北科大《Acta Mater》揭示析出相周围应变场在点蚀萌生的作用！

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奥氏体-铁素体双相不锈钢拥有良好的力学性能、焊接性能和耐腐蚀性能，在能源和化工领域具有广泛的应用。其中，Fe20Cr9Ni双相不锈钢（也称Z3CN20.09M双相不锈钢，以下简称Fe20Cr9Ni DSS）作为核电站一回路主管道材料被广泛的应用于压水堆核电站中。但是在其服役温度（280~320℃）长时间服役，会造成热老化脆化现象，导致冲击功迅速下降，同时也会恶化Fe20Cr9NiDSS的耐腐蚀性能，尤其是耐点蚀性能。

力学性能和耐腐蚀性能的恶化主要是由于Fe20Cr9NiDSS中的铁素体发生了调幅分解和G相的析出，形成富Fe的α相、富Cr的α’相和富Si的G相。由于α相、α’相和G相的尺寸很小（通常不超过10nm），很难单独研究Fe的α相和G相在点蚀萌生中的作用，所以通常认为Fe的α相是导致热老化状态的双相不锈钢的耐点蚀性能下降的主要原因，但是G相在点蚀萌生中作用往往被忽略。

近日，北京科技大学与中科院沈阳金属所的研究人员采用TEM准原位的方法观察到了热老化状态下Fe20Cr9Ni DSS（以下简称Fe20Cr9Ni DSS热老化试样）的纳米级别点蚀坑确切的萌生位置，并结合3DAPT分析技术和几何相位分析（GPA）技术分析了成分分布特征和应变场分布特征，揭示了界面应变场在点蚀萌生中的作用。相关论文以“Evaluation of pitting corrosion in duplex stainless steel Fe20Cr9Ni for nuclear power application”为题，发表在金属材料领域顶级期刊Acta Materialia上。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.07.046

研究人员发现纳米尺度的点蚀坑仅在G相与铁素体基体的界面处萌生，而调幅分解区域（α相和α’相）不存在纳米级别的点蚀坑。研究人员采用3DAPT技术分析了Fe20Cr9Ni DSS热老化试样中铁素体内的成分分布，发现调幅分解区域内α相和α’相的Cr元素浓度差高达60 at%，但是点蚀坑并没有在α相处萌生。由纳米级别点蚀坑的萌生位置和3DAPT成分分析结果可知，Cr元素的偏聚并不是引起Fe20Cr9Ni DSS热老化试样点蚀性能下降的主要原因。

图1 点蚀坑仅在G相与铁素体基体界面处萌生

图2 3DAPT结果分析（α相和α’相成分分布）

将Fe20Cr9NiDSS热老化试样经过550℃保温1h处理，可以使热老化试样中的调幅分解组织（α相和α’相）发生回溶，Fe、Cr元素在铁素体基体中均匀分布，即α相和α’相消失，只保留G相。通过电化学极化测试，原始试样的点蚀电位为418.9mV_SCE，热老化试样的点蚀电位为132.8mV_SCE，热老化+退火试样的点蚀电位为199.2 mV_SCE，退火后点蚀电位仅发生了有限回复，可知α相对点蚀性能的影响不占主要作用。