基于M3组织调控的第三代低合金钢研发进展

2020-01-16供稿谢振家尚成嘉XIEZhenjiaSHANGChengjia

金属世界 2020年1期

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

内容导读

随着工程结构用钢朝着建筑设施的高层化、工程设备大型化、抗震耐火安全化以及材料减量经济化方向发展，开发高强、高塑、高韧性、低屈强比以及良好的焊接性能相结合的高性能结构钢产品已经成为人们所关心的热点。北京科技大学尚成嘉教授课题组创新性地提出了多步热处理法，成功在低碳低合金钢中实现了“多相组织、亚稳奥氏体、多尺度析出”(M3)组织，开发了500 MPa级以上高强度、高塑性、高韧性的第三代低合金钢。文章梳理了第三代低合金钢组织控制思路，对比分析了第三代低合金钢与传统钢铁材料的力学性能，着重概述了M3组织形成机理(尤其在亚稳奥氏体调控机理)及组织性能关系。最后对第三代低合金钢应用前景及未来的挑战进行了展望。

低合金钢铁材料由于兼具高强度、高塑性、高韧性、良好的可焊接性及经济性而被广泛应用于建筑、桥梁、管线、船舶与海洋工程、汽车等领域。随着现代工业和经济的发展及资源与环境问题的凸现，工程结构用钢朝着建筑设施的高层化、工程设备大型化、抗震耐火安全化以及材料减量经济化方向发展。人们对结构钢的性能提出了更高的挑战，开发高强、高塑、高韧性、低屈强比以及良好的焊接性能相结合的高性能结构钢产品已经成为人们所关心的热点。

众所周知，传统钢铁材料随着强度的提高，其韧塑性则大幅降低。传统C-Mn系列的铁素体/珠光体型钢(第一代低合金钢)具有很好的组织稳定性而得到广泛的应用，同时也由于这类钢中铁素体内部结构单纯，钢的强度较低，强度主要来自较高的碳含量，然而一味地提高C含量会导致焊接性能以及低温冲击韧性的恶化。低碳贝氏体/马氏体型第二代低合金钢的屈服强度在500 MPa以上，且由于晶粒细化而兼具良好的韧性。但这类由单一的低碳贝氏体/马氏体组织构成的低合金高强钢虽然具有较高的强韧性，但是其塑性低、屈强比高，导致这类钢的塑性和抗大变形安全性能受到局限。2010年，董瀚教授提出“多相、亚稳、多尺度”(M3)组织调控概念，以期解决困扰钢铁材料领域多年的强度与韧塑性倒置的科学问题。

北京科技大学尚成嘉教授课题组创新性地提出了多步热处理法，成功在低碳低合金钢中实现了“多相组织、亚稳奥氏体、多尺度析出”(M3)组织，开发了500 MPa级以上高强度、高塑性、高韧性的第三代低合金钢，在知名学术期刊Int. J. Miner. Metall. Mater.2020年第27卷第1期上发表了题为“Recent progress in third-generation low alloy steels developed under M3microstructure control”的综述论文。文章梳理了第三代低合金钢组织控制思路，对比分析了第三代低合金钢与传统钢铁材料的力学性能，着重概述了M3组织形成机理(尤其在亚稳奥氏体调控机理)及组织性能关系。最后对第三代低合金钢应用前景及未来的挑战进行了展望。

海洋工程用钢研究团队简介

海洋工程用钢团队共有教授4名、副教授1名、助理研究员3名、海外客座教授3名。团队主要研究海洋平台、近海设施、跨海大桥、海底管线、极地设施、特种船舶等高性能钢铁材料相关的设计理论、制备关键技术及应用性能。长期以来承担“973”计划、“863”计划、国家科技支撑、基础材料国家重点研发计划等多项项目(课题)以及国家自然科学基金项目，同时与国内外企业开展了长期持久的合作研究，其中包括荷兰皇家壳牌公司、巴西CBMM公司以及国内主要大型钢铁企业。在海洋平台用钢、特种船舶用钢、高强度耐大气腐蚀桥梁钢、耐海洋大气腐蚀用钢、海洋石油开采用膨胀套管、超高强度油井管、油气输送高性能管线钢及钢管、抗震、耐火、耐候建筑结构用钢等领域开展了长期的基础与应用技术研究。近年来，团队获国家科技进步奖二等奖2项、国家技术发明奖二等奖1项、冶金科技进步奖等省部级科技奖11项、英国Institute of Materials，Minerals and Mining(IOM3) “Charles Hatchett”奖、中信铌科学发展奖创新团队。

团队负责人尚成嘉教授，钢铁共性技术协同创新中心首席科学家，博士生导师，2017年被评为英国材料、矿业与矿物学会会士(IOM3 Fellow)。目前主要从事高性能海洋工程用钢、高性能石油钻采与储运用钢、高性能桥梁钢等国家重大需求新一代钢铁材料的基础与应用技术研究。现任中国钢铁协会技术委员会委员、中国金属学会材料科学分会副理事长兼秘书长、中国金属学会外事委员会副主任委员、中国材料研究学会理事、中国汽车工程师学会腐蚀与退化分会副主席、环太平洋先进材料与工艺国际会议中方技术总代表。任Int. J. Miner. Metall.Mater.、钢铁研究学报、J. of Iron & Steel Res. Int.、钢铁、材料热处理学报、金属热处理、焊管等杂志编委。2014—2017年担任中国工程院海洋材料咨询项目钢铁组副组长，作为副主编编写《海洋工程用钢》专著。在Acta Materialia，Scripta Materialia，Int. J. Miner. Metall. Mater.，金属学报等国内外知名期刊发表论文200余篇。