冷軋退火316L不銹鋼的晶間腐蝕性能及晶界特征分布研究.pdf

1、316L不銹鋼具有良好的韌性、焊接性能和抗腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于合成纖維、石油化工、紡織、化肥、印染及原子能等工業(yè)領(lǐng)域。雖然316L不銹鋼在空氣、水、中性溶液和各種氧化性介質(zhì)中具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，但在惡劣環(huán)境下仍有可能發(fā)生晶間腐蝕破壞。因此，研究晶間腐蝕的控制技術(shù)，進(jìn)一步改善316L不銹鋼構(gòu)件的抗腐蝕性能，對(duì)于更好地理解316L不銹鋼的腐蝕機(jī)理，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域都具有重要意義。 針對(duì)316L不銹鋼的晶間腐蝕機(jī)理，目前主要是采取降

2、低或除去晶界上的有害雜質(zhì)、表面處理和熱處理等措施來(lái)降低其晶間腐蝕程度。然而，上述措施技術(shù)難度較大，成本也比較高。研究表明，采用形變熱處理工藝對(duì)晶界進(jìn)行控制和設(shè)計(jì)(即晶界工程)可以顯著改善材料的晶間腐蝕性能，并且這種方法工藝簡(jiǎn)單，成本較低。迄今為止，晶界工程已經(jīng)成功應(yīng)用于不銹鋼、鋁合金、鎳基合金以及鉛基合金等金屬材料，優(yōu)化了其晶界特征分布(grain boundary characterdistribution，GBCD)，從而改善了其晶

3、間腐蝕性能。由此可見(jiàn)，晶界工程方法在改善316L不銹鋼抗晶間腐蝕性能方面具有重要的研究?jī)r(jià)值。 據(jù)報(bào)道，304和316奧氏體不銹鋼經(jīng)過(guò)單步小應(yīng)變退火后產(chǎn)生了均勻分布的密集的重合位置點(diǎn)陣(coincidence site lattice，CSL)晶界和不連續(xù)的一般大角度晶界，獲得了良好的抗晶間腐蝕性能，并且這種簡(jiǎn)便的單步工藝更適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。而目前對(duì)單步小應(yīng)變退火后316L不銹鋼的晶間腐蝕性能和晶界特性統(tǒng)計(jì)分布的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，因

4、此本研究首次采用單步小應(yīng)變退火工藝對(duì)316L不銹鋼進(jìn)行了形變熱處理，分別將母材和經(jīng)過(guò)形變量為3％、5％、10％冷軋并于967℃退火72h的樣品(編號(hào)：1＃、2＃、3＃、4＃)，運(yùn)用晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試了這四個(gè)樣品的晶間腐蝕性能，利用電子背散射衍射技術(shù)(electron backscatterdiffraction，EBSD)分析了樣品的晶界特征分布，找出了晶間腐蝕性能與晶界特征分布之間的關(guān)系，初步闡明了這種相關(guān)性的物理本質(zhì)及其晶界特征分

5、布的演化機(jī)制，從而為將晶界工程方法應(yīng)用于改善316L不銹鋼晶間腐蝕性能提供了一定的理論依據(jù)。本研究獲得的主要結(jié)果如下： (1)冷軋退火后316L不銹鋼樣品的抗晶間腐蝕性能均得到了改善。在四個(gè)樣品中，樣品1＃的腐蝕最嚴(yán)重，樣品2＃的腐蝕程度最輕，腐蝕速率最低。 (2)單步小應(yīng)變退火的形變熱處理加工改變了316L不銹鋼樣品的晶界特征分布?！?、∑9和∑27這三種低.∑CSL 晶界是特殊晶界的主要構(gòu)成者，說(shuō)明316L不銹鋼晶

6、界特征分布演化是由退火孿晶引起的。樣品2＃獲得的∑3晶界、(∑9+∑27)晶界和總的低-∑CSL 晶界比例最高，幾乎均為樣品1＃中的2倍；在樣品3＃中上述三種晶界比例均顯著下降，甚至低于樣品1＃中的比例；與樣品3＃相比，樣品4＃中的∑3晶界、 (∑9+∑27)晶界和總的低-∑ CSL 晶界比例有所上升，并且稍高于樣品1＃中的比例。與樣品1＃相比，樣品2＃、3＃和4＃中，除了一些直的∑3晶界以外，還存在許多彎曲或略有彎曲的∑3晶界。這種彎

7、曲或略有彎曲的∑3晶界和∑9、∑27晶界大多處于一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)上，能夠有效阻斷一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)的連通性。 (3)晶界特征分布得到改善的316L不銹鋼中低-∑CSL 晶界比例較高，且能較好地阻斷一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)的連通性，這是其晶界腐蝕抗力得到提高的根源。盡管樣品3＃中的低-∑CSL 晶界比例低于樣品1＃，但是由于其低-∑CSL 晶界對(duì)于一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)連通性的破壞程度高于母材樣品1＃，所以其腐蝕速率僅約為樣品1＃腐蝕速率

8、的五分之一，說(shuō)明在改善316L不銹鋼抗晶界腐蝕性能方面，有效阻斷一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)的連通性比提高低-∑CSL 晶界比例更為重要；在四個(gè)樣品中，樣品2＃的低-∑CSL 晶界比例較高，而且其低-∑CSL 晶界較好地阻斷了一般大角度晶界網(wǎng)絡(luò)的連通性，所以其抗晶界腐蝕性能較好。 (4)在晶界遷移過(guò)程中，當(dāng)三條晶界在同一結(jié)點(diǎn)相遇時(shí)，由于結(jié)點(diǎn)處的三個(gè)晶粒具有特定取向關(guān)系而導(dǎo)致這三條晶界之間發(fā)生聚合.分解作用，形成三條一般大角度晶界、兩條一般