京港台科学家合作研发低成本“超级钢”获《科学》期刊发表

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美国时间8月24日（香港时间8月25日），香港大学机械工程系黄明欣博士领导的，由北京、香港及台湾年轻科学家共同参与的研究团队一项关于“超级钢”的科研成果，发表在全球顶级学术期刊《科学》（Science）杂志上。

该杂志由美国科学促进会出版，是全球发行量最大的综合类科学刊物，拥有逾百万的读者。因此，内容能否入选该杂志，竞争极其激烈，所有提交的论文见刊前都须经过同行评审。

在材料研发领域，金属的强度和延展性是两项重要指标，前者有助于提高材料的负荷，后者则能保证它能够精准成型，用于在包括汽车和航空航天在内的各种行业中开发节能和轻质的结构部件。通常而言，两者之间是“鱼与熊掌”无法兼得。改善强度或延性常常导致其他性能的降低。比如陶瓷、非晶材料具有很高的硬度和强度，但几乎没有延展性。运用现时工业常用的简单方法，获得同时具有超高强度和高延展性的金屬材料，一直是科学界和工业界面对的挑战。

另一方面，成本也是一个问题，因为有助于改善两种性能的合金元素，如钴和钛，往往是昂贵的。

而香港大学机械工程系黄明欣博士领导的、由北京、香港及台湾年轻科学家共同参与的一支研究团队，解决了上述问题。由他们开发的“超级钢”（又称D&P钢），兼具高强度和高延展性，并且其原材料成本仅为当下航空及国防工业用钢的五分之一左右。

钢铁材料是人类社会使用量最大、使用历史悠久的金属材料，与其他金属材料相比，其工业生产效率和自动化程度都要远超过其他金属材料，因此如何得到强韧性更高的钢材是人类社会进入铁器时代以来孜孜以求的目标。尤其是屈服强度进入2GPa的超高范围时，进一步改善材料延展性的难度几乎是成倍提高。这次研发的成果“超级钢”实现了屈服强度超过2GPa (Gigapascal吉帕斯卡)的钢铁材料延展性的巨大提升，达到了前所未有的2.2GPa屈服强度和16%的均匀延伸率。

黄明欣研究团队发表在《科学》期刊上的文章《D&P钢中高位错密度引起高延性》中提到，“我们制定了一种策略，以便在廉价的中等锰钢中规避这一问题。冷轧后进行低温回火处理，开发出具有亚稳态奥氏体晶粒的钢，嵌入高位错马氏体组织中。这种变形和分层（D＆P）工艺产生位错硬化，但通过强化移动位错的滑移，并允许我们控制马氏体转变，保持高延展性。D＆P策略应适用于任何其他具有变形诱发马氏体转变的合金”。

另外，由于“超级钢”成分简单，是含有10%锰，0.47%碳，2%铝，0.7%钒（质量百分比），这些都是现在广泛使用的钢材料中常见的合金元素，并没有通过大量使用昂贵的合金元素来提高强韧性，所以成本较低。

并且，该钢是通过工业界广泛使用的加工工艺来制备，如热轧、冷轧、热处理等常规工业制备工艺，而不是采用那些难以规模化工业生产的特殊加工工艺来制备。因此，“超级钢”具备直接在钢铁企业进行百吨级规模的工业化生产的潜力。

“超级钢”的发明也是京港台三地科学家精诚合作的典型成功范例。该研究通讯作者单位香港大学机械工程系的黄明欣博士团队，一直致力于超高强度的金属材料的新机理研究。而该研究另一通讯作者单位的北京科技大学罗海文教授团队则利用多年来在钢铁材料领域的加工经验，成功地在钢材中引入了大量的可移动位错。国立台湾大学的颜鸿威团队则通过材料的先进表征技术证实了该机理的正确性。

黄明欣自2010年起任职于香港大学，从事汽车高强钢等方面的研究。此前，他曾在钢铁巨头安赛乐米塔尔的研发部任研究工程师。2002年和2004年，黄明欣在上海交通大学工程力学系获得学士和硕士学位，并在荷兰代尔夫特理工大学得到博士学位。

《大公网》2015年发表的报道提及，黄明欣团队也曾研发出两种新的汽车用钢——“高强高塑相变诱导塑性钢”和“高强高塑性纳米孪晶钢”。与当时最好的汽车用钢相比，这两种钢材的抗拉强度提高了50%，同时减重约30%，并因此节省车辆的燃油和废气排放。

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