卢柯《Acta》：一箭三雕！造备高强高塑耐腐化316L纷歧锈钢
2022-11-16 15:00:26
作者：抹吥掉啲傷ゞ
导读：卢柯《Acta》：一箭三雕！制备高强高塑耐腐蚀316L不锈钢,导读：近日，中科院金属所卢柯院士团队通过表面机械轧制处理（SMRT）在316L不锈钢上预先形成了梯度纳米结构（GNS）表面层，然后在700°C的温度...
导读：克日，中科院金属所卢柯院士团队通过外貌机器轧制处置惩罚（SMRT）在316L不锈钢上预先形成了梯度纳米布局（GNS）外貌层，然后在700°C的温度下举行了退火，使得其强度-延展性的协同作用得到加强，而GNS层中的晶粒尺寸和硬度连结相称稳健。别的，退火后在GNS外貌层中发觉了明显的Cr富集，从而明显加强了耐腐化性。这项事情为开辟一种简洁热机器要领生产具有高力学性能和耐腐化性的不锈钢提供了新的偏向。
包罗316L和304在内的奥氏体不锈钢被遍及用作煤油化学，交通运输，超临界动力和核电站等行业的布局质料，重要是因为它们的高比强度，延展性、断裂韧性和杰出的耐腐化性。
通过细化微观布局的种种技能已被应用于改进奥氏体不锈钢的机器性能。比方，在以77 K举行强冷轧，然落伍行退火处置惩罚后制得的超细晶粒样品中，喷射成形316L钢的屈服强度进步到1280 MPa。通过等通道角挤压（ECAP）将晶粒尺寸细化为10-40 nm，316L钢的屈服强度进步到1480 MPa。不幸的是，传统的微布局细化工艺通常会导致强度-延展性的背离，即强度的增添因此延展性或韧性为价钱的。比年来，人们开辟了一些梯度变形要领，通过形成梯度纳米布局来幸免质料在强度-延展性之间的衡量逆境，这通常可以进步质料的强度并按捺变形时质料的应变局部化。比方，在通过外貌机器磨损处置惩罚（SMAT）生产的梯度孪晶304钢样品中，得到了1012 MPa的极限强度和54％的断裂伸长率，相对付粗加工，韧性进步了50％。
因为奥氏体不锈钢的耐腐化性很紧张，是以GNS外貌层对其腐化举动的影响也得到了遍及研究。然而，与CG相比，GNS样品观看到多种效果，这重要是因为化学身分、制备途径和情况等身分影响纳米布局质料的外貌吸附，溶解，钝化膜形成等。到现在为止，GNS外貌层的形成以及随后的退火处置惩罚对奥氏体不锈钢的腐化举动的影响仍存在争议。思量到外貌粗糙度，微观布局，化学身分和相称身分，举行细致的研究将有助于从基础上彻底相识GNS奥氏体钢的腐化举动。
在此，中科院金属所卢柯院士团队通过新开辟的外貌机器轧制处置惩罚（SMRT），在316L不锈钢上乐成生产了GNS外貌层。与SMAT和超声喷丸等其他外貌塑性变形要领相比，SMRT得到了更厚（〜1 mm）和更匀称的布局细化的GNS层，同时具有更平滑的外貌（Ra <0.20μm），从而实现了拉伸和委顿性能加强明显。将退火处置惩罚前后的SMRT样品与CG样品的腐化和力学性能举行了比力。GNS外貌层表现出精良的热稳健性，并加强了退火SMRT样品的强度-延展性协同作用。在700°C退火的SMRT样品中，屈服强度为〜310 MPa，匀称伸长率为〜55％。相比之下，原样的CG样品的屈服强度和匀称伸长率分别为〜210 MPa和62％，同时耐蚀性也得到了极大进步。相干研究结果以题“Enhanced mechanical properties and corrosion resistance of 316L stainless steel by pre-forming a gradient nanostructured surface layer and annealing”颁发在金属顶刊Acta Materialia上。论文链接：http://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116773在室温下，通过SMRT在316L奥氏体不锈钢上生产出GNS外貌层，其晶粒大部门为DIM，顶外貌的均匀尺寸约为40 nm。在700°C下退火20分钟后，显微构造反向变化为均匀尺寸为〜150 nm的奥氏体晶粒，并析出一些富铬的M23C6。图1。（a）as-SMRT样品中外貌层的明场和（b）暗场TEM图像。图2。在700°C退火之前和之后，SMRT样品外貌层的XRD表面（分别为SMRT和SMRT700）。
图3。（a）SMRT700样品中顶外貌层的明场TEM图像。（a）中的插图表现了相应的SAED模式，从中圈出了奥氏体（b）和碳化物（c）的暗场图像。
通过在3.5％NaCl水溶液中的电位极化曲线评估了700℃退火前后SMRT和CG样品的腐化性能。如预期的那样，全部样品都体现出具有宽被动范畴的被动举动。与在NaCl介质中的CG样品相比，在700°C退火的GNS样品上316L不锈钢的耐蚀性得到了明显进步，而在未经退火的GNS样品上未观看到耐蚀性的明显改变。退火的GNS样品加强的耐蚀性与较高的外貌Cr浓度和敏化的愈合有关。
