1970/01/01 08:00:00 來源：鋼鐵研究總院華東分院 閱讀：
中國鋼研致力于國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工新材料研發(fā)基地建設(shè)，承擔(dān)了我國冶金行業(yè)85%以上國防軍工新材料研究開發(fā)任務(wù)，先后為我國“兩彈一星”、“長征系列運載火箭”、“神舟飛船”、“嫦娥”探月工程、新型殲擊機(jī)、軍工電子材料、艦船、新型坦克、火炮以及常規(guī)武器等國防工程和冶金、能源、交通、建筑、海洋工程、橋梁、機(jī)械、電子等國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展所需先進(jìn)材料及其制品等方面做出了突出的貢獻(xiàn)。
材料科學(xué)研發(fā)領(lǐng)域覆蓋了合金鋼、高溫合金、金屬功能材料、難熔合金、粉末冶金材料、焊接材料、生物醫(yī)學(xué)工程材料、表面技術(shù)與腐蝕防護(hù)、特種陶瓷與耐火材料以及非晶微晶合金等。多年來，中國鋼研在材料科學(xué)與工程的研究中突破了眾多關(guān)鍵技術(shù)，取得了大批具有國內(nèi)、國際先進(jìn)水平的科技成果。
國家重大基礎(chǔ)研究計劃項目“新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究”以中國鋼研為依托，通過I期(1998～2003年)、II期(2004～2009年)和III期(2010～2014年)研究，使碳結(jié)構(gòu)、微合金鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度翻番(I期)、壽命大幅度提高(II期)，并在該基礎(chǔ)上，針對建筑、汽車、能源等領(lǐng)域所需鋼材的服役性能要求，開展高性能鋼的組織調(diào)控理論和技術(shù)基礎(chǔ)研究，大幅度提高高性能鋼材服役安全性(III期)。973項目第I期和第II期由翁宇慶院士主持，第III期由董瀚教授主持。
鋼鐵研究總院副院長、鋼鐵研究總院華東分院院長董瀚教授作為首席科學(xué)家主持了973- III期項目（項目編號：2010CB630800），本項目由鋼鐵研究總院、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、上海大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院金屬研究所、清華大學(xué)等8家單位共同承擔(dān)，項目于2014年底通過驗收。項目針對“亞穩(wěn)奧氏體相變與多相組織形成的現(xiàn)象、理論與控制”、“多相組織的多尺度表征、穩(wěn)定性與性能控制機(jī)理”及“高性能鋼夾雜物、析出相和多相組織基體組織相互關(guān)聯(lián)與控制技術(shù)”等關(guān)鍵科學(xué)問題，選取建筑設(shè)施、汽車、能源用鋼中的高端產(chǎn)品作為本項目的研究對象。根據(jù)鋼材的服役性能的不同要求，研究高性能鋼的組織調(diào)控理論和方法。
1.第三代低合金鋼的組織調(diào)控和高性能化研究
（1） 研究第三代低合金鋼多相組織演變機(jī)理、力學(xué)行為和調(diào)控技術(shù)，殘余奧氏體的形成與控制及其對綜合性能的影響。
（2） 研究第三代低合金鋼多相組織的表征以及多相組織在范性流變過程中的變化，變形在不同相中的傳遞行為，晶體缺陷在范性變形中的行為與作用。
（3） 第三代低合金鋼多相組織在熱擾動下的演化行為及其在力學(xué)性能上的表現(xiàn)，各相的熱穩(wěn)定性及其在組織演變過程中的相互作用以及焊接區(qū)組織穩(wěn)定性。
（4） 低合金鋼板帶組織調(diào)控技術(shù)原型裝備及相關(guān)工藝技術(shù)參數(shù)研究。
2.第三代汽車用鋼的組織調(diào)控和提高塑性的研究
（1） 研究第三代汽車用鋼中亞穩(wěn)奧氏體的相變規(guī)律及多相組織的形成，包括應(yīng)力與相變的交互作用以及碳的行為等。
