304不銹鋼管內表面納米化及其微觀機理研究

 浙江至德鋼業有限公司基于304不銹鋼管在工業中的廣泛應用和內表面改性需求，開發新的表面塑性變形方法，在304不銹鋼管內表面制備納米結構表層，并選擇具有廣泛工業應用背景的低層錯能材料AISI 304不銹鋼作為對象，定量計算變形工藝參數，詳細表征微觀結構并評價表面性能，現得到如下結論：

 1. 發展了一種304不銹鋼管內表面納米表層的制備技術——管件內表面碾磨（PISG）。利用三個呈120°分布的硬質合金球以點接觸，高速剪切樣品表面，引入高速表面塑性變形。通過孿晶偏轉，獲得PISG變形工藝參數：1道次表面剪切應變達到了12以上，應變速率達到了10 4~10 5 s-1，應變梯度則達到了0.98μm-1左右，變形工藝參數均隨深度增加呈指數降低。

 2.實現了304不銹鋼管內表面納米化。4道次PISG處理后，304不銹鋼管內表面產生了厚度約800μm的梯度硬化層，表層硬化至基體的兩倍以上。距表層100μm的區域，形成單相奧氏體組織，晶粒尺寸小于100 nm；深度減小至30μm時，形成平均寬度約80 nm的板條組織；表層平均晶粒尺寸約為20 nm以下。

 3. 建立了304不銹鋼管的結構演化至納米尺度的一般過程。隨著變形增加，304不銹鋼管的結構演化歷經四個階段：位錯滑移主導的變形：應變較低時，位錯滑移被限制在{111}面上，形成平面型位錯列，不同方向的位錯列互相交割，形成位錯網絡；變形孿晶主導的變形：應變較高時，產生單系和多系孿晶，孿晶互相交叉，將晶粒分割成塊，同時，導致馬氏體相變，形變誘導的馬氏體與奧氏體滿足經典的K-S取向關系；剪切帶主導的變形：更高的應變，孿晶局部剪切產生剪切帶，剪切帶導致孿晶變形彎曲和取向關系的改變，隨后剪切帶內部出現孿晶亞結構的產生和再消失，以及層片組織的形成；納米晶的形成：剪切帶內發生退孿生，形成寬度約為80 nm的板條組織，逐漸被內部產生的位錯界面（小角晶界）分割，形成約為20 nm的等軸狀納米晶。