图4。在700°C退火前后，SMRT和CG样品的电位动力学极化曲线。在3.5重量％的NaCl溶液中举行测试。在腐化测试之前，马上应用阴极干净工艺干净样品外貌的氧化物。
如图5（a）所示，SMRT样品的显微硬度在顶外貌到达〜4.3 GPa，并在〜1000μm的深度渐渐低落至基体值（〜1.5 GPa）。在700°C退火后，SMRT700样品的表层显微硬度略有低落，但仍远高于样品内部的显微硬度。这与SMRT样品强度的进步是同等的。如图5所示（b），只管退火后SMRT样品的屈服强度从约370 MPa低落至约310 MPa，但仍远高于CG样品（约210 MPa）。别的，SMRT样品在退火前后均连结了明显的拉伸延展性。as-SMRT和SMRT700样品的匀称伸长率分别约为52％和55％。相比之下，在收到的CG样品中，该值为〜62％。图5。（a）在700°C退火前后，SMRT样品的显微硬度深度漫衍和（b）拉伸曲线。还比力了CG样品的显微硬度漫衍和拉伸曲线。图6。在700°C退火前后，SMRT和CG样品中（a）通过SIMS丈量的Cr和（b）XPS丈量的（b）Cr 3+的深度漫衍曲线。
在700°C退火后，退火的SMRT样品的外貌层中显现了明显的Cr富集，厚度约为100 nm。商议以为这是由与Cr的外貌偏析相干的自由能低落所引起的热力学驱动，与其他元素相比，Cr的外貌偏析具有更低的外貌能和更强的原子间相互作用。GNS外貌层中存在大量的GBs和GB /外貌结，这不但通过吸引Cr原子低落GB能量，并且通过进步扩散速率来促进了偏析历程。图7。（a）横截面明场TEM图像和（b）SMRT700样品外貌层中Cr，Ni和Fe的漫衍。在图8中通过HAADF-STEM观看到在（a）中以I和II标志的地区。
图8。（a）HAADF-STEM图像，（b）原子辨别率STEM图像，（c）图7（a）中标志的CER I的对应FFT模式。（d，e，f）表现了图7（a）中标志的CER II的那些。图9（a）SMRT700样品中上外貌层的HAADF-STEM图像，以及（b）超过（a）中标志的2个差别GB的Cr曲线。沿（b）中每个表面的虚线表现了通过EDS在奥氏体基体中测得的均匀Cr浓度（〜18.3 at。％）作为参考。
图10（a）CG和（c）SMRT样品在700°C退火的外貌层中包罗M23C6颗粒的地区的典范明场TEM图像。（b）和（d）分别表现了沿（a）和（c）标志的虚线的元素漫衍。（b）中的赤色箭头表现Cr贫化区。
导读：克日，中科院金属所卢柯院士团队通过外貌机器轧制处置惩罚（SMRT）在316L不锈钢上预先形成了梯度纳米布局（GNS）外貌层，然后在700°C的温度下举行了退火，使得其强度-延展性的协同作用得到加强，而GNS层中的晶粒尺寸和硬度连结相称稳健。别的，退火后在GNS外貌层中发觉了明显的Cr富集，从而明显加强了耐腐化性。这项事情为开辟一种简洁热机器要领生产具有高力学性能和耐腐化性的不锈钢提供了新的偏向。
包罗316L和304在内的奥氏体不锈钢被遍及用作煤油化学，交通运输，超临界动力和核电站等行业的布局质料，重要是因为它们的高比强度，延展性、断裂韧性和杰出的耐腐化性。
通过细化微观布局的种种技能已被应用于改进奥氏体不锈钢的机器性能。比方，在以77 K举行强冷轧，然落伍行退火处置惩罚后制得的超细晶粒样品中，喷射成形316L钢的屈服强度进步到1280 MPa。通过等通道角挤压（ECAP）将晶粒尺寸细化为10-40 nm，316L钢的屈服强度进步到1480 MPa。不幸的是，传统的微布局细化工艺通常会导致强度-延展性的背离，即强度的增添因此延展性或韧性为价钱的。比年来，人们开辟了一些梯度变形要领，通过形成梯度纳米布局来幸免质料在强度-延展性之间的衡量逆境，这通常可以进步质料的强度并按捺变形时质料的应变局部化。比方，在通过外貌机器磨损处置惩罚（SMAT）生产的梯度孪晶304钢样品中，得到了1012 MPa的极限强度和54％的断裂伸长率，相对付粗加工，韧性进步了50％。
因为奥氏体不锈钢的耐腐化性很紧张，是以GNS外貌层对其腐化举动的影响也得到了遍及研究。然而，与CG相比，GNS样品观看到多种效果，这重要是因为化学身分、制备途径和情况等身分影响纳米布局质料的外貌吸附，溶解，钝化膜形成等。到现在为止，GNS外貌层的形成以及随后的退火处置惩罚对奥氏体不锈钢的腐化举动的影响仍存在争议。思量到外貌粗糙度，微观布局，化学身分和相称身分，举行细致的研究将有助于从基础上彻底相识GNS奥氏体钢的腐化举动。
