8月24日，全球頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Science》（《科學(xué)》）發(fā)表了中國3地（北京、香港、臺(tái)灣）科學(xué)家共同合作研究的最新科研成果———D&P超級(jí)鋼。他們研制的D&P超級(jí)鋼突破了以往鋼鐵材料屈服強(qiáng)度和塑性難以同時(shí)提高的限制，力學(xué)性能取得了巨大提升，屈服強(qiáng)度最高達(dá)2.21吉帕，并且保證了良好的塑性，延伸率達(dá)到16%。

 

“一直以來，同時(shí)提高金屬材料的強(qiáng)度和塑性是高強(qiáng)鋼科研工作者研究的重點(diǎn)。我們通過創(chuàng)新軋制工藝，獲得了一種強(qiáng)度和塑性達(dá)到最優(yōu)組合的材料，并對(duì)其機(jī)理展開了分析研究。這給今后超級(jí)鋼工業(yè)化生產(chǎn)提供了借鑒，并指明了一種發(fā)展方向。”9月21日，D&P超級(jí)鋼研究科學(xué)家、北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授羅海文在接受《中國冶金報(bào)》記者采訪時(shí)說，“鑒于D&P超級(jí)鋼軋制工藝上的改進(jìn)和強(qiáng)度上的提升，目前普通熱軋和冷軋?jiān)O(shè)備還難以生產(chǎn)該材料。因此，該材料的工業(yè)化應(yīng)用還需要一定的時(shí)間。”

 

超級(jí)鋼為什么超級(jí)？

 

對(duì)于金屬材料來說，強(qiáng)度和塑性一般難以兼顧。強(qiáng)度大的金屬材料，一般塑性不佳，延展性不好，比較脆。今年4月10日，《Nature》（《自然》）在線發(fā)布了北京科技大學(xué)教授呂昭平的研究成果。呂昭平設(shè)計(jì)研發(fā)的強(qiáng)度高達(dá)2.2吉帕的超高強(qiáng)馬氏體時(shí)效鋼，保證了良好的塑性，金屬延伸率達(dá)到8.2%，震驚了業(yè)界。

 

而此次羅海文研究的D&P超級(jí)鋼，在屈服強(qiáng)度達(dá)到2.21吉帕的情況下，延伸率達(dá)到了16%，更是讓業(yè)界驚喜不已。

 

“在這一方面取得突破，主要是因?yàn)槲覀円肓舜罅康目梢苿?dòng)位錯(cuò)，解決了提高位錯(cuò)密度只能提高材料強(qiáng)度，但會(huì)降低材料延展性的問題。我們通過加大可移動(dòng)位錯(cuò)密度來增加材料的強(qiáng)度和塑性，使材料真正實(shí)現(xiàn)‘既硬又不脆’。”羅海文說。

 

羅海文告訴《中國冶金報(bào)》記者，在研制D&P超級(jí)鋼的過程中，他們?cè)趦蓚€(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新。“一方面，在成分設(shè)計(jì)上，我們?cè)诓牧现刑砑恿?0%的錳、0.47%的碳、2%的鋁、0.7%的釩，這些恰當(dāng)?shù)暮辖鸹浞奖ＷC了多相多尺度的目標(biāo)組織設(shè)計(jì)，在增加材料強(qiáng)度的同時(shí)，使材料擁有足夠的塑性。并且，該鋼種成分體系簡單，價(jià)格低廉，可降低生產(chǎn)成本。另一方面，我們引入了比較復(fù)雜的軋制工藝。除了冷軋和熱軋，我們還采用了溫軋工藝，確保在軋制過程中形成大量具有高位錯(cuò)密度的馬氏體和足夠多的奧氏體，從而使材料具備較大的屈服強(qiáng)度和較好的塑性。”他說。

 

另外，羅海文表示，由于超級(jí)鋼的強(qiáng)度超過了2.0吉帕，將來在應(yīng)用方面，可以實(shí)現(xiàn)鋼板的輕薄化。這對(duì)于汽車、航天航空等領(lǐng)域的輕量化發(fā)展具有極大的推動(dòng)作用，不僅可以節(jié)約材料、降低成本，還可以節(jié)約能源、減少污染等。

 

工業(yè)化生產(chǎn)需要全產(chǎn)業(yè)鏈共同合作

 

“這次的成果屬于超前研究，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，還有很長的一段路要走。一般來說，材料在不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)所需的時(shí)間不同，有的領(lǐng)域?qū)Σ牧系膹?qiáng)度要求不高，材料實(shí)現(xiàn)應(yīng)用可能只要四五年；有的領(lǐng)域?qū)Σ牧系乃苄?、?qiáng)度、焊接性、耐磨性等要求較高，可能需要數(shù)10年才能實(shí)現(xiàn)材料的應(yīng)用。”羅海文表示，一個(gè)好的科研成果出來，大家都希望能夠?qū)崿F(xiàn)快速轉(zhuǎn)化，盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但實(shí)驗(yàn)條件和工廠生產(chǎn)條件不同，每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤笠膊煌Ｒ虼?，要?shí)現(xiàn)超級(jí)鋼的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，仍需要一定時(shí)間。“我希望全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)領(lǐng)域都能夠參與進(jìn)來，一起推動(dòng)科研成果的應(yīng)用性轉(zhuǎn)化。”他說。

 

