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OCr18Ni9，lCr18Ni9、lCr18Ni9Ti等铬镍奥氏体型不锈钢在热轧低碳结构钢材的显微组织中，人们把平行轧制方向成层分布的铁索体和珠光体条带组织，通称为带状组织。
在轧后冷却过程中，铁素体在枝晶偏析和延伸的非金属夹杂条带中优先形成，所以铁素体和珠光体成层分布。
带状组织便钢的力学性能呈各向异性，并降低钢的冲击韧性和断面收缩率，例如20CrMnTi等低碳结构钢的带状组织如果严重，就会降低零件的塑性、韧性，并且使零件在热处理时容易产生变形。
OCr18Ni9，lCr18Ni9、lCr18Ni9Ti等铬镍奥氏体型不锈钢，在实际生产的冷却速度下呈奥氏体单相组织。
但假若钢中铁素体形成元素（铬、钛、硅等）的含量在上限、结晶偏析较严重，那么在冷却速度很慢的条件下，钢中可能出现部分α相。
由于热加工时铁素体相与奥氏体相的塑性不同，轧件内部产生较大的应力，当轧制钢板或穿管时，轧件会发生局部撕裂，所以有的技术标准规定，必须控制板坯及管坯中的α相含量。
钢锭固有的各种铸造缺陷，造成钢材各部位的性能不完全相同。
热轧工艺制度不同对钢材各部位质量的影响也不同，为了反映钢材质量的实际水平，确保使用单位复验合格率，在相应标准中规定了钢材的取样部位，各轧钢企业及使用单位共同信守。
在一般情况下，随着压缩比的增加，钢材各部位的质量逐渐均匀，因此对小型钢材(≤30mm)不做取样部位规定。
对大、中型钢材，尤其是用小型钢锭轧制的较大型钢材，因其压缩比小，取样部位需要专门规定。
例如，力学性能试样要在相当于钢锭头部的地方切取；低倍及夹杂物试样要在相当于钢锭头部和尾部的钢材上切取；脱碳、网状试样要按热轧批次切取；其他检查试样可以随同上述试样兼做。
一般生产优质钢、合金钢的轧钢车间，在热锯切断时，切取有代表意义的、一定数量的试样，由管理部门及检验单位进行试样分配，制备各种检验试片。
一般合金钢轧钢车间的取样规定示例。
取样具体规定应符合各种钢材的技术标准要求。
镍基高温合金中合金元素晶界偏析行为及其对晶界性能的影响镍基高温合金是一类具有优异高温力学性能的合金材料，在航空航天、能源等领域具有重要的应用价值。
而晶界是镍基高温合金中晶粒之间的分界面，其特性对合金的整体性能具有重要影响。
本文将探讨镍基高温合金中合金元素晶界偏析行为及其对晶界性能的影响。
首先，我们需要了解晶界偏析现象。
晶界是由不同晶粒的结合面组成，晶界处原子之间存在着不同的化学环境和缺陷。
在合金元素的作用下，晶界处的元素分布会发生偏离均匀分布的现象，这就是晶界偏析。
晶界偏析行为受多种因素影响，包括合金元素的种类、浓度、晶界能等。
其次，我们探讨晶界偏析对晶界性能的影响。
晶界偏析会引起晶界处的化学变化，导致晶界能量增加或减小。
晶界能量的变化会直接影响晶界的稳定性和力学性能。
例如，合金元素在晶界上的偏离行为可能会导致晶界能增加，从而降低晶界的稳定性。
此外，偏析元素还会影响晶界的扩散速率和位错活动程度，进而影响合金的变形行为和抗氧化性能。
晶界的稳定性是镍基高温合金中晶界性能的关键因素之一。
晶界能量的变化对晶界的疲劳裂纹扩展行为、晶界滑移和扩散等都有影响。
当晶界处存在着偏析元素时，晶界能量的变化会导致衍射位错的形成和运动，从而增加了晶界的应力集中程度，提高了晶界的屈服强度和断裂韧性。
此外，晶界偏析还对镍基高温合金的抗氧化性能产生影响。
晶界是合金中最容易发生氧化的部分，而偏析元素的存在会改变晶界化学成分，进而影响晶界处的氧化行为。
一些元素的偏源会明显降低晶界的抗氧化能力，导致合金在高温环境下的氧化速率加快。
为了降低晶界偏析的影响，我们可以考虑优化合金配方和加工工艺。
通过选择合适的合金元素和控制元素浓度，可以减轻晶界偏析现象的发生。
此外，采用适当的加工工艺，如热处理、变形处理等，也可以改善晶界的稳定性和性能。
综上所述，镍基高温合金中合金元素晶界偏析行为对晶界性能具有重要影响。
晶界偏析会导致晶界能量变化，进而影响晶界的稳定性、力学性能和抗氧化性能。
分析1Cr18Ni9Ti奥氏体无磁不锈钢1Cr18Ni9Ti钢中钛和铌都是强烈形成碳化物元素，不锈钢中加入钛和铌的目的是为固定钢中的碳，使其形成稳定的TiC或NbC，使钢中不致出现铬的碳化物(Cr23C6)，从而避免因晶界贫铬而造成晶间腐蚀。
但在固溶处理时，大部分的碳化钛或碳化铌已溶入奥氏体中，若在400~800℃加热时，Cr23C6将优先在晶界析出，使钢的晶界腐蚀倾向增加。
为了消除晶间腐蚀倾向，在固溶处理后进行一次稳定化处理。
稳定化处理的加热温度应高于Cr23C6完全溶解的温度而低于碳化钛或碳化铌完全溶解的温度，而使Cr23C6不会再析出，从而对固溶体中的铬含量提高，有效地防止了晶间腐蚀。
