相比于目前已经商业化应用的普通钢铁而言，研究人员开发出的这款名义成分为Fe-9Mn-3Ni-1.4Al-0.01C （质量分数）超级钢的微观结构显得独树一帜。这种超级钢铁集三大特点于一身：其一，含有多个合金相（由多于一个相构成）。其二，j2直播，具有纳米层片结构。其三，拥有亚稳相。

　　在这种材料之中，萌生的裂纹尖端会诱发原奥氏体向马氏体结构转变。而由于这种转变会引起体积膨胀，因而会在材料的内部形成残余应力（压力），进而能够起到了粘合萌生裂纹的效果。通过调整奥氏体和马氏体的相组成比例，从而既能很好的阻碍微裂缝的形成，又不至于引起新的缺陷。

　　不仅如此，这一新超级钢铁还拥有具有不同硬度的多种合金成分。这样一来，即使萌生了裂纹，它也将难以扩展，从而降低了这一丝丝小裂缝进一步生长的可能。

　　除此之外，多个合金相组成的微观结构使得材料的某些区域具有更好柔韧性，从而有助于吸收施加于钢铁上的周期性应力。在某些情况下，甚至还有可能弥合萌生的裂纹。如此一来，这款具有独特的界面结构，相分布和相稳定性的超级钢铁能够同时激活多个抵抗裂纹扩展机制。

　　疲劳测试表明，与常规的钢铁（如铁素体-马氏体双相钢，纳米层片的珠光体钢和相变诱发塑性钢）相比，这一款“超级钢铁”拥有明显机械抗裂性能的提升。

　　可以想象，在未来的某日，工程师们将有望把这种钢材用于制作桥梁或者航空器材上，从而有效地避免因金属疲劳导致裂纹萌生，亦或在始料未及的时刻突然引起构件断裂失效的问题。

　　虽然这一款超级钢铁已经横空出世，但这次的材料设计中的飞跃，只能称作“万里长征的第一步”。本论文通讯作者之一的塔桑教授直言，在下一步，他们将寻求进一步扩大制备工艺，并探索商业化的可能。

　　不过，与之前曾经报道过的同样具有超高韧性的高熵合金和蚕丝相比，钢铁的加工与制备工艺要成熟得多。本文的第一作者，九州大学的材料系教授本道小山（Motomichi Koyama）表示，传统的钢铁加工工艺应该能够运用到这一材料之中。他很有信心的表示，“（与研发相比）材料的扩大化应该不是个大问题”。

　　参考资料

　　1. R. Ritchie, The conflicts between strength and toughness, Nat. Mater., 2011(10):817-822

　　2. M. Koyama, Z. Zhang, M. Wang, et al. Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels. Science, 2017(355): 1055-1057

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　　4. https://www.newscientist.com/article/2124088-special-steel-inspired-by-bone-is-more-resistant-to-cracking/

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