奥氏体不锈钢凝固组织中铁素体形成机制及演化规律研究

对奥氏体不锈钢来说，凝固条件不同铁素体形态复杂、数量各异，而铁素体特征决定了其抗热裂能力、抗腐蚀能力及其磁性。本项目采用自主研发的高真空高温度梯度定向凝固装置，以奥氏体不锈钢为研究对象，澄清凝固过程中三相反应阶段的反应类型；分析两相共生生长组织的形成机理；揭示凝固条件对奥氏体不锈钢中铁素体形态及铁素体/奥氏体取向关系的影响规律及机理；分析共生生长组织中铁素体形貌（相互平行或缠结）与两相取向之间的内在联系；探明溶质的分布及迁移规律；弄清室温下各种铁素体的来源及其形成机理；获得凝固条件与铁素体形态、数量、尺度及分布规律等的内在关系，通过控制凝固条件获得符合要求的凝固组织，为不锈钢的组织及性能控制提供重要的技术参考，为设计和开发性能优异的奥氏体不锈钢提供理论基础。

项目组通过3年研究，全面完成了研究任务，实现了预定目标。在国际著名期刊Journal of Materials Research, Journal of Alloys and Compounds, Materials Letters发表SCI学术论文4篇，在2011年中国材料研讨会上作了“奥氏体不锈钢凝固组织形成及控制”的特邀报告。.对奥氏体不锈钢来说，凝固组织中铁素体形态、数量、尺寸以及分布特征决定了其抗热裂能力、抗腐蚀能力及其磁性。本项目采用自主研发的高真空高温度梯度定向凝固装置，系统研究了奥氏体不锈钢凝固行为、铁素体的起源以及铁素体形态与晶体学的关系，取得了一些创新性研究成果。首先，探明了凝固过程中溶质的分布及迁移规律，给出了凝固末期熔体中镍元素的大量富集是其转变为奥氏体的根本原因，通过凝固组织特征和自由能计算澄清了凝固过程中三相反应阶段的反应类型为包晶转变而非共晶转变。其次，采用TEM技术从晶体学角度揭示了奥氏体不锈钢铸态组织中复杂铁素体的形成机制：形成平行铁素体时，铁素体/奥氏体间的取向关系为一种新的取向关系；形成三叉状铁素体时，铁素体/奥氏体间的取向关系为钢中常见的N-W取向关系；平行和三叉状铁素体还会衍生出垂直状铁素体形态。最后，采用定向凝固和液淬技术弄清了室温下各种铁素体的来源：块状铁素体是在固态阶段形成的；板条铁素体是在凝固阶段形成，部分通过固态相变转化为奥氏体后保留下来的。研究结果为不锈钢的组织及性能控制提供重要的技术参考，为设计和开发性能优异的奥氏体不锈钢提供理论基础。