对1Cr18Ni9Ti钢稳定化处理工艺为：加热850~880℃，保温6h，出炉空冷。
1Cr18Ni9Ti钢有什么特点？1Cr18Ni9Ti钢属奥氏体无磁不锈钢。
其主要化学成分（质量分数）：≤0.12%C、≤1.00%Si、≤2.00%Mn、17.00%~19.00%Cr、8.00%~11.00%ni、≤0.035%P、≤0.030%S、5*(C%-0.20)~0.08%Ti。
其始锻温度1130~1180℃，终锻温度850℃，锻造后空中冷却。
钢中加入Cr、Ni元素主要是提高钢的电极电位，增强钢的耐蚀性，并固溶强化奥氏体组织。
钢中加入Ti元素主工是形成Ti元素的碳化物，阻止Cr元素碳化物在晶界的形成与析出，保持晶界上Cr元素的含量，以防止晶间腐蚀。
1Cr18Ni9Ti钢在一些不同浓度、不同温度的有机酸和无机酸中，尤其是在氧化性介质中都有良好的耐蚀性。
1Cr18Ni9Ti钢经固溶处理，可有效地发挥钢的耐腐蚀性能。
又因无磁性，更适合制造无磁模具和要求耐蚀性较高的塑料模具。
晶界工程处理对304 奥氏体不锈钢力学性能的影响作者：姚顺语马凤仓刘平刘新宽张柯来源：《有色金属材料与工程》2023年第05期摘要：晶界工程是改善晶界特性以提高抗晶間退化能力的一种可行方法，能有效提高Σ 重位点阵晶界的比例。
研究基于304 奥氏体不锈钢，通过控制不同的热机械加工工艺，以获得更高的Σ 重位点阵晶界，优化晶界特征分布，利用电子背散射衍射技术分析不同样品的微观结构，通过室温拉伸试验研究晶界类型对304 型奥氏体不锈钢力学性能的影响。
结果表明，经过晶界工程处理的样品，其伸长率能得到一定程度的提升。
分析断口微观形貌、平均施密特因子、泰勒因子得出，晶界工程处理能使得304 奥氏体不锈钢基体内的第二相杂质减少、微观区域应变分布更均匀、滑移系统的激活过程更容易发生。
关键词：晶界工程；奥氏体不锈钢；重位点阵晶界；力学性能中图分类号：TG 142.1 文献标志码：AEffect of grain boundary engineering processing on mechanicalproperties of 304 austenite stainless steelYAO Shunyu， MA Fengcang， LIU Ping， LIU Xinkuan， ZHANG Ke（School of Materials and Chemistry， University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093， China）Abstract： Grain boundary engineering is considered as a feasible method to improve the grain boundarycharacteristics to increase the resistance to intergranular degradation. It can effectively increase the ratioof the Σ coincidence site lattice boundary （CSL）. This study is based on 304 austenitic stainless steelmaterial which control different thermo-mechanical processes to obtain higher Σ CSL boundaries andoptimize the grain boundary character distribution technology. Electron back scattering diffraction isused to analyze the microstructure of different samples. The effect of grain boundaries on themechanical properties was studies by tensile tests at room temperature. The results show that the tensileelongation can be improved to a certain extent with GBE treat samples. By analyzing the fracturemicrostructure， average Schmid factor and Taylor factor. It is concluded that GBE treatment can reducethe impurities of the