晶界工程和低温扩散对含B超奥钢S31254耐蚀和力学性能的影响

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S31254超级奥氏体不锈钢是一种高合金不锈钢,具有高Cr、Ni、Mo含量、优异机械性能和接近镍基合金的耐腐蚀性能,广泛应用于石油化工、垃圾焚烧、烟气脱硫、纸浆制造、海水淡化等恶劣的腐蚀环境。但Mo、Cr等元素极易在晶界偏析,在凝固、热变形和热处理过程中易形成脆性第二相,对材料的力学性能和耐腐蚀性能产生不利。微合金化在钢铁材料发展中被广泛应用,通过在钢中添加微量的V、Ti、B、稀土元素等调控组织结构,可改善材料的综合性能;同时晶界工程近年来应用越来越广,大量孪晶结构的获得使得材料力学性能、耐蚀性有明显的提升。本文研究的S31254超级奥氏体不锈钢含有微量B,B对S31254的组织及析出相有明显影响,将围绕B并结合晶界工程和低温扩散对S31254的组织结构、耐蚀性能、力学性能进行分析。B元素的原子半径很小,属于间隙原子,在奥氏体中溶解度几乎为零,故极易处于点阵缺陷处(位错、晶界),B占据这些位置会降低这些区域的能量,从而影响到Mo等合金元素的晶界偏析。晶界工程在改善界面结构以及相关性能方面具有显著的作用。因此B微合金化和晶界工程均有利于改善S31254超级奥氏体不锈钢组织、耐蚀和力学性能。研究表明B对S31254超级奥氏体不锈钢中σ相析出有明显的抑制作用,但其对σ相析出的影响尚有很多亟待解决的难题。本文采用低温扩散处理工艺,有意识地促使B偏析于晶界,来研究B晶界偏析后对S31254中析出相析出、耐蚀性能及力学性能的影响。本研究得到的结论主要如下:(1)在1180℃退火10min的条件下,进行GBE优化的最佳形变量为5%。GBE处理后增加了low∑CSL晶界的占比,同时优化了组织结构并细化晶粒,提高了S31254的力学性能。(2)B微合金化提高了S31254的耐点蚀性能和耐晶间腐蚀性能;B微合金化促进Cr向表面扩散,形成更加致密的钝化膜并促进钝化膜的自修复性能;GBE优化增加了low∑CSL晶界的占比,low∑CSL晶界具有优异的耐蚀性能,同时为Cr扩散提供了更多的通道,在B微合金化的基础上进一步提高了S31254的耐蚀性能。(3)经过低温扩散之后,在950℃短时时效第二相的析出明显受到抑制,随着时效时间增加到6h,低温扩散的效果变得微弱,并在析出相的位置检测到Mo和B的共偏析现象,其中一部分析出相为Laves相,表明B偏析抑制了高温下σ相的形核。
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