第三节 新型合金材料
一、研究合金性质与结构的新进展
1．研究合金材料性质的新成果
（1）设计出氢金属合金材料的计算机模型。
2010年1月25日，美国卡内基研究所地球物理实验室，高压问题专家毛河光领导的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》网络版上发表研究报告称，他们设计出3种高密度的氢与金属合金材料的计算机模型，并发现在一定的压力和温度下，这些合金出现了超导性。他们的研究成果，为人们利用世界上含量丰富的氢元素提供了新途径。
长期以来，物理学家一直在试图了解能否把地球含量丰富的氢元素转变成金属，甚至成为超导体。他们推测，在适当的压力和温度条件下，氢能够与金属结合成为氢金属合金材料。然而，这在实验中是难以实现的。
所谓超导现象，指当物质被冷却到一定的温度时，电阻突然消失的现象。原则上，所有已知的材料，都能够被冷却到非常低的温度，或者说是转变温度而成为超导体，但由于发生转变的临界温度非常低，因而限制了超导物质的广泛应用。科学家经过研究发现，通过额外的化学处理，可以提高材料的转变温度，实现高温超导。现在，科学家常常利用理论模型，来了解提高材料转变温度的特征和压力。在此项实验中，科学家们在特定的温度、压力和化合物成分等条件下，对3种金属氢化物，在原子水平上的行为，进行模拟研究。
这3种化合物，分别是三氢化钪、三氢化钇和三氢化镧，每种氢化物的金属晶格中，含有丰富的氢原子。毛河光发现，压力在10万～20万倍于海平面大气压，3种模型材料出现超导性。三氢化镧超导现象的稳定状态条件，是10万个大气压和零下253℃（20开尔文）；三氢化钪和三氢化钇的稳定状态条件，是20万个大气压，但转变温度分别是零下255℃（18开尔文）和零下233℃（40开尔文）。
研究还发现，在超导临界温度下，同三氢化钪相比，三氢化钇和三氢化镧之间的振动能，分布更为相似；且当3种化合物都出现结构变化时，可获得最高的临界温度。这一结果表明，出现超导态，是化合物中带振动能的电子，穿过格子状结构的过程中相互作用的结果。当压力超过35万大气压时，3种化合物又失去了超导性能，变成普通金属；而当压力达到50万大气压时，只有三氢化钇重新呈现超导态。研究人员认为，这是因为其质量不同于另两种化合物。
毛河光表示，此前的研究，都集中在含有4个氢原子的化合物上，这次的模型实验证明，当压力介于10万～20万大气压之间时，含有3个氢原子的金属氢化物，就可以具备超导性能，这比含有4个氢原子的同种金属氢化物呈现出超导态所需要的压力低一个量级，使得它们更有潜力应用于超导领域的研究。这些温度和压力条件，在实验室中可以很容易达到，研究人员希望，他们的模型研究成果，能得到今后更多实验的验证和支持。
（2）揭开因瓦合金低温下不膨胀之谜。
2011年8月，日本自然科学研究机构分子科学研究所发布公报说，该所教授横山利彦等人组成的一个研究小组发现，量子波动，是因瓦合金在低温条件下不膨胀的原因。因瓦合金也叫“不变钢”，中文俗称殷钢，是一种铁镍合金，其成分为铁63.8%，镍36%，碳0.2%，它的热膨胀系数极低，在从极低温度到超过室温这样很宽的温度范围内，都能保持固定长度，适合做测量元件。瑞士物理学家纪尧姆1897年发现了这种奇异的合金，并凭借此成果，获得1920年诺贝尔物理学奖。
公报说，因瓦合金，在室温以上环境中不膨胀的原因有科学解释，但在低温状态下不膨胀，过去一直没有合理解释。科学家魏斯1963年用一个简单的模型，成功解释了“因瓦效应”，合金里的铁原子有两种状态：一种是原子半径大且能量稳定的高自旋状态，另一种是原子半径小且不稳定的低自旋状态。伴随着温度的上升，低自旋状态的密度增加，原子想要收缩，而另一方面温度升高使原子的热振动更加激烈，物质原子间的距离就会拉大，以避免原子之间的碰撞。“因瓦效应”就是上述两种效果正好相抵消，合金就不会膨胀。魏斯的模型，到目前仍被广泛认可，但是这个模型只能说明，因瓦合金为何在室温以上的环境下不膨胀，没有充分揭示其在低温条件不膨胀的原因。
横山利彦研究小组，利用同步辐射加速器产生的射线束，以及X射线吸收精细结构分光法，详细分析因瓦合金中的铁原子和镍原子的原子间距离，随温度变化而产生的变化，测定了铁和镍局部的热膨胀，并进行了基于魏斯模型的经典力学计算。研究结果表明，低温环境下的“因瓦效应”不遵循魏斯模型，其主要成因是量子波动。
（3）发现“高熵合金”越是低温越坚韧。
2014年9月5日，物理学家组织网报道，一种名为“高熵合金”的新概念合金设计，已经带来了一类多元素材料。这种合金的出现已有十多年，但直到最近它们的品质才可用于科学研究。报道称，美国橡树岭国家实验室伊索·乔治领导的研究小组，开发出一种叫做铬锰铁钴镍（CrMnFeCoNi）的高熵合金，经检测它不仅是现有记录的最硬材料之一，而且在低温下强度、延展性反而提高。
据悉，该研究小组把高纯元素初始材料用电弧熔融，结合浇铸工艺造出了高质量的铬锰铁钴镍合金，样本为层状结构，厚约10毫米。他们检验了样本的延展性和微观结构后，把样本送到，美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室，材料科学家罗伯特·里奇那里进一步检测。
里奇说：“我们对铬锰铁钴镍合金进行了检测，它含有5种主元素而不是一种。虽然，各元素单独的晶体结构不同，但合金晶体只有一种相态。具有卓越的抗损伤能力，抗伸展强度超过10亿帕，断裂韧度值打破纪录，超过目前所有其他金属合金。”