second phase in the matrix， makes the strain distribution more uniform in themicrozone and let the activation process of the slip system easier to happen.Keywords： grain boundary engineering; austenitic stainless steel; coincidence site lattice boundary;mechanical properties304 奥氏体不锈钢具有优良的力学性能以及耐腐蚀性能，常作为结构材料应用于化工、石油、电力、核工业等领域。
目录1 绪论 (4)1.1 不锈钢的历史起源及分类 (5)1.1.1 铁素体不锈钢 (6)1.1.2 马氏体不锈钢 (6)1.1.3 奥氏体不锈钢 (6)1.2 不锈钢的应用及工作环境 (7)1.2.1 不锈钢在建筑业中的应用 (7)1.2.2 不锈钢在海洋装置上的应用 (8)1.3 国内外不锈钢的发展情况 (10)1.3.1 彩色不锈钢 (10)1.3.2 日本废不锈钢利用 (12)1.3.3 国内外不锈钢焊条使用现状 (12)1.4 本论文的目的与意义 (14)2. 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的热处理工艺过程 (15)2.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的冶炼研究及锻造处理 (15)2.1.1 1Cr18Ni9Ti的凝固行为 (15)2.1.2 1Cr18Ni9Ti的锻造处理 (19)2.2 奥氏体不锈钢热处理设备—真空热处理炉 (20)2.2.1 真空热处理炉概述 (20)2.2.2 真空热处理炉设计 (23)2.3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理与稳定化处理 (27)2.3.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理 (27)2.3.2 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的稳定化处理 (29)2.3.3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的化学热处理 (33)2.3 全腐蚀试验 (35)2.4 晶间腐蚀试验 (36)3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的抗蚀性处理 (38)3.1 造成不锈钢腐蚀的原因及机理 (38)3.2 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti常用的抗蚀热处理方式 (40)3.3 固溶处理与稳定化处理对耐蚀性能的影响 (41)3.4 讨论与结论 (42)4 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti热处理后检验 (44)4.1 试验方法与结果 (44)4.2 结果分析 (45)4.3 小结 (47)5结论 (48)致谢 (49)参考文献 (50)1 绪论奥氏体不锈钢1913年在德国问世，在不锈钢中一直扮演着最重要的角色，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%钢号也最多，当今我国常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个，最常见的就是18-8型。
第38卷第4期矿冶工程V〇l.3SA4 2018 年08月M IN IN G A N D M E T A L L U R G IC A L E N G IN E E R IN G A u g u s t2018晶界特征分布对1C r18N i9T i奥氏体不锈钢绝热剪切带自组织的影响①杨扬，王君良(中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙410083)摘要：通过形变热处理工艺优化不锈钢的晶界特征分布，并采用厚壁圆筒外爆压缩加载实验对形变热处理前后的试样进行动态 加载，研究了晶界特征分布对1Cr18Ni9T i奥氏体不锈钢绝热剪切带自组织的影响。
结果表明，形变热处理工艺优化了不锈钢的晶 界特征分布，特殊晶界比例尤其是E3晶界比例分别从27.8%，18.9%提高到72.5%，55.8%，一■般大角度晶界被小角度晶界和特殊晶粒团簇取代或阻断。
