近期，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室刘振宇教授团队在材料学领域顶级期刊Advanced Functional Materials上以“A Novel B2 Precipitate Gives High Strength and High Impact Toughness to Bcc-Structured Cryogenic Steels”为题发表最新研究成果。该研究发现了一种新型富钼B2纳米析出相，使77K(-196°C)极低温环境下的钢材在高强度和高韧性间取得了平衡，为清洁能源极低温用钢铁材料的组织设计开辟了新思路。
液化天然气(Liquified natural gas, LNG)等清洁能源的输运和储存都在极低温条件下运行。随着能源工程的超大型化(LNG储罐容积高达 27万m³)，为保证其安全运行，钢材不仅需要高强度，同时还需要在77K极低温条件下具有优异的冲击韧性。长期以来，在体心立方(Bcc)结构钢中添加大量贵重Ni元素(如9Ni 钢)被认为是实现上述严苛性能要求的唯一途径。如何创新强韧化方法，通过新型组织设计降低9Ni钢生产成本，是国内外低温钢研究的前沿领域。
研究团队设计出一种含6.5%Ni-0.2%Mo的新型6.5NiMo钢，并制备出大量高密度纳米级B2析出相(图1)。通常认为，B2析出相虽具有较好的析出强化效果，但在极低温载荷冲击条件下极易发生脆性断裂。研究团队首次发现，Mo富集的B2纳米析出相不仅与钢基体完全共格，且可在极低温度下发生塑性变形，在保持钢材高强度的同时，显著提升其极低温韧性。该研究突破了析出强化钢常见的强度—韧性难以兼顾的瓶颈，使6.5NiMo钢在极低温环境下的表现比肩传统9Ni钢(图2)，同时大幅降低了昂贵Ni元素用量，降低了生产成本。
目前，已在工业条件下制造出6mm~50mm厚的6.5NiMo钢板，并成功应用于船用LNG储罐及其他大型低温储罐的建造。该研究为钢铁材料强韧化提供了新途径，对推动绿色化高性能清洁能源用钢铁材料的制备和应用具有重要理论意义与实用价值。
轧制技术及连轧自动化国家重点实验室陈其源博士后、唐帅教授和张维娜副研究员为该论文共同第一作者，东北大学为第一完成单位。
图1 新型纳米B2析出相的TEM表征
图2 新开发钢与其他极低温用钢的强韧性能对比
