超級鋼破傳統既強且韌兼可塑
研簡化生產工序降成本 成汽車「脊樑」加強安全保障
強度、韌性，以及延展性（或稱塑性），是衡量金屬以及其他工業用材料的三個重要指標，但根據傳統材料科學觀點，三者往往是此消彼長的關係；針對最常用的鋼材而言，若提升強度會導致其韌性降低，導致材料脆性增加，變得「很硬但很脆」。香港大學機械工程系副主任黃明欣帶領團隊近年突破框架，成功研發出三個指標同時達到史無前例高水平的「超級鋼」，一次過滿足既強且韌兼可塑的三個願望！
團隊並正研究將生產工序大幅簡化的第二代「超級鋼」，讓成本進一步更低，於汽車、航空、國防、建築等領域開拓更廣闊的應用前景。其中在汽車製造上，「超級鋼」特性既可成為車的「脊樑」，更能像海綿吸水般將撞擊的動能吸收，加強安全保障。
●香港文匯報記者 郭虹宇
專注鋼材研究十多年的黃明欣早前接受香港文匯報專訪時指，高端鋼材要求的三種屬性，包括強度（屈服強度）、韌性（不容易折斷碎裂）和延展性（能伸延扭曲）有着此消彼長的關係，即提升其中一種屬性的功能時，其餘的一或兩種會相應降低，三者無法俱得。為找到能突破此僵局的方法，團隊「在探索製造鋼的過程中，先定了一個優化鋼材的大方向，並持續不斷修正，逐漸研發出了『超級鋼』。」
「超級鋼」，又稱D&P鋼，該名字是源於該材料是通過嶄新的「變形及配分（Deformed & Partitioned）」方法而製成，令其擁有高屈服強度（~2GPa）、極佳韌性（102MPa.m½）、良好延展性（19%的均勻延伸率）並兼具低成本的特性，突破傳統瓶頸。
取代傳統鋼 亦更環保
經過技術不斷提升，團隊正投入第二代「超級鋼」的研究。黃明欣指，第二代「超級鋼」具備第一代優點，包括位錯、分層開裂等特性（見另稿）。而相較於第一代，第二代「超級鋼」的碳含量由第一代的0.5%減少至0.2%，金屬釩的含量由第一代0.7%降低至0.1%。而雖然強度略有下降，但在製造工業上，不同於第一代「超級鋼」需要經過熱軋、溫軋、回火、冷軋、回火等工序，第二代「超級鋼」只需要熱軋即可，大幅度地簡化了生產工序，令製作更簡單成本更低。
應用方面，黃明欣表示，以「超級鋼」製作的高強鋼筋，可以直接利用於建造業，取代傳統鋼材應對需求；如需要達到同等強度，若選用「超級鋼」，鋼材用量相對減少，亦降低生產鋼材所產生的二氧化碳，有望為達到「碳中和」的目標作出貢獻。
於航空國防等領域具前景
另外，「進一步開發『超級鋼』達至極高的韌性，而高韌性是工業化應用的先決條件，研究成果為實現『超級鋼』的工業化應用往前邁進了一大步。這新超級鋼材具備潛力，應用於製造高級防彈衣、高強橋樑纜索、汽車及裝甲運兵車的輕量化、航空航天領域、建築領域的高強螺栓和螺母等多方面。」黃明欣欣喜道。
而其中在汽車應用上，他指，「超級鋼」不僅能使汽車輕量化，還能在劇烈的撞擊中加強對乘客的保護。由於「超級鋼」分層開裂特性，使其在受到撞擊時內部的組織結構會進行分層開裂，沿着主裂紋的正上方、正下方分層裂開，而裂開的縫隙會吸收撞車時的動能，再透過變形，將動能轉為熱能，「像海綿吸水一樣，將動能大部分吸收，保護乘客安全。」
在汽車內部部件的應用上，黃明欣說，B柱（B pillar）是汽車的「脊樑」之一，位於前後車門之間汽車的側面，在汽車發生側面撞擊時，B柱需要抵抗側面撞來的壓力，變形程度不可很嚴重，嚴重變形會壓到人體，更不能斷裂。他表示，「超級鋼」的強度高抗壓，韌性高不易變形，加上可塑性強不易斷，認為「B柱最好的材料非『超級鋼』莫屬」，而「本領」如此高強的「超級鋼」 的鋼板僅1.1mm至1.2mm厚，與一把尺子厚度差不多，又輕又好，期望未來能在汽車製造上有進一步的發展。
