香港大學研發超級鋼 可用於輕型汽車/軍用車輛等

2021-01-11 第一電動網

據外媒報導，香港大學（University of Hong Kong，HKU）機械工程系教授Huang Mingxin領頭，與美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab，LBNL）的研究人員合作開展了超級鋼（Super Steel）項目，並在新型超級D&P鋼方面（採用新型變形和分層法製成）取得了重大進展。此種新鋼材的抗斷裂性大大提升，同時具有強大的強度，可用於先進工業應用。


（圖片來源：香港大學）

鋼是一種常用合金，因此材料科學家和工程師們都在不斷尋找新一代鋼材，即更容易延展成不同形狀和結構（延展性）、具有更強的抗變形能力（強度）和抗斷裂性（韌性）、重量輕且生產成本低的新鋼材。

該項任務很困難，因為傳統觀點認為，提高一種金屬性能的表現，無論是強度、延展性還是韌性，就會破壞其他一種或多種金屬性能。例如，增加強度就會不可避免地讓金屬更脆（權衡強度-韌性）；或者不太柔韌，無法被拉伸成不同形狀（權衡強度-延展性）。

此前，該團隊已經顯著提高了D&P鋼的強度-延展性性能，因此，超級D&P鋼的三種金屬性能都達到了前所未有的高水平，這也是此前任何鋼鐵材料無法達到的。

（圖片來源：香港大學）

該團隊在美國、歐盟和中國申請了多項專利，並一直與工業合作夥伴保持聯繫，生產高強度橋梁電纜、防彈背心和汽車彈簧原型，以進一步測試和試驗新鋼材。D&P鋼取得的最新突破由香港大學與美國勞倫斯伯克利國家實驗室Robert O. Ritchie教授研究團隊取得，使得新鋼材的屈服抗變形強度約為2GPa、抗斷裂性達102MPam½、均勻延伸率達19%。

研究小組還在超級D&P鋼的結構方面取得了重大科學發現。超級鋼通過一種新型 「高強度誘導多層分層」增韌機制，具備了一種獨特的抗斷裂性特徵，其中主斷裂表面下形成了多個微裂紋，而微裂紋能夠有效吸收來自外部作用力的能量，使新超級鋼的韌性比現有的鋼材高得多。

目前，高強度橋梁電纜鋼的屈服強度低於1.7 GPa，抗斷裂強度低於65 MPa m½，用於裝甲車的高強度鋼的最大強度-韌性性能也與之類似。因此，D&P鋼的韌性水平比現有的鋼材要高得多，同時保持超強的強度。

例如，鋼琴鋼絲強度超高，為2.6 GPa到2.9 GPa之間，具抗變形能力以保持樂器的音質，但是此種強度是以犧牲韌性為代價的，反過來會讓其非常脆弱。

與此同時，D&P鋼的原材料的成本只有目前航天航空中所用的馬氏體鋼成本的20%，後者的屈服強度和抗斷裂起始韌度分別為1.8 GPa和70 MPa m½。

研究人員表示：「D&P鋼還有其他優勢，例如工業加工簡單、原材料成本低。可以通過傳統的軋制和退火工藝，無需複雜的製造路線和特殊設備就可製成。現在，我們離新型超級鋼的工業化又近了一步，其展示出巨大的應用潛力，可用於高級防彈背心、橋梁電纜、輕型汽車、軍用車輛、航空航天以及建築行業的高強度螺栓和螺母。」

來源：蓋世汽車

作者：餘秋雲

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