（2） 研究第三代汽車用鋼多相組織的多尺度表征及控制方法，包括通過Q&P工藝實現(xiàn)亞穩(wěn)奧氏體的含量、形態(tài)、分布、穩(wěn)定性等控制。
（3） 研究第三代汽車用鋼亞穩(wěn)奧氏體的穩(wěn)定性，包括熱穩(wěn)定性、力學(xué)穩(wěn)定性，以及相變誘發(fā)塑性與孿晶誘發(fā)塑性等。
（4） 研究高強(qiáng)度馬氏體鋼連接技術(shù)及其服役行為，包括焊接性能和延遲斷裂行為等。
（5） 研究高性能汽車用鋼新型制備方法過程中凝固組織、晶粒尺寸和元素配分的影響規(guī)律。
3.第三代耐熱鋼高溫環(huán)境下長期服役時組織演變規(guī)律研究
（1） 多元素復(fù)合強(qiáng)化馬氏體鍋爐鋼長期服役條件下回火馬氏體組織精細(xì)結(jié)構(gòu)演變及退化研究。
（2） 借助熱力學(xué)軟件，研究化學(xué)成分、工藝參數(shù)（如溫度）等多因素關(guān)聯(lián)影響條件下，各析出相的可能的演變過程。研究M23C6、M6C、MX、Laves相、硼化物、Z相等演變（形成和長大）的熱力學(xué)和動力學(xué)規(guī)律，尤其是MX超細(xì)彌散相的穩(wěn)定性和均勻性以及Z相的形成機(jī)理和控制機(jī)制。
（3） 高溫蒸汽和煤煙氣腐蝕環(huán)境下，材料的界面行為規(guī)律及其控制機(jī)制。
（4） 無碳馬氏體鍋爐鋼的組織與力學(xué)行為研究。研究靜態(tài)和熱變形條件下無碳馬氏體鍋爐鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中的相變行為，分析不同熱變形條件下鋼中氮化物析出相。
4. 高潔凈鋼的夾雜物穩(wěn)定性控制及均勻度控制的基礎(chǔ)研究
（1） 研究高性能建筑用鋼、汽車用鋼、能源用鋼韌塑性與夾雜物、均勻度之間的相關(guān)性以及基于服役性能要求的夾雜物控制目標(biāo)。
（2） 研究爐渣－鋼液和鋼液－夾雜物間反應(yīng)的平衡程度及其影響因素，以及鋼液中微小夾雜物間聚合、長大、去除及其影響因素。
（3） 研究凝固過程中等軸晶的起源及增殖機(jī)理，提高鑄坯的均勻度。
（4） 研究凝固過程傳熱的控制及其對形成等軸晶組織的作用，以及鑄坯凝固過程均勻化技術(shù)的工程化應(yīng)用。
在“多相、多尺度、亞穩(wěn)”組織調(diào)控理論研究的基礎(chǔ)上，奠定了第三代低合金鋼、第三代汽車鋼和第三代馬氏體耐熱鋼的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過了先進(jìn)的工業(yè)流程生產(chǎn)試制，形成了三類原型鋼技術(shù)，第三代低合金鋼為我國的創(chuàng)新研究成果，第三代汽車鋼是我國率先研發(fā)出來，第三代馬氏體耐熱鋼達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
（1）明確了低碳馬氏體強(qiáng)韌性最小控制單元為板條塊，提出了“形變促進(jìn)板條塊細(xì)化”新概念，并開發(fā)了以板條塊細(xì)化為核心的高強(qiáng)度高韌性鋼在線淬火控制技術(shù)及其焊接技術(shù)
低碳馬氏體多尺度組織結(jié)構(gòu)中廣義的板條塊由傳統(tǒng)認(rèn)識上的板條塊界、板條束界和原奧氏體晶界所圍成，為控制馬氏體強(qiáng)度、韌性的組織（晶粒）結(jié)構(gòu)控制單元，包含兩個尺寸信息：傳統(tǒng)意義上的板條束尺寸和板條塊寬度。由于其形狀的不規(guī)則，低碳馬氏體強(qiáng)度、韌性的有效晶粒尺寸分別為板條塊內(nèi)部{110}面的平均滑移長度和{100}面的平均解理長度。
奧氏體超薄化導(dǎo)致奧氏體晶粒細(xì)化和硬化，引起相變馬氏體的板條塊界面(大角度界面)比例顯著增加，而亞板條塊界面(小角度界面)比例降低，板條塊寬度明顯細(xì)化；板條束結(jié)構(gòu)沿軋向拉長、在厚度方向細(xì)化。奧氏體超薄化細(xì)化板條塊寬度，顯著提高大角度界面密度，是顯著提高超低碳馬氏體強(qiáng)韌性的原因。
