摘要
不锈钢由于具有耐腐蚀性、抗高温氧化性和良好的综合力学性能而广泛应用于各类民用、医疗、石油化工、核电国防及航空航天等领域。然而奥氏体不锈钢的屈服强度普遍较低，严重限制了其在结构工程领域的应用。细晶强化作为提升奥氏体不锈钢强度的重要手段，在相同化学成分下可以将材料的强度提升数倍甚至数十倍。但是当晶粒细化至纳米或亚微米级别时，在提高强度的同时通常会大幅度的降低其塑性，并且在其他各类强化机制均很难突破强度与塑性之间的权衡作用。近年来，针对奥氏体不锈钢，通过引入各类异质结构可以有效的规避这种强塑性权衡的困境。然而，对于异质结构微观组织的精准调控以及克服工业技术成本等问题仍然是异质奥氏体不锈钢应用的主要障碍。 基于上述问题，本文以304L与316L奥氏体不锈钢粉末为原料，通过真空封装与热轧工艺制备复合奥氏体不锈钢锈钢板，随后冷轧并利用两者再结晶温度不同在退火过程中调控退火工艺以调控不同再结晶程度的异质层状组织，以产生不同的力学性能组合。该工艺在现有装备条件下可实现工业化生产，并且利用相变诱导塑性机制及异质形变诱导应力等的强化作用可显著提高奥氏体不锈钢的加工硬化能力，实现高强度高塑性组合。本文系统研究了异质层状结构奥氏体不锈钢的制备工艺过程，组织形成机理及塑性变形机理，论文的主要工作及研究成果如下: （1）研究了异质层状结构复合奥氏体不锈钢的制备工艺，通过探究热轧压下量与粉末间的冶金效果得出当压下量大于80％时，粉末间存在良好的冶金结合，材料基本无空洞与空隙;在相同的冷轧应变量下，得出两种奥氏体的形变机制:304L以形变诱发马氏体为主，316L以形变孪晶为主，马氏体的储存能更高，为退火过程逆转变奥氏体形核提供更多质点，因此后续退火过程中304L层更容易先发生再结晶;通过DSC实验及等时退火实验综合测定725℃调控304L层再结晶，而在775℃调控316L层再结晶，以产生不同再结晶程度的异质层状结构复合材料。 （2）研究了冷轧304L+316L复合奥氏体不锈钢在不同退火工艺过程中的组织演变及力学行为，发现以形变马氏体为主的304L层率先发生马氏体逆转变并在后续退火过程中形成再结晶。通过调节异层间再结晶的进程，制备出了不同再结晶体积分数，具有不同力学性能组合的异质层状结构奥氏体不锈钢;在相同的750℃-10min退火工艺下，异质层状结构304L+316L复合材料样品具有比单独304L和316L材料更加优异的强塑性匹配，拥有屈服强度889MPa和17.1％的高延伸率。 (3)研究了不同再结晶程度异质结构奥氏体不锈钢的加工硬化行为及异质层状结构在塑性变形过程中对形变机制的作用机理。异质层状结构奥氏体不锈钢钢基体由软304L层和硬316L层组成，在形变过程中由于软硬层间的应变不均匀会产生显著的异质形变诱导硬化，提升试样整体的加工硬化能力，并且由于异质界面处的应力集中，相对于单质粗晶结构304L样品在变形初期就可产生明显的TRIP效应，并使TRIP效应持续在整个应变过程，最终获得了与单质粗晶结构304L奥氏体相近的高延伸率。 (4)研究了异质层状结构奥氏体不锈钢在组织演变过程中的应变梯度理论以及位错演变过程，进一步通过LUR实验探究了异质形变诱导应力。异质层状结构304L+316L奥氏体不锈钢在形变过程中由于软硬层间力学性能的巨大差异导致异质界面处产生显著的应变梯度以协调不均匀的变形。几何必要位错为了适应应变梯度会塞积在异质界面处产生显著的异质形变诱导应力强化。同时几何必要位错与林位错相互作用，阻碍位错的产生与滑移，最终使材料的强度显著提高并保持良好的加工硬化率。
NETL