近期，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室劉振宇教授團隊在材料學領域頂級期刊Advanced Functional Materials上以“A Novel B2 Precipitate Gives High Strength and High Impact Toughness to Bcc-Structured Cryogenic Steels”為題發表最新研究成果。該研究發現了一種新型富鉬B2納米析出相，使77K(-196°C)極低溫環境下的鋼材在高強度和高韌性間取得了平衡，為清潔能源極低溫用鋼鐵材料的組織設計開辟了新思路。
 

　　液化天然氣(Liquified natural gas, LNG)等清潔能源的輸運和儲存都在極低溫條件下運行。隨著能源工程的超大型化(LNG儲罐容積高達 27萬m3)，為保證其安全運行，鋼材不僅需要高強度，同時還需要在77K極低溫條件下具有優異的沖擊韌性。長期以來，在體心立方(Bcc)結構鋼中添加大量貴重Ni元素(如9Ni 鋼)被認為是實現上述嚴苛性能要求的唯一途徑。如何創新強韌化方法，通過新型組織設計降低9Ni鋼生產成本，是國內外低溫鋼研究的前沿領域。
 

　　研究團隊設計出一種含6.5%Ni-0.2%Mo的新型6.5NiMo鋼，并制備出大量高密度納米級B2析出相(圖1)。通常認為，B2析出相雖具有較好的析出強化效果，但在極低溫載荷沖擊條件下極易發生脆性斷裂。研究團隊首次發現，Mo富集的B2納米析出相不僅與鋼基體完全共格，且可在極低溫度下發生塑性變形，在保持鋼材高強度的同時，顯著提升其極低溫韌性。該研究突破了析出強化鋼常見的強度—韌性難以兼顧的瓶頸，使6.5NiMo鋼在極低溫環境下的表現比肩傳統9Ni鋼(圖2)，同時大幅降低了昂貴Ni元素用量，降低了生產成本。
 

　　目前，已在工業條件下制造出6mm~50mm厚的6.5NiMo鋼板，并成功應用于船用LNG儲罐及其他大型低溫儲罐的建造。該研究為鋼鐵材料強韌化提供了新途徑，對推動綠色化高性能清潔能源用鋼鐵材料的制備和應用具有重要理論意義與實用價值。
 

　　軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室陳其源博士后、唐帥教授和張維娜副研究員為該論文共同第一作者，東北大學為第一完成單位。
 

圖1 新型納米B2析出相的TEM表征
 

圖2 新開發鋼與其他極低溫用鋼的強韌性能對比