在深入研究奧氏體扁平化結(jié)構(gòu)演變與相變特征的基礎(chǔ)上，采用低碳成分（碳含量不高于0.06％）和在線TMCP工藝，首先在實驗室獲得了900-1000MPa級高韌性低合金鋼，其沖擊韌性達(dá)到了180J。工業(yè)化試制結(jié)果進(jìn)一步驗證了該方案的可行性，25mm厚鋼板的沖擊韌性達(dá)到了200J，相比傳統(tǒng)900-1000MPa級高強(qiáng)板實現(xiàn)了韌性翻番，達(dá)到國際先進(jìn)和國內(nèi)領(lǐng)先水平。
全面評價了屈服強(qiáng)度900MPa級TMCP直接淬火高韌鋼的焊接性。所開發(fā)的國產(chǎn)GH890焊接材料和焊接工藝技術(shù)用于900MPa級直接淬火鋼的焊接，可應(yīng)用于高強(qiáng)工程機(jī)械制造，填補(bǔ)我國在這方面的空白。
（2）提出并系統(tǒng)研究了納米第二相的協(xié)同析出理論，建立了相關(guān)熱動力學(xué)模型，開發(fā)了基于復(fù)合微合金化設(shè)計的大沉淀強(qiáng)化技術(shù)
系統(tǒng)闡明高Ti微合金鋼中納米TiC在奧氏體和鐵素體中的析出行為以及Mn、Mo在相變組織和析出控制上的協(xié)同作用機(jī)理，對高Ti微合金高強(qiáng)度鋼的組織類型和納米析出的穩(wěn)定化控制提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
利用Ti-V-Mo多元協(xié)同微合金化，大幅度細(xì)化MC相粒子及細(xì)化基體鐵素體晶粒，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化作用，屈服強(qiáng)度達(dá)900MPa以上，其中沉淀強(qiáng)化增量可穩(wěn)定達(dá)到400MPa以上，延伸率達(dá)16%以上。
（3）提出了亞微米/納米級奧氏體形成理論并開發(fā)了相關(guān)控制技術(shù)，大幅改善鋼材韌塑性
采用兩相區(qū)分級熱處理（QLT）控制了逆轉(zhuǎn)變奧氏體的薄片狀形態(tài)和彌散分布、利用C、Mn的兩次配分提高了逆轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性元素含量，從而提高了逆轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性。首先經(jīng)DQ+T中間態(tài)熱處理后試樣內(nèi)部發(fā)生C和Mn元素的第一次配分，這導(dǎo)致了奧氏體吉布斯自由能的顯著降低，因而使得在QLT階段回轉(zhuǎn)奧氏體的生成速率顯著提高。其次從動力學(xué)角度考慮，由于馬氏體基體成分分配的不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致了片狀奧氏體的增厚機(jī)制由最初的一維雙向增厚模式演變成為了一維單向增厚模式。逆轉(zhuǎn)變薄片狀奧氏體與轉(zhuǎn)變后的新鮮馬氏體保持K-S位向關(guān)系，相變后未發(fā)現(xiàn)與原始馬氏體基體不同的新Bain變體，QLT過程不細(xì)化馬氏體組織。
逆轉(zhuǎn)變薄片狀奧氏體對微裂紋擴(kuò)展的阻礙作用以及相變增韌作用(亞穩(wěn)奧氏體向馬氏體發(fā)生了轉(zhuǎn)變)是導(dǎo)致試驗鋼韌性顯著提高的最主要原因。相比于塊狀的、尺寸較大的亞穩(wěn)奧氏體相比，彌散的均勻分布的薄片狀奧氏體更能大幅度的提高低溫韌性。以Mn代Ni，采用QLT工藝使2.5Mn-1.5Ni鋼獲得了優(yōu)于5Ni低溫鋼標(biāo)準(zhǔn)要求的強(qiáng)韌性。
提出碳的梯度擴(kuò)散分配理論，并在其指導(dǎo)下開發(fā)出S-Q-P工藝，不僅能夠有效調(diào)控鋼中不同組織數(shù)量，更重要的是還能夠有效調(diào)控奧氏體與馬氏體的尺寸與分布，使鋼中硬相與軟相合理搭配，從而顯著提高其綜合力學(xué)性能。進(jìn)一步拓寬了通過合理控制碳在奧氏體與馬氏體間分配而調(diào)控鋼的組織與性能的技術(shù)應(yīng)用空間。S-Q-P工藝處理后的35SiMn鋼，總伸長率超過25%，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1240MPa，強(qiáng)塑積達(dá)到31.2GPa%，達(dá)到第三代汽車用鋼對強(qiáng)塑積的標(biāo)準(zhǔn)要求。
