冷轧退火316L不锈钢的晶间腐蚀性能及晶界特征分布研究

摘要

316L不锈钢具有良好的韧性、焊接性能和抗腐蚀性能，被广泛应用于合成纤维、石油化工、纺织、化肥、印染及原子能等工业领域。虽然316L不锈钢在空气、水、中性溶液和各种氧化性介质中具有优异的抗腐蚀性能，但在恶劣环境下仍有可能发生晶间腐蚀破坏。因此，研究晶间腐蚀的控制技术，进一步改善316L不锈钢构件的抗腐蚀性能，对于更好地理解316L不锈钢的腐蚀机理，扩大其应用领域都具有重要意义。 针对316L不锈钢的晶间腐蚀机理，目前主要是采取降低或除去晶界上的有害杂质、表面处理和热处理等措施来降低其晶间腐蚀程度。然而，上述措施技术难度较大，成本也比较高。研究表明，采用形变热处理工艺对晶界进行控制和设计(即晶界工程)可以显著改善材料的晶间腐蚀性能，并且这种方法工艺简单，成本较低。迄今为止，晶界工程已经成功应用于不锈钢、铝合金、镍基合金以及铅基合金等金属材料，优化了其晶界特征分布(grain boundary characterdistribution，GBCD)，从而改善了其晶间腐蚀性能。由此可见，晶界工程方法在改善316L不锈钢抗晶间腐蚀性能方面具有重要的研究价值。 据报道，304和316奥氏体不锈钢经过单步小应变退火后产生了均匀分布的密集的重合位置点阵(coincidence site lattice，CSL)晶界和不连续的一般大角度晶界，获得了良好的抗晶间腐蚀性能，并且这种简便的单步工艺更适宜于工业化生产。而目前对单步小应变退火后316L不锈钢的晶间腐蚀性能和晶界特性统计分布的研究尚未见报道，因此本研究首次采用单步小应变退火工艺对316L不锈钢进行了形变热处理，分别将母材和经过形变量为3％、5％、10％冷轧并于967℃退火72h的样品(编号：1＃、2＃、3＃、4＃)，运用晶间腐蚀实验方法测试了这四个样品的晶间腐蚀性能，利用电子背散射衍射技术(electron backscatterdiffraction，EBSD)分析了样品的晶界特征分布，找出了晶间腐蚀性能与晶界特征分布之间的关系，初步阐明了这种相关性的物理本质及其晶界特征分布的演化机制，从而为将晶界工程方法应用于改善316L不锈钢晶间腐蚀性能提供了一定的理论依据。本研究获得的主要结果如下： (1)冷轧退火后316L不锈钢样品的抗晶间腐蚀性能均得到了改善。在四个样品中，样品1＃的腐蚀最严重，样品2＃的腐蚀程度最轻，腐蚀速率最低。 (2)单步小应变退火的形变热处理加工改变了316L不锈钢样品的晶界特征分布。∑3、∑9和∑27这三种低.∑CSL 晶界是特殊晶界的主要构成者，说明316L不锈钢晶界特征分布演化是由退火孪晶引起的。样品2＃获得的∑3晶界、(∑9+∑27)晶界和总的低-∑CSL 晶界比例最高，几乎均为样品1＃中的2倍；在样品3＃中上述三种晶界比例均显著下降，甚至低于样品1＃中的比例；与样品3＃相比，样品4＃中的∑3晶界、 (∑9+∑27)晶界和总的低-∑ CSL 晶界比例有所上升，并且稍高于样品1＃中的比例。与样品1＃相比，样品2＃、3＃和4＃中，除了一些直的∑3晶界以外，还存在许多弯曲或略有弯曲的∑3晶界。这种弯曲或略有弯曲的∑3晶界和∑9、∑27晶界大多处于一般大角度晶界网络上，能够有效阻断一般大角度晶界网络的连通性。 (3)晶界特征分布得到改善的316L不锈钢中低-∑CSL 晶界比例较高，且能较好地阻断一般大角度晶界网络的连通性，这是其晶界腐蚀抗力得到提高的根源。尽管样品3＃中的低-∑CSL 晶界比例低于样品1＃，但是由于其低-∑CSL 晶界对于一般大角度晶界网络连通性的破坏程度高于母材样品1＃，所以其腐蚀速率仅约为样品1＃腐蚀速率的五分之一，说明在改善316L不锈钢抗晶界腐蚀性能方面，有效阻断一般大角度晶界网络的连通性比提高低-∑CSL 晶界比例更为重要；在四个样品中，样品2＃的低-∑CSL 晶界比例较高，而且其低-∑CSL 晶界较好地阻断了一般大角度晶界网络的连通性，所以其抗晶界腐蚀性能较好。 (4)在晶界迁移过程中，当三条晶界在同一结点相遇时，由于结点处的三个晶粒具有特定取向关系而导致这三条晶界之间发生聚合.分解作用，形成三条一般大角度晶界、两条一般大角度晶界和一条低-∑CSL 晶界、一条一般大角度晶界和两条低-∑CSL 晶界以及三条低-∑ CSL 晶界等四种晶界形态，从而改变了316L不锈钢的晶界特征分布。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1研究意义

1.2 316L不锈钢晶间腐蚀研究现状

1.2.1腐蚀机理

1.2.2抑制措施

1.3研究目的

1.4研究内容

1.5研究方法

第2章实验部分

2.1实验材料

2.2实验仪器

2.3实验方法

2.3.1固溶处理

2.3.2冷轧变形

2.3.3 退火

2.3.4晶间腐蚀性能测试

2.3.5电子背散射衍射测试

第3章实验结果与讨论

3.1冷轧退火前后316L不锈钢的晶间腐蚀性能研究

3.2形变热处理对晶界特征分布的影响研究

3.2.1在形变热处理过程中316L不锈钢晶粒的取向变化

3.2.2形变热处理对低-∑CSL晶界比例及分布的影响

3.2.3晶界工程抑制316L不锈钢晶间腐蚀的机理探讨

3.3 316L不锈钢晶界特征分布的演化机制探讨

结论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文情况