新型钢铁材料的设计

一、项目名称：新型钢铁材料的设计、制备和性能研究

二、推荐单位：中国科学院沈阳分院

三、项目简介：

本项目以发展新型钢铁材料为目标，近10年来在多项国家及辽宁省科研项目的支持下，以合金化和结构/功能一体化设计、显微组织控制等为主要学术思想，通过成分优化、纯净化冶炼、组织细化、相变控制、强韧化匹配、生物医学功能化等途径，在新型钢铁材料的设计、制备及性能研究方面开展了系统而深入的研究工作，取得了众多高水平研究成果，发展了一批具有自主知识产权和市场应用前景的新型钢铁材料，在国内外相关领域形成了很高的影响力。项目研究成果对于推动我国钢铁材料的发展与应用，提升钢铁材料的品质具有重要指导意义。项目取得的主要创新性研究成果包括：（1）高强高韧钢铁材料的设计理论，以解决钢铁结构材料强度与塑（韧）性之间的矛盾为切入点，形成了通过成分优化、纯净化、细晶化和复相组织控制等手段获得高强高韧钢铁材料的设计理论与制备技术。（2）结构/功能一体化钢铁新材料的设计理论，以环境保护和生物医用为主要方向，提出了具有抗菌抑菌、生物医学等功能特性的结构/功能一体化钢铁新材料设计思想，通过添加铜元素、以氮代镍等方式，使不锈钢具备了强烈和广谱杀菌特性、在人体中无有害镍离子溶出、抗凝血、抗感染、降低支架内再狭窄等特殊功能。相关研究成果具有独创性。（3）研究开发出一批具有自主知识产权和应用价值的高性能钢铁新材料，包括X80级高强度管线钢、X120级超高强度管线钢、X65级抗大变形管线钢、2800MPa级超高强度马氏体时效钢、2400MPa级无钴超高强度马氏体时效钢、应变诱发相变型高强韧马氏体时效不锈钢、氮化物强化型高铬耐热钢、高速列车转向架用特种弹簧钢、系列抗菌不锈钢、医用高氮无镍奥氏体不锈钢、抗感染医用不锈钢、抗支架内再狭窄不锈钢等钢铁新材料，性能均达到国际先进水平。在国内外相关学术期刊上总计发表文章140篇（其中SCI收录76篇，EI收录125篇），他引次数超过400次，授权23项国家发明专利。

四、完成人：

第1完成人：杨柯

学术贡献：全面负责项目的总体设计和实施，课题申请，国际合作项目的申请和执行，提出一系列创新学术思想。通过纯净化、细晶化、均质化来显著提高高性能结构钢铁材料的强度以及改善其强韧性配合。创造性地提出了钢铁材料的结构/生物医学功能一体化的创新思想，在国际上首次设计并开发出具有抗细菌感染、抑制支架内再狭窄等先进生物医学功能的

医用不锈钢新材料。

第2完成人：单以银

学术贡献：超高强度管线钢等新型微合金化钢的成分设计、纯净化制备、控制轧制、相变特性、性能优化等方面研究，发展出X80、X100、X120等高强度级别的新型高性能管线钢原型材料。对管线钢的组织构成及其特征鉴别进行了创造性研究，在此基础上，进一步研究了管线钢的大变形特性。同时，还深入研究了管线钢的抗H2S腐蚀机理和疲劳裂纹扩展性能，为管线钢的工程应用提供了可靠的理论支持。

第3完成人：严伟

学术贡献：参与管线钢、高铬耐热钢、低活化马氏体钢等材料研究工作，在耐热钢的组织演变和稳定化方面进行了深入的研究，在此基础上创新地设计和制备出具有高组织稳定性的氮化物强化耐热钢新材料。对微合金钢中内生氮化钛夹杂物的形成微观机制及其对材料力学性能的影响进行了系统的研究，该创新研究工作对工业生产有重要指导意义。

第4完成人：任伊宾

学术贡献：在“以氮代镍”的创新设计思想指导下，设计和制备出中国首个高氮无镍医用奥氏体不锈钢新材料，并研究了高氮不锈钢的结构稳定性、高氮不锈钢的抗凝血行为及相关机制、氮对高氮不锈钢中的力学行为等。该创新性研究工作极大地推进了高氮无镍不锈钢的临床应用进程。

