304不锈钢的晶界特征分布及其对应力腐蚀开裂的影响

《304不锈钢的晶界特征分布及其对应力腐蚀开裂的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、k海大学硕士学位论文摘要304不锈钢材料的应力腐蚀开裂(StressCorrosionCrackingSCC)是该材料的主要失效形式之一，可以通过改进结构设计、优化材料的热处理和控制环境介质等方法来解决这一难题。但是，当材料的使用坏境和受力状态不能改变时，如何从改变材料自身的显微组织来提高其抗SCC能力越来越受到人们的关注。其中，优化材料中的晶界特征分布能够发挥重要作用，这也是提高结构件安全系数和增长使用寿命的另一途径。包括304不锈钢在内的绝大部分工程材料都是多晶体。多晶材料的很多性能与其显微组织及晶界特性有着非常紧密的联系，如晶间腐蚀、断裂、合金及杂质元素的偏聚、蠕变等问题，都会

2、受到晶界结构特征的影响。1984年Watanabe提出了晶界设计这种概念，继而在上世纪90年代形成了“晶界工程(GrainBoundaryEngineeringGBE)”这一研究领域。通过合适的形变及退火工艺，可以明显提高材料中的低ECSL(CSL是“CoincidenceSiteLattice”的缩写，即重位点阵。低ZCSL是指∑<29)晶界比例，优化其分布，就可以改善材料与晶界有关的多种性能。本研究通过控制304不锈钢材料的晶界特征分布(GrainBoundaryCharacterDistribution，GBCD)来提高该材料的抗SCC性能。本工作应用光学显微镜(Optical

3、MicroscopeOM)、扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscopeSEM)、电子背散射衍射(ElectronBackscatterDiffractionEBSD)和取向成像显微技术(OrientationImagingMicroscopyOIM)研究了冷轧变形和热处理工艺对304不锈钢GBCD的影响，并仔细分析了显微组织特征。采用C型环恒定加载试样研究了晶界特征分布对该材料抗SCC性能的影响。在低层错能面心立方金属304不锈钢中，低ECSL晶界比例的提高是基于退火孪晶(X3)的形成，退火前的冷轧形变量在调整晶界特征分布中起关键作用。冷轧5％后再在1100

4、℃退火5min可使304不锈钢的低ZCSL晶界比例提高到75％以上(按Palumbo．Aust标准统计)，这时形成了数百微米尺寸的“互有∑3n取向关系晶粒的团簇”是其显微组织的重要特征(n=1，2，3⋯)。这种晶粒V上海大学硕上学位论文团簇的尺寸和内含∑3n晶界的数量随冷轧形变量的增加而下降。再结晶形核密度和多重孪晶的发展是控制304不锈钢晶界特征分布的关键因素。形变量小，形核密度低致使再结晶晶核有充分的空间发展，再结晶晶核与形变基体之间的随机晶界有较长的迁移距离，在不断迁移的过程中就能不断产生退火孪晶，发生多重孪晶，从而发展出很长的孪晶链，形成了大尺寸的晶粒团簇，同时也提高了∑3n

5、晶界的比例。因此，小形变量冷轧后再在高温短时间再结晶退火可以明显提高低ZCSL晶界比例。形变量越大，形核密度就越高，使得晶粒团簇尺寸小，∑3n晶界比例也就低。晶间腐蚀实验表明低ZCSL晶界比例较高的试样耐晶间腐蚀性能优于低ZCSL晶界比例较低的试样。采用C型环试样恒定加载，在酸化后沸腾的25％NaCl溶液中进行应力腐蚀的实验表明，低ECSL晶界比例约为75％的样品在浸泡120h内没有发生应力腐蚀开裂，而低ZCSL晶界比例为47％的试样在浸泡24h后就产生了应力腐蚀裂纹。由断口形貌观察及EBSD分析表明，开始发生的晶间腐蚀会成为后来应力腐蚀开裂的裂纹源，应力腐蚀开裂由最初的沿晶转变为穿

6、晶形式。低ZCSL晶界比例提高后的试样因其抗晶间腐蚀性能较好而抑制了应力腐蚀裂纹的萌生，使其抗应力腐蚀性能得到提高。关键词：304不锈钢，晶界特征分布，多重孪晶，应力腐蚀开裂VI上海大学硕士学位论文ABSTRACTStresscorrosioncracking(scc)isaprimarykindoffailurefor304stainlesssteel．Theproblemcouldbemitigatedthroughheattreatmentorchangingstructuredesignorenvironmentmedium．Whenthestateofcircumstanc

7、eandstressCannotbechanged，theeffortthathowtoimproveSCCresistancebychangingthemicrostructureofmaterialitselfattractedmoreandmoreattention．Inthesestudies，theoptimizationofgrainboundarycharacterdistribution(GBCD)playsacriticalrole，by