东北大学：高性能纳米／超细晶奥氏体不锈钢工业化制备新技术！

　　基于此，卢柯院士提出“材料素化”的概念，即在不改变材料成分的前提下，通过调控材料不同尺度的缺陷来制造出可持续发展的“素材料”，实现材料“素化”，不（或少）依赖合金化并大幅提高材料的综合性能，其中细晶强化就是一个典型例子。晶粒越细小，组织中晶界面积越大，对位错滑移运动的阻碍作用越大，这会增大材料变形时所需压迫的切应力，因此提高了材料的屈服强度；晶粒细化后，晶界密度的增加可以促进铬向表面的扩散，并能快速形富含铬的均匀钝化膜，从而提供更好的耐蚀性；此外，随着有效晶粒尺寸的减小，韧脆转变温度降低，材料的韧性提高，这主要取决于钢材大角度晶界密度增大，阻碍解离裂纹扩展。超细晶材料因其在材料中无须额外添加合金元素、高纯净、回收再利用简单而成为先进结构材料的重要研究方向。

　　当金属的晶粒尺寸减小至纳米级时，强度和硬度将显著提高，然而塑性和韧性会明显下降。这种强度和塑性的“倒置关系”普遍存在于传统的合金化材料中，这制约了纳米金属材料的应用。最新研究表明，通过对金属材料显微组织进行跨尺度多级界面调控，既可以保证纳米结构带来的性能优势，又能克服纳米结构的一些性能缺点。

　　图1纳米/亚微米晶钢制备工艺示意图

　　图2(a)304不锈钢初始热轧组织；(b)制备的纳米/亚微米晶组织

　　研究了纳米/亚微米晶（晶粒尺寸约200nm）304不锈钢的低温（0.5Tm）超塑性行为，发现其在600℃表现出类超塑性行为，延伸率150%；在630℃表现出典型的超塑性行为，最大延伸率超过300%，其超塑性变形机制为晶界滑动，协调变形机制包括晶界迁移和位错滑移。低温超塑性的发现进一步拓宽了其在高温领域的应用。

　　三、主要创新性成果

　　2、细晶强化使均匀的纳米/亚微米晶钢具有极高的屈服强度(＞1GPa)，良好的延伸率(＞30%)源于大的吕德斯应变；在纳米/亚微米晶基体中引入部分再结晶粗晶可有效消除吕德斯变形，形成的多尺度纳米/超细晶组织具有优异的强塑性匹配。

　　4、研究了纳米/亚微米晶奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，发现随着晶粒的细化，材料的耐腐蚀性能明显提高，其原因为纳米/亚微米晶304不锈钢钝化膜增厚且稳定性提高。

　　图5纳米/亚微米晶304冷轧不锈钢的工业化制备