基于双极性电化学原理的不锈钢局部腐蚀高通量表征方法研究

For accelerating the development of new steels in China, it is imperative to establish high-throughput sample synthesis and evaluation methods of corrosion performance to optimize the fabrication processes based on a large amount of property data in a short period. In this work, we will develop a new high-throughput localized corrosion screening method based on bipolar electrochemistry for high-strength stainless steels. In this new technique, the experimental process for investigating pitting and intergranular corrosion of stainless steels can be greatly simplified, where the use of potential gradient in bipolar electrochemical test and sample gradient in heat treatment or deformation could be combined into one corrosion experiment. This new approach will allow us to quickly build a large corrosion database. As a result, the heat-treatment, welding, and deformation strengthening processes of high strength stainless steels could be preliminarily optimized based on the corrosion performance in a timely manner. Then, advanced fine optimization and standard corrosion data will be provided based on the traditional standard methods for corrosion evaluation. The relationship between technics, microstructure and localized corrosion behaviors for high-strength stainless steels will also be clarified. This could not only shortens the development cycle for the next-generation high-strength stainless steel, but also presents a high academic reference value for the high throughput corrosion characterization of other materials.

以耐蚀性为重要品质指标的不锈钢开发中，由于工艺流程长、参数多，需要基于耐蚀性指标的单一工艺优化和串联工艺的窗口优化。这导致腐蚀评价实验量过大、周期过长，成为产品研发进度的重要制约因素之一，亟待高通量样品制备及腐蚀表征新技术的开发与应用。本项目针对以固溶与位错联合强化、并以形变诱发马氏体相变提高塑性的新型奥氏体高强不锈钢，建立形变量与热处理组织梯度样品的高通量制备技术和基于双极性电化学的高通量点蚀与晶间腐蚀表征技术，并通过样品梯度与腐蚀表征梯度的垂直交叉构建提高腐蚀表征效率，实现高强不锈钢热处理、焊接及形变强化工艺基于抗蚀性的快速初步优化；在此基础上，采用国内外标准不锈钢腐蚀表征方法进行精细优化，在从学术角度澄清相关规律与机制的基础上，从抗蚀性角度提出高强不锈钢组织、工艺优化原则。该研究对缩短钢种研发周期具有重要实际意义，同时对其他材料体系腐蚀行为的高通量表征也具重要学术参考价值。

在不锈钢新钢种开发、生产工艺优化、装备制造及服役评价全流程中，腐蚀评价技术需求贯穿始终。传统的评价技术已经不能满足腐蚀研究及大量系统腐蚀数据快速积累的需要。在此背景下，针对我国不锈钢新产品开发与应用的实际需求，改进和创新不锈钢腐蚀评价技术，对现阶段我国不锈钢腐蚀研究工作有着重要意义。.本项目针对不锈钢研发中需在短期内获取海量腐蚀数据指导工艺优化和服役寿命评价这一需求，建立基于双极性电化学原理的高通量腐蚀表征新技术，通过控制溶液电位在测试样品表面同时施加系列连续电位差诱发腐蚀反应梯度。在对双极性电化学体系参数进行详细优化的基础上，针对单一试样、单一评价效果的不足，将所建立的双极性电化学腐蚀表征技术应用于不锈钢及电子元件焊点材料的腐蚀行为研究中。.在此基础上，针对宝武钢铁集团正在研发的高锰低镍BFS600高强不锈钢，阐明了形变强化和热处理工艺对不锈钢点蚀和晶间腐蚀行为的影响规律。拉伸形变下BFS600高强不锈钢中相变诱发马氏体的转变方式为奥氏体→ α′-马氏体。拉伸变形同时增加了样品的表面硬度和位错密度，且二者随形变量的改变规律相一致。当形变量为30%时，样品的耐点蚀性能最差；当形变量小于30%时，耐点蚀性能受到塑性变形产生的位错和马氏体的影响而逐渐下降；形变量大于30%时，位错密度虽然继续增加，但位错和马氏体的分布更加均匀，样品的电化学均匀性提升，耐点蚀性能有一定的恢复。此外，通过优化后的DL-EPR测试方法研究了BFS600高强不锈钢在时效温度为600-900 °C、时效时间为10-300 min条件下的晶间腐蚀敏感性变化规律；并基于电化学测试结果和表面形貌图绘制了BFS600高强不锈钢的TTS曲线。为宝武集团提供新材料的腐蚀数据，并为BFS600高强不锈钢形变强化、热处理及焊接工艺的优化提供支撑。.