他们从室温降到约零下196.15℃，检测铬锰铁钴镍合金的伸展强度和断裂韧度值，属于现有材料记录中最高值范围，而且在低温下，这些值性还会增加。绝大多数合金在低温下都会失去延展性，变得更脆而易碎。
传统合金制造方法的一个不变特征是，一种元素做主成分，其余为少量添加，其机械性能通常依靠出现第二种相态。里奇说，“高熵合金，从根本上突破了传统方法，它的性质并非来自合金中的每种成分或第二种相态。高熵这一概念意味着，随着合金成分元素的增加，其位形熵也增加，也就抵消了它们形成化合物，变成单相态材料（如纯金属）的趋势。”
里奇和乔治认为，铬锰铁钴镍合金，能在低温下表现出非凡的强度、延展性和硬度，关键在于一种“纳米结对”效应，也就是在变形过程中，相邻晶格区的原子排列，彼此形成镜像结构。里奇说：“这表明，它除了具有大部分金属在环境温度下具有的平滑错位机制，还有一种塑性机制。在低温下，材料经受了塑性变形，产生了纳米结对，结果就是连续的机械硬化，以此来遏制早期破坏造成的局部变形。”
2．探索合金材料结构的成果
（1）分析液态金硅合金纳米尺度的表面结构。
2006年8月，美国能源部阿尔贡纳米材料中心，博士后欧莱葛·夏彼尔克领导，斯里耶尔、布鲁戈尔斯米、葛莱格里夫，以及哈佛大学泊衫教授、以色列巴尔伊兰大学杜维奇教授、布鲁克汉恩国家实验室奥克和芝加哥大学美纶、琳斌华等人参与的一个研究小组，对液态金硅共晶合金纳米尺度的表面结构，作了深入分析，并将研究结果发表在《科学》杂志上。
研究人员说，这种液态金硅共晶合金，由82%的金和18%的硅所组成。共晶是在低于任一种组成物金属熔点的温度下，所有成分的融合。在大多数例子中，共晶合金中组成物金属的熔点，与它在纯金属状态下的熔点相差100℃；金硅共晶合金，在360℃时即开始溶化，这个温度比组成物金属的熔点低了大约1000℃。但这并不是金硅共晶合金唯一一个与众不同的特性。一般固态晶体中，原子都是按照周期有序的方式排列，而在液态中，原子的排列则变得混乱。所以，十年来，人们一直认为，很多液态金属的表面，都会呈现二到三个清晰的原子层，并且通常这些原子层中没有结晶态存在。然而，夏彼尔克研究小组却发现，在液态金硅共晶合金的表面，存在7～8个原子层。为了弄清这个意外的事件，他们同时也在其表面原子层中，找到与通常只出现在固态物质中的组织相类似的结晶态结构。
夏彼尔克在哈佛大学的博士生阶段，开始这项研究，并最终在阿尔贡纳米材料中心完成该研究。他利用阿尔贡中西半球最强的X射线高级光子源，对材料进行了几项测定：X射线镜面反射率，用来提供垂直于表面的金属结构信息；X射线临界衍射，用来提供平面结构的内部信息；X漫散射，用来提供表面波动及其他动力学信息；而X射线晶体端面标尺，则是用来测量表层结晶结构的厚度。
（2）揭示新型合金准晶体的组合结构。
2014年3月，美国一个探索晶体的研究小组，在《自然》杂志上网络版上发表研究成果称，他们发现一种全新的准晶体类别，实际上，它是在金表面上附加了一层含铁的被称为“二茂铁甲酸”的分子。
1982年，以色列材料科学家达尼埃尔·谢赫特曼，首次发现一种与众不同的新型晶体，后来这种晶体被命名为准晶体。与传统晶体原子重复的规则模式排列不同，准晶体的原子排列有规则，但却不会出现重复。
自谢赫特曼发现准晶体以来，到目前为止，科学家已经发现了超过数百种准晶体，其中绝大部分是含有2～3种金属的合金。
准晶体通常以二聚体的方式组合在一起，与此不同的是，新类别的准晶体，受其表面与相邻分子的压力而相互连接成一个圆环，看上去就像是分子花结，而较大的排列模式，还会呈五角形、星形以及菱形。研究者预测，这一新发现，将为发现更多基于小分子结构的准晶体，打开一扇大门，尽管新发现的准晶体不一定有实际用途。
二、研制钢铁材料的新进展
1．开发车用钢材的新成果
（1）研制出特别适合造汽车的新型结构钢。
2004年11月，《马克斯普朗克研究》杂志报道说，德国马普学会钢铁研究所，开发出一种抗拉强度高的轻型结构钢，其性能特别适合用作汽车材料。
这种轻型的结构钢，是由铁与锰、硅和铝等混合制成的，性能非常稳定，并具有特别的拉伸能力。
这家研究所研究人员发现，锰含量15%、铝和硅各3%的结构钢特别结实，可拉伸50%以上。而包含25%锰、3%铝和3%硅的结构钢尽管没有前者那么结实，但可以拉伸大约90%而不会断裂。这一性能使这种结构钢成为汽车发动机罩的理想材料，在发生碰撞时，这一材料可以定向折叠起来，同时可以吸收外力。
（2）研制出新型轻质高强度汽车钢板。
2006年11月，浦项钢铁公司声称，经过一年多的研究与开发，它与现代汽车公司共同开发出一种新型汽车钢板，具有强度高、质地轻的特点。
这款钢板的强度达1180兆帕，为目前使用的强度590兆帕的两倍，厚度为目前的33%。采用该钢板生产汽车，强度可大大提高，且减轻重量，汽车的安全性能大幅度增强。浦项公司计划大规模生产该汽车钢板，并将在汽车厂家推广应用。
浦项与现代两家公司，自2005年年初开始，联合研究与开发高效的汽车钢板，并致力于在全球范围内扩大汽车钢板的应用。浦项公司表示，将在墨西哥建立汽车薄板厂，扩大对该地区汽车用户，包括美国的现代汽车公司的服务。现代汽车集团，在美国阿拉巴马州拥有分厂。另外，现代的附属公司起亚汽车公司，正在美国佐治亚州建厂。面对需求的日益增加，现代集团的现代钢铁公司，在唐津破土兴建韩国的第三家钢厂，到2011年，年产能将达到700万吨，包括汽车和造船用板。另外，浦项还致力于改造光阳厂现有不锈钢设备，生产更多的汽车部件用高端不锈钢，计划两年内汽车部件年产量将翻一番。