（4） 建立并優(yōu)化了透射電鏡原位加熱和鋼鐵材料中碳/錳配分的實驗表征方法，初步探明了亞穩(wěn)奧氏體形成過程中的碳/錳擴(kuò)散機(jī)制。
在TEM中實現(xiàn)了加熱過程中奧氏體形成的原位觀察，中錳鋼中逆轉(zhuǎn)變奧氏體易于馬氏體板條界形成；升溫速度較快時，組織呈現(xiàn)雙相板條結(jié)構(gòu)，有一定數(shù)量碳化物析出相；升溫速度較慢時，組織中有大量碳化物析出相形成，阻礙奧氏體的生成。
發(fā)展并完善鋼鐵材料各物相中碳元素分布的實驗測量方法，TEM碳分布檢測驗證了亞穩(wěn)奧氏體形成過程中碳的梯度擴(kuò)散分配；確定原奧氏體晶界、板條界和位錯等區(qū)域是錳元素的富集區(qū)，相界面擴(kuò)散與位錯擴(kuò)散都是中錳鋼奧氏體逆轉(zhuǎn)變過程中錳元素的重要擴(kuò)散通道。中錳鋼逆轉(zhuǎn)變奧氏體在初始長大階段符合NPLE模式，由碳擴(kuò)散控制，奧氏體形成不需要錳的長程擴(kuò)散。
（5） 在高強(qiáng)度基體上獲得一定比例的亞穩(wěn)奧氏體。
利用奧氏體的相變行為繼續(xù)提供加工硬化，是獲得高強(qiáng)度、高塑性鋼的發(fā)展思路，這種高強(qiáng)度基體可以為馬氏體或超細(xì)晶粒的鐵素體，是第三代汽車鋼的組織調(diào)控目標(biāo)。
（1） 多相、多尺度析出及殘余奧氏體復(fù)合調(diào)控原理
對碳含量更低的低碳低合金鋼（C≤0.1%，Mn≤2.5%），通過采用兩步臨界熱處理的技術(shù)方案，利用亞溫處理過程中C、Mn等奧氏體穩(wěn)定化元素的臨界配分穩(wěn)定逆轉(zhuǎn)奧氏體，從而獲得含有穩(wěn)定的殘余奧氏體、亞溫鐵素體、貝氏體以及馬氏體的多相組織。這種新型的熱處理方案所獲得的殘余奧氏體具有極高的低溫穩(wěn)定性且細(xì)小彌散，可以有效的提高低合金鋼的塑性和低溫韌性。另一方面，通過添加Nb、V及Cu等析出元素，利用其在不同階段熱處理時的析出特性，可以形成復(fù)合的多尺度析出，達(dá)到最佳的析出強(qiáng)化效果。隨著殘余奧氏體含量的增加，鋼的均勻延伸率和斷后延伸率顯著增加。由于殘余奧氏體的應(yīng)變誘發(fā)塑性（TRIP）效應(yīng)的存在，使其塑性形變較大，裂紋開始得到抑制，從而導(dǎo)致起裂功提高。該模型鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到750MPa，抗拉強(qiáng)度大于850MPa，均勻延伸達(dá)到20%以上。
（2） 利用合金元素富集實現(xiàn)低合金鋼殘余奧氏體的離線調(diào)控原理
系統(tǒng)研究了0.16/0.23C-2.0Mn-1.0Si低合金鋼通過臨界退火工藝可以得到C、Mn合金元素初步富集的前驅(qū)體，進(jìn)而實施亞臨界退火實現(xiàn)臨界區(qū)逆轉(zhuǎn)變奧氏體的初步穩(wěn)定化，在隨后的淬火和低溫貝氏體區(qū)等溫過程中，可最終得到臨界退火鐵素體-中低溫分解下貝氏體和彌散分布、納米尺度的殘余奧氏體多相組織。該類多相鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)到900-1000MPa，屈服強(qiáng)度600-700MPa，均勻延伸可高達(dá)20%，具有極低的屈強(qiáng)比、高的加工硬化能力，沖擊韌性由于同成分鋼的調(diào)質(zhì)工藝性能。
（3） 利用TMCP技術(shù)及離線回火工藝調(diào)控多相、多尺度析出組織
系統(tǒng)研究了合金體系，奧氏體晶粒度、奧氏體變形及控制冷卻的多因素對調(diào)控低合金鋼中軟硬相組織的物理冶金原理，發(fā)展了利用組織調(diào)控TMCP技術(shù)實現(xiàn)“在線”生產(chǎn)420-690MPa多相組織的技術(shù)。該原理以及技術(shù)成功應(yīng)用于生產(chǎn)500MPa級橋梁鋼：最大厚度60mm，屈強(qiáng)比小于0.83，韌性級別達(dá)到E級(-40℃)；X90/X100管線鋼：均勻延伸大于6%，屈強(qiáng)比小于0.9，同時應(yīng)變時效敏感性低。
