ECAP辅助304奥氏体不锈钢的晶界工程研究(4)

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其他措施中，比如恰当的热处理可以消除贫铬区和稳定金属组织，也同样提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。总之，根据不同具体情况来选择相应措施，以提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。

以上措施或多或少都能降低晶间腐蚀，比如加快加热和冷却速度以减少在敏化温度范围的时间来减少碳原子扩散，但只是在量上降低晶间腐蚀性能，并不能从根本上改善不锈钢的抗晶间腐蚀性能，再加上加入合金元素等措施有可能会造成其他不利影响，以及成本较高，所以有一定的局限性，在工业上的广泛应用得到限制。而晶界工程是可以通过控制和设计晶界的结构，能有效改善奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀性能，具有优越其他措施的条件，从而得到重视。

1.3 晶界工程（GBE）

1.3.1 晶界工程简介

晶界特征分布（grain boundary character distribution，简称GBCD）优化亦称晶界工程(grain boundary engineering，简称GBE)，目的是通过特殊晶界比例来的大幅度增加来改善某些多晶材料的性能。目前有两种关于特殊晶界的定义，一种是基于晶界几何特征的，也称低Σ重位点阵(Coincidence Site Lattice，CSL)晶界；另一种是基于晶界性能的，即那些具有低的晶界偏聚行为和良好的耐晶间腐蚀性能的晶界被称为特殊晶界。一般地说，上述特殊性能是被低ΣCSL晶界原子排列有序度高和自由体积小的结构特点所赋予，因此虽然两种定义不同，但低ΣCSL晶界和特殊晶界通常被认为是相同的含义[7]。

大量的研究表明，低Σ重位点阵晶界有对断裂、滑移、腐蚀和应力腐蚀裂纹、敏化和溶质偏析（平衡和非平衡）强烈的抑制作用，有的甚至达到完全免疫的效果。因为自由晶界由于具有高的能量和高的移动性，常成为裂纹生长的核心和裂纹扩展的通道，从而导致晶间腐蚀裂纹和晶间应力腐蚀开裂的出现[8]。因此，在提高和改善材料性能的各种有效措施中，控制和优化材料内部晶界特征分布成为了其中的重要手段。

在1984年Watanabe[9]首次提出了“晶界设计与控制”思想，之后1995年Lin[10]等人第一次通过实验研究评估了“晶界设计和控制”对块体材料抗晶间腐蚀性能的影响，并进一步把它发展为晶界工程(Grain Boundary Engineering，GBE)。后来，Randle[11]在前人研究基础上提出了Σ3再生模型以及与孪生相关的晶界工程理论，成功地解释了材料中大量Σ3晶界的产生原因，并说明了晶界工程中晶界结构的演变机制。最近几年来，晶界工程理论也已成功提高不锈钢、镍基合金等许多金属材料性能方面，在实践上证明了晶界工程的可应用性。

尤其在对多晶体金属材料的研究中，其晶界迁动、溶质原子在晶界的偏聚等现象以及力学和物理性能，受到晶界结构的强烈影响作用。所以通过晶界控制和设计来改进材料性能已成为材料科学研究的一个重要领域。

1.3.2 晶界工程改善材料性能的机理

晶界设计是通过形变热处理工艺(Thermomechanical Processing，TMP)实现的。形变过程中，冷变形低层错能多晶材料中的位错很难进行交滑移，从而增大了滑移变形的难度，但同时也降低了孪晶界的界面能，促使材料发生孪晶变形。于是，形变孪晶产生并进一步阻止位错滑移，于是晶体中产生较大的应变能，为晶界在退火时有选择性地迁移提供了驱动力，促进Σ3晶界的形成。

随着形变和退火次数增加，特殊晶界的体积分数不断增加，促使晶界网络结构不断变化，当Σ3特殊晶界比例达到一定值后，就形成具有很高特殊CSL晶界体积分数的晶界特性统计分布(GBCD)。