羅海文表示，要實(shí)現(xiàn)超級(jí)鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，首先，要升級(jí)和改造軋線。在實(shí)驗(yàn)階段，超級(jí)鋼采用的是溫軋工藝。溫軋的軋制溫度低于熱軋溫度，高于冷軋溫度。但是，在軋制過程中，如果溫度低于熱軋溫度，材料的變形抗力就會(huì)很大，從而導(dǎo)致軋制失敗。這也是企業(yè)現(xiàn)有軋線無法完成超級(jí)鋼軋制的主要原因。“未來，創(chuàng)新軋制技術(shù)，通過改進(jìn)軋制方式來提高材料性能，會(huì)是一個(gè)趨勢和方向。”他說。

 

其次，企業(yè)的產(chǎn)線技術(shù)升級(jí)改造，一般都是根據(jù)用戶或市場的需求，有針對(duì)性地做出改變。羅海文指出，在實(shí)際應(yīng)用過程中，并非所有的用戶都要求材料的強(qiáng)度高于2.2吉帕，并且塑性達(dá)到16%。因此，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，企業(yè)應(yīng)以達(dá)到最佳的力學(xué)性能為導(dǎo)向，在實(shí)際應(yīng)用中不斷提升性能，推動(dòng)產(chǎn)品升級(jí)。

 

“這需要我們根據(jù)用戶的實(shí)際需求，做更多的實(shí)驗(yàn)，以便在現(xiàn)有功能上對(duì)超級(jí)鋼進(jìn)行改善性研究，不斷完善鋼材的加工性、耐腐蝕性、耐疲勞性、焊接性等應(yīng)用性能，實(shí)現(xiàn)超級(jí)鋼的真正應(yīng)用，提升‘中國鋼鐵’含金量。”羅海文告訴《中國冶金報(bào)》記者。

 

最后，要不斷促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，形成全產(chǎn)業(yè)鏈合力，共同推動(dòng)成果落地，實(shí)現(xiàn)超級(jí)鋼的工業(yè)化生產(chǎn)。羅海文指出，一個(gè)大學(xué)教授或科研工作者的精力是有限的，很難完成從研究到工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用上的所有事情。不能要求研究者既會(huì)種樹，又會(huì)木工活，還會(huì)做板凳。因此，全產(chǎn)業(yè)鏈各領(lǐng)域的專家、學(xué)者、企業(yè)家等，應(yīng)該共同行動(dòng)起來，推動(dòng)產(chǎn)品升級(jí)換代，推動(dòng)科研成果實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

 

另外，在與社會(huì)資本合作進(jìn)行科研成果轉(zhuǎn)化方面，羅海文認(rèn)為，只要社會(huì)資本或企業(yè)能夠尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)利益共享，社會(huì)資本的參與，就有助于推動(dòng)超級(jí)鋼早日實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。“不過，科研工作者對(duì)于社會(huì)資本投資的風(fēng)險(xiǎn)了解不夠，這在一定程度上會(huì)影響科研工作者與社會(huì)資本合作的積極性。”他說。

 

科學(xué)研究需要博采眾長

 

此次D&P超級(jí)鋼的成功研制，是中國3地科學(xué)家共同努力的結(jié)果。“在此次超級(jí)鋼實(shí)驗(yàn)研究過程中，香港大學(xué)博士黃明欣團(tuán)隊(duì)提出了研究目標(biāo)，并處理分析了后期數(shù)據(jù)；我的團(tuán)隊(duì)在材料軋制方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，主要負(fù)責(zé)材料制備；臺(tái)灣方面主要負(fù)責(zé)材料的表征測試，從材料科學(xué)的角度解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們3個(gè)團(tuán)隊(duì)的互補(bǔ)性較強(qiáng)。”羅海文說。

 

羅海文表示，科學(xué)研究要博采眾長，精誠合作。即使是愛因斯坦，也不可能精通所有領(lǐng)域，在其不擅長的領(lǐng)域也做不出一條“板凳”。在全球經(jīng)濟(jì)一體化化的今天，科學(xué)研究不應(yīng)該被區(qū)域地理位置所限制，一定要善于利用各方面的資源，尋求科學(xué)上的更大突破。

 

“目前，‘產(chǎn)學(xué)研用’氛圍濃厚，國家正在推動(dòng)科技創(chuàng)新，走科技強(qiáng)國之路?？茖W(xué)研究離不開交流與合作。不過，在一些領(lǐng)域，跨地區(qū)合作項(xiàng)目并不多。作為科研工作者，我們希望國家繼續(xù)推動(dòng)重大科研項(xiàng)目的跨區(qū)域合作，加大跨區(qū)域科研合作項(xiàng)目支持力度，為跨區(qū)域科研合作創(chuàng)造更多便利條件。”羅海文表示，“雖然這次3地科學(xué)家因?yàn)橛泄餐呐d趣‘走在了一起’，在沒有項(xiàng)目資金支持的情況下取得了一定的成果，但是，科學(xué)研究是一個(gè)長期的過程，要想繼續(xù)深化成果，取得更大的成績，需要有專門的項(xiàng)目支撐才行。”另外，他還表示，在評(píng)估多方合作取得的成果方面，也需要相關(guān)政策層面的設(shè)計(jì)與鼓勵(lì)，這樣有利于提高科研工作者項(xiàng)目合作交流的積極性。