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鋼管是經濟建設中重要的原材料之一，屬經濟型斷面型材，素有工業“血管”之稱。鋼管廣泛地被用作機械工業用管(主要是液壓與氣動缸體管、液壓輸油管、汽車傳動軸管和半軸套管、軸承鋼管、皮帶傳送托輥管、印染輥管等)、石油地質工業用管(油泵管、鉆探管、油管、套管、鉆桿等)、化工用管(石油裂化管、化肥用高壓管、化工設備及管道用管)、電站鍋爐和熱交換器管等。特別是進入WTO后，我國鋼鐵工業將會面臨更加激烈的競爭環境，如何降低生產成本，提高產品質量，開發新的產品品種，以增強企業競爭力成為首要課題。北京科技大學冶金機械研究所“管材深加工科研小組” 二十余年來，從事管材塑性成形加工新工藝新設備的研究、推廣工作，開發的“高精度冷拔鋼管技術”正是這樣一項降低生產成本，提高產品質量的新產品新技術。該項技術已在全國７個省市推廣應用，并被國家科委列入《國家科技成果重點推廣計劃》指南中,編號為I4-1-4-21。隨著市場和技術發展的需求，該“管材深加工科研小組”近來又先后開發出錐管冷拔成形新工藝和設備，大口徑（建筑用）方管冷拔新工藝和設備。

針對汽車輕量化及安全法規對汽車用超高強鋼的需求，完成超高強鋼合金體系設計、強化機理、顯微組織調控等關鍵技術研究，突破 1200-2000MPa 熱成形鋼批量制備技術。系統研究了超高強熱成形鋼的微觀組織結構及力學性能特征，改善了塑韌性和氫致斷裂敏感性，2000MPa 級熱成形鋼的抗拉強度達到 2083MPa，總伸長率達到 8.5%，彎曲角≥60°。使熱成形零件滿足汽車行業的使用要求，替代進口熱成形鋼，支撐國內汽車輕量化及安全碰撞要求的超高強汽車用鋼的需求，為汽車輕量化新材料的發展提供技術支撐。

主要研究內容 內高壓成形是一種加工空心輕體件的先進工藝方法，原則上適用于冷成形的材料均適用于內高壓成形工藝，適合制造空心變截面輕量化構件，可以減輕重量節約材料又可以充分利用材料的強度和剛度 在國家自然科學基金、黑龍江省科技廳、哈爾濱工業大學學科建設項目和第一汽車集團研發項目的資助，在國內首家開展了內高壓工藝理論和成形機理方面的基礎研究，研制國內首臺400MPa內高壓成形機，該設備獲得國家專利, 專利號：ZL00208694.8。 主要應用領域

本發明公開了一種電磁成形裝置及方法。該裝置包括成形線圈、 驅動線圈、導體驅動板、第一脈沖電源、第二脈沖電源、凹模和壓邊 圈；壓邊圈和成形線圈設置在凹模的上方，第一脈沖電源連接成形線圈，導體驅動板設置在成形線圈的上方，與成形線圈固定形成帶導體 驅動板的成形線圈結構，驅動線圈固定在導體驅動板的正上方，第二 脈沖電源連接驅動線圈。本發明通過驅動線圈驅動成形線圈隨工件的 變形運動，使成形線圈始終貼近工件，為工件的電磁成形提供持續的 隨形分布的電磁力，能有效提高工件的成形深度，并改善工件的貼模

（專利號：ZL 201510059040.8） 簡介：本發明公開一種閉塞鍛造成形模具，屬于金屬壓力加工技術領域。該裝置采用連桿機構連接上、下凹模座，實現上、下對分凹模的開啟與鎖緊閉合，模具下行時，左、右下擺桿向模內轉動，上凹模與下凹模壓合形成封閉型腔，在凸模向下運動中完成閉塞鍛造，當上模返回時，左、右下擺桿向模外轉動，通過鎖緊連桿機構使模座上升時自動打開，實現上、下凹模分離，通過增設水平側向凸模，實現多向閉塞鍛造。本發明所提供的模具易于實