（3）发明能提高汽车安全性的智能钢铁材料。
2007年10月，德国媒体报道，每年在德国都会发生超过20万例的交通事故。汽车制造商要花费大量的时间、精力，以及金钱，来发明保护驾驶者和乘客的新技术。
除了汽车车身的设计之外，制造所使用的钢铁也非常重要。在发生汽车撞击事故时，车身钢铁必须同时拥有两种性能：它们必须有很好的延展性，以吸收大部分的撞击能量；此外它们还必须能保持足够的形状以保护乘客乘坐的车厢。
德国杜塞尔多夫的马克斯·普朗克钢铁研究所，与德国钢铁协会联合组成的一个研究小组，发明了一种能同时满足以上要求的智能钢铁材料。
在发生撞击时，这种智能钢铁材料会发生变型，但是同时保证一定的空间（保持延展性）。它的每一个部分都会发生延长，然后将剩余的变型力传递到周围的部分中，这些部分也会发生变型。因此通过将能量分散到整个表面，撞击的动能可以更有效地被吸收，从而保证乘客的安全。在接下来的数年内，这种智能钢铁将被应用到汽车的缓冲器和侧门上，这是撞击过程中汽车上最脆弱的部分。智能钢铁材料的发明，充分证明钢铁仍然有很大的发展空间。
2．研制船用钢板的新成果
（1）开发出新型油船耐腐钢板。
2007年11月，海外媒体报道，日本邮船公司，与日本钢管公司联合组成的一个研究小组，开发出新型高效耐腐蚀钢板，据悉，该钢板将主要用于原油运输船和巨型油船。日本邮船公司方面表示，通过两年的实船试验，新设计的船用钢板，现在可用于各型油船的建造。
由于原油中的含盐浓度，比海水高出许多倍，随着时间的推移，盐水积聚在油舱内底，会造成油舱内表面的剥蚀。该研究小组开发的这种新钢板，即可防止此类剥蚀，有利于提高船舶安全性和环保性。为验证新型钢板的性能，在2004年，这两家公司把这种新材料应用于三菱重工建造的巨型油船上，经过测试，试验结果显示新钢板能够有效防腐蚀。
据了解，日本邮船公司已决定在石川岛播磨重工和今冶造船公司订造的5艘巨型油船上，采用这种新型钢板。据报道，该新钢板的出现，将有望改变国际海事组织，对涂层作为油船防腐蚀唯一途径的规定，从而成为油船有效防腐蚀的新产品。
（2）研制成船用高拉力强化钢板。
2008年9月，日本媒体报道，日本钢铁与三菱重工联手合作，成功开发出一种新型高拉力强化钢板，同时在全球造船业界，首次由日本造船厂使用这种钢板，用作钢壳结构材料，打造商船三井订购的8100标箱的货柜船，共6艘。
这种钢板是从科学的角度，物理应力的需要，测出每平方米强化钢上可承受屈曲重压47公斤的纵向强度，这种结构成分，特别适合制造货柜船结构。开发技术由上述两大企业经过一段时间研发而试产成功。
据报道，这种高拉力强化钢板，对于船舶设计十分有利，对新大型货柜船安全结构有了新的保证。商船三井方面称，使用该钢板明显好处，是节省整船总重量，若以每单位货柜即期成本来计算，可增加燃油效益和全面营运成本降低。
两个月前，商船三井在三菱重工的船厂，已经接收第5艘用该钢材造的货柜船，这种船特点，是航速在25节，船长316米，型宽45.6米，型深25米。
日本是最早研发高拉力强化钢的造船国家，早在1990年开始已经研发出一种钢板，其每平方米面积上可承受40公斤加压重量，并应用在商船船壳制造上。两年前，三菱重工又与日本钢铁，再研发每平方米可承量47公斤的钢板，并在日本钢铁大分工厂试制。
高拉力强化钢板和屈曲重压，是在船用钢材生产过程中经常听到的名字。而屈曲重压是指在一定限制范围内，不会发生变形的技术需求。其灵感和触点是，来自船东和经营管理者的正确探索，以便如何在更激烈的竞争环境之下，能降低每单位运输成本，一些船东和船舶管理经理，想到可否在船用钢板厚度上打主意，虽然如此，钢板愈薄，屈曲强度倾向会下降，并增加裂缝或瑕疵的可能性。
日本钢铁以一种特别生产技术，在钢板加强强度和屈曲产生裂缝两个难题上，找到一个平衡点，很巧妙地解决上述问题。其中秘密，是物料工程师找到一种新物料，作为钢板增加屈曲强度的必需品，降低了钢板厚度又增强强度。研究人员说，这种新材料，用在造船上，可增加船壳的安全、稳定。
三菱重工也设计出，多种使用钢板的弯曲方法技术和多种焊接测试，包括双电极振动电版气体弧扁焊接机，这些新装备、技术和程序管理，是由三菱重工、日钢和日铁住金物产焊接公司共同设计参与研制的。
3．研制不锈钢与合金钢的新成果
（1）开发出高强度新型不锈钢材料。
2005年9月，有关媒体报道，日本东洋工程公司与住友金属公司宣布，他们已经开发出一种用于化工厂的不锈钢建筑材料，它比常规不锈钢更经久耐用，强度约为常规品种的两倍。这两家公司自1997年开始研究开发此种材料，并在2005年6 18月获得美国机械工程师协会的鉴定。
据报道，该材料属于双相不锈钢材料，含铬、镍、钼和钨，金属含量比率经过改进，仍保留着高耐腐蚀性。两家公司将首先在化肥厂建设中，采用此种材料，用在高温、高压和存在氨腐蚀的生产环节。
（2）开发出抗腐蚀高硬度不锈钢。
2005年11月15～18日，日本大同特殊钢公司一个研究小组，在东京国际展示场国际会展中心，举办的“2005年日本新能源产业技术综合开发机构成果展示会”上，展出了新开发的不锈钢。据悉，这种不锈钢，同时具备高硬度和高耐腐蚀性。