（4） 控制冷卻技術(shù)
攻克了中厚板高強(qiáng)度高均勻性冷卻的難題，開發(fā)出高效冷卻噴嘴、高精度溫度場解析模型等關(guān)鍵技術(shù)，自主研制出中厚板先進(jìn)冷卻系統(tǒng)和系列高等級產(chǎn)品。傾斜式射流沖擊機(jī)理的研究及應(yīng)用，提高了核沸騰在換熱過程中的比例與頻率；建立了準(zhǔn)確可靠中厚板的溫度場有限元解析模型，可準(zhǔn)確的計算冷卻速度與冷卻溫度，為自動化控制提供關(guān)鍵控制條件；開發(fā)研制了狹縫噴嘴及陣列式噴嘴，并對其噴嘴內(nèi)部及沖擊至鋼板表面的流場進(jìn)行了分析，實現(xiàn)了較好的出口流速均勻性及可控的表面流場；開發(fā)出多種設(shè)備控制手段，如框架高度調(diào)節(jié)裝置、殘水控制裝置等，實現(xiàn)了對鋼板冷卻均勻性的良好控制；基于研制的超快冷原型裝備，開發(fā)出屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa、-40℃沖擊韌性大于200J的第三代高強(qiáng)原型鋼。
（5） 控制冷卻裝備技術(shù)
攻克了大型板材高強(qiáng)度高均勻性淬火、系列大型噴嘴、工藝模型等關(guān)鍵技術(shù)，自主研制成功我國首套中厚板輥式淬火裝備和系列高等級產(chǎn)品。構(gòu)建了大型板材高強(qiáng)度均勻化輥式淬火工藝方法，揭示了大寬厚比鋼板淬火過程中冷卻速度、介質(zhì)流量對殘余應(yīng)力、淬硬層深度及組織演變的影響規(guī)律，解決了淬火連續(xù)性、性能一致性、溫度敏感性和高平直度控制等難題；開發(fā)成功系列多重阻尼的大型整體超寬射流噴嘴和柔性化淬火系統(tǒng)，解決了鋼板長寬厚各向冷速精準(zhǔn)控制、斷面冷卻均勻性控制和4~10mm薄鋼板淬火板形等難題，滿足了鋼種、規(guī)格和性能對溫度和冷卻路徑控制的需要；研制成功4~150mm全厚度規(guī)格中厚板多功能輥式淬火裝備，開發(fā)成功S31803/2205、S32750等不銹鋼板以及9Ni、NM400/500、Q960/1100等碳鋼板并批量化生產(chǎn)，實現(xiàn)了國產(chǎn)化，應(yīng)用于國家重點工程及關(guān)鍵裝備。
（6） 第三代低合金鋼品種技術(shù)
開發(fā)了直接淬火高強(qiáng)高韌鋼、大沉淀強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼、智能型抗震耐火鋼、節(jié)Ni型低溫鋼等低成本高性能鋼，促進(jìn)了冶金技術(shù)進(jìn)步，引領(lǐng)了相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展。
具有高強(qiáng)度、高塑性、低成本的鋼板是未來汽車用薄板鋼的發(fā)展方向，早在2008年美國科學(xué)家首先提出了發(fā)展具有高強(qiáng)度、高塑性特征第三代汽車鋼的概念，但研發(fā)思路和目標(biāo)并不十分清晰，隨后，中國、韓國、日本等國家也都開展了高強(qiáng)度、高塑性的相關(guān)研究工作。在這種情況下，我們提出了在超細(xì)基體或馬氏體基體上獲得一定比例的亞穩(wěn)奧氏體相，利用亞穩(wěn)奧氏體相變誘發(fā)塑性的特點獲得高強(qiáng)度、高塑性的力學(xué)性能的M3組織調(diào)控思路，并確定了研發(fā)抗拉強(qiáng)度為1000MPa級和1500MPa級，強(qiáng)塑積（抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率的乘積）不小于30GPa%的力學(xué)性能目標(biāo)。
