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突破金屬材料性能極限是材料領域研究的熱點與難點。由東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室、中國科學院金屬研究所、中信泰富特鋼興澄特鋼研究院及德國馬普鋼鐵研究所組建的研發團隊在超高強鋼鐵材料增塑機制及組織創新設計方面取得新進展，該成果于日前在《科學》在線發表。

該研究團隊針對2000 MPa級馬氏體超高強鋼塑性低的問題，創新提出“馬氏體拓撲學結構設計+亞穩相調控”協同增塑新機制，成功制備出系列低成本C-Mn系新型超高強鋼，打破了超高強鋼對復雜制備工藝和昂貴合金成分的依賴，突破了現有2000 MPa級馬氏體高強鋼抗拉強度——均勻延伸率的性能邊界。

如何提升鋼材強度和塑性，是鋼鐵材料領域的重大理論難題，也是從基礎研究到技術創新和應用實踐的瓶頸，尤其當強度達到2000 MPa級別時，鋼鐵材料的塑性會出現斷崖式下降，均勻延伸率普遍低于10%。“其根本原因在于傳統馬氏體的初始高密度位錯難以繼續增殖，且無序排列的幾何取向結構微觀塑性變形極不均勻，容易產生局部的應力、應變集中。”東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室李云杰博士介紹。

為此，研究團隊提出了簡單高效的制備工藝路線，構筑出一種全新的拓撲學雙重有序排列的馬氏體和多尺度亞穩奧氏體的納米級多層次組織結構。該結構通過在變形過程中誘發板條界面位錯滑移、界面塑性和相變誘發塑性等多種增強增塑機制，促使材料具有持續較高的加工硬化能力，大幅度提升其強度和塑性，實現了鋼鐵材料1600—1900 MPa屈服強度、2000—2400 MPa抗拉強度和18%—25%均勻延伸率的極致性能，這對推動低成本、大尺寸超高強塑性鋼鐵材料的制備和應用具有重要意義，并為其他超高強塑性金屬材料的開發制備提供了新研究思路。