面對經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)對既具有更高強(qiáng)度級別又具有良好韌性與焊接性能鋼材的日益增長的需求，必須突破傳統(tǒng)的高碳、高合金超高強(qiáng)度鋼的思維，開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼。
傳統(tǒng)超高強(qiáng)度合金鋼主要包括：低溫回火馬氏體組織或下貝氏體組織強(qiáng)化的低合金鋼；高溫回火析出合金碳化物、二次硬化組織的超高強(qiáng)度鋼；析出金屬間化合物進(jìn)行強(qiáng)化的馬氏體時(shí)效鋼等。這些傳統(tǒng)超高強(qiáng)度鋼在一定程度上達(dá)到了超高強(qiáng)度的要求，但是綜合性能上仍然存在著不可忽視的問題。例如，低合金超高強(qiáng)度鋼和二次硬化超高強(qiáng)度鋼中較高的碳含量造成了焊接性能差、斷裂韌性不高等問題；馬氏體時(shí)效鋼需要添加大量的合金化元素，特別是價(jià)格昂貴的co，ni等元素，大大增加了生產(chǎn)成本，制約了馬氏體時(shí)效鋼的大規(guī)模應(yīng)用；另外，馬氏體或貝氏體的熱處理轉(zhuǎn)變需要較高的淬火冷卻速度，也限制了大尺寸馬氏體和貝氏體鋼的生產(chǎn)。
將納米材料和納米技術(shù)應(yīng)用到鋼鐵材料設(shè)計(jì)中，利用納米級析出相的沉淀強(qiáng)化和阻止晶粒長大的機(jī)理，是開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼的重要途徑；特別是在鐵素體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上利用納米析出的強(qiáng)韌化機(jī)制開發(fā)新型超高強(qiáng)度鋼，與超高強(qiáng)度鋼常用的馬氏體組織相比，有著*的工藝和成本優(yōu)勢。
鐵素體是bcc晶格結(jié)構(gòu)，fcc元素和c元素在鐵素體中的固溶度非常低，因此，在合理的熱處理?xiàng)l件下，fcc元素和c元素能夠在過飽和的鐵素體基體上，以納米析出相的形式均勻析出，這些納米析出相包括納米團(tuán)簇、納米金屬間化合物和納米碳化物。
一．納米團(tuán)簇。在鐵素體鋼中優(yōu)化添加不同含量的fcc元素，通過固溶、淬火得到鐵素體過飽和固溶體。通過合理控制時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間，可以有效控制fcc元素納米團(tuán)簇的析出與長大，得到納米團(tuán)簇增強(qiáng)的鐵素體鋼。鐵素體鋼基體上析出的大量細(xì)小的納米團(tuán)簇有效地提高了鐵素體鋼的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度由固溶態(tài)的600mpa提高到時(shí)效后的1200mpa。高分辨透射電鏡分析表明，這些fcc元素納米團(tuán)簇直徑約2～3nm，與鐵素體基體共格存在。這些納米團(tuán)簇主要由fcc元素cu，ni，mn和al組成。
二．納米金屬間化合物。納米級金屬間化合物具有較高的強(qiáng)度和硬度，是提高鋼材強(qiáng)度的zui有效方法之一。據(jù)報(bào)道，添加適量的金屬間化合物形成元素，在適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囍贫认?，鐵素體基體上析出大量納米級尺寸金屬間化合物，再添加適量的fcc元素，研制出了納米金屬間化合物和納米團(tuán)簇復(fù)合強(qiáng)化的超高強(qiáng)度鋼。
三．納米碳化物。納米碳化物均勻析出是另一種顯著提高鋼材強(qiáng)度的有效方式。目前正在探索納米mc（m=ti，v，nb，mo）強(qiáng)化低碳鐵素體鋼的開發(fā)。多元素復(fù)合的碳化物有更好的熱穩(wěn)定性，比單一的碳化物有更慢的粗化行為。