研究人员介绍说，该产品，作为不锈钢，实现了最高水平的洛氏硬度60HRC，作为耐海水钢，达到了使用最广泛的SUS316级耐腐蚀性。通过开发新型铸造法，能够比传统方法添加更多用于提高耐腐蚀性的氮气，实现了“全球最高”的耐腐蚀性。该公司将于2005年秋开始，向汽车配件和半导体制造设备部件领域供应样品，主要用于轴承、压力与流量控制阀门等产品。
研究人员表示，为了提高高硬度不锈钢的耐腐蚀性，一般大都添加铬。不过，由于铬会使淬火和回火处理后硬度出现下降，因此可添加量存在极限。氮和铬一样，也具有提高不锈钢耐腐蚀性的效果，但由于氮在添加时处于气体状态，因此鉴于制法上的限制，其可添加量最高仍旧只有不锈钢的0.1%左右。
研究人员说，为了突破氮气添加量的制约，他们开发出了新的制法：“加压诱导熔解铸造法”。也就是说，在耐压容器中，以强制方式把加压到16个大气压的氮添加到熔融钢中，在熔融钢凝固时尽可能地控制氮的排出。由此，就能在不锈钢中添加约0.6%的氮。在加压诱导熔解铸造法的开发过程中，得到了日本新能源产业技术综合开发机构，基础技术开发促进事业的扶持。
（3）研制出可用于650℃超临界机组用合金钢。
2007年10月，有关媒体报道，T92（法NF616，欧E911）和T122（HCM12A）钢，是目前广泛用于620℃以下超临界机组的过热器、再热器、主汽管和再热气管法的新型铁素体钢。德国瓦卢瑞克曼内斯曼钢厂，正在研发VM12钢。经过实验室和工业化试验的实验，证明VM12钢，抗蠕变和抗蒸汽氧化性能属650℃新型铁素体耐热钢，可用于蒸汽温度小于650℃的超临界机组的过热器、再热器和主汽管道。
VM12钢是在T91、T92基础上，将铬含量由8.6% ～9.5%提高到11% ～12%。这就进一步提高了材料的抗蒸汽氧化性能。由于铬含量的增加，确保了VM12钢具有马氏体组织，可避免过量的铁素体出现。添加奥氏体化学元素钴，可提高蠕变强度。钴除了能抑制d铁素体的形成外，还可延缓马氏体钢的回火恢复。在回火时，促进细小二次碳化物的形核，并延缓碳化物的长大。保留T91、T92中的钒、N6、氮等元素，以获得碳化物（M23C6）和氮化物（MVN）沉淀强化。与T92、HCM12A一样，添加钨减少钼，并添加硼、铜以进一步提高VM12钢的蠕变强度。少量的铜可以稳定蠕变强度，抑制d铁素体的形成。钴的熔点比铜要高400℃以上，其扩散速率更低，能降低VM12钢组织的马氏体转变开始温度Ms，还能减小热膨胀率，因而能更稳定和强化马氏体组织。和T92比较，VM12钢的合金化元素含量更高，因而具有较高的抗拉强度和屈服强度。VM12钢中的硼元素可偏聚于M23C6和基体间界面，从而阻止M23C6的长大，并促进NV化合物的形成。
4．研发新型高性能钢材的其他成果
（1）研制强度是传统钢三倍的无磁新型钢。
2004年8月，美国弗吉尼亚大学物理学教授普恩，与材料科学教授施弗里特共同负责的一个研究小组，在《材料研究》期刊上发表研究成果称，他们已发现制造无磁性、非定型钢的方法，这种新型钢的强度是传统钢的3倍，并有可能用于制造船的船体和汽车。
研究人员把钇原子或其他稀有元素，掺进融化的钢中。它们产生的干扰效应，导致铁不能聚集在一起形成正常的结晶结构，如同非定型玻璃。这种钢的强度高，可为汽车制造商节约所用的钢材，使他们可以用较少的钢，而达到像结晶钢同样的强度。研究小组制造出的非定型钢，差不多有1.27厘米厚。
通常，普通钢材的舰船，能够在磁场的环境中被探测到。但是非定型钢由于无磁性，因此，它有可能用于制造隐形舰船，提高舰船防磁引爆水雷的能力。这项研究，受到美国国防部高级研究计划局的资助。
施弗里特说：“目前面临的问题是，该新型钢易碎，有破碎的倾向。我们想让它在室温下有弯曲的能力。”他说：“一种方法是增加其他元素，以减弱结合力与获得更多的弹性。你牺牲了某些强度，而获得韧性。”施弗里特和普恩也在重新加热这种钢，直到它开始重新结晶。施弗里特说：“我们试图控制这一过程，这样，我们仍然可获得嵌入晶体的非定型基体。”
（2）开发出流延机用的超镜面抛光钢带材料。
2005年7月，在“第十九届国际塑料橡胶工业展览会”中，瑞典山特维克（Sandvik）公司，展示了其高技术含量的抛光钢带材料的最新成果。
抛光钢带材料很早就在薄膜领域得到广泛应用，其应用被人们熟知的有薄膜流延机等。随着液晶显示器、数码相机，以及手机市场的急速发展，使得对高技术含量的薄膜的需求量激增。如应用于电子产品领域的薄膜主要由聚酰亚胺（PI）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯（PP）或其他高科技塑料材料制成。
流延机用于薄膜的生产时，通常的工艺是使原料在钢带材料表面上固化成薄膜。这种工艺的优点，是有利于获得厚度和平整度均匀，光学性能好的薄膜。由于上述这些优点，所以在投产的生产设备中通常都会采用这种工艺。
基于对薄膜表面性能的要求日益提高，应用于薄膜流延机中的抛光钢带材料，也需要具有高质量表面。瑞典山特维克公司，正是针对客户的不同要求，不断研制出各种技术类型和相应级别的抛光钢带材料。
山特维克公司总部位于瑞典的山特维肯市，是瑞典最大的公司之一，也是一家高科技的跨国集团，主要从事矿山和工程机械、机床用刀具和特种材料的生产和经营。这家公司提供传输钢带材料，已有近百年历史，在材料的研发、生产及表面处理（例如，镜面抛光）领域领先世界水平。
