１９５４年２月根据人事部和教育部的安排，柯俊到北京钢铁学院任教授，１９５６～１９７９年任金属物理教研室主任、物理化学系主任，１９７９年任副院长，１９８４年至今任校长顾问、校学术委员会副主任等职。在科学研究上他一直从事合金相变机理研究，五六十年代进行节约战略金属资源材料镍、钻、铬和利用富有的稀土资源的研究；１９７４年开创组织并亲自参加利用现代仪器研究考古金属文物进行中国冶金史的研究；８０年代初结合攀枝花矿产资源，开展残留微量钒、钛在钢中的作用及其机理的研究。１９７８年他被评为北京钢铁学院先进教师，特邀参加北京市、冶金部和全国科学大会，１９９０年国家教委、国家科委授予他全国高等学校先进科技工作者称号。
１９８０年柯俊当选为中国科学院学部委员（１９９３年改称院士），其后兼任中国科学院技术科学部常委。他还兼任国家自然科学基金会顾问委员会委员，中国科学技术协会青年科技奖评审委员会委员。
开创贝茵体相变的切变理论
柯俊在１９４８年英国伯明翰大学理论金属学系担任终身讲师时，在系主任、著名金属学家汉森领导下进行教学及指导博士生的工作，从事钢的过热、马氏体相变、贝茵体相变的研究，阐明了钢过热后脆化现象和硫化物的溶解沉淀作用，研究了马氏体相变的机械稳定化和热稳定化现象。１９５１年他首次发现钢在相结构转变、固溶体分解时，贝茵体型转变的切变位移机制，受到国际上学者们的重视，这一理论至今仍为英国剑桥大学、牛津大学、美国伊利诺伊大学、麻省理工学院和加州大学，以及欧洲、日本金属材料科学学者们的承认。柯俊所阐明的钢中无碳贝茵体形成的切变机制，曾被欧洲煤炭共同体出版的、由赫布拉肯（Ｌ．Ｈａｂｒａｋｅｎ）主编的第１卷《钢铁金相学》称为“柯氏贝茵体”。“钢中奥氏体中温转变机理”获１９５６年国家自然科学三等奖。他重视基础理论及应用理论的研究，并能持续稳定地开展工作，对合金中贝茵体的相变机理研究，４０多年从未间断。６０年代起柯俊指导柳得橹、张学华等开展有色合金如铜锌、铜铝、钢锌铝及铜铝镍的贝茵体相变的研究。通过对不同方式形成的贝茵体形貌及特征的深入观察与细致分析，进一步提供了相变切变机制的证据。由于他在相变理论及促进中国和加拿大科技文化交流上作出的重要贡献，１９８４年５月加拿大麦克麻斯特大学授予他荣誉理学博士称号。
发展马氏体相变动力学
在５０年代，柯俊首次观察到钢中马氏体形成时基体的形变和对马氏体长大的阻碍作用。他提出奥氏体中的不均匀性及原子簇的形成和存在将会影响马氏体的生核和长大的假说。其后他与陈梦谪合作研究了高速钢奥氏体淬火过程缓冷时的稳定化和高温加热促化之间的相互关系，支持了这一假说。他的这一论述１９５９年在苏联《金属学及金属物理》杂志发表后，得到著名金属物理学家萨道夫斯基（Ｂ．Д．ＣＡДＯＢＣＫИЙ）的高度评价。
８０年代，柯俊与吴杏芳、魏鎏英合作，进一步研究了铁镍钒碳钢中蝶状马氏体的相变。在适当的条件下形成的具有特殊形状，并有一定分布规律的蝶状马氏体，它的形成是原子簇和自促发效应的结果。在柯俊、吴杏芳指导下，陈奇志利用电子显微镜首次观察到铁镍碳合金中的马氏体核胚，核胚的结构是一种特殊的位错组态，在随后的冷却或应力下，可以转变成蝶状马氏体，这一研究丰富了马氏体相变理论，特别是
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