激光冲击辅助的奥氏体不锈钢组织与性能研究(4)
图1.1敏化态晶界析出及腐蚀电池示意图[10]
以上主要针对的是在一般性氧化介质中发生的晶间腐蚀。而在强氧化介质中的晶间腐蚀的主要原因[10]是：偏析于晶界上的杂质元素（P、Si 等）或沉淀析出相（σ 相）的选择性溶解。但通常所讨论的奥氏体不锈钢晶间腐蚀在未作特殊说明的情况下，多指由贫 Cr 所造成的晶间腐蚀。
1.2.3 晶间腐蚀的影响因素及相应措施[11]
（1）腐蚀介质的影响。腐蚀介质的种类及成分决定了晶间腐蚀的产生与否，以及腐蚀程度。通常，在酸性介质中，不锈钢产生晶间腐蚀比较严重。
（2）温度的影响。由于 450-850 ℃为敏化温度，故可将温度控制在 450 ℃以下，在此温度不会产生 Cr23C6；或者将温度升高到 850 ℃以上，提高Cr 的扩散速度，使足够的铬在晶界处与碳结合，就不会在晶界处形成贫铬区，也就会降低了发生晶间腐蚀的几率。在敏化温度中，由以 650 ℃最为危险。所以在加热过程特别是在焊接时，应尽量避免敏化温度区。图 2 既为不锈钢的 TTS（时间－温度－敏化）曲线。
（3）冷却速度的影响。不锈钢在加热或冷却过程中，在敏化温度区停留时间越短，发生晶间腐蚀的机会越小。所以提高加热或冷却速度是提高奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀的有效措施。
（4）含碳量的影响。碳元素对不锈钢的晶间腐蚀起着关键性的作用。当碳含量较小时，就没有足够的碳析出与铬结合。当碳含量高于0.08wt％时，析出的碳逐渐增多，在晶界处形成的碳化铬也随之增加，从而就产生了贫铬区，造成了晶间腐蚀。所以碳含量对晶间腐蚀有着决定性的作用。由此也衍生了新的钢种―超低碳奥氏体不锈钢，碳含量严格控制在 0.03 wt％以下，从而大大降低了晶间腐蚀的可能性。
图1.2不锈钢的 TTS（时间－温度－敏化）曲线[11]
（5）组织结构的影响。在奥氏体不锈钢的相结构中，如果仅仅是单相奥氏体时，抗晶间腐蚀性能较差。但如果在其组织结构中存在铁素体时，形成树枝状的奥氏体－铁素体双相组织，能大大提高抗晶间腐蚀的能力，并且，铁素体中铬的含量远大于奥氏体中的铬含量，铁素体中的大量的铬会及时析出与碳结合，而不至于在晶界处形成贫铬区。因此这种奥氏体－铁素体的双相组织提高了不锈钢抗晶间腐蚀的能力。
（6）合金元素的影响。不锈钢发生晶间腐蚀的主要原因是由于生成了碳化铬而产生的贫铬区。故添加一些与碳结合能力大于铬的元素就可以解决这一问题。因此，在不锈钢中加入钛、铌等元素，与碳结合成稳定的 TiC、NbC，并且，当钢中含有0.002 wt％的 N 元素时，Nb 又可以与 N 形成高稳定性的 NbN[11]。NbC、NbN 不仅可以提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能，又提高钢的韧性和屈服强度，并降低脆性转变温度。但 Ti 含量不宜过大，因为过多的Ti 会使 Fe-C 平衡相图中的 S 点和 E 点向左上方移动，导致 γ 相区缩小。
（7）热处理工艺的影响。热处理对奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力影响很大，恰当的热处理可以消除贫铬区、稳定金属组织。但热处理规范选择错误或操作不当，都将造成很严重的后果。
1.3 晶界工程（GBE)
1.3.1晶界工程概述
晶界工程的中心思想是：在重位点阵晶界模型[12]框架内，某些多晶材料中总是存在一些其性能或性质有别于一般大角度晶界的低Σ(Σ≤29)CSL晶界，这类晶界比一般大角度晶界具有更高的晶界失效抗力，被称作“特殊晶界”；人们总是可以通过优化形变和热处理工艺来改变某些材料中特殊晶界的数量和分布，从而改善材料的某些与晶界相关的宏观使用性能。
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