加载后两种状态试样的剪切带的数量和间距差别较小，但是固溶试样剪切带的平均扩展速率为446 m/s，最长剪切带长度为2.33mm，而形变热处理试样分别为338 m/s和1.75mm。
晶界特征分布优化对剪切带的形核影响较小，但是由于特 殊晶界比例的提高，明显阻碍了绝热剪切带的扩展，提高了高速变形条件下的抗损伤能力。
关键词：动态变形；晶界特征分布；绝热剪切带；自组织行为；厚壁圆筒外爆压缩实验；奥氏体不锈钢中图分类号：TG146.21 文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.0253-6099.2018.04.033文章编号：0253-6099(2018)04-0130-04Effect of Grain Boundary Character Distribution on the Self-organization of Adiabatic Shear Bands in 1Cr18Ni9Ti Austenitic Stainless SteelYANG Yang,WANG Jun-liang(School of Materials Science and Engineering，Central South University，Changsha410083，Hunan，China) Abstract：The grain boundary character distribution (GBCD)ol 1Cr18Ni9Ti austenitic stainless steel was optimized by thermo-mechanical treatment.The effect ol GBCD on the sell-organization ol adiabatic shear bands in the steel was investigated by means ol compression loading test ol thick-walled cylinder.Results showed that the thermo-mechanical treatment optimized the GBCD of the stainless steel.The special grain boundary ratio，especially the X3 grain boundary ratio，was increased lrom27.8%/18.9% to72.5%/55.8%，respectively.The high angle grain boundaries were replaced or interrupted by the low angle grain boundary and special grain boundary clusters.Alter loading，the dillerence in the number or spacing ol the shear bands ol the specimen with di££erent treatment method was small.However，the average propagation rate and the maximum length ol adiabatic shear bands in solution treatment specimen were446 m/s and2.33 mm，respectively，while those in thermo-mechanical treatment specimen were 338 m/s and 1.75 mm，respectively.It is shown that the GBCD optimization hadnrt brought obvious ellect on the nucleation ol adiabatic shear bands，but hindered the propagation ol adiabatic shear bands and improved damage resistance under high-strain-rate loading due to the increased proportion ol special grain boundary.Key words ：dynamic delormation；grain boundary character distribution；adiabatic shear band;sell-organization; compression loading test ol thick-walled cylinder;austenitic stainless steel1Cr18Ni9T i奥氏体不锈钢是常用的不锈钢之一，它在304不锈钢的基础上加人了金属钛，使其具有更 好的耐晶界腐蚀性及高温强度，因而在航空航天领域 获得大量应用[1]。
