基于退火孿晶的304不銹鋼晶界特征分布優(yōu)化及其機(jī)理研究.pdf

1、本文利用電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)、掃描電子顯微鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡研究了軋制和退火以及初始狀態(tài)對(duì)304奧氏體不銹鋼晶界特征分布(GBCD)的影響。采用基于EBSD的單一截面跡線分析法對(duì)合金GBCD中的∑3晶界進(jìn)行了共格與非共格的區(qū)分測(cè)定。在了解合金軋制退火過程中合金GBCD演變基本規(guī)律的前提下，通過對(duì)合金組織“原位”跟蹤觀察，進(jìn)一步闡明了合金實(shí)現(xiàn)GBCD優(yōu)化的微觀機(jī)制。最后通過晶界腐蝕實(shí)驗(yàn)比較了各種晶界的腐蝕抗力。 冷

2、軋退火對(duì)合金的特殊晶界比例fSBs和GBCD產(chǎn)生重要影響。研究發(fā)現(xiàn)，小形變冷軋后較比中等形變冷軋后的合金樣品在隨后的退火過程中更容易誘發(fā)高比例(超過80％)的∑3n(n=1,2,3)晶界，而且f∑9+∑27晶界與f∑3的比值f∑9+∑27/∑3超過0.1，而中等形變(20％～50％)后的樣品退火后該值不超過0.05。表明小形變量是促進(jìn)304奧氏體合金在后續(xù)退火過程中廣泛發(fā)生∑3n孿晶反應(yīng)的必要條件。對(duì)于小形變后在相對(duì)低溫長(zhǎng)時(shí)間退火處理(

3、GBE1)，隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)，合金中∑3n(n=1,2,3)晶界比例fSBs和f∑9+∑27/∑3逐漸提高，最高值分別達(dá)80％和0.2。而相同形變冷軋的樣品經(jīng)高溫短時(shí)退火(GBE2)后，上述兩值隨退火時(shí)間的延長(zhǎng)先增后減。由∑3n晶界構(gòu)成的特殊晶界團(tuán)是GBCD優(yōu)化了的合金的典型組織特征，小形變冷軋后的樣品經(jīng)低溫長(zhǎng)時(shí)間退火(GBE1)和高溫短時(shí)間退火(GBE2)處理后，前者的特殊晶界團(tuán)尺寸明顯大于后者，且其一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)連通性被阻斷的

4、效果也優(yōu)于后者。在已實(shí)現(xiàn)GBCD優(yōu)化的合金樣品中，其特殊晶界團(tuán)內(nèi)存在大量的非共格∑3晶界。另外還發(fā)現(xiàn)合金經(jīng)小形變冷軋后在兩步退火GBE工藝中，樣品首先在相對(duì)低溫下短時(shí)退火有利于合金在第二步退火過程中GBCD的再優(yōu)化，而多道次循環(huán)冷軋退火處理對(duì)合金的GBCD優(yōu)化沒有顯著影響，僅造成殘留亞結(jié)構(gòu)分布的變化。 利用SEM和EBSD技術(shù)研究了合金的初始狀態(tài)包括晶粒尺寸和碳化物對(duì)合金最終GBCD優(yōu)化效果的影響。研究結(jié)果表明，時(shí)效狀態(tài)或碳化物

5、的存在通過影響晶界的遷移行為對(duì)合金的GBCD優(yōu)化具有負(fù)面效應(yīng)，碳化物的充分溶解或防止碳化物的晶界析出是合金實(shí)現(xiàn)GBCD優(yōu)化的必要條件之一。原始晶粒尺寸對(duì)GBE處理后合金的GBCD也產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)原始晶粒取向隨機(jī)分布時(shí)，細(xì)晶組織的GBCD優(yōu)化效果好于粗晶組織。 通過對(duì)合金組織“原位”跟蹤觀察，了解了合金GBCD演變過程，進(jìn)而分析闡明了合金實(shí)現(xiàn)GBCD優(yōu)化的微觀機(jī)制。小形變冷軋后在相對(duì)低的溫度下退火可誘發(fā)某些原有晶界的優(yōu)先遷移，

6、并伴以特殊晶界團(tuán)的形成，特殊晶界團(tuán)內(nèi)部通過非共格∑3晶界的遷移反應(yīng)促進(jìn)∑3n晶界的大量增殖，其周圍的大角度晶界在應(yīng)力(應(yīng)變)梯度作用下的優(yōu)先遷移以及通過與附近晶界的相互作用形成∑3n(n=0,1,2)和非∑3n的低∑-CSL晶界，從而實(shí)現(xiàn)一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)連通性的阻斷。進(jìn)一步的分析得出非共格∑3晶界的大量形成和某些晶界面的優(yōu)先遷移是合金實(shí)現(xiàn)GBCD優(yōu)化的主要微觀機(jī)制。 最后通過晶界腐蝕實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了各種晶界的腐蝕抗力，發(fā)現(xiàn)∑1和∑3

7、(包括共格與非共格)晶界表現(xiàn)出優(yōu)異的腐蝕抗力。約有50％的∑9晶界和少數(shù)一般大角度晶界在腐蝕抗力上表現(xiàn)出特殊性，分析表明晶界的這種特殊性不僅和構(gòu)成該晶界兩側(cè)晶粒的取向差有關(guān)還和晶界所處的晶面位置密切相關(guān)。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要為： (1)利用基于EBSD的單一截面跡線分析法對(duì)合金GBCD中的∑3晶界進(jìn)行了共格與非共格的區(qū)分判定，發(fā)現(xiàn)在被優(yōu)化的合金GBCD中，彎曲的非共格∑3晶界是主體，其它∑3n(n=2,3…)晶界是非共格∑