汇聚“嘉轩”探讨钢铁材料强度及强化极限 首届《大云钢铁科学论坛》在上善院举办
钢铁材料是人类社会最大量生产和应用的结构材料和功能材料，也是不断发展的新材料。中国十亿吨的钢产量，超过了世界钢产量一半，产品具有市场竞争力，是名副其实的钢铁强国。历史上的英国、美国、欧洲、日本等钢铁强国都对钢铁科学和技术发展做出了贡献。现在，应该是中国对钢铁科学有所贡献的时候了。
在钢铁材料的发展过程中，始终存在着一些未解的科学问题。伴随着生产工艺技术进步和应用需求的发展，还不断涌现出一些新现象和新问题。在上海大学教授、上海大学（浙江）高端装备基础件材料研究院（简称上善院）院长董瀚的倡议下，召集相关学者专家深入研讨相关科学现象和问题，促进钢铁材料的高质量发展。
上善院承办了首届论坛。论坛以上善院所在地大云镇为名：《大云钢铁科学论坛》。在春暖花开的春天，2024年4月9日，中科院金属研究所张哲峰研究员、上海交通大学金学军教授、上海交通大学李伟教授、东南大学方峰教授、南京工业大学赖庆全教授、钢铁研究总院孙新军正高工、钢铁研究总院王存宇正高工、通用汽车研究院院长王建锋博士、舍弗勒轴承技术总监韦剑飞博士等钢铁科学家来到长三角核心区的嘉善县大云镇上善院内的嘉轩会议厅（采用稀土耐蚀普碳钢的包豪斯风格钢结构建筑），针对钢铁材料的强度及强化极限进行了深入研讨。本次论坛也是一种学术研讨会形式的创新尝试，集中少数相关专家就一个具体问题开展自由深入研讨，不求得出结论，但求有所启发。
论坛伊始，上海大学、上善院院长董瀚教授从碳铁、氢铁到电铁的发展介绍了钢铁工业的历史进程和可能发展路径，从钢铁材料发展始终面临的强度-韧性、摩擦磨损、环境腐蚀三大问题引出了钢铁材料领域存在的未解现象与科学问题，与会科学家进行了热烈的研讨，也为下一次论坛做了议题准备。
董瀚教授介绍了团队在钢铁材料强度极限、韧性本质和强化机理等方面的认识。目前团队研发了抗拉强度在2400 MPa级的超高强度钢，金属间化合物NiAl与碳化物M2C的双析出强化是其主要强化机制。屈服强度500 MPa级的工业钢板（如X80）可达韧性峰值，进一步提高韧性是大家的努力方向。关于韧性和塑性的研究以及定量化表述还远远不及强度的研究，有待从断裂力学的微观机制方面开展深入研究。
论坛首先研讨了钢铁材料的强化极限问题。铁的理想强度约为13 GPa，钢铁材料通过缺陷强化能够达到的强度是多少呢？大家知道，珠光体钢是目前缺陷强化达到最高强度的钢铁材料，热轧珠光体钢轨的强度可达1.2 GPa，桥梁缆索钢丝的强度达到2.2 GPa，子午线轮胎钢丝强度为6 GPa，它们应该是缺陷强化的最高水平了。东南大学方峰教授报告了超大形变珠光体的形变机制、织构遗传现象及超大形变渗碳体微结构的调控机制。低温退火处理同时提高冷拔钢丝的抗拉强度和塑性引起了与会科学家的关注和激烈讨论，方峰教授解释了强度增加的原因主要与铁素体中溶质碳和纳米渗碳体颗粒对位错运动的阻碍作用有关，而塑性来源于纳米渗碳颗粒对材料加工硬化能力的提高。
南京工业大学赖庆全教授介绍了关于钢中位错密度极限的工作，提出了一种高强度纳米金属材料的设计策略，通过诱导极低位错密度多晶体的形成，使塑性变形由预存晶格位错滑移主导转变为由位错晶界形核主导产生超硬化效应，获得了尺寸为几十纳米的超高强度材料。研讨过程中，专家建议可尝试将超高强纳米材料制备与钢丝拉拔控制技术结合，探索强度的极限。
疲劳强度与单轴拉伸强度的关系一直是研究的热点，近年来随着钢铁材料强度的提高，疲劳破坏问题越发突出。中科院金属所张哲峰研究员从材料的疲劳强度极限角度，报告了金属材料拉伸性能与疲劳强度之间的关系以及影响金属材料疲劳强度的主要材料属性问题。与会专家对屈服强度-抗拉强度-疲劳强度关联Y-T-F模型作为金属结构材料疲劳极限预测的准确性和可行性开展了研讨，认为该模型在金属结构材料设计及工程构件疲劳极限预测中起到关键作用。
东南大学方峰教授与大家探讨超大形变珠光体钢丝的强化机理
南京工业大学赖庆全教授与大家探讨钢中位错密度极限
中科院金属所张哲峰研究员介绍强度与疲劳强度
在钢铁材料的韧性本质与极限议题研讨中，上海交通大学金学军教授、李伟教授介绍了一种低温强度1355 MPa、-196˚C冲击韧性266 J/cm2的节镍型低温钢。各位专家围绕富Cu析出相与元素局部偏聚在低温钢强度和韧性方面的贡献开展研讨。钢铁研究总院孙新军正高工分享了钒在钢中的作用再认识，介绍了压裂装置中高压柱塞泵用材料的钒微合金化组织性能特征，并与各位专家围绕特定温度奥氏体化时出现的奥氏体晶界锯齿化及界面粗糙度深入交流。通用汽车研究院执行院长王建锋博士与众位专家研讨了锻造镁合金轮毂、高导热模具钢的细晶强化等问题，提出了当前工程应用中存在的挑战。各位专家围绕锻造变形不均匀性及锻造组织的晶粒度控制技术进行研讨。
最后，高性能钢铁材料团队介绍了在高超纯铁领域取得的研究进展，展示了2N-5N级纯铁的实测强度和塑性结果，引发各位专家对铁的最低强度、纯铁纯度与塑性的关系开展深度讨论。研讨指出当前并没有有效的方法可以准确预测铁的最低强度，该议题有待深入探索。
上海交通大学李伟教授介绍低温钢的强韧化机理
钢铁研究总院孙新军正高工分享钢中钒合金化的再认识
通用汽车研究院王建锋院长分享锻造组织细晶强化挑战
钢铁科学家研讨钢铁材料的强度问题
论坛期间，与会科学家们还参观了上善院展厅的老铁新钢，并在锻造实验室体验了铁匠的“打铁”活动。增进了与会科学家对博大精深钢铁的感性认识。
与会科学家参观上善院展厅的老铁新钢
钢铁科学家们正在体验铁匠的打铁活动
本次首届《大云钢铁科学论坛》的成功举办，为从事钢铁科学研究的科学家提供了一个崭新的活跃科学思维的交流活动平台。本次论坛的关于强度的报告与讨论内容将汇集成文集供更大范围有兴趣的同行展开讨论。论坛组织方—上善院近期将征集议题，作为下一期论坛的主题。在论坛上，学者们可以自由、深入、充分地探讨钢铁科学问题，继续深入认识钢铁，形成新的理论，在新形势下促进钢铁科学的持续发展。
图：戴宇恒