事實證明，這種高強(qiáng)度、高塑性鋼的研發(fā)思路被其它國家廣泛采用，利用淬火配分（Q&P，Quenching and Partitioning）工藝和中錳合金系通過逆相變處理（ART, Austenite Revert Transformation）工藝獲得高強(qiáng)度、高塑性的思路成為了世界各大研究院所的研發(fā)熱點，確定的力學(xué)性能目標(biāo)被很多國家接受。課題較為深入研究了高強(qiáng)度、高塑性薄板鋼微觀組織與力學(xué)性能獲得的現(xiàn)象、規(guī)律和機(jī)理，實現(xiàn)了力學(xué)性能目標(biāo)，并率先進(jìn)行了原型鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，評價了工藝性能和服役性能。2010發(fā)表的學(xué)術(shù)論文在中，中錳鋼逆相變方面的學(xué)術(shù)論文至今單篇被引用達(dá)到70次，正相變方面的學(xué)術(shù)論文單篇被引用達(dá)到36次。鑒于以上，研究在世界上處于領(lǐng)先水平，具有以下創(chuàng)新性：
1) 豐富了提高高強(qiáng)度鋼塑性的組織調(diào)控理論，研發(fā)出1000MPa和1500MPa強(qiáng)度級別的高強(qiáng)塑積（≥30GPa%）鋼
利用低合金鋼通過正相變處理、中錳鋼經(jīng)逆相變處理的兩種組織調(diào)控思路，分別獲得了抗拉強(qiáng)度不小于1500MPa和1000MPa，同時強(qiáng)塑積不小于30GPa%的力學(xué)性能，達(dá)到第三代汽車鋼力學(xué)水平范疇。
2) 利用中錳鋼逆相變獲得超細(xì)晶粒組織進(jìn)而獲得高強(qiáng)度、高塑性的力學(xué)性能
中錳鋼從上世紀(jì)60年代起就開始有大量研究報道，但大部分都是進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理用作結(jié)構(gòu)件和耐磨件，而利用逆相變的方法獲得超細(xì)晶粒組織以及利用這種組織獲得高強(qiáng)度、高塑性力學(xué)性能的結(jié)果十分罕見。課題組較早對這種具有超細(xì)晶粒特征的微觀組織進(jìn)行了深入研究，并發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文進(jìn)行報道和宣傳。從2014年在德國亞琛舉辦的第二屆高錳鋼國際會議上可以看出，利用中錳鋼逆相變思路發(fā)展高強(qiáng)度、高塑性鋼已經(jīng)成為世界各大院校和鋼廠的主流發(fā)展方向。
3) 針對正相變提出了殘奧量控制的組織不均勻模型，發(fā)展了Q&P理論和工藝
提出了利用馬氏體相變組織不均勻性控制殘留奧氏體量的新觀點，合理地解釋了在一定的溫度范圍內(nèi)殘奧量和二次淬火馬氏體的量同時增加的現(xiàn)象，可以較準(zhǔn)確地實現(xiàn)奧氏體體積分?jǐn)?shù)的控制。在Q&P工藝基礎(chǔ)上，充分利用碳化物析出強(qiáng)化特點開發(fā)了Q-P-T熱處理工藝，進(jìn)一步提高超高強(qiáng)度鋼的塑性（2200MPa時延伸率達(dá)到10%）；探索了Q&P工藝于熱成形鋼中的應(yīng)用，提出了Q&P+熱成形工藝(HS-QP)，提高了熱成型鋼的塑性。提出了形變誘發(fā)鐵素體相變（DIFT）+Q&P新工藝（DIFT＋Q&P）細(xì)化了組織，進(jìn)一步提高Q&P工藝處理鋼的塑性；實驗室條件下制備出了低成本超高強(qiáng)度納米貝氏體復(fù)相鋼（Q-P-A鋼）；利用多次分割獲得殘余奧氏體的SQP工藝。
4) 利用傳統(tǒng)流程首次實現(xiàn)高強(qiáng)度、高塑性第三代汽車鋼原型鋼的工業(yè)生產(chǎn)
采用傳統(tǒng)流程和設(shè)備，首次實現(xiàn)高強(qiáng)度、高塑性鋼的工業(yè)生產(chǎn)，這是中錳鋼在世界上首先大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，為后續(xù)各大鋼廠的工業(yè)化生產(chǎn)同了有力參考。
5) 開發(fā)了中錳鋼的溫成型技術(shù)
