含鈮合(he)金鋼的設計
從材料學基本原理來看，只有選擇適當的強化方式，才能在獲得高強度同時也具有高韌性。高強度鋼的破壞形式，就是斷裂。為此，從晶界是材料的薄弱環節著眼，通過計算添加元素或雜質元素原子在晶界表面的偏聚自由能來判斷和預測材料的韌脆性質。
相結構因子和界面結合因子在合金鋼設計中的應用框圖
含鈮合金鋼的設計單位
國內鋼鐵研究總院（CISRI）等單位，由宏觀和介觀合金設計轉入微合金設計的領域，利用量子力學第一原理進行微合金鋼的合金設計。相結構因子和界面結合因子在合金設計中的應用如上圖所示。
含鈮合金鋼的設計試驗
試驗探明了摻 P 和摻 N 的晶界，表面的偏聚能之差分別為 1.0.3eV 和-0.99eV,P 趨向于減弱晶界結合，促使晶界分離，是脆性元素；N 則增強晶界結合，是韌性元素，下圖為團簇中間原子層的差分電荷密度。
通過團簇中間原子層的差分電荷密度圖。差分電荷密度定義為摻雜晶界電荷密度與純晶界電荷密度和自由雜質原子電荷密度之差，左為摻 P 晶界，右為摻 N 晶界。其中空心圓圈表示 Fe 原子，粗線表示得到電子，細線表示失去電子，線間隔為 0.007e/A3。
| 能量（eV） | 能量界 結合能 | 摻晶界 結合能 | 晶界質 偏聚能 | 完整體 結合能 | 摻雜體 結合能 | 晶體雜質 形成能 |
| 摻Nb | -382.50 | -389.60 | -7.10 | -453.73 | -458.21 | -4.48 |
| 摻V | -382.50 | -384.85 | -2.35 | -453.73 | -454.69 | -0.96 |
通過計算還得到了 Nb 和 V 在 fcc Fe 晶界的偏聚能，見上表。在奧氏體內，Nb 既可存在于晶內，也可存在于晶界，但會優先占據晶界，V 也有擇優在晶界上的趨勢，從能量的角度來看，將使奧氏體出現更多的界面。結果還表明 Nb 比 V 的細化效果更佳。這一方面的研究，使含鈮微合金鋼的開發建立在更扎實的理論基礎之上。
