面對經(jīng)濟和國防建設(shè)對既具有更高強度級別又具有良好韌性與焊接性能鋼材的日益增長的需求，必須突破傳統(tǒng)的高碳、高合金超高強度鋼的思維，開發(fā)新型超高強度鋼。
傳統(tǒng)超高強度合金鋼主要包括：低溫回火馬氏體組織或下貝氏體組織強化的低合金鋼；高溫回火析出合金碳化物、二次硬化組織的超高強度鋼；析出金屬間化合物進行強化的馬氏體時效鋼等。這些傳統(tǒng)超高強度鋼在一定程度上達到了超高強度的要求，但是綜合性能上仍然存在著不可忽視的問題。例如，低合金超高強度鋼和二次硬化超高強度鋼中較高的碳含量造成了焊接性能差、斷裂韌性不高等問題；馬氏體時效鋼需要添加大量的合金化元素，特別是價格昂貴的co，ni等元素，大大增加了生產(chǎn)成本，制約了馬氏體時效鋼的大規(guī)模應用；另外，馬氏體或貝氏體的熱處理轉(zhuǎn)變需要較高的淬火冷卻速度，也限制了大尺寸馬氏體和貝氏體鋼的生產(chǎn)。
將納米材料和納米技術(shù)應用到鋼鐵材料設(shè)計中，利用納米級析出相的沉淀強化和阻止晶粒長大的機理，是開發(fā)新型超高強度鋼的重要途徑；特別是在鐵素體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上利用納米析出的強韌化機制開發(fā)新型超高強度鋼，與超高強度鋼常用的馬氏體組織相比，有著*的工藝和成本優(yōu)勢。
鐵素體是bcc晶格結(jié)構(gòu)，fcc元素和c元素在鐵素體中的固溶度非常低，因此，在合理的熱處理條件下，fcc元素和c元素能夠在過飽和的鐵素體基體上，以納米析出相的形式均勻析出，這些納米析出相包括納米團簇、納米金屬間化合物和納米碳化物。
一．納米團簇。在鐵素體鋼中優(yōu)化添加不同含量的fcc元素，通過固溶、淬火得到鐵素體過飽和固溶體。通過合理控制時效溫度和時效時間，可以有效控制fcc元素納米團簇的析出與長大，得到納米團簇增強的鐵素體鋼。鐵素體鋼基體上析出的大量細小的納米團簇有效地提高了鐵素體鋼的強度，抗拉強度由固溶態(tài)的600mpa提高到時效后的1200mpa。高分辨透射電鏡分析表明，這些fcc元素納米團簇直徑約2～3nm，與鐵素體基體共格存在。這些納米團簇主要由fcc元素cu，ni，mn和al組成。
二．納米金屬間化合物。納米級金屬間化合物具有較高的強度和硬度，是提高鋼材強度的zui有效方法之一。據(jù)報道，添加適量的金屬間化合物形成元素，在適當?shù)臒崽幚砉に囍贫认?，鐵素體基體上析出大量納米級尺寸金屬間化合物，再添加適量的fcc元素，研制出了納米金屬間化合物和納米團簇復合強化的超高強度鋼。
三．納米碳化物。納米碳化物均勻析出是另一種顯著提高鋼材強度的有效方式。目前正在探索納米mc（m=ti，v，nb，mo）強化低碳鐵素體鋼的開發(fā)。多元素復合的碳化物有更好的熱穩(wěn)定性，比單一的碳化物有更慢的粗化行為。