管材數控內高壓成形液壓機是研發研發的一款具有自主知識產權的新型管材液壓成形設備。在其上可實現金屬管材的液壓成形，制件精度高，重量輕，剛性好，廣泛應用于汽車、航空、航天、五金等結構件的工業領域。 本研究所可以根據用戶需要進行新產品的研制和開發。

北京科技大學材料科學與工程學院與鞏義市中原耐火材料有限公司等單位合作采用最新科技自主研制開發的塑性相結合剛玉復合磚是一種最新型的高技術的高爐爐缸用陶瓷杯耐火材料，它是采用金屬與非金屬結合在一起的復合材料，優于廣泛使用的Sialon-Al2O3制品。在原剛玉碳化硅復合磚中添加金屬塑性相研制而成，磚中塑性相與陶瓷基質復合，提高了材料的韌性；活潑的金屬相在高爐氣氛中可以原位生成氮化物、氧氮化物及其復合物，大大提高了耐火材料的強度與抗渣、鐵侵蝕性能。金屬塑性相結合剛玉復合材料的具體特點如下：1)具有優良的物理及力學性能和很高的抗鐵水滲透和沖刷的能力；2)材料具有良好的抗熱應力的能力；3)制品具有很高的抗渣、鐵及堿的能力，材料的抗鐵水侵蝕指數為0%，抗爐渣侵蝕指數為8.44%，抗堿侵蝕評價達"優Ⅱ"；4)具有自修復、自生成抗渣鐵侵蝕層的材料。具體指標為，體積密度：3.15g/cm3，常溫耐壓強度： 132MPa，高溫抗折強度：17.8MPa（1400℃×30min），抗渣侵指數：8.44%，抗鐵侵指數：0%，抗堿侵評價：優(U)。經權威機構查詢，該項技術屬國內外首創，生產的產品達到國外相似產品的領先水平。該產品榮獲河南省科技進步二等獎。

