迄今為止，鋼鐵材料的發(fā)展支撐了許多科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，進(jìn)入21世紀以來(lái)，科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對鋼鐵材料的新需求從未間斷，特別是能源、環(huán)境、安全方面的變化，對鋼鐵材料提出了更高的要求。例如，在汽車(chē)用鋼方面，DP鋼和TRIP鋼的開(kāi)發(fā)促進(jìn)了車(chē)體輕量化和沖撞安全性的提高。但為了進(jìn)一步實(shí)現輕量化和提高環(huán)保性，實(shí)現兼有更高水平的強度和與其相反性能的延展性，是今后汽車(chē)用鋼研究的重要課題。
隨著(zhù)結構體和設備性能要求的提高，材料選擇也在發(fā)生變化。最初選擇的材料是容易獲得的材料和容易使用的材料，如果現有材料不能滿(mǎn)足要求，就對這些材料進(jìn)行改良。改良材料還不能滿(mǎn)足要求，就選用其他材料。如果還不能滿(mǎn)足要求，就會(huì )創(chuàng )制新材料。
在汽車(chē)用材的大范圍內，鋼鐵材料由于成分設計和組織控制，使材料的易用性有了很大提高。但在進(jìn)一步輕量化以及強度和韌性兼具方面，出現了鋼鐵材料的競爭材料鋁合金和碳纖維增強復合材料（CFRP）。材料正在進(jìn)一步發(fā)展，目前創(chuàng )新型復合鋼材已經(jīng)處于實(shí)際研究階段。
創(chuàng )新型復合鋼材構想從2004年不斷發(fā)展。創(chuàng )新型復合鋼材具有的組織、性能是單一鋼鐵材料不能實(shí)現的。多層化創(chuàng )新型復合鋼材是具有不同成分和組織的鋼或鋼與其他金屬組合形成的層狀材料。其成分和相的分數超過(guò)了單一鋼鐵材料熱力學(xué)的規則。而復合閉鎖創(chuàng )新型復合鋼材，是以外部導入的彌散化合物為核心生成發(fā)達的放射狀延伸硬質(zhì)相，形成比普通鋼更復雜的多相組織。
多層化創(chuàng )新型復合鋼材是多種材料幾何學(xué)組合材料。使用的其他非鋼材料有聚合物、玻璃、木材等。利用這些材料和鋼板制成的多層聚合物壓層板等復合材料具有單片非金屬材料和單片鋼板沒(méi)有的特性和優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)開(kāi)發(fā)出具有減震功能的層壓復合鋼板。盡管單體鋼鐵材料有了很大進(jìn)步，但其研究已經(jīng)接近極限。在對鋼鐵材料要求日益提高的過(guò)程中，展開(kāi)了對“微觀(guān)結構”和“超結構”控制，提高鋼鐵材料的設計自由度和擴大鋼鐵材料的性能范圍的研究具有很大潛力。在新思路的基礎上開(kāi)展鋼鐵材料研究具有很大意義。
創(chuàng )新型復合鋼板
創(chuàng )新型層壓復合鋼板的主要目的是利用因脆性來(lái)應用受到限制的馬氏體組織。創(chuàng )新型層壓復合鋼板將馬氏體做為構成層，通過(guò)復層化使創(chuàng )新型層壓復合鋼板既有高強度又有高延展性。一般情況下，馬氏體島狀分布的DP鋼變形時(shí)，硬質(zhì)馬氏體不變形。周?chē)能涃|(zhì)鐵素體基體發(fā)生應變集中。
創(chuàng )新型層壓復合鋼板在層方向變形時(shí)，由于應力分布在軟質(zhì)層，并且由于復層抑制了頸縮，所以硬質(zhì)馬氏體層與軟質(zhì)層一起變形。這一點(diǎn)在拉伸試驗中的中子散射試驗得到證實(shí)。因此說(shuō)，復層化使馬氏體變形成為可能，從而實(shí)現了兼有高強度和高延展性。
過(guò)去進(jìn)行的金屬—金屬層壓材料研究表明，層壓材料的強度遵從混合比例法則，但層壓材料的延展性不遵從混合比例法則。硬質(zhì)層的延展性越低，層壓材料的整體延展性越接近硬質(zhì)層的延展性。對于鋼材來(lái)說(shuō)，延展性是十分重要的特性。特別是利用馬氏體的鋼材，延展性是不可避免的研究課題。因此創(chuàng )新型層壓復合鋼板的開(kāi)發(fā)思路不同于過(guò)去的復合材料開(kāi)發(fā)思路。
對延展性差別很大材料組成的壓層材料低延展性原因的研究結果表明，在壓層材料變形過(guò)程中，復層界面發(fā)生剝離的同時(shí)，產(chǎn)生了導致硬質(zhì)層脆斷的H形裂紋和使硬質(zhì)層本身發(fā)生隧道狀斷裂的隧道裂紋。防止復層界面發(fā)生剝離的方法是提高復層界面強度。防止裂紋產(chǎn)生的方法是控制硬質(zhì)層的厚度。這兩個(gè)方法已經(jīng)成為創(chuàng )新型層壓鋼板的設計指南。在防止裂紋產(chǎn)生方面，利用彈塑性解析查明，硬質(zhì)層的斷裂韌性和軟質(zhì)層的加工硬化性，對裂紋產(chǎn)生有一定影響。根據這種超結構設計指南，設計出淬火馬氏體鋼和奧氏體鋼、TRIP鋼、TWIP鋼組合的，可進(jìn)行高應變變形而不斷裂的，具有高水平強韌性的多層創(chuàng )新型層壓鋼板。