在此，中科院金属所卢柯院士团队通过新开辟的外貌机器轧制处置惩罚（SMRT），在316L不锈钢上乐成生产了GNS外貌层。与SMAT和超声喷丸等其他外貌塑性变形要领相比，SMRT得到了更厚（〜1 mm）和更匀称的布局细化的GNS层，同时具有更平滑的外貌（Ra <0.20μm），从而实现了拉伸和委顿性能加强明显。将退火处置惩罚前后的SMRT样品与CG样品的腐化和力学性能举行了比力。GNS外貌层表现出精良的热稳健性，并加强了退火SMRT样品的强度-延展性协同作用。在700°C退火的SMRT样品中，屈服强度为〜310 MPa，匀称伸长率为〜55％。相比之下，原样的CG样品的屈服强度和匀称伸长率分别为〜210 MPa和62％，同时耐蚀性也得到了极大进步。相干研究结果以题“Enhanced mechanical properties and corrosion resistance of 316L stainless steel by pre-forming a gradient nanostructured surface layer and annealing”颁发在金属顶刊Acta Materialia上。论文链接：http://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116773在室温下，通过SMRT在316L奥氏体不锈钢上生产出GNS外貌层，其晶粒大部门为DIM，顶外貌的均匀尺寸约为40 nm。在700°C下退火20分钟后，显微构造反向变化为均匀尺寸为〜150 nm的奥氏体晶粒，并析出一些富铬的M23C6。图1。（a）as-SMRT样品中外貌层的明场和（b）暗场TEM图像。图2。在700°C退火之前和之后，SMRT样品外貌层的XRD表面（分别为SMRT和SMRT700）。
图3。（a）SMRT700样品中顶外貌层的明场TEM图像。（a）中的插图表现了相应的SAED模式，从中圈出了奥氏体（b）和碳化物（c）的暗场图像。
通过在3.5％NaCl水溶液中的电位极化曲线评估了700℃退火前后SMRT和CG样品的腐化性能。如预期的那样，全部样品都体现出具有宽被动范畴的被动举动。与在NaCl介质中的CG样品相比，在700°C退火的GNS样品上316L不锈钢的耐蚀性得到了明显进步，而在未经退火的GNS样品上未观看到耐蚀性的明显改变。退火的GNS样品加强的耐蚀性与较高的外貌Cr浓度和敏化的愈合有关。
图4。在700°C退火前后，SMRT和CG样品的电位动力学极化曲线。在3.5重量％的NaCl溶液中举行测试。在腐化测试之前，马上应用阴极干净工艺干净样品外貌的氧化物。
如图5（a）所示，SMRT样品的显微硬度在顶外貌到达〜4.3 GPa，并在〜1000μm的深度渐渐低落至基体值（〜1.5 GPa）。在700°C退火后，SMRT700样品的表层显微硬度略有低落，但仍远高于样品内部的显微硬度。这与SMRT样品强度的进步是同等的。如图5所示（b），只管退火后SMRT样品的屈服强度从约370 MPa低落至约310 MPa，但仍远高于CG样品（约210 MPa）。别的，SMRT样品在退火前后均连结了明显的拉伸延展性。as-SMRT和SMRT700样品的匀称伸长率分别约为52％和55％。相比之下，在收到的CG样品中，该值为〜62％。图5。（a）在700°C退火前后，SMRT样品的显微硬度深度漫衍和（b）拉伸曲线。还比力了CG样品的显微硬度漫衍和拉伸曲线。图6。在700°C退火前后，SMRT和CG样品中（a）通过SIMS丈量的Cr和（b）XPS丈量的（b）Cr 3+的深度漫衍曲线。
在700°C退火后，退火的SMRT样品的外貌层中显现了明显的Cr富集，厚度约为100 nm。商议以为这是由与Cr的外貌偏析相干的自由能低落所引起的热力学驱动，与其他元素相比，Cr的外貌偏析具有更低的外貌能和更强的原子间相互作用。GNS外貌层中存在大量的GBs和GB /外貌结，这不但通过吸引Cr原子低落GB能量，并且通过进步扩散速率来促进了偏析历程。图7。（a）横截面明场TEM图像和（b）SMRT700样品外貌层中Cr，Ni和Fe的漫衍。在图8中通过HAADF-STEM观看到在（a）中以I和II标志的地区。
图8。（a）HAADF-STEM图像，（b）原子辨别率STEM图像，（c）图7（a）中标志的CER I的对应FFT模式。（d，e，f）表现了图7（a）中标志的CER II的那些。图9（a）SMRT700样品中上外貌层的HAADF-STEM图像，以及（b）超过（a）中标志的2个差别GB的Cr曲线。沿（b）中每个表面的虚线表现了通过EDS在奥氏体基体中测得的均匀Cr浓度（〜18.3 at。％）作为参考。
图10（a）CG和（c）SMRT样品在700°C退火的外貌层中包罗M23C6颗粒的地区的典范明场TEM图像。（b）和（d）分别表现了沿（a）和（c）标志的虚线的元素漫衍。（b）中的赤色箭头表现Cr贫化区。
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