钢铁材料是目前工业领域中应用最为广泛的金属材料体系，而随着工业的发展，对于结构材料的性能要求持续上涨，例如航空航天领域，更高的强度就能够以更少的材料用量达到同样的结构作用，所带来的便利成本方面还在其次，更重要的是能够进一步减轻飞行器的重量，提升能源效率。目前，冷加工硬化和纳米析出强化等传统的强化手段虽然能将强度推至3 GPa，却会使材料转变为脆性断裂模式，总延伸率通常低于3%，这在极端服役环境中极为致命。

近日，北京钢铁研究总院与北京航空航天大学等机构的联合研究团队以“多级组织构筑”策略，成功研制出一种屈服强度超过3GPa，总延伸率达7.0%的马氏体时效钢。目前这一成果在线发表于材料领域的国际期刊《Nature Communications》，论文题为“Ductile and scalable 3 GPa steel via a hierarchical microstructural architecture”。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-74216-4

【成果速览】

SDA钢，与传统的“冷轧+时效”（CRA）相比，钢中均匀分布着高密度的纳米共析出相，同时还具有均匀的等轴超细晶粒，与CRA钢中沿轧向拉长的晶粒和大量的低角度晶界不同，SDA钢由近乎全马氏体的等轴晶粒组成，平均晶粒尺寸仅为0.53μm，KAM值仅为0.43°，远低于CRA钢的0.74°。

共析出强化机制：η-Ni3Ti纳米析出相与ω相的微观形貌、元素分布及尺寸统计

分级微观组织特征

同时，CRA钢延伸率仅有2.2%，而SDA钢在裂纹扩展过程中，大量的大角度晶界迫使裂纹发生偏转，形成曲折的扩展路径，极大地消耗了能量，从而提高材料的韧性，其屈服强度高达2977MPa，总延伸率7.0%，断面收缩率达到了47.5%，断口以颈缩和大量均匀的等轴韧窝为主。并且，团队成功制备了直径30mm、长度超过1m的工业级棒材，证明了该策略的巨大工业化潜力。

力学性能综合对比，附工业级棒材实物图

断裂机制差异

【总结与展望】

团队的这项工作，不仅实现了高强高塑，在断裂韧性、疲劳性能和高温强度等多个使用性能上具有全面优势，且工业推广潜力巨大，有望在不远的将来应用于航天、深海探测、国防装备等关键领域，推动相关产业的技术革新。