【摘 要】
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孪生诱发塑性（TWIP）钢具有优异的力学性能特别是塑性,在航空航天、国防、交通、能源等领域有广泛的应用前景。但是,TWIP钢耐腐蚀性较差,在有腐蚀性介质尤其是水溶液环境中的应用受到限制。针对TWIP钢这一缺点,本文采用Cr、N合金化的方法,通过提高基体奥氏体的电极电位以及形成钝化膜来提高TWIP钢的耐蚀性。另外,利用晶界工程手段改变特殊晶界的比例,减少晶间腐蚀速率。论文还对晶粒组织调控方法及力学性
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孪生诱发塑性（TWIP）钢具有优异的力学性能特别是塑性,在航空航天、国防、交通、能源等领域有广泛的应用前景。但是,TWIP钢耐腐蚀性较差,在有腐蚀性介质尤其是水溶液环境中的应用受到限制。针对TWIP钢这一缺点,本文采用Cr、N合金化的方法,通过提高基体奥氏体的电极电位以及形成钝化膜来提高TWIP钢的耐蚀性。另外,利用晶界工程手段改变特殊晶界的比例,减少晶间腐蚀速率。论文还对晶粒组织调控方法及力学性能变化进行了研究,为揭示新型耐蚀性TWIP钢的组织、性能变化规律提高依据。论文取得的主要结果如下:在氩气保护下,利用电弧炉和感应炉制备出了不同Cr、N含量的TWIP钢试样,对其组织和腐蚀行为进行了考察。发现随Cr含量增加,基体腐蚀电位Ecorr增加,腐蚀电流密度Icorr降低,证明了添加Cr可以提高TWIP钢的耐蚀性。另外,电化学阻抗谱分析表明,随着Cr含量增加,电荷转移电阻Rct增大,双电层电容特性值Y0下降。证明在电极/溶液界面的电极反应过程中,离子扩散、迁移的阻碍作用逐渐增加,TWIP钢的腐蚀速率逐渐下降。其机制是腐蚀产物中Cr氧化物增加,Fe和Mn氧化物减少,前者以及准钝化膜的形成是TWIP钢耐蚀性提高的根本原因。对N合金化的考察发现,添加N使电流密度下降、电荷转移电阻增加,说明N合金化也有利于提高TWIP钢的耐蚀性。Cr、N合金化的综合结果显示,Cr+N合金化的TWIP钢具有更优的耐腐蚀性能。通过热力学模型对Fe-25Mn-xCr-0.3C-0.3N（质量分数;x=12、18）TWIP钢的层错能进行了计算。该两成分TWIP钢的层错能均为30 mJ·m-2左右,满足孪生变形的条件。与普通Fe-25Mn-0.6C的TWIP钢相比,含12Cr0.3N的TWIP钢具有最高的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率,分别达到496 MPa、904 MPa和67.2%。12Cr0.3N TWIP钢在应变为15%时组织中的形变孪晶较少,而位错密度很大且为墙状组态;应变增加至45%时,可以观察到有变形孪晶形成但密度不大,孪晶片厚度较小。这种形变组织的演化特点说明,Cr+N合金化的TWIP钢仍然以孪生变形为主,但应变硬化率较低。晶界作为金相组织中缺陷最密集的部位,往往也是腐蚀最严重的地方。为此,本文通过不同压下率变形加工,对Fe-25Mn-12Cr-0.3C的晶粒/晶界形貌进行了调控,然后对晶界特征分布及其耐蚀性能变化进行了研究。结果表明,随着冷轧压下率的增加,材料自腐蚀电位Ecorr和传质电阻Rct增加,而自腐蚀电流密度Icorr下降,说明材料耐蚀性得到改善。对晶界的进一步分析发现,随着冷轧压下率的增加,Σ3晶界的比例提高,其他特殊晶界的比例较低且变化不大,前者增加是使材料耐蚀性改善的原因。对Cr+N合金化的TWIP钢进行了晶粒组织调控及力学性能的研究。对Fe-25Mn-15Cr-0.3C-0.3N钢先进行压下率为66.7%的冷轧,然后在650～1050℃的范围内进行不同温度的退火处理,最后对其晶粒组织和力学性能进行观察。实验证明,该冷轧板回复温度为650℃左右,再结晶开始温度约700℃,完全再结晶温度约为850℃。将退火温度提高至1050℃以上时,再结晶晶粒迅速长大。冷轧态材料的屈服强度和抗拉强度均很高,但塑性较低。随退火温度升高,强度下降、塑性提高。当退火温度高于再结晶退火温度（850℃）时,TWIP钢的屈服强度满足Hall-Petch关系。再结晶试样（850～1050℃）的耐蚀性能随着再结晶退火温度升高而下降,这是因为Σ3晶界的比例随退火温度升高而下降。
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