利用中錳鋼降低臨界溫度、提高淬透性的特定，開發(fā)了溫成型技術(shù)，坯料加熱溫度較傳統(tǒng)熱成型技術(shù)可降低150-200℃，降低設(shè)備和生產(chǎn)成本、顯著減小零件表面的氧化脫碳現(xiàn)象，同時保證零件強(qiáng)度水平不變的情況下塑性水平從6%提高到10%以上。
提出了耦合相圖計算模擬，精密實驗測量與生產(chǎn)工藝控制的第三代汽車用薄板鋼的新型設(shè)計思路，完成了兩種典型鋼種的研發(fā)及應(yīng)用。
1) 建立了將相圖計算技術(shù)及精密實驗測量聚焦至工程問題、實現(xiàn)第三代汽車用薄鋼板成功研發(fā)的科學(xué)方法。在傳統(tǒng)TRIP鋼基礎(chǔ)上，結(jié)合相圖計算與精密實驗，獲得了加Al及形成釩鈦碳化物的強(qiáng)塑積提升機(jī)理，形成M3目標(biāo)組織，并利用計算技術(shù)結(jié)合產(chǎn)線要求，對臨界退火溫度、過時效溫度等關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，實現(xiàn)了3M組織的有效控制，在兩年內(nèi)獲得了Rm≥1.0GPa，A≥30%的高性能TRIP鋼；
2) 在傳統(tǒng)的TWIP鋼基礎(chǔ)上，通過層錯能計算與精密實驗，獲得了TWIP+TRIP疊加效應(yīng)的強(qiáng)塑積提升機(jī)理，獲得了Rm≥1.0GPa，A≥30%的高性能TWIP鋼。同時，對亞快速凝固條件下Fe基合金中TWIP+TRIP疊加效應(yīng)可能實施的組織形成機(jī)理進(jìn)行了前瞻性的研究。
3) 建立高溫力學(xué)本構(gòu)方程，在獲得馬氏體相變規(guī)律的基礎(chǔ)上，獲得第三代汽車鋼板熱成形工藝優(yōu)化的計算技術(shù)，從而為研發(fā)鋼種在典型汽車零件生產(chǎn)中得以應(yīng)用提供有效指導(dǎo)。
4) 完成了第三代汽車用薄板鋼的研發(fā)和應(yīng)用，其中高性能TWIP980鋼與TRIP980鋼在鞍鋼集團(tuán)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。
（1） 長期以來馬氏體耐熱鋼使用溫度的上限為600℃，其典型鋼種為T/P92。從某種程度上講，正是由于馬氏體耐熱鋼的這種瓶頸問題限制了電站參數(shù)的進(jìn)一步提高，從而制約了電站熱效率的進(jìn)一步提升。因此，研發(fā)使用溫度可達(dá)650℃的馬氏體耐熱鋼是國際學(xué)術(shù)界的前沿和難點之一。研發(fā)的G115馬氏體耐熱鋼650℃時120MPa下的持久斷裂時間穩(wěn)定超過17000小時，抗蒸汽腐蝕性能優(yōu)于T/P92而與T/P122相當(dāng)，G115的高溫組織穩(wěn)定性和性能達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，把馬氏體耐熱鋼的使用上限拓展到了650℃；
（2） 在半定量解構(gòu)馬氏體耐熱鋼持久強(qiáng)度機(jī)理的基礎(chǔ)上，發(fā)展了電站耐熱材料的“多元素復(fù)合強(qiáng)化”設(shè)計理論，提出了“選擇性強(qiáng)化”設(shè)計新理論，并把這種新設(shè)計思想應(yīng)用于G115的設(shè)計和研制；
（3） 首次用實驗方法定量驗證了B在馬氏體耐熱鋼中的強(qiáng)韌化作用機(jī)理；
（4） 在“組織調(diào)控”研究思想指導(dǎo)下，提出了使用具有高熱穩(wěn)定性氮化物析出相進(jìn)行組織強(qiáng)化的新型組織設(shè)計思想。所研發(fā)的單尺度氮化物強(qiáng)化馬氏體耐熱鋼鋼在600℃時150MPa下表現(xiàn)出優(yōu)異的長時組織穩(wěn)定性；
（5） 在分析氮化物尺寸對馬氏體組織熱穩(wěn)定性的影響后，提出了更高溫度下(650℃)具有更高組織熱穩(wěn)定性的“雙尺度氮化物強(qiáng)化馬氏體耐熱鋼”的新型組織設(shè)計。
（1）、研究成果對項目完成任務(wù)的貢獻(xiàn)