抛光钢带材料的生产经验表明，即使最高标准的原材料也不能保证抛光处理后的表面质量。为此，山特维克公司除了对原材料严格把关外，对整个制造工艺过程的每道环节，都进行精心设计，特别是采用电渣重熔法严格控制杂质含量，用以生产极高质量要求的抛光钢带材料。这样，冷轧钢带经整平和裁边后，可达到最高的平整度和直线度要求。全面的横向连续抛光，使产品达到最终的超镜面抛光质量。同时，为满足客户的特殊要求，山特维克公司的单条钢带（无焊缝）宽度最宽可达2000毫米，最厚不超过2毫米。经纵向焊接的钢带可宽达3000毫米。钢带材料可以以焊接成环状或两端预留焊接位成开放式交货。并拥有特殊的工具和经验来保证高质量可靠的现场安装。
（3）生产高扩孔性高碳素热轧高碳素钢板。
2005年12月，有关媒体报道，日本钢铁工程控股公司（JFE），将为韩国汽车厂商，生产高碳素钢板——“高扩孔性高碳素热轧钢板”。此前，日本汽车厂商一直在齿轮和垫圈上使用该钢板，而韩国厂商则将其用于自动变速箱部件。
研究人员表示，高扩孔性是指，在保持成形难度较大的部件，比如坐席调节器等，使用的高扩孔性高碳素热轧钢板强度的同时，进一步提高其延展性及扩孔性。与普通钢板产品相比，它的扩孔性为2倍、延展性提高了2成。通过采用汽车厂商的冲压及热处理技术，无须材料焊接工序，通过冲压即可使部件一体成形。
高扩孔性的特性是通过在热轧设备上，使用基于极限冷却速度的线上加速冷却技术来实现的，它可快速全面均衡地冷却热轧钢板，能够均匀而精细地分布退火后的微细组织。通过利用上述方法对组织进行控制，在用于冲孔和淬火时，也能发挥其特性。这主要面向带有轴承部件的成形，以及圆盘状部件的凸缘加工。
（4）开发出超细奥氏体结构的超高强度棒钢。
2006年2月，日本钢铁工程控股公司（JFE），现已开发出钢结晶结构的粒径为2～3微米的高强度棒钢。与粒径约为20微米的棒钢相比，抗疲劳强度提高15%～30%。通过进行新的成分设计以及工艺开发，该公司确立了能够稳定生成微小奥氏体晶粒的技术。现已将此技术应用于这种新棒钢。
钢材的抗疲劳强度，通常与硬度成正比，但钢材的晶粒界面一旦开始出现损伤，晶粒的生长就会停止。为了防止这种晶间断裂，一个行之有效的方法就是，通过奥氏体晶粒的微细化，提高晶粒界面的强度。因为界面强度的提高，能够阻止应力向晶粒界面集中，提高晶粒间断裂应力。但现有的方法，却很难稳定地缩小粒径。过去，一直通过推进铁素体结构的微细化，来提高钢材的强度。利用此方法，可得到的钢板强度约为800兆帕。而新棒钢在进行淬火时，则可缩小奥氏体晶粒度。尽管常温条件下会变成马氏体结构，但假如是在高温条件下形成晶粒的话，奥氏体晶粒就能维持微细状态，强度可提高至2500兆帕。采用这种新棒钢，能够减小汽车曲柄轴、万向节、传动轴等传动配件的尺寸。据该公司推算，可为每辆汽车减轻约45公斤的重量，而且还可减少二氧化碳的排放量。
（5）开发出可有效防止室内病的涂装钢板。
2006年8月，有关媒体报道，日本神户制钢公司，开发出一种新型涂装钢板，它能吸附并分解室内甲醛，而甲醛已被公认为是导致室内病的原因之一。在涂装钢板中增加可减轻室内病的功能，这在全球尚属首例。该产品主要使用于以隔断为代表的房门、推拉门及顶棚等室内装饰建材，计划在实施用户评测后上市。新涂装钢板在钢板上形成化学合成皮膜后，进行底漆和面漆涂装处理。具有甲醛吸附分解功能的，自然是最表面的面漆。研究人员说，面漆使用的涂料，混入了可发挥甲醛吸附及分解功能的添加剂。另外，为了长期保持分解效果，利用了催化剂反应。
三、开发其他黑色金属合金的新进展
1．开发铁基及含铁合金材料的新成果
（1）开发出耐高温超强超硬纳米晶体铁合金。
2008年6月，美国北卡罗来纳州立大学博士生克拉斯·达林负责，该校材料科学工程博士卡尔·科赫等人参与的研究小组对外宣布，他们研制出一种纳米晶体铁锆合金，其强度和硬度远远高于普通铁。值得注意的是，在极高的温度环境中，它仍能保持纳米晶体结构，以及超高的强度和硬度。研究人员认为，新开发的具有特殊性能的纳米晶体铁合金，有着广泛的应用前景，其中包括承受高压和高温的发动机部件。
通常，由纳米级晶体构成的铁材料，无论强度还是和硬度均要远胜过普通铁。然而，在一定的温度条件下，纳米晶体铁的结构会发生断裂，从而丧失了其强度和硬度上的优势。研究人员开发的纳米晶体铁锆合金，即使是在接近铁熔点的1300℃的高温环境下，仍能保持纳米晶体结构，以及超强的强度和硬度。
达林表示，由于常规的材料生产方法依赖于加温和加压，因此新材料在高温下仍然保持其纳米晶体结构的能力将允许人们大批量生产新材料。此外，达林还认为，新材料纳米晶体铁锆合金的高温工作能力使得人们能够更容易将其制造成所需的工具或应用部件的形状。
（2）开发弹性铁合金。
2010年3月18日，日本东北大学工学研究科大森宰等人组成的一个研究小组，在《科学》杂志发表文章称，他们设计出一种弹性很好的铁合金，该合金较高的应力，即单位面积上所承受附加内力的水平，能使它在复杂的心脏和脑部手术中充当特殊材料；其独具的弹性，也可在地震高发区的建筑中大展拳脚。
大森宰表示，新铁合金的应力水平约为镍钛合金的两倍，因此，它能被制成非常细小的金属丝，以便于在大脑、血管等身体组织内运送支架。在支架手术中，医生会将金属或塑料制成的支架，置入病人病变的冠状动脉内，支撑其管壁，以使管腔内血流畅通。
研究人员认为，这种金属具备良好的弹性，可使它能够回归到最原始的状态，因此，它也可以广泛应用于地震高发地区的建筑中。
（3）借助传统冶炼技术制造磁敏感的钴铁合金。
