摘要
双相不锈钢具有良好的力学性能和耐蚀性能，被广泛用于石油化工、海洋工程、矿物加工等行业。含Cu双相不锈钢在等温时效处理过程中会析出的富Cu相，从而产生析出强化作用，而产生的析出强化效果会随着富Cu相尺寸、数量密度以及体积分数的变化而变化，并且富Cu相会对钢的耐腐蚀性产生影响。含Cu双相不锈钢中通常会加入一定量的Ni、Mo元素来改善性能，Ni、Mo元素的存在会对富Cu相的析出产生影响，因而备受关注。 本文以S32520双相不锈钢作为研究对象，在原来的钢中增加Ni、Mo元素的含量，通过测量钢的显微硬度、拉伸强度等宏观力学性能，利用透射电镜(TEM)进行微观分析，利用第一性原理计算、JMatPro热力学计算、电化学实验等方法，系统研究了添加Ni、Mo元素对S32520双相不锈钢中富Cu相析出行为、耐腐蚀性以及力学性能的影响，对此得出以下主要结论: (1)在S32520双相不锈钢中增加Ni的含量，在550℃和850℃时效条件下，1#样品的富Cu相分数分别为2.78wt.％和1.51wt.％，而2#样品的富Cu相分数分别为2.52wt.％和0.85wt.％，发现Ni的增加抑制了富Cu相的析出。通过第一性原理计算得出Ni含量的增加，提高了Cu原子的溶解度。在铁素体和奥氏体中都表明了Ni和Cu原子之间的相互吸引，但奥氏体中Ni含量高于铁素体，导致奥氏体中富Cu相形核条件无法满足。因此，Ni抑制了铁素体中富Cu相的析出并且使得富Cu相无法在奥氏体中析出。 (2)通过电化学极化曲线测试可以看出Cu原子会抑制点蚀的发生，提高了样品的耐腐蚀性。增加Ni元素后的2#样品与1#样品相比腐蚀电位和点蚀电位均呈下降趋势，增加Ni元素的含量会降低样品的耐腐蚀性能。Ni元素会削弱富Cu相的析出强化效果，使样品的屈服强度、抗拉强度值和硬度值都有所降低，同时，Ni元素提高了样品的延伸率，使样品的塑性增强。 (3)在S32520双相不锈钢中增加Mo元素的含量，通过JMatPro9.0进行热力学计算，发现在550℃和850℃时效条件下，1#样品的富Cu相分数分别为2.6wt.％和1.03wt.％，而3#样品的富Cu相分数分别为2.78wt.％和1.26wt.％，增加Mo元素的含量促进了富Cu相的析出。通过第一性原理计算得出Mo元素在铁素体中降低了Cu元素的溶解度，促进了铁素体中富Cu相的析出，同时也大大提高了Cu在奥氏体中的溶解度，导致形核条件无法满足，因此奥氏体中没有富Cu相析出。 (4)Mo元素能抑制点蚀的发生，提高样品的耐腐蚀性。Mo元素会增强富Cu相的析出强化效果，使样品的屈服强度、抗拉强度值和硬度值都有所增加，使样品的塑性有所降低。
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