近日，北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室呂昭平教授團隊與英國謝菲爾德大學、美國國家標準與技術研究院及泰斯研究公司、鄭州大學等國內外科研機構合作，首次通過調控共格無序析出適時且持續的釘扎再結晶晶界遷移，獲得了具有高熱穩定性的超細晶TWIP鋼，強度及加工硬化同時提升，據此研發出一種僅通過簡單軋制和退火工藝即可獲得高性能超細晶鋼的工業化晶粒細化技術。該項超細晶高強鋼研究的重要突破于2021年2月10日以“Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility”為題發表在國際學術刊物Natur上。
開發性能優異并適合大規模生產的新型高強鋼可以實現交通裝備的輕型化，具有巨大的市場需求。孿晶鋼因其具有優異的成形性能、抗拉強度 （800-1000MPa）和均勻延展性 (≥50%)從而成為汽車輕型化設計的首選材料，但低的屈服強度嚴重制約工程應用。如何在保證其高加工硬化率、高塑韌性的同時大幅提升材料強度是交通裝備制造等國民經濟領域面臨的關鍵問題。
細晶強化是同步提升材料韌性和強度的重要手段。然而，由于孿晶鋼在冷卻過程中不具備固態相變，無法像低合金高強鋼一樣通過軋制和快速冷卻等工藝達到超細晶粒的目的，因此不得不采用等通道轉角擠壓、高壓扭轉等大塑性變形方法獲得超細晶。這些方法生產成本高、樣品尺寸小，而且細晶材料中通常含有高密度位錯、空位等晶體缺陷，大大降低其均勻延展性，很難實現規模化生產。
此次研發的這種新型晶粒細化技術是通過微量Cu合金化，在再結晶過程中實現超細再結晶晶粒內部快速、大量共格無序析出，通過強烈而持續的Zener 釘扎抑制超細再結晶晶粒長大，從而實現工業化條件下獲得超細晶TWIP。該技術通過影響局部層錯能細化了超細晶TWIP鋼的機械孿晶，而晶內無序析出幾乎不釘扎位錯移動，從而在細化晶粒的同時進一步提升了TWIP鋼加工硬化能力。通過這一技術所得到的超細晶鋼屈服強度達到710MPa，抗拉強度高達2000MPa，同時均勻真應變超過了45%。該項技術具有一定的普適性，對其他合金體系的晶粒細化具有一定指導意義。