绝热剪切是材料在高速变形条件下一■种常见的破坏机制，常存在于动态高速撞击、侵 彻、切削、高速成型、爆炸复合等高应变速率变形[2-5]中，而剪切带是微裂纹优先形核的区域,研究多条剪切 带的分布、间距等自组织行为对研究材料在动态变形①收稿日期：2018-0卜23基金项目：国家自然科学基金（51274245,51574290);NSAF联合基金（L1330126);非线性力学国家重点实验室开放基金作者简介：杨扬（1963-),男，湖南常德人，博士，博士研究生导师，主要研究方向为材料动态变形。
通讯作者：王君良（1993-),男，湖南娄底人，硕士研究生，主要研究方向为材料动态变形。
第4期杨扬等：晶界特征分布对lCrl8Ni9Ti奥氏体不锈钢绝热剪切带自组织的影响131下的损伤失效有重要意义。
厚壁圆筒外爆压缩加载实验由〜68161^^0[6]提 出，许多研究者利用此试验手段成功获取了多条剪切 带。
晶界设计[7]就是对中低层错能的FC C金属通过 形变热处理工艺，控制金属的晶界特征分布，改善与晶 界相关的性能。
晶界工程已经在奥氏体不锈钢中得到 成功应用。
但是晶界特征分布对剪切带自组织的影响 鲜有研究。
本文利用厚壁圆筒外爆压缩加载实验技术 在1Cr18N i9T i奥氏体不锈钢圆筒试样成功获得多条 剪切带，探究了晶界特征分布对剪切带自组织的影响。
1实验实验用材料为1Cr18N i9T i奥氏体不锈钢板材，其成 分如表1所示。
将实验材料先进行固溶处理（1050 °C，50 m in，水淬）以获得均匀的奥氏体组织，得到固溶处理 样。
随后选取如下的形变热处理工艺:固溶处理样进行 小变形(总形变量5%)冷轧后，在947 C的氢气气氛钼 丝炉中退火72 h后水淬得到形变热处理样;将固溶处 理样和形变热处理样去除表面应力层，制备EBSD试 样。
电解拋光液为：10%H C l〇4 + 90%CH3COOH，拋 光电压为直流25 V，时间约20 s。
利用配有TSL-EBSD 系统的FEI Sirion-200场发射扫描电镜对电解拋光后 的样品表面进行扫描。
加速电压25 k V，扫描步长 2 pm。
在二维重构条件下，按长度百分数计算各类晶 界的比例，采用Bmndon标准[8]判定晶界类型。
表11Cr18Ni9T i奥氏体不锈钢化学成分（质量分数)/%C S i M n P S彡0.12砭1.00砭2.00彡0.035砭0.030N i C r M o其他8.00-11.0017.00-19.00—Ti5*(C%-0.02)-0.80采用厚壁圆筒外爆加载实验对1Cr18Ni9T i奥氏体 不锈钢进行动态加载，实验装置如图1所示。
加载试样 是由三层圆管组合形成的一个三明治结构，将不锈钢管 夹在两层紫铜管之间，管与管之间用环氧树脂填充粘 合。
不锈钢管内径16 mm，外径26 mm，壁厚5mm，管高 76mm。
内外铜管由塑性较好的紫铜加工而成，并且 预先在氢气保护气氛下进行了软化退火处理（300 C，30 m in)，内外铜管内径分别为14 m m和26 mm，壁厚 均为1mm，试样周围均匀填满了粉状铵油炸药，炸药 密度0.7 g/cm3，爆速3 300 m/s，装药厚度79.6 mm。
炸药由上端引爆，驱动试样向内压缩坍塌，坍塌试样沿 垂直轴向方向取样。
引爆点固溶处理试样、形变热处理试样及冲击加载后的 所有试样经腐蚀拋光后，在POLYVAR-M ET金相显微 镜下观察金相组织。
2结果与讨论2.1晶界特征分布优化图2是固溶处理试样和形变热处理试样相应的 O IM重构图。
固溶处理试样经过形变热处理后，一般大 角度晶界的数量明显减少，大量的大角度晶界被低S晶界等特殊晶界所取代。
同时，Z9和Z27晶界数量明显 增加。
这是由于经过小变形（5%)后，变形储能显著升 高，而1Cr18N i9T i奥氏体不锈钢的层错能较低，在退火 过程中难以发生交滑移和回复的形式降低变形能，因而 退火过程中易于发生局部再结晶，首先产生了以特殊晶 界等低能量晶界为主的小晶粒群，晶界迁移的过程不断 产生退火孪晶，再加上部分Z3晶界相互作用形成S9 和S27多重退火孪晶，充分发展成特殊晶粒团簇，取代 了原有的能量较高的大角度自由晶界，从而使得特殊晶 界比例增加，而且导致一般大角度晶界网络连通性被阻 断，实现了晶界特征分布的优化。
X I 一S3一S9S27一S大角度晶界图2 OIM重构图(a)固溶处理试样；（b)形变热处理试样图3为固溶处理试样与形变热处理试样的各类晶132矿冶工程第38卷界比例图。
