珠光体钢丝是一类独特的柔性结构材料，作为钢索的基本组成单元，其性能优劣直接决定着钢索服役性能，在能源和海洋等关键领域发挥着不可替代的作用。随着服役环境的日益极端化，对钢索低温服役性能要求愈发凸显。然而，对于大多数具有体心立方晶体结构的金属合金而言，低温脆性始终是一项严峻挑战。珠光体钢丝由纳米级铁素体（体心立方晶体结构）与渗碳体片层交替排列构成，该材料是否面临同样低温脆性困境，是关乎高性能钢索低温安全应用的关键，亟待系统深入的探索。

近日，中国科学院力学研究所超常环境非线性力学全国重点实验室研究团队揭示出片层扭折作为一种关键介导机制，有效调控珠光体钢丝变形实现优异低温强塑性匹配。该研究成果以“Lamellar kinking mediates exceptional cryogenic strength-ductility synergy in pearlitic steel wires”为题发表在Acta Materialia上。

研究团队通过对拉拔态和退火态珠光体钢丝不同温度下拉伸性能开展系统研究，发现即使在液氮温度（77 K）下，该材料依然展现出优异的力学性能，成功克服了低温脆性甚至强度与延性难以兼得的矛盾。结合透射电子显微镜（TEM）及同步辐射大科学装置，研究人员观察到，在钢丝低温变形过程中，原本平行于轴向的纳米片层结构会在局部发生方向偏离，即片层扭折，且不同的初始微观结构特征会显著影响片层扭折的形态（见图1）。分子动力学模拟揭示，随着温度下降，铁素体片层中的主导滑移系从{112}<111>逐渐转变为{110}<111>（见图2）。然而，钢丝中强烈的初始<110>丝织构严重限制了液氮温度下可开启的{110}<111>滑移系种类，导致原子运动高度定向，并引发严重剪切应力集中。此时，片层扭折成为介导珠光体钢丝低温强塑性协同的关键机制。首先，片层扭折有助于协调高应力集中，维持滑移持续进行；其次，扭折诱发局部不均匀塑性变形，在相界处快速塞积几何必需位错，产生显著应变梯度强化，大幅提升钢丝的加工硬化能力；且其可强化<110>丝织构，进一步提高流变应力。与此同时，扭折促进了沿片层方向频繁而弥散的分层开裂，降低了横向灾难性裂纹扩展连接的驱动力，从而确保了钢丝在低温下的优异延展性。研究人员还首次实验证实，纳米渗碳体片层具备足够的低温塑性变形能力，这是片层扭折可以顺利进行的重要前提。本研究不仅为理解珠光体钢丝的低温力学行为提供了全新视角，也为先进金属丝材在低温环境下的设计与研发指明了方向。该成果有望推动珠光体钢丝在极端条件下关键结构部件中的应用。

力学所特别研究助理陈金玺为论文第一作者，力学所陈艳研究员为通讯作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金青年科学基金项目（B类）、国家自然科学基金青年科学基金项目（C类）、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的联合资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122436

图1 珠光体钢丝的准静态拉伸性能与低温片层扭折TEM表征及机理示意图

图2 铁素体片层中{112}<111>与{110}<111>滑移系在不同温度下随应变的演化