2017年冶金科學技術獎一等獎：基於M3組織調控的鋼鐵材料基礎理論研究與高性能鋼技術

基於M3組織調控的鋼鐵材料基礎理論研究與高性能鋼技術

董 瀚，翁宇慶，曹文全，等

鋼鐵研究總院，北京科技大學，上海大學，等

針對汽車、建築、管線、橋樑、船舶等領域用鋼的高安全性要求，開展高性能鋼組織調控理論和技術基礎研究。羨慕提出了「多相（Multiphase）、亞穩（Metastable)和多尺度（Multiscale)」 相結合的M3組織調控理論，通過M3組織形成控制裂紋的形成與裂紋的擴展，提高了裂紋的形核功與擴展功，在高強度水平下，有效地提高了塑性和/或韌性。系統研究了生產流程中的相關現象、規律和機理，形成第三代汽車鋼和第三代低合金鋼的原型鋼技術。

針對汽車領域持續對鋼材高強度與高塑性的要求，在M3組織調控理論指導下，創新提出中錳鋼通過逆相變獲得超細晶鐵素體+奧氏體的目標組織、利用馬氏體相變不均勻性控制殘留奧氏體量、TWIP+TRIP疊加效應提升強塑積等多個創新理論與技術，開發了第三代汽車鋼。在抗拉強度為600〜1 500 MPa級別時，強塑積(抗拉強度與斷後伸長率的乘積)不小於30 GPa%,較第一代汽車鋼翻番，有效地解決了強度提高帶來塑性下降問題，不僅提高了高強度鋼的衝壓成形性能，還提高了車輛的碰撞安全性。

針對低合金鋼的強度提升后韌性和/或塑性降低的情況，在M3組織調控理論的指導下，通過奧氏體狀態調控，獲得多相基體組織，並調控析出相的狀態。通過在線回火多相組織調控、與析出相的協同析出開發了低屈強比、高均勻延伸的屈服強度700 MPa級及以上的第三代低合金鋼板卷，斷後伸長率不小於25%，屈強比不大於80%，為低屈強比髙塑性鋼生產提供了理論與技術基礎。工業規模生產中板的屈服強度在9 000 MPa級時、-40 ℃溫度下V型缺口衝擊韌性不小於200 J。

世界上首次實現了中錳合金化第三代汽車鋼的實驗室製備與工業生產，產品在卡車元寶梁和整體式橋殼等零件上進行試製並通過台架試驗評價，顯示了較傳統鋼鐵材料在減重和髙成形性能方面的特點。形成了溫成形B柱技術，可以替代熱成形鋼。首次提出了第三代低合金鋼的概念，指導高塑性和/或高韌性低合金鋼的開發。高塑性第三代低合金鋼相關技術已用於生產X90/X100超高強度管線鋼獲得低屈強比、X80抗大變形管線鋼、500 MPa級橋樑鋼、大型集裝箱船板鋼、高強度建築鋼的生產。

獲獎等級：一等

主要完成人：董瀚

主要從事鋼鐵材料技術研發工作，兼任金屬學會特殊鋼分會秘書長。組織多次鋼鐵材料技術的國際和國內會議，多次應邀在國際和國內學術會議作大會、核心或邀請報告。2008年科技部「新一代高性能合金鋼」高技術創新團隊負責人和2010年973項目「高性能鋼的組織調控理論與技術基礎研究」首席科學家。帶領研發團隊在鋼鐵材料理論研究、技術研發、生產應用等方面取得成果。獲國家發明專利14項，發表論文121篇，獲省部級以上獎勵14項。研究成果已經被國內外同行所認可。

主要完成人：翁宇慶

1963年畢業於清華大學。現任鋼鐵研究總院名譽院長、國家973項目顧問組成員和國防科工局技術委員會委員。曾任鋼鐵研究總院院長、冶金部副部長，全國政協（科技界）委員，連續兩屆擔任金屬學會理事長。獲美國賓夕法尼亞大學材料科學和工程博士學位和俄羅斯工程院院士稱號。 他擔任過十多項國家和部級科研項目負責人，連續三次擔任國家攀登項目和國家973項目有關鋼鐵材料的首席科學家（1996~2009）。獲國家科技進步獎一等獎和並以第一獲獎人身份獲得冶金科技獎特等獎和國家發明獎三等獎。

主要完成人：曹文全

鋼研總院工模具及軸承鋼研究部首席專家。2003年清華大學材料系獲博士學位。2003-2008年分別在韓國、法國及澳大利亞留學。2009年作為鋼研集團引進人才回國工作至今。負責或參與了國家自然科學基金3項，科技部973課題1項以及十三五科技專項1項等課題研究。已發表文章100多篇，其中60餘篇為SCI收錄文章。主要從事高強塑積汽車鋼、超高純軸承鋼、高性能耐磨鋼以及超塑性金屬材料等研發，專長於金屬材料的合金化設計、組織與性能調控、以及組織結構與性能關係研究。

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