針對影響國產(chǎn)重要用途鋼材性能穩(wěn)定性的非金屬夾雜物控制問題，對“爐渣－鋼液－夾雜物間的相互作用機(jī)理和反應(yīng)平衡及其影響因素”和“鋼液內(nèi)微小夾雜物運動、聚合、長大和去除”兩項重要科學(xué)問題開展研究，其中對高強(qiáng)低合金鋼板B類夾雜物控制技術(shù)和鋼中DS類大型夾雜物控制技術(shù)方面取得的突破直接與本項目“第三代高強(qiáng)高韌低合金鋼精細(xì)組織的研究”課題相關(guān)，為近年來國產(chǎn)X80管線鋼、抗酸管線鋼、重要用途厚板等鋼材品種質(zhì)量和性能提升做出了重要貢獻(xiàn)。
本項目其它兩個目標(biāo)研究鋼種（高強(qiáng)塑積汽車鋼板和耐650℃高溫馬氏體耐熱鋼），也屬于高端重要用途特殊鋼材，對鋼中非金屬夾雜物，尤其是眾多微小夾雜物聚合、分布、組成等有嚴(yán)格控制要求。有關(guān)鋼中微小夾雜物形成、聚合、轉(zhuǎn)變等以及精煉方法、渣系、耐材等對其重要影響的研究，對于相關(guān)課題研究開發(fā)高強(qiáng)塑積汽車鋼板、耐650℃高溫馬氏體耐熱鋼等制備工藝也提供了重要借鑒、參考依據(jù)。
本研究針對低碳中錳系第三代高強(qiáng)塑積汽車用鋼連鑄缺陷控制問題，開展了大量的基礎(chǔ)實驗和理論研究工作，系統(tǒng)分析了鋼的熱膨脹性能、熱塑性等基礎(chǔ)熱物性，深入研究了凝固及相變特征，揭示了連鑄坯典型裂紋缺陷（內(nèi)部晶間裂紋、角橫裂以及低溫火切裂紋）的形成機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出了緩冷、熱送等關(guān)鍵工藝措施，為高強(qiáng)塑積汽車用鋼大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)提供了堅實的支撐。
（2）、解決重要科學(xué)問題的進(jìn)展程度
重要用途鋼材對性能穩(wěn)定性要求非常高，而性能不穩(wěn)定性在很大程度上是由于鋼冶金質(zhì)量控制不穩(wěn)定性所造成的，鋼中非金屬夾雜物以及鑄坯缺陷控制的不穩(wěn)定是其中重要原因。
高端重要用途鋼材非金屬夾雜物控制的不穩(wěn)定主要表現(xiàn)在鋼中個別大尺寸夾雜物控制方面，以重要用途軸承、彈簧、高鐵車輪等鋼材為例，即便將總氧含量（代表氧化物夾雜總量）控制在3.5~5ppm極低含量范圍，鋼中仍有個別數(shù)十、數(shù)百微米、甚至毫米級大型夾雜物存在，而此類大型夾雜物與鋼中大量存在的微小夾雜物成分基本一致，表明其形成與鋼中微小夾雜物行為密切相關(guān)。
“爐渣－鋼液－夾雜物間的相互作用機(jī)理和反應(yīng)平衡”與“鋼液內(nèi)微小夾雜物運動、聚合、長大和去除”是鋼中非金屬夾雜物控制領(lǐng)域的兩個重要科學(xué)問題，也是當(dāng)前國內(nèi)外該領(lǐng)域科研熱點，目的是通過弄清鋼液中微小夾雜物行為以及影響因素，達(dá)到對其進(jìn)行控制，抑制鋼中生成大型夾雜物。
近年來對高強(qiáng)度汽車鋼板科研重點轉(zhuǎn)向更高強(qiáng)塑積中錳鋼系，但該鋼系由于錳含量顯著提高，鋼的相變溫度降低、相變應(yīng)力增大，連鑄坯極易產(chǎn)生裂紋缺陷，為此需對與中錳系高強(qiáng)塑積汽車用鋼連鑄缺陷控制密切相關(guān)的鋼的熱物性、相變、應(yīng)力分布、裂紋形成機(jī)理等科學(xué)問題開展研究。
在解決以上重要科學(xué)問題方面主要取得了以下重要進(jìn)展：
1) 高強(qiáng)低合金鋼液鈣處理過程，鋼液中CaO-MgO-Al2O3系夾雜物向CaO、CaS等高熔點化轉(zhuǎn)變是由外向內(nèi)進(jìn)行的，對于較大尺寸的夾雜物，由于所生成固相外表層內(nèi)傳遞速率所限，難以對夾雜物進(jìn)行整體高熔點化變性，這是常規(guī)精煉工藝難以大幅度減少大型B類夾雜物主要原因。
2) 在鋼液中微小夾雜物上浮速率很低，必須促使其隨鋼水運動、相互碰撞、聚合為大尺寸夾雜物，才能由鋼液中去除。而在鋼包吹氬、LF精煉、VD真空精煉和RH真空精煉工藝等主要精煉工藝方法中，RH真空精煉能夠提供大范圍、合理方向的鋼水循環(huán)流動，微小夾雜物聚合、長大、去除效果顯著好于其它精煉工藝方法。