2011年12月，美国物理学家组织网报道，美国马里兰大学，材料专家竹内一郎领导的一个研究小组，把现代材料科学和古老的冶炼技术结合起来，研制出一种新的钴铁合金。它具有很好的磁致伸缩性，不需要使用稀土元素且容易生产，有望用来制造由磁场控制的传感器和微机械设备。
新钴铁合金，具有巨大的磁致伸缩性。铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸会伸长或缩短，去掉外磁场后，又恢复原来的长度，这种现象被称为磁致伸缩效应。具有强磁致伸缩性的铁磁体，用途非常广泛。比如，可用来制造灵敏的磁场探测器，以及微机械设备中纤巧的传动器，这些微机械设备，主要用于制造硅片上的微米传感器和微米电机。同时，磁致伸缩性设备，不需要电线，且能由外部磁场进行控制。
为了发现最好的金属混合比例，以及处理工序，该研究小组制造出数百个细小的测试悬臂梁，它们是10毫米长且看起来像跳水板的硅束。研究人员用一薄层合金将其包裹起来，并在整个悬臂梁阵列中慢慢改变钴和铁的比率。整个过程用到了两种不同的热处理方法：先把合金加热到最高温度，然后突然在水中淬火。淬火是一种传统的冶金技术，能将材料的微结构凝固于特定的状态。
美国国家标准与技术研究院，以及斯坦福同步辐射光源的测量表明，新钴铁合金能在0.01特斯拉的磁场中，展示出巨大的磁致伸缩效应。新合金拥有精巧的异质纳米尺度结构，在这种结构内，富含钴的晶体，内嵌贯穿于不同的富含铁的晶体结构内。竹内一郎表示，新合金的磁致伸缩效应，比现有最好的磁致伸缩材料铽镝铁合金差一点。但铽镝铁合金是由稀土元素组成的，新材料钴铁合金的优势，在于不使用稀土元素。
美国国家标准与技术研究院的材料专家威尔·奥斯本表示，与普通压电微设备相比，磁致伸缩设备，因便于在更微小的层面上进行操作，吸引着越来越多科学家的注意。他说，压电晶体通常是氧化物，它们易碎、常由铅制成且很难制造，而最新的磁致伸缩合金由金属制成，且更容易与目前的设备制造方法兼容，它们是制造下一代微机械设备的理想材料。
（4）研制成用于振动发电的铁钴合金。
2012年4月25日，日本弘前大学研究生院理工学研究科，教授古屋泰文领导的一个研究小组对外宣布，他们开发出一种新型铁钴合金，在微小的晃动下就能产生电力，其振动发电的效率，高于铁镓合金，更是大幅度地高于陶瓷材料。
振动发电，指把振动机械能转换成电能，其作为一种新能源，吸引着各国科学家从事研究。日本研究小组发现，利用磁应变金属材料进行振动发电时，根据合金组成的不同，发电效率也不同。他们经3年反复研究，最终成功制造出上述新型铁钴合金。在数十赫兹的较低振动频率下，长2厘米、宽2毫米、厚1毫米的新合金材料，输出功率可达0.17瓦特，相当于此前被认为最适宜用于振动发电的铁镓合金的2.5倍左右，是陶瓷材料的10倍。现在，一般的陶瓷材料，用于振动发电时发电量很少，且容易毁坏。新开发的铁钴合金，除了发电量大外，强度也是陶瓷材料的10倍以上。此外，在振动发电领域，稀土超磁致伸缩材料目前也得到广泛应用，但是由于含有资源面临枯竭的稀土，造价比较高，而且同样非常脆弱。铁钴合金廉价且强度高，又很容易加工成各种形状，从毫米以下到数米的发电装置都可以使用。如果这种铁钴合金实现实际应用，就可以制作通过按压按钮发电而无须电池的遥控器、利用路面振动提供电力的路灯等，使至今一直被忽视的振动能有望成为新能源。
2．研制锰基合金材料的新成果
开发出遇热收缩的锰锗合金材料。2005年12月13日，日本《每日新闻》报道，日本理化学研究所和科学技术振兴机构等单位组成，竹中康司等研究人员参与的一个研究小组，对外宣布，他们成功开发出，一种在温度上升时会收缩的新型合金材料。如果把它和热胀物质混合，可以生产出不论温度如何变化其形状仍保持不变的材料，这在精密仪器加工等方面，应用前景广阔。
据报道，一般金属等物体遇热后会发生膨胀，但这种新型合金材料，反而具有遇热收缩的特性。虽然此前也有其他国家研制出遇热收缩的材料，但由于强度低、收缩率难以控制、原料价格昂贵等原因，都难以走向实用化。该研究小组开发的新型材料，采用锰、锗等常见原料，收缩率易于控制而且加工方便，最重要的是它的高强度适用于各种仪器。竹中康司说，这一新材料的发明，使制造不受温度影响的纳米级的加工工具成为可能，而且这一专利将给日本带来可观的经济效益。
研究人员表示，过去，人们已经发现在含有锌、镓和铜的锰氮化物，在升温之后，体积会迅速减小。其原因在于，达到磁性转变温度的条件后，其物相将由铁磁性向常磁性转变。这种现象，称为“磁电容积效应”。但是，由于这种变化不连续，因此无法作为负热膨胀材料来使用。现在，日本研究小组利用锗取代锰氮化物中含有的锌、镓和铜部分，发现其体积变化不仅平缓，而且连续，表明可当做负热膨胀材料来使用。为何利用锗取代锌、镓和铜部分，就能使它的体积变化产生连续性呢？对此，日本研究小组今后将继续进行研究。目前提出了两种假说。一种假说，是指锗有可能起到了“膨松剂”的作用，这种现象已经用于对铁磁体介电常数的变化控制。也就是说，锗所起的作用不是猛地收缩体积，而是使体积慢慢地收缩。另一种假说，是指相变机制有可能因为锗而产生变化。从其制作方法上来讲，就是把含有锌、镓和铜的锰氮化物，与含有锗的锰氮化物两种物质混合起来，在800℃的温度条件下进行烧结，就能得到锗取代锌、镓和铜的锰氮化物材料。