第5完成人：王威

学术贡献：通过纯净化手段制备出多种强度级别的马氏体时效钢，发展出目前国内强度级别最高的2800MPa级马氏体时效钢。在形变诱发马氏体时效钢的研究基础上，提出了马氏体时效钢梯度组织强化的创新性强韧化机制。另外，还提出了控制马氏体时效钢中析出相尺寸等级来提高马氏体时效钢的疲劳强度的创新性思想。

五、论文论著目录

1、高性能管线钢方面

(1) “微型拉伸试样的设计及其在高性能管线钢研究中的应用”，初蕴清, 段赞强, 董翰, 杨柯,

李守新, 王中光，金属学报，V ol. 36（2000），p625。（SCI）

(2) “TMCP工艺对X60管线钢组织和性能的影响”，赵明纯，单以银，曲锦波，杨柯，郑磊，

高珊，金属学报，V ol. 37（2001），No.2，179。（SCI）

(3) “电磁搅拌对管线钢埋弧焊缝金属低温韧性的影响”，国旭明, 钱百年, 薜小怀, 李晶丽,

张艳，杨柯，金属学报, V ol. 36（2000），177。（SCI）

(4) “加速冷却对控轧管线钢组织和性能的影响”，曲锦波，单以银，赵明纯，杨振国，杨柯，

高珊，郑磊，钢铁，36（2001），No.9，46-49。

(5) “热变性和加速冷却对低碳微合金钢组织的影响”，曲锦波，单以银，赵明纯，杨柯，高

珊，郑磊，钢铁研究学报，13（2001），No.5，43-47。

(6) "Influence of hot deformation and cooling conditions on the microstructures of low carbon

microalloyed steels", Jinbo QU, Yiyin SHAN, Mingchun ZHAO, Ke YANG, Journal of Materials Science & Technology, 17 (2001), S1, S135-S138.（SCI）

(7) “控制热加工下管线钢中针状铁素体的形成”，赵明纯，单以银，曲锦波，肖福仁，钟勇，

杨柯，金属学报，37（2001），No.8，820。（SCI）

(8) “热变形工艺对超纯净管线钢组织的影响”，钟勇，肖福仁，王忠军，单以银，杨柯，材

料研究学报，17（2003），No.3，302。

(9) "Investigation on the H2S-resistant behaviors of acicular ferrite and ultrafine ferrite",

Ming-Chun Zhao, Yi-Ying Shan, Fu-Ren Xiao, Ke Yang and Y u-Hai Li, Materials Letters, 57 (2002), p141-145.（SCI）

(10) "The effects of thermo-mechanical control process on microstructures and mechanical

properties of a commercial pipeline steel", Ming-Chun Zhao, Ke Yang and Yiying Shan, Materials Science and Engineering A, Vol. 335 (2002), 14-20.（SCI）

(11) "Comparison on strength and toughness behaviors of microalloyed pipeline steels with

acicular ferrite and ultrafine ferrite", Ming-Chun Zhao, Ke Yang and Yi-Yin Shan,Materials Letters, Vol. 57 (2003), 1496-1500.（SCI）

(12) "Role of microstructure on sulfide stress cracking of oil and gas pipeline steels", Ming-Chun

Zhao, Bei Tang, Yi-Yin Shan and Ke Yang, Metall. Mater. Trans. A, 34 (2003), May, 1089-1096.（SCI）

(13) "Acicular ferrite formation during hot plate rolling for pipeline steels", Ming-Chun Zhao,

Yi-Yin Shan, Fu-Ren Xiao and Ke Yang, Journal of Materials Science and Technology, 19 (2003), No.3, 355-359.（SCI）

(14) "Continuous cooling transformation of undeformed and deformed low carbon pipeline steels",

Ming-Chun Zhao, Ke Yang, Fu-Ren Xiao, Yi-Yin Shan, Materials Science and Engineering A, 355 (2003), 126-136.（SCI）

(15) “管线用超低碳钢中针状铁素体的形成及强韧化行为”，赵明纯，单以银，杨柯，李玉海，

蒋星华，材料研究学报，V ol.16（2002），No.6，619。

(16) "Processing of Ultralow Carbon Pipeline Steels with Acicular Ferrite", Furen XIAO,

Mingchun ZHAO, Yiyin SHAN, Bo LIAO, Ke YANG, Journal of Materials Science & Technology, 20 (2004), No.6, 779-781.（SCI）