奧氏體不鏽鋼及鎳基合金中晶界工程問題的研究

《奧氏體不鏽鋼及鎳基合金中晶界工程問題的研究》是依託上海大學，由夏爽擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：奧氏體不鏽鋼及鎳基合金中晶界工程問題的研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：夏爽
• 依託單位：上海大學

中文摘要

通過前期在304不鏽鋼和Ni基690合金中的晶界工程研究，已經獲得了高比例的低ΣCSL晶界並使耐晶間腐蝕性能大幅提高，在此基礎上進一步研究材料中的晶粒大小、碳化物析出情況以及織構狀態對後續變形及退火過程中多重孿晶過程發展的影響。通過高溫光學顯微鏡原位觀察研究提高低ΣCSL晶界比例的機理問題。為完善製備低ΣCSL晶界比例高於70%的304不鏽鋼和Ni基690合金的加工工藝提供依據。研究不同類型晶界處碳化物析出及晶界附近鉻元素貧化的差異，得出兩側晶粒存在特殊取向關係的CSL晶界處碳化物析出規律，為提高低ΣCSL晶界比例的工藝與TT特殊處理相銜接提供參考數據。對含有不同比例低ΣCSL晶界的304不鏽鋼和690合金進行腐蝕實驗，研究晶界網路結構對晶間腐蝕及晶間應力腐蝕開裂擴展的影響，探明晶界特徵分布與提高材料與晶界有關巨觀性能之間的關係，為晶界工程技術在奧氏體不鏽鋼及鎳基合金中的套用提供科學依據。

結題摘要

奧氏體不鏽鋼以及鎳基耐蝕合金在服役過程中沿晶界的破壞是材料失效的重要形式，比如晶間腐蝕，晶間應力腐蝕開裂等。通過晶界工程技術能夠大幅提高材料中具有特殊結構晶界的比例，並控制晶界網路的分布，從而提高材料與晶界有關的性能。本項目針對奧氏體304不鏽鋼和鎳基690合金的晶界工程技術，研究了原始顯微組織對晶界工程處理之後晶界網路的影響。得出了原始晶粒尺寸對GBE處理時晶界網路的演化有正反兩方面的影響，需要根據不同的原始晶粒尺寸選擇合適的GBE處理工藝。如果原始顯微組織中有大量未溶解的碳化物，會降低最終得到的特殊晶界比例。這說明在晶界工程處理之前，材料最好處於固溶狀態。在存在較為集中織構的原始顯微組織中，通過合適的工藝也能實現晶界工程處理，並且處理後的顯微組織中不再含有明顯織構。通過原位表征高溫退火過程中的顯微組織變化，進一步明確了再結晶時發生的多重孿晶過程是提高Σ3n類型晶界比例的關鍵。研究得出了不同類型晶界處碳化物析出隨時效熱處理條件的變化。通過深蝕刻的辦法得到了晶界碳化物的立體形貌，觀察到孿晶的非共格界面（Σ3i）及Σ9晶界處的條狀碳化物實質上是碳化物M23C6的二次枝晶。條狀的碳化物二次枝晶可以向Σ3i界面附近兩側晶粒內部生長，但僅向Σ9晶界一側附近的晶粒內部生長。通過高分辨透射電子顯微鏡的研究分析，得出碳化物在晶界處於高指數晶體學面的一側晶粒內部析出，並與此側晶粒具有共格取向關係，但是碳化物更容易向無共格取向關係一側晶粒內部生長。碳化物與晶粒基體之間存在與碳化物和基體結構都不同的密排六方結構的過渡相。利用透射電鏡中的能譜對敏化後的樣品進行分析，得出共格Σ3晶界處的貧鉻程度明顯小於其它類型晶界。通過強氧化性介質中的晶間腐蝕實驗，含高濃度氯離子溶液中的應力腐蝕開裂實驗、以及在模擬壓水堆型核電反應堆條件的高溫高壓水中的應力腐蝕開裂實驗，得出了通過晶界工程處理後材料耐腐蝕性能明顯提高的結果。通過對腐蝕樣品截面的顯微分析，明確了晶界工程處理後形成的“互有Σ3n 取向關係晶粒的團簇”內部相互連線的Σ3n類型三叉晶界網路組織能夠抑制裂紋的擴展。根據本研究得出的研究結果，利用寶鋼的生產設備，將晶界工程技術套用到實際尺寸的690合金管材樣品上，耐腐蝕性能明顯提高。本項目的研究結果為晶界工程技術在奧氏體不鏽鋼及鎳基合金中的套用提供了參考。