从这种新材料的特点来看，由于负热膨胀均匀（各向同性），因此即使反复升降温，也不易生产缺陷和变形，新材料的运动很稳定。因此，既可烧结成各种形状来使用，也可当做粉末混入其他材料中。不过，在空气环境中约在300℃、在不接触空气的环境中在800℃ ～900℃条件下会发生分解，因此要注意烧结温度。另外，过去的负热膨胀材料全部为绝缘体，而本次新材料，则表现出高导电性和导热性等金属特性，因此也准备作为散热片来使用。它的另一个特点，是具有与铁和铝等金属材料匹敌的机械强度，主要原料不仅价格便宜，而且具有良好环保性。
四、研制有色金属合金的新成果
1．开发轻有色金属合金材料的新进展
（1）开发出两种新型镁合金。
2005年8月，有关媒体报道，澳大利亚先进镁技术公司，是澳大利亚镁公司的全资子公司，最近注册了两种新型镁合金专利。
一是AM-Lite镁合金。它具有高表面质量压铸镁合金，可以在非常有竞争力成本下电镀，这种新型镁合金适用于装饰、日用消费品和汽车部件。
二是AM-SCI镁合金。它是一种耐高温，抗蠕变砂型铸造镁合金，专门开发用于发动机主体。该合金，已经在大众汽车公司三缸滑轮柴油发动机的样机上，试验成功，两年时间行驶6.5万千米。
（2）用喷射成型法制成高强度铝合金。
2007年4月，日本媒体报道，日本神户制钢所开发出拉伸强度达780兆帕的全球最高强度的铝合金。实现高强度的关键是：在制造过程中使用了急冷凝固工艺之一的“喷射成型法”。目前还处于直径10毫米×长度100毫米的试制品阶段，不过该公司的目标是今后确定量产技术，将于一年后，作为赛车等特殊车辆及宇航设备等使用的高附加值材料，投入使用。
喷射成型工艺的具体步骤如下：首先把熔融铝合金的容器底部开一个小孔，把氮气喷射到从小孔里流出的熔液上，形成细小的雾状液滴。然后让液滴在变冷凝固之前，落到下面准备好的工具板上，积聚凝固。由于金属溶液一旦变成雾状液滴便会迅速冷却，因此可抑制偏析，实现材料组织的细微化和均一性。通过运用喷射成型工艺，此次在铝中以高浓度添加了有助于提高强度的锌、镁及铜等合金元素，并实现了均一微细的材料组织。而原来的熔化铸造法，则存在凝固时的偏析和材料组织的粗糙问题，因此这些合金元素的添加量自然会有限界。
此前已投入使用的铝合金的最高强度方面，航天飞机外油箱使用的铝合金材料为710兆帕。因此，新开发的铝合金强度，超过该铝合金材料9.86%。另外，与其他合金的强度比较来看，它与高强度钛合金及马氏体时效钢相当，在金属材料中属最高等级。而且在加工性（延展性）方面，比如断裂延伸率为14%，这一数值约是飞机外油箱铝合金的3倍，是高强度钛合金及马氏体时效钢的1.4倍，非常出色。
据悉，日本神户制钢所，从英国奥斯普里公司引进喷射成型的基础技术后，自主开发出这项铝合金制造技术。目前，研究人员正在利用该技术，生产面向液晶面板布线膜的铝合金靶材。
（3）研制成机床等用的高刚性铸铝合金。
2008年5月，有关媒体报道，日本轻金属公司，与东京的日轻金公司，联手静冈县沼津市的日本东金属产业，组成一个专门研究小组，近日开发出纵弹性系数更高的高刚性铸铝合金，由日轻金公司供货。新产品设想用于机床的机身、半导体，以及液晶制造设备等需要轻量化的领域。
新产品的纵弹性系数，比此前的铸铝合金高约30%，热膨胀系数则低于10%左右。提高纵弹性系数，可使一直以来铝合金的弱点挠曲得以减小。另外，通过抑制热膨胀，可减少工件的热位移。由于在保持较高的纵弹性系数的同时，实现比以前铸铝合金更高的切削性，因此，有望延长刀具的寿命并缩短加工时间。
此次，日本轻金属公司下工夫调整合金的组成，从而实现纵弹性系数的提高，以及热膨胀系数的降低。通过与东金属产业联手开发，确立了最佳的铸造工艺。另外，铸造时还可重复利用直浇口、冒口，以及内浇口等。
2．研制重有色金属合金材料的新成果
（1）开发出成本低、易加工的散热铜铬合金板材。
2006年9月，日本钢铁工程控股集团（JFE）所属的钢铁公司和精密制造公司，宣布开发出结合两公司基础技术的散热板用新型铜铬合金材料。目前铜铬合金的价格正在上涨，新产品不仅实现了低成本，而且可加工性优良。精密制造公司计划2006年年底前，作为散热部件投产。
两公司共同开发的铜铬合金材料，应用了精密制造公司的粉末冶金技术，与钢铁公司的材料技术。通过利用自主研究的方法，混合热传导性强的铜和热膨胀率低的铬，使材料具备了高热传导性和低热膨胀率。
以适当的比例混合两种成分，同时采用自主开发的热处理及包括延压在内的铸造工艺，使热传导率低于根据成分比例预测的理论值。与现有的铜合金材料相比，可加工性更加优异，可在冷库通过延压、挤压成型、冲孔等工序加工成各种形状。发挥了高热传导性和低热膨胀率的优势，可应用于各种散热器等功能性电子部件。
（2）开发可使汽车减震扭杆“自动疗伤”的镍钛形状记忆合金。
2007年5月，有关媒体报道，汽车减震系统中，设有同车身焊接在一起的扭杆。当发生碰撞或震动时，这个扭杆会通过扭转转移、分散汽车受到的冲击力。但如果冲击力过大，扭杆就可能弯曲，要想修好它往往只能把车送到修理厂。
为了方便快速地就地解决这个问题，俄罗斯罗斯托夫导弹兵研究所杰尼索夫等人组成的一个研究小组，采用镍钛形状记忆合金材料，研制出能“自动疗伤”的汽车减震扭杆。该合金材料通过热加工制成所需零件后，其晶体结构处于稳定状态，当巨大的冲击力使记忆合金材料零件弯曲变形后，其晶体结构便处于不稳定状态，这时只要把这些零件加热到100℃以内的某个“变态温度”，它们就能恢复到原先晶体结构处于稳定状态时的形状。
