摘要
超级奥氏体不锈钢作为新一代高合金、高耐蚀不锈钢，具有十分优异的耐腐蚀性能和综合力学性能，是部分镍基合金和钛合金的理想代用材料，在极端苛刻的服役环境具有广泛的应用价值。然而，与传统不锈钢相比，超级奥氏体不锈钢起步较晚，在研发和生产过程中仍然面临很多瓶颈问题。尤其是高牌号的654SMO，国内尚未实现产业化，相关研发资料也十分匮乏。因此，加强对654SMO的系统研究具有重要的意义。 本文系统研究了Cr含量对超级奥氏体不锈钢654SMO组织及性能的影响规律。利用光学金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析了不同Cr含量654SMO的组织特征;利用电化学工作站评价其耐腐蚀性能;利用拉伸试验机、冲击试验机研究了Cr含量对固溶态和时效态654SMO力学性能的影响。得出的主要结论如下: Thermo-Calc计算结果表明，实验钢中析出相类型主要为σ相、Cr2N及M23C6，提高钢中Cr含量可以拓宽σ相的析出温度区间，增大σ相的形核驱动力，促进σ相的析出;但Cr含量的变化对Cr2N和M23C6析出的影响不明显。Cr含量的提高使钢中Cr元素的活度增大，Mo元素的活度减小，促进富Cr相形成同时抑制富Mo相形成。 在等温时效过程中，时效时间不超过2h，654SMO-Cr23.5中析出相形核数量最多、总含量最大;但析出相尺寸较小，析出相形状主要为近球状及短棒状，弥散分布于基体中，并且晶界和晶内均形成较多的Cr2N及R相。延长时效时间，654SMO-Cr23.5中析出相长大不明显，而654SMO-Cr24.5和654SMO-Cr25.5中析出相的尺寸明显增大，析出相类型主要为细长针状及棒状的σ相。在时效6h后，两者析出相总量均超过了654SMO-Cr23.5。因此，Cr含量的提高促进了σ相的形成，抑制了Cr2N及R相的析出。 电化学测试结果表明，在死亡绿液环境中，Cr含量的提高使钢的击穿电位略微增大，同一电位下的电流密度明显降低，钢的耐点蚀性能有所提升。双环动电位再活化实验结果表明，提高Cr含量使晶间腐蚀敏感性增强，更容易发生晶间腐蚀;在时效2h内，654SMO-Cr23.5析出相较多，其晶间腐蚀敏感性高于654SMO-Cr24.5和654SMO-Cr25.5;当时效6h后，由于析出相长大缓慢，654SMO-Cr23.5中析出相总含量和DOS值均低于654SMO-Cr24.5和654SMO-Cr25.5。提高钢中Cr含量，虽耐点蚀性能有略微的提升，但其晶间腐蚀敏感性明显增大，更容易发生晶间腐蚀。 固溶态实验钢具备优异的强度及韧性，经时效处理后，微裂纹优先在硬脆的二次相附近形成，钢的抗拉强度及延伸率减小，屈服强度增大，断裂模式由韧性断裂转变为脆性断裂。Cr含量的提高对固溶态钢的强度及韧性影响很小;随时效时间延长，Cr含量对钢中析出相类型及形貌影响显著，进而对力学性能的恶化作用逐渐突出。654SMO-Cr25.5中尖锐的细长针状σ相对力学性能的恶化程度要高于654SMO-Cr23.5中细小的近球状析出相。
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