奖种与等级：国家技术发明奖二等奖

项目主要完成人与完成单位：张福成（燕山大学)，杨志南（燕山大学)，吕博（燕山大学)，王天生（燕山大学)，于宝东（中铁山桥集团有限公司)，庞碧涛（洛阳LYC轴承有限公司)

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国之基石，然而，多年来，我国钢铁行业创新能力不强，品种和热加工技术水平不高，严重制约制造业的发展。贝氏体钢是钢中新成员，具有较好的力学性能，是当今研究热点，并广泛用于现代工业。然而，贝氏体组织纷杂，受控于成分和工艺，尤其是工艺；构成温度、时间和性能三维坐标，造成同成分贝氏体钢性能迥异。铁路安全关乎国家战略，铁路线路中服役条件最恶劣、最易发生事故的普通贝氏体钢辙叉寿命短且离散，偶有突发脆断危险，威胁铁路安全。轴承和耐磨钢板用量巨大，但因材料问题我国高端轴承和超高强度耐磨钢板依赖进口，受制于人。该项目在1项国家杰出青年科学基金、1项创新群体基金、4项面上基金，及中铁山桥集团有限公司、洛阳LYC轴承有限公司等企业合作项目资助下，从2004年5月至2013年12月历时10年完成。

该项目取得4项原创成果，获授权国家发明专利24项。首次发现钢中高共格度纳米析出相可作为异质形核相显著加速贝氏体相变；贝氏体铁素体中过饱和的碳与淬火急冷和贝氏体相变切变过程中产生的空位，形成碳—空位纳米团簇阻碍贝氏体长大；贝氏体板条厚度随形成温度降低、铝硅含量增加而减小；发现超细贝氏体钢强韧化新机制—贝氏体铁素体板条中过饱和碳和高密度位错引起强化；高碳稳定的薄膜残余奥氏体，以及贝氏体板条间大角度错配导致韧化。发现铝可以显著降低贝氏体钢的氢脆敏感性，找到了解决高强钢普遍存在的顽症—氢致脆性的途径。贝氏体铁素体中过饱和的碳原子束缚了空位，阻碍空位聚集、连接形成裂纹源，薄膜状残余奥氏体稳定且阻碍裂纹扩展，显著提高了钢的抗疲劳性能。由此，创立了快速相变贝氏体钢化学成分设计和组织性能精确调控理论。

针对铁路辙叉寿命短且离散、威胁铁路安全的问题，发明了铁路辙叉用中低碳超细贝氏体钢及其热处理关键技术，突破了低碳钢中无法获得超细贝氏体组织的技术瓶颈。该钢的综合力学性能达到成分为0Ni18Co9Mo3Ti马氏体时效钢的水平，成本仅为其1/10。发明辙叉心轨和翼轨匹配技术，使辙叉心轨和翼轨服役过程中受载均等、寿命均衡；发明贝氏体辙叉与珠光体钢轨焊接技术等，实现了贝氏体钢辙叉稳定长寿。采用该技术制造铁路辙叉的使用寿命（过载量）达到3.5亿吨以上。

发明了渗碳表层高碳超细贝氏体心部低碳温变马氏体轴承钢及制造关键技术。渗碳轴承表层高硬度高韧性，且存在大而深的压应力层，心部高韧性，从而大幅度提高轴承的耐磨和抗疲劳、以及抗冲击性能，滚动接触疲劳寿命比国际上最广泛使用的经典G20Cr2Ni4A渗碳马氏体轴承钢提高250%以上，而成本降低20%以上。发明了整体全淬高碳超细贝氏体轴承钢及制造关键技术。高碳轴承钢高韧性，且表面为高残余压应力，滚动接触疲劳寿命比经典GCr15马氏体轴承钢提高170%。采用该项技术制造的高端重载轴承取得了很好的应用效果。三种全新的轴承钢种已分别纳入国家标准《GB/T3203-2016渗碳轴承钢》和冶金行业标准《YB/T 4572-2016 轴承钢 辗轧环件及毛坯》，其热处理技术已纳入相应国家标准《GB/T XXXX 滚动轴承 高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》和行业标准《JB/T8881-XXXX 滚动轴承 渗碳热处理技术条件》中。洛阳LYC轴承有限公司等采用该技术制造了高端重载轴承，并得到很好的应用效果。该项技术实现了高端轴承制造技术的自有化，打破了受制于人的局面。轴承行业对超细贝氏体钢轴承给予高度评价，认为其引领了轴承行业技术进步，并称其为“第二代贝氏体轴承”。中国轴承工业协会在“十三五”期间将重点推广该技术成果。

发明了超高强度低合金中碳超细贝氏体耐磨钢及其制造关键技术。用铝固氮形成氮化铝，避免氮与钒结合，确保钒固溶且偏聚于奥氏体晶界位置，降低原奥氏体晶界能，使之产生奇妙的超淬透性效应，从而保证了含合金元素含量较少的中厚钢板具有足够的淬透性。创立了含钒钢的超淬透性理论，并利用该理论解决了低合金含量中厚板淬透性不足的难题，结合AlN阻止焊接热影响区组织粗化，突破了超高强度耐磨钢板焊接工艺性差的瓶颈，实现了强度级别HB550以上高端耐磨钢板的批量自主生产。采用该成果制造的超高强度耐磨钢板，大量应用到港口设备、矿山机械等工程领域，耐磨钢板的耐磨性和焊接工艺性达到甚至超过进口Hardox600耐磨钢板的水平，而成本仅为其1/3。实现了高端超高强度耐磨钢板制造技术的自有化，替代了进口，并出口到“一带一路”沿线以及欧洲多个国家和地区。

该项目总体技术达到国际领先水平，曾获教育部技术发明一等奖1项、河北省技术发明一等奖2项；制定国家标准2项、冶金行业标准1项、机械行业标准1项、企业标准1项；应邀为行业作大会报告多次；获欧洲产品认证1项；培养国家杰青1人；出版专著1部，发表学术论文98篇；成果已在多家企业大量应用，取得了显著的经济和社会效益。

图为钒的超淬透性效应及制造的超细贝氏体耐磨钢板。