这种用记忆合金材料制成的减震扭杆，内部是中空的。需要加热复原时，可启动汽车发动机使冷却液升温，受热的冷却液会通过热传导使汽车悬架内预留的一些水升温，在水温略微超过记忆合金的“变态温度”后，将热水导入减震扭杆的中空管，便可使弯曲变形的扭杆逐渐恢复原状。
杰尼索夫说，经过测试表明，这项技术能使一根扭杆在多次弯曲变形后，都能恢复原来的形状。此外，中空的结构设计还能提高扭杆的抗冲击性能，改善减震效果。
3．开发稀有金属合金材料的新进展
（1）开发出用于汽车排气消声器的钛合金。
2006年10月，《日本经济新闻》报道，新日本钢铁公司和神户制钢所，分别开发出汽车用钛合金，并已开始着手开展相关业务。
新日本钢铁公司的目标，是在排气消声器和发动机阀门等配件上使用钛合金。神户制钢所在钛合金线材的量产化方面取得了成功，将于近期开始向汽车厂商提供样品。此外，两家企业还在联合开发钛合金低成本制造技术。如果该技术能在汽车这一材料需求较大的领域得到应用，量产效应将促使钛合金价格不断下降，从而加快钛合金的普及。钛的特点是重量轻，强度大，但配件加工难度较大，目前仅应用于飞机发动机等领域。
（2）研发比钻石更硬的含钛新合金。
2007年2月，美国华盛顿州立大学和麦迪逊威斯康星大学，以及德国波鸿鲁尔大学联合组成的一个研究小组，在《科学》杂志上发表研究成果称，他们用两种质地较软的材料，合成为一种比钻石更硬的新型合金。
研究人员说，很多人不相信两种质地较软的物质，能够合成为硬度高于钻石的产品。然而，我们却正在把它变成现实。我们已经研发出一种比钻石更硬的新型合成物质，这一成果有助于人们认识和理解地球内部地质构造的形成和演变。波鸿鲁尔大学的丹尼斯·科赫曼指出：“这些合成材料，包括业已经过相位转化阶段的钛酸钡。”
研究小组表示，他们使用的两种原材料：钛酸钡和锡，比任何一种钻石都软，但经过研究人员的巧妙组合，形成了一种质地坚硬得多的新材料。研究人员猜测，地球内部相对坚硬的物质，很可能也是这样由质地较软的材料结合而成。
（3）开发出可吹塑成型的锆镍钛铜合金材料。
2011年3月，美国耶鲁大学材料学家简·施洛尔斯领导的一个研究小组，在《今日材料》杂志网络版上发表论文称，他们制成一种“块体非晶合金材料”，能够像制作玻璃或塑料制品一样吹膜成型，且不会牺牲其原有的强度和耐久性。
几十年来，科学家们一直试图找到或制造出这样一种材料，既能像塑料一样具有良好的可塑性和较低的加工成本，又能像钢一样具有很好的强度和耐久性，但多年来，一直没有取得实质性的进展。现在，耶鲁大学的研究人员终于实现了这一目标。据介绍，这种材料由包括锆、镍、钛和铜在内的多种金属构成。其材料成本与高端钢材大致相同，但加工成本却和塑料一样便宜。吹塑过程在低温低压下进行，此时这种非晶合金会逐渐软化，并能像融化的塑料一样流动，但又不会像普通的金属一样出现结晶现象，由此为后续的吹塑工作带来了前所未有的便捷。为了达到并保持理想的精度和温度，吹塑过程能在真空或液体中进行。
施洛尔斯说，目前金属材料加工中面临的关键问题，就是如何避免不必要的摩擦，而对于这种合金材料来说，则完全不存在这个问题，借助吹塑工艺就可以制造出任意复杂形状的物体，最小可到纳米级。到目前为止，该研究小组已经用这种材料制造出无缝金属瓶、表壳等外形较为简单的物品和用于微机电系统的微型谐振器，以及生物医学植入物等结构较为复杂的设备。这些材料的加工过程不到一分钟，但强度可以达到普通钢材的两倍。
此外，通过吹塑法来加工块体非晶合金，该研究小组还把传统金属加工的三大步骤（成型、接缝、精加工）合为一步，从而免去此前烦琐、费时、耗能的加工程序，在时间上新工艺最短只需一分钟。
施洛尔斯说：“这可能成为金属加工的一种全新模式。凭借其独特的性能，它将有望成为一种极具潜力的新型材料，就如同当年的合成塑料一样，在相关工业领域引发一场革命。”
据了解，不久前苹果公司与拥有该项专利的液体金属科技公司签署协议，获准在消费电子领域使用这项技术。或许在未来的几年内，我们就能用上由该材料制成的笔记本电脑和手机。
（4）研制出能变形的镓铟液体合金。
2014年9月，英国《每日邮报》网站报道，美国北卡罗来纳州立大学，助理教授迈克尔·狄克尼等人组成的一个研究小组，使用镓和铟合金，研制出能改变形状且能自我修复的液态金属。
镓的熔点为29℃；铟的熔点则高达156℃。然而，当这两者“联姻”，得到的合金在室温下为液态，而且拥有很高的表面张力。这就意味着，当将合金置于平滑的桌面上时，它将形成一个几乎完美的圆球，而且，保持其形状不变。施加不足1伏特的电压就可以减少表面张力，导致这种液态金属在表面上伸展平整。而且，这种效应是可逆的，如果电压从负切换为正，液态金属会恢复到球形。另外，改变电压也能改变表面张力的大小，以及金属团的黏性，使其能够变形成不同的结构。
狄克尼表示，使用不足1伏特的电压，就可以让表面张力发生如此巨大的变化，真是令人惊叹。这一突破，可能有助于人们研制出更好的电路、能自我修复的结构。他说：“我们能利用这一技术，控制液体金属的运动，从而，使我们能改变天线的形状，并让电路接上或者断开。”
研究人员还表示，这一研究，或许能用来修复人体受损的神经，从而预防长期的行动不便。当神经受损时，神经一端的肌肉与大脑发出的信号之间就被切断了，因此肌肉会固化，可能导致肌肉萎缩。而为了预防肌肉萎缩中神经功能的弱化，在神经修复期间，神经信号仍然需要从大脑发送出来，并通过受损神经之间的缝隙传递给肌肉。最常见的方式，是使用能复制体液功能的复方氯化钠溶液，但科学家们表示，液态金属或许能够更好地传导信号。