研究方向四、高品质特殊钢成分设计及组织性能调控

以固态相变理论为指导，实现材料设计和生产的数字化，突破高品质特殊钢关键制备技术。针对不同特殊钢产品特性提出组织设计目标，以相变热力学和动力学为指导，构建特殊钢性能与组织的关系，提出新的合金化思路；掌握高品质特殊钢在服役期间的性能变化与组织的关系，最大限度地发挥特殊钢潜能。

拟解决关键科学问题：微观组织演变及其与宏观服役性能的定量关系；特钢热力学和动力学数据库；高品质特殊钢制备过程的耦合建模和优化设计等。

主要研究内容：

1、特殊钢热力学和动力学数据库的建立与新材料设计。 (1)与国外院校合作，建立铁基材料的热力学和动力学数据库，精确确定液、固相相结构，并进行评估和优化处理。(2)建立铁基材料热力学数据库中非平衡相变的计算方法并与现有商业化程序进行对接，以确定马氏体相变驱动力、阻力与温度的关系，使原先仅用于平衡计算的商业化软件可用于非平衡相变计算。(3)结合材料物理实验方法，探索第二相形核、长大和粗化规律，建立动力学数据库。(4)根据制造业对特殊钢产品的服役要求，通过数值模拟与物理模拟研究，掌握特殊钢在服役期间性能与组织的关系，针对不同产品特性提出组织设计目标，以特殊钢的相变热力学和相变规律为指导，提出新的合金化思路和开发出全新的产品，满足我国制造业对高品质特殊钢的需求。将计算结果在实验中验证，调整后交付大生产。

2、特殊钢的相变特性、沉淀析出相的固溶与析出规律。从钢铁材料的物理性能和固态相变入手，掌握钢在不同温度段的相变特性、沉淀析出相的固溶与沉淀析出规律，实现特殊钢生产过程中相及其结构的精准控制。

3、特殊钢失效机理及服役性能与组织的关系。根据制造业对特殊钢产品的服役要求，通过数值模拟与物理模拟研究，揭示特殊钢服役条件下的失效机理。搭建特殊钢的专业化使用性能测试平台，掌握特殊钢在服役期间性能与组织的关系。