奥氏体不锈钢中互成∑3n界面关系晶粒团簇的形成及演变机理研究

以奥氏体不锈钢为研究对象，采用电子背散射（EBSD）、TEM、SEM等技术研究经晶界工程（GBE）处理后的合金中互成∑3n界面关系的晶粒团簇（∑3n GC）的形成过程及其演变机理。首先通过特定形变退火（GBE处理），在合金中获得尺寸较大（>500μm）且外围一般大角度晶界网络连通性被特殊晶界有效阻断的∑3n GC；然后，沿着GBE处理技术路线，运用高分辨EBSD原位观察方法，跟踪合金在形变退火过程中亚结构分布、晶界特征分布(GBCD)和∑3n GC形成与变化过程；最后，在上述实验基础上，结合高分辨TEM分析和金属塑性变形、回复再结晶理论以及位错理论等阐释∑3n GC的形成和演变机理，为基于退火孪晶GBE所涉及的其它中低层错能面心立方金属实现GBCD优化提供重要的理论依据。

本项目以两种典型的奥氏体不锈钢304和316为研究对象，首先采用EBSD技术系统研究了合金经形变退火后的晶界特征分布（GBCD），然后利用原位组织跟踪方法阐明了互成∑3n界面关系的晶粒团簇（∑3n GC）的形成过程及演变机理，最后通过晶间腐蚀试验对晶界工程处理的合金是否真正实现GBCD优化进行了评价。研究发现，第一，影响合金GBCD的因素主要包括形变量，退火温度，退火道次和合金的初始状态。3-6%的变形量为最佳变形量，随后的相对低温(900-950℃)+高温(1050℃)的短时退火可有利合金GBCD优化，且大大缩短退火周期；初始组织中晶界处不连续的碳化物分布对合金的GBCD优化不具有负面作用，且会在退火过程中导致某些∑3n GC的异常长大，但当碳化物连续分布时，对形变退火后的不锈钢的GBCD优化具有消极作用；第二，大尺寸∑3n GC主要靠合金中预先存在的某些晶粒或小的晶粒团簇经形变退火后通过这些晶粒（团簇）及其新形成的具有∑3n界面关系晶粒的优先长大和一些相邻∑3n GC的合并而形成的。第三，实现GBCD优化的合金具有优异的晶间腐蚀抗力，并发现不仅∑3n特殊晶界具有优异的腐蚀抗力，一些低能的一般大角度晶界也表现出很好的晶界腐蚀抗力，这对于以一般大角度晶界为主体的细晶不锈钢晶界工程研究具有重要意义。