強度和韌性的“倒置關系”是材料研究領域長期存在的難題。大量的實驗表明，隨著金屬材料內部晶粒尺寸的降低，在強度獲得提升的同時，韌性將大打折扣。目前，廣泛采用的高強材料韌化策略有：（1）改變組分，通過引入和調整材料的多種主要元素，同時激活多種塑性變形機制，高熵合金材料就是采用這種思路；（2）改變微結構，在材料內部引入一種或多種梯度分布的微結構，避免由于特征長度突變帶來的性能突變，有效克服金屬材料強度和韌性的失配問題，這種材料被稱為梯度納米結構材料。 圖1 梯度結構金屬材料的類型（摘自：李毅，梯度結構金屬材料研究進展，中國材料進展，2016, 35: 658-665）人工制備的梯度納米金屬結構主要包括以下幾種：梯度晶粒，梯度位錯，梯度孿晶，梯度固溶物，梯度相，以及包含兩種以上的梯度混合結構。在已經發展成熟的金屬材料內部引入梯度納米結構，可以進一步提高其強韌性匹配能力。例如，通過表面研磨處理（SMAT）在孿晶誘發塑性（TWIP）鋼表面引入大量的塑性變形，使其表面晶粒細化，隨著深度的增加，晶粒細化的程度逐漸降低，同時塑性變形也會導致位錯演化和孿晶的產生，因此在TWIP鋼內部形成了包含梯度晶粒，梯度位錯和梯度孿晶的梯度混合結構。這種梯度納米結構TWIP鋼的強度可以提升50%，斷裂應變僅從60%下降到52%，具有更高的強韌性匹配能力。目前，關于梯度納米結構TWIP鋼的研究集中于實驗，反映物理機制的本構模型研究還鮮見報道。西南交通大學力學與工程學院張旭教授與德國馬普鋼鐵所、中國鋼鐵研究總院等機構開展合作，指導博士生陸曉翀發展出考慮位錯滑移和變形孿晶等物理機制的微結構尺寸相關晶體塑性本構模型。依托DAMASK平臺將該模型移植有限元，并對梯度納米結構TWIP鋼的單軸拉伸變形行為展開模擬，揭示了其微結構演化與宏觀性能之間的關系，量化了不同梯度結構對材料強韌性的貢獻。相關研究工作已在金屬材料與固體力學交叉領域頂級期刊《International Journal of Plasticity》上在線發表，論文題目為Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP鋼的單拉實驗數據驗證該模型的合理性，結果表明該模型對不同尺寸下的應力應變響應和應變強化行為都可以較好地描述，特別是細晶TWIP鋼硬化率曲線中的up-turn效應。通過對內變量演化的分析及對比性模擬，作者發現這種up-turn效應源自于細晶中顯著的背應力。 圖2 對比不同晶粒尺寸TWIP鋼的單拉實驗和模擬結果由于梯度納米結構TWIP鋼的微結構十分復雜，晶粒數目眾多，通過采用三維均勻化方法，建立了宏觀試樣尺寸的有限元模型。通過對每層單元賦予不同的晶粒尺寸，初始位錯密度和孿晶體積分數，離散地描述材料內部微結構的梯度分布，并通過梯度網格劃分方法進一步減少單元數目。對于材料表層微結構變化劇烈的區域，采用密度較高的網格，以保證更加精確地描述微結構的梯度變化。 圖3三維均勻化方法示意圖作者利用發展的晶體塑性模型，對均勻和梯度納米結構的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP鋼的單拉變形行為進行模擬。結果表明，在合理描述均勻結構TWIP鋼應力-應變響應的基礎上，通過引入微結構的梯度分布，無需修改任何參數就可以較好地描述梯度納米結構TWIP鋼的單拉力學行為。通過對比變形云圖，作者發現均勻和梯度納米結構TWIP鋼的表面都會變的粗糙不平，但梯度納米結構的表面粗糙度更加明顯，產生的應變局域化形成了兩個凹陷區，且凹陷區在垂直于平面方向也會發生收縮。隨著深度的增加，收縮程度逐漸降低。通過對比性模擬，作者發現表面凹陷區的出現就是梯度納米結構TWIP鋼韌性略微下降的原因。而應變局域化的產生與表面納米層晶粒的應變強化能力有關，提高表面納米晶的硬化能力，就可以抑制表面凹陷區的出現和韌性的下降。此外，作者通過分析不同層位錯密度的演化，進一步證實了上述觀點。作者還通過對比性模擬量化了不同梯度結構對材料強韌性的貢獻。結果表明：強度的提升源于梯度位錯結構，梯度晶粒和梯度孿晶結構有助于保持材料的應變強化能力。 圖4 均勻結構和梯度納米結構TWIP鋼的模擬結果對比分析。

熱熔壓敏膠是以熱塑性聚合物為主的膠粘劑。它兼有熱熔和壓敏雙重特性，在熔融狀態下涂布，冷卻硬化后對壓力敏感，施加輕壓便能快速粘接。與其他類型的膠粘劑相比，熱熔壓敏膠最大的優點是不含溶劑、低公害、涂布速度快、貯存時間長、自動化程度高、制備和使用簡單、制品成本低（其價格為溶劑型壓敏膠的50%～70%）。故熱熔壓敏膠廣泛應用于包裝、醫療衛生、書籍裝訂、無紡織物、標簽、表面保護膜、材料加工、建筑裝潢及制鞋等方面。 苯乙烯類三嵌段共聚物SIS、SEBS具有很好的使用性能和加工性能，廣泛地應用于熱熔壓敏膠的制備。尤其是SEBS，因其整個分子骨架是飽和的，以其為主體材料制備的膠粘劑具有優異的耐候性能和良好的耐寒性，因而SEBS在熱熔壓敏膠中的地位日趨重要。 本項目通過研究SIS、SEBS與各類增粘劑，增塑劑等組分的協同效應對熱熔壓敏膠性能的影響，解決了壓敏膠初粘性與持粘性之間的矛盾，所制備的熱熔壓敏膠粘劑具有“三高”，即高的粘附性、高的內聚強度和高的軟化點。