基于此，盧柯院士提出“材料素化”的概念，即在不改變材料成分的前提下，通過(guò)調(diào)控材料不同尺度的缺陷來(lái)制造出可持續(xù)發(fā)展的“素材料”，實(shí)現(xiàn)材料“素化”，不（或少）依賴(lài)合金化并大幅提高材料的綜合性能，其中細(xì)晶強(qiáng)化就是一個(gè)典型例子。晶粒越細(xì)小，組織中晶界面積越大，對(duì)位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)的阻礙作用越大，這會(huì)增大材料變形時(shí)所需壓迫的切應(yīng)力，因此提高了材料的屈服強(qiáng)度；晶粒細(xì)化后，晶界密度的增加可以促進(jìn)鉻向表面的擴(kuò)散，并能快速形富含鉻的均勻鈍化膜，從而提供更好的耐蝕性；此外，隨著有效晶粒尺寸的減小，韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低，材料的韌性提高，這主要取決于鋼材大角度晶界密度增大，阻礙解離裂紋擴(kuò)展。超細(xì)晶材料因其在材料中無(wú)須額外添加合金元素、高純凈、回收再利用簡(jiǎn)單而成為先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的重要研究方向。

　　當(dāng)金屬的晶粒尺寸減小至納米級(jí)時(shí)，強(qiáng)度和硬度將顯著提高，然而塑性和韌性會(huì)明顯下降。這種強(qiáng)度和塑性的“倒置關(guān)系”普遍存在于傳統(tǒng)的合金化材料中，這制約了納米金屬材料的應(yīng)用。最新研究表明，通過(guò)對(duì)金屬材料顯微組織進(jìn)行跨尺度多級(jí)界面調(diào)控，既可以保證納米結(jié)構(gòu)帶來(lái)的性能優(yōu)勢(shì)，又能克服納米結(jié)構(gòu)的一些性能缺點(diǎn)。

　　圖1納米/亞微米晶鋼制備工藝示意圖

　　圖2(a)304不銹鋼初始熱軋組織；(b)制備的納米/亞微米晶組織

　　研究了納米/亞微米晶（晶粒尺寸約200nm）304不銹鋼的低溫（0.5Tm）超塑性行為，發(fā)現(xiàn)其在600℃表現(xiàn)出類(lèi)超塑性行為，延伸率150%；在630℃表現(xiàn)出典型的超塑性行為，最大延伸率超過(guò)300%，其超塑性變形機(jī)制為晶界滑動(dòng)，協(xié)調(diào)變形機(jī)制包括晶界遷移和位錯(cuò)滑移。低溫超塑性的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步拓寬了其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果

　　2、細(xì)晶強(qiáng)化使均勻的納米/亞微米晶鋼具有極高的屈服強(qiáng)度(＞1GPa)，良好的延伸率(＞30%)源于大的呂德斯應(yīng)變；在納米/亞微米晶基體中引入部分再結(jié)晶粗晶可有效消除呂德斯變形，形成的多尺度納米/超細(xì)晶組織具有優(yōu)異的強(qiáng)塑性匹配。

　　4、研究了納米/亞微米晶奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能，發(fā)現(xiàn)隨著晶粒的細(xì)化，材料的耐腐蝕性能明顯提高，其原因?yàn)榧{米/亞微米晶304不銹鋼鈍化膜增厚且穩(wěn)定性提高。

　　圖5納米/亞微米晶304冷軋不銹鋼的工業(yè)化制備