高氮无镍奥氏体不锈钢的晶界特征分布优化及其对力学性能和腐蚀性能的影响

【作者】 闫鲁； 李小武； 石锋；

【机构】 东北大学材料科学与工程学院材料物理与化学系；

【摘要】 高氮无镍奥氏体不锈钢因其优异的强韧性和耐腐蚀性,在航空航天、海洋工程、核工业等领域有着广阔的应用前景。然而在加工、焊接和高温使用过程中过高的氮含量会导致氮化物在晶界上析出,造成该材料在服役过程中发生晶间腐蚀,从而显著降低其使用寿命。因此,如何改善材料的抗晶间腐蚀性能,对提高其使用寿命具有重要意义。本工作选用17Cr-17Mn-2Mo-0.74N高氮无镍奥氏体不锈钢热轧板作为研究材料,首先将原始材料进行1050℃/1 h的固溶处理（作为基态）,随后取一块基态板材在1050℃下保温12 h作为非晶界工程（Non-GBE）样品,另取一块基态板材经5%冷轧后于1150℃退火10 min作为晶界工程（GBE）样品;对两组样品均进行敏化处理（850℃保温2 h）。然后分别进行应变速率为10^-3/s的常温拉伸、草酸浸蚀实验和硫酸-硫酸铁腐蚀实验,并利用SEM、EBSD和TEM等手段对样品进行微观组织表征,进一步探究晶界特征分布（GBCD）优化对奥氏体不锈钢力学性能和腐蚀性能的影响。实验结果表明,通过合理的GBCD优化工艺,在保证两种状态样品的晶粒尺寸基本一致的前提下,显著提高了GBE态样品特殊晶界（∑≤29的CSL晶界）比例、特殊晶界团尺寸/晶粒尺寸等参数。其中特殊晶界比例从Non-GBE的53.8%提高到GBE的78.5%,相应的特殊晶界团尺寸与晶粒尺寸的比值由1.92增加到4.36。敏化后样品的拉伸结果表明,GBE样品相比于Non-GBE样品具有更加优异的强塑性匹配。对样品进行草酸浸蚀和硫酸-硫酸铁腐蚀实验发现,腐蚀失重由Non-GBE的2.457mg/mm²下降到了GBE的0.757 mg/mm²,该结果表明经GBCD优化后样品的抗晶间腐蚀性能得到了显著提高。这是因为GBCD优化会在材料内部引入大量的特殊晶界,从而形成大尺寸的特殊晶界团,大量的特殊晶界能够有效打断一般大角晶界的网络联通性,从而抑制了腐蚀从表面向内部的渗透,最终显著提高材料的抗晶间腐蚀性能。该研究工作为推动高氮无镍奥氏体不锈钢在各个关键领域的实际应用提供了新的思路和方法。更多还原