的合作研究，其中包括荷蘭皇家殼牌公司、巴西CBMM公司以及國內(nèi)主要大型鋼鐵企業(yè)。在海洋平臺用鋼、特種船舶用鋼、高強度耐大氣腐蝕橋梁鋼、耐海洋大氣腐蝕用鋼、海洋石油開采用膨脹套管、超高強度油井管、油氣輸送高性能管線鋼及鋼管、抗震、耐火、耐候建筑結(jié)構(gòu)用鋼等領(lǐng)域開展了長期的基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)研究。近年來，團隊獲國家科技進步獎二等獎2項、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項、冶金科技進步獎等省部級科技獎11項、英國Institute of Materials，Minerals and Mining(IOM3) “Charles Hatchett”獎、中信鈮科學(xué)發(fā)展獎創(chuàng)新團隊。

團隊負(fù)責(zé)人尚成嘉教授，鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心首席科學(xué)家，博士生導(dǎo)師，2017年被評為英國材料、礦業(yè)與礦物學(xué)會會士(IOM3 Fellow)。目前主要從事高性能海洋工程用鋼、高性能石油鉆采與儲運用鋼、高性能橋梁鋼等國家重大需求新一代鋼鐵材料的基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù)研究?，F(xiàn)任中國鋼鐵協(xié)會技術(shù)委員會委員、中國金屬學(xué)會材料科學(xué)分會副理事長兼秘書長、中國金屬學(xué)會外事委員會副主任委員、中國材料研究學(xué)會理事、中國汽車工程師學(xué)會腐蝕與退化分會副主席、環(huán)太平洋先進材料與工藝國際會議中方技術(shù)總代表。任Int. J. Miner. Metall.Mater.、鋼鐵研究學(xué)報、J. of Iron & Steel Res. Int.、鋼鐵、材料熱處理學(xué)報、金屬熱處理、焊管等雜志編委。2014—2017年擔(dān)任中國工程院海洋材料咨詢項目鋼鐵組副組長，作為副主編編寫《海洋工程用鋼》專著。在Acta Materialia，Scripta Materialia，Int. J. Miner. Metall. Mater.，金屬學(xué)報等國內(nèi)外知名期刊發(fā)表論文200余篇。

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Zhen-jia Xie，Cheng-jia Shang，Xue-lin Wang，Xue-min Wang，Gang Han，and Raja-devesh-kumar Misra. Recent progress in third-generation low alloy steels developed under M3microstructure control.Int J Miner Metall Mater，2020，27(1): 1

https://doi.org/10.1007/s12613-019-1939-x