超级铁素体不锈钢具有良好的综合力学性能和耐腐蚀性能,广泛应用于电厂凝汽器、热交换器、石油化工、地热能、海水淡化等领域。自上世纪70年代问世以来,由于其卓越的性能和相对较低的价格,已取代铜、钛、超级奥氏体不锈钢等,成为滨海电站凝汽器冷凝管的主流材料。本课题以超级铁素体不锈钢为研究对象,通过金相显微镜、扫描电镜、维氏硬度、室温拉伸、电化学测试和冲刷腐蚀测试方法,系统研究了铌钛稳定化和热处理制度,对超级铁素体不锈钢的微观组织、力学性能和耐点蚀及耐冲刷腐蚀性能等方面的影响及其作用机理。Thermo-Calc计算结果表明,在超级铁素体不锈钢中的第二相主要为铌、钛的碳氮化物,以及σ相、Laves相等。为避免σ相等有害金属间相的析出,热处理温度应在980℃以上。夹杂物分析结果表明,热处理消除了钢中铬的碳氮化物以及σ相等金属间化合物。热处理后钢中主要夹杂物为微米级别包裹态的铌钛的碳氮化物。金相组织及晶粒度统计结果显示,铌钛的添加有细化晶粒的效果,随着钢中Nb/Ti比的增加,细化晶粒的效果更显著。热处理促进了铁素体不锈钢的再结晶,随着温度和保温时间的增加,再结晶程度提高,条带状组织消失,逐渐出现细小均匀的等轴晶,1#钢和2#钢分别在1030℃和1050℃保温5 min时再结晶程度最好。保温时间在30 min以上时出现大尺寸二次再结晶组织。力学性能测试结果表明,热处理可以消除钢中有害相,消除材料热加工过程中残余的内部应力,细化均匀组织,使钢的硬度、屈服强度和抗拉强度大幅降低,塑性增加;热处理在钢的硬度方面的作用主要体现为固溶强化和细晶强化,保温时间较短时,固溶强化占主导作用,硬度随着保温时间的增加而升高。随着保温时间的增加,二次再结晶晶粒析出和长大,细晶强化占主导作用,硬度随保温时间的增加而降低;铌钛的碳氮化物析出,可以起到细化晶粒的作用,晶粒越细小,钢的强度就越高,相应的硬度也就越大;另一方面过多的铌钛可以固溶到钢中,起到固溶强化的作用;此外晶界处细小的铌钛碳氮化物还会阻碍位错运动,提高钢的硬度。耐点蚀性能测试实验表明,随着热处理温度的升高,点蚀电位呈先增大,再减小的趋势,在1050℃时达到峰值,钝化膜阻抗值有着相同的变化趋势。在热处理温度为1050℃时超级铁素体不锈钢的耐点蚀性能最好。此外Nb/Ti值越高,超级铁素体不锈钢的耐点蚀性能越好。Nb/Ti值越低,钢中易形成大尺寸的TiN,造成应力集中,成为点蚀发生的源头。冲刷腐蚀测试结果表明,随着攻角的增加,超级铁素体不锈钢的失重量增加,在攻角为90°时达到最大。随着热处理温度的增加,失重量先降低,再增加,在热处理温度为1050℃时失重量最低,耐冲刷腐蚀性能最好。冲刷加速了超级铁素体不锈钢的腐蚀速率,与静态时的开路电位相比,冲刷下的开路电位更负,动电位极化曲线中钝化电流密度比静态时高了两个数量级,自腐蚀电位向负方向移动,产生了明显的击穿现象。