硬核！北科大吕昭平等，发篇Nature过大年！

亚微米级晶粒尺寸的钢通常具有很高的韧性和强度，因此在轻量化技术和节能战略方面具有广阔的前景。迄今为止，工业上通常依赖于扩散相变的超细晶粒（UFG）合金的工业制造仅限于奥氏体到铁素体转变的钢。此外，这些UFG钢的有限加工硬化和均匀伸长率阻碍了它们的广泛应用。

为此，英国谢菲尔德大学W. Mark Rainforth、北京科技大学吕昭平、Suihe Jiang和美国国家标准技术局Huairuo Zhang等人通过微量Cu合金化和控制再结晶过程，在30秒内通过共格无序富铜相的纳米相分离法进行再结晶，在典型Fe-22Mn-0.6C孪晶诱导塑性钢中实现了UFG结构的量产。

快速而丰富的纳米沉淀不仅阻止了新鲜再结晶的亚微米晶粒的生长，而且还通过Zener钉扎效应提高了所得UFG结构的热稳定性。此外，由于其充分的连贯性和无序性，析出相在载荷作用下与位错的相互作用较弱。这种方法可以制备晶粒尺寸为800±400纳米的完全重结晶的UFG结构，而不会引入有害的晶格缺陷，如脆性颗粒和偏析的边界。与不添加铜的钢相比，UFG结构的屈服强度增加了一倍，达到约710兆帕，均匀延展性为45％，抗拉强度约为2,000兆帕。

这种晶粒细化的概念可以扩展到其他合金系统，并且制造过程可以很容易地应用于现有的工业生产线。相关结果以“Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility”为题发表在Nature期刊上。

为了通过一条简单的制造路线来制造具有高强度和高延展性的散装UFG钢，将不带固相转变的典型Fe–22Mn–0.6C孪生诱导塑性（TWIP）钢与3 wt％和4 wt％Cu合金化，它可以在重结晶温度下实现快速而充分的纳米沉淀。此后，将Fe-22Mn-0.6C和掺杂Cu的Fe-22Mn-0.6C-3Cu和Fe-22Mn-0.6C-4Cu钢分别称为0Cu，3Cu和4Cu。

图1 机械性能

图2 4Cu在760℃退火5 min后的微观组织表征

图3 退火温度和时间对UFG结构的影响

图4 有效晶粒细化和高热稳定性的机理

图5 UFG 0Cu和4Cu的变形微观结构

Gao, J., Jiang, S., Zhang, H. et al. Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility. Nature 590, 262–267 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03246-3

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