文章研究了一种新型N强化Fe-Cr-Ni-Mn奥氏体不锈钢，系统分析了不同温度下不锈钢的力学性能及性能-显微组织关联机理。不锈钢液氦温度（4.2 K）下屈服强度高达1.5 GPa，抗拉强度1.85 GPa，且能保留36 %的断后伸长率。随着温度的降低，不锈钢的变形机制从室温下的位错滑移和层错变形演变为以孪晶和少量ε-马氏体为主的变形机制。这种协同变形机制使不锈钢展现了卓越的室温和低温强塑性综合力学性能。研究成果为下一代磁约束核聚变用低温结构材料提供了数据和基础理论支撑。

316LN奥氏体不锈钢已被选为国际热核聚变实验堆（ITER）超导磁体低温结构材料。然而，下一代磁约束核聚变装置的超导磁体不断升级，例如我国下一代磁约束核聚变超导磁体纵场（TF）线圈运行电流将超过80 kA，最高场超过15T，CICC超导导体需承受的电磁力将超过120吨/米，这远高于ITER TF超导导体所受的80吨/米的电磁力。这需要具有比316LN更高强塑性的低温结构材料。中国科学院理化所李来风研究员团队与河钢集团宣钢公司联合开发了一种N强化的Fe-Ni-Cr-Mn奥氏体不锈钢，通过对材料中的合金元素Ni和微量元素Nb、V、C、N的精确调控，对固溶热处理制度调整，制备出高低温屈服强度且兼顾低温塑性和韧性钢材。由于对N强化Fe-Cr-Ni-Mn奥氏体不锈钢低温下的变形机理尚缺乏深入研究，本文通过断口显微组织实验表征和分析，阐明不锈钢低温变形机制，为我国下一代磁约束核聚变用高场超导磁体用高强高韧结构材料研发提供支撑。

松山湖材料实验室王维研究员与中国科学院理化所李来风研究员团队合作，通过研究Fe-Cr-Ni-M-N奥氏体不锈钢在塑性变形过程中的组织演变，发现室温条件下材料的变形组织主要由位错、层错和变形孪晶组成。当变形温度降低至液氮温度（77 K）和4.2K时，变形孪晶的体积分数逐渐增大，位错滑移显著受到抑制，变形孪晶主导了塑性变形过程。此外，还发现低温下仍存在纳米尺寸的ε-马氏体转变。不同温度下的内部位错、层错和变形孪晶以及少量ε-马氏体组织之间的相互竞争、相互促进，共同实现不锈钢宽温区优异的综合强塑性。

相关成果以“Mechanical performance and deformation mechanisms of ultrastrong yield strength Fe-Cr-Ni-Mn-N austenitic stainless steel at 4.2 Kelvin”为题在国际著名期刊《Journal of Materials Science & Technology》上发表。松山湖材料实验室信纪军副研和中国科学院理化技术研究所张恒成副研为共同第一作者，松山湖材料实验室王维研究员和中国科学院理化技术研究所黄传军研究员为共同通讯作者，上述研究工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、广东省基础与应用基础基金和广东省青年拔尖人才计划等项目支持。

图1 Fe-Cr-Ni-M-N奥氏体不锈钢EBSD图：（a）BC图，（b）IPF图，（c）KAM图，（d）相图，为单一FCC相。