微纳结构高强高塑不锈钢结构和性能的轧制调控研究

304, 316L and 2205 stainless steels have excellent corrosion resistance but their low yield strength and ratio of yield to ultra strength results low using efficiency of raw materials. Their strength can be improved a lot but the ductility is decreased much by nanostructure. The steels with nano/microstructure will have high strength and ductility and a new strengthen method and theory are expected. But researches are hampered owing to difficult in their fabrications. In this research, the steels with nano/microstructure phase will be prepared by an aluminthermic reaction. Effects of rolling temperature and deformation extent and followed annealing process to features of the nano/microstructure and the steels tensile properties and deformation and fracture mechanism will be investigated in details. The nano/microstructure developing mechanisms in the rolling as well as tailoring method of the nano/microstructure and properties will be constructed. Finally, the nano/micro microstructure designing and strengthening theory, fabrication method for the 304, 316L and 2205 steels whose tensile strength is higher than 1200 MPa, yield strength is larger than 900MPa and tensile elongation is higher than 25% without loss of corrosion resistance will be given.

304、316L和2205不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，但其屈服强度、屈强比较低造成了材料较大浪费，组织纳米化可大幅提高此类金属强度但塑性损失较大，组织的微纳设计有望实现高强度和高塑性兼备同时可望发展出此类金属新的高强高塑强化方法和理论，但由于材料制备困难等原因对微纳结构不锈钢研究还很欠缺。本项目以具有较好应用前景的铝热法制备微纳结构304、316L和2205不锈钢，研究轧制温度、变形量和退火制度对微纳组织、拉伸力学性能、变形和失效机制和腐蚀性能的影响及作用机制，揭示轧制参数与不锈钢微纳组织的关系及其演化物理机制，微纳组织与不锈钢性能的关系和物理、化学作用机制，建立微纳组织与性能的轧制参数调控方法和理论；获得拉伸强度大于1200MPa、屈服强度大于850MPa，延伸率大于25%和良好腐蚀性能的微纳结构304、316L和2205不锈钢微纳组织设计、制备方法和强化理论。

研究了不同轧制温度、轧制变形量和退火制度对铝热法制备的块体微纳结构304、316L和2205不锈钢的典型纳米晶/微米晶组织的影响规律及作用物理机制，揭示了轧制过程中微纳结构的演变物理机制，获得了微纳组织的轧制温度调控方法与理论。通过对不同Fe2O3含量对304、316L、2205不锈钢的组织影响规律，总结出具有微纳结构组织不锈钢的成分设计规律，确定铝热法制备三种不锈钢的最佳制备参数。通过对不同温度、不同变形量下轧制后不锈钢中奥氏体纳米晶晶粒尺寸、晶体结构、含量、形貌、分散程度，纳米晶与微米晶区界面特征，微米晶奥氏体中位错特征等的表征，获得轧制温度与变形量对微纳组织与力学性能的影响规律，并期望通过轧制处理来消除铸造缺陷和调控微米晶纳米晶的比例和分布。研究了不同退火制度对三种钢铁材料组织与性能的影响，发现退火过程中发生的再结晶对晶粒尺寸也有影响，随退火时间延长微米晶体积比增多，尺寸也相应增大。通过设定不同的退火制度，可使不锈钢的微纳组织进一步优化、性能达到最佳匹配，最终达到通过组织调控不锈钢力学性能的目的。选取综合性能优良的微纳结构304、316L和2205不锈钢，对其进行SEM原位拉伸，更加深入地研究了拉伸过程中微米晶与纳米晶的变形机制，揭示了微纳组织与力学性能、变形、失效机制的关系规律，获得了物理作用机制和强化理论。