Hastelloy C-276合金作为核电站关键零部件的主要制造材料,长期运行在高温高压强辐照等恶劣环境当中,并且承受冷却剂中氧、氯和氟等离子的侵蚀,因此材料的抗高温腐蚀性能对于服役寿命至关重要。但从国内实际应用来看,国产Hastelloy C-276合金依然存在着使用寿命较短的问题。为了确保核电站的安全,延长材料的服役寿命,需要进一步提高Hastelloy C-276抗高温腐蚀的能力。在上世纪90年代初Watanabe提出晶界设计与控制的思想,可以很好地提高材料的相关性能,如抗腐蚀、蠕变、疲劳等。该方法通过合理的形变热处理工艺,提高材料中特殊晶界比例,优化晶界特征分布,进而改善材料中与晶界相关的性能。本文采用光学显微镜(0M)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和取向成像显微技术(0IM)研究了形变热处理中轧制变形和退火时间对Hastelloy C-276合金晶界特征分布的影响。考察了冷轧退火过程中晶界特征分布的演变规律,通过原位观察的方法,揭示了合金晶界特征分布优化的微观机理。提出了冷轧二次退火热处理工艺,并进行了工艺参数优化。最后通过晶间腐蚀实验检验了晶界特征分布优化后试样的抗腐蚀能力,并分析其原因。全文主要结论如下:(1)冷轧退火是改善材料晶界特征分布的重要工艺方法。将材料冷轧变形2.5%-90%进行1100℃退火15min热处理。2.5-15%变形范围内,材料的特殊晶界比例发生明显变化。在此范围内进行退火时间工艺优化,7.5%变形条件下1100℃退火30min,总的特殊晶界比例达到了 69.8%,∑3和∑9晶界面分布也较为合理。但从晶界连通性来说,未形成较大的团簇组织,这点可以从∑(9+27)/∑3比值加以证实,因而还需进一步优化其工艺参数。除此之外,大变形量范围内(>15%)的特殊晶界比例基本保持不变。(2)7.5%变形条件下,1100℃退火过程中进行原位观察。在退火初始5min时,由于应变诱导大角度晶界迁移,吞并和消除在相应区域内的共格孪晶,产生大量的非共格孪晶晶界。当退火时间进一步延长到15min时,发现产生的非共格孪晶晶界大量消失,而新的共格孪晶晶界产生,形成的晶粒团簇组织进一步长大,总的特殊晶界比例达到了80.5%,然而晶粒团簇外围的大角度晶界重新恢复连接。将退火时间继续延长到30min,发现与退火15min显微组织基本一致,特殊晶界没有发生变化。说明此类组织在较长的退火时间内具有一定稳定性。(3)初始晶粒尺寸以及二次退火热处理对晶界特征分布都有重要影响。采用较大的晶粒尺寸有利于提高材料的特殊晶界比例,形成较大的晶粒团簇组织。而二次退火热处理比一次退火热处理具有更高比例的特殊晶界,并且能够很好地阻断大角度晶界的连通性。经晶界特征分布优化后工艺参数为:5%冷轧变形100℃退火5min后进行1100℃退火15min热处理。总的特殊晶界比例达到了78.8%,晶粒团簇组织为200μm,大角度晶界连通性被有效阻断。二次退火热处理晶界特征分布优化的关键因素在于非共格孪晶晶界大量产生,只有非共格孪晶晶界大量产生,才能实现晶界特征分布组织优化。(4)将时效处理后试样采用SEM观察不同类型晶界析出物分布,并进行晶间腐蚀测定。结果表明,共格∑3晶界几乎没有碳化物的析出,非共格∑3晶界仅有稀少的碳化物存在,而大角度晶界有大量连续的碳化物分布。经晶间腐蚀测定后,特殊晶界具有耐腐蚀能力依次为:共格∑3晶界、非共格∑3晶界、∑9晶界以及∑27晶界。这些特殊晶界能够有效地减少晶间碳化物的析出,从而减少晶间贫Mo现象的发生,进而阻止晶间腐蚀。(5)通过对比分析高温退火处理试样与晶界特征分布优化试样的晶间腐蚀失重,发现经晶界特征分布优化的试样具有更高的抗晶间腐蚀能力,这主要在于特殊晶界降低了晶间碳化物的析出和减少了大角度晶界比例。而高温退火热处理的试样,大角度晶界处仍有碳化物的残留,因此会发生晶间腐蚀现象。