● 摘要
严重塑性变形工艺制备的纳米/超细化不锈钢一般会产生大量的形变诱导马氏体，该组织显著降低其的机械性能和耐腐蚀性。因此，本论文拟利用奥氏体不锈钢的形变诱导马氏体相变及逆转变的特征，采用热机械工艺(严重塑性变形和热处理)制备纳米/超细化的304奥氏体组织，进而提高纳米/超细化不锈钢的机械和腐蚀性能。本论文探讨了形变和成分变化对逆转变热力学的影响，以及形变诱导马氏体的逆转变动力学规律；同时也探讨了晶粒尺度和晶粒取向变化机械性能和耐腐蚀性能的影响。
研究表明，晶粒细化可提高铬的扩散速率，进而显著提高逆转变速率，而提高的逆转变速率又有助于促进晶粒细化。通过逆转变动力学计算和热机械优化工艺研究得到一个制备纳米/超细化304不锈钢的优化工艺参数是94%冷轧量和800℃退火250s。这个优化热机械工艺制备的纳米/超细化奥氏体组织不但包含纳米晶和超细晶，而且具有择优取向。
对比研究固溶处理的粗晶粒和逆转变获得的纳米/超细化不锈钢的形变机制显示，相对于粗晶粒不锈钢，纳米/超细化不锈钢的形变诱导马氏体转变要明显减少。此外，粗晶粒奥氏体不锈钢的形变诱导马氏体含量随着工程应变指数增长，而纳米/超细化奥氏体不锈钢的形变诱导马氏体含量随着工程应变线性增长。粗晶粒不锈钢中剪切带交叉促进形变诱导马氏体转变，而纳米/超细化不锈钢中更多的变形孪晶提高其机械性能同时可抑制马氏体转变。应变速率敏感性实验显示，纳米/超细化不锈钢的应变速率敏感性因子是粗晶粒不锈钢的4.3到17.6倍。随着形变量增长，粗晶粒不锈钢的应变速率敏感性因子减小，而纳米超细化不锈钢的应变速率敏感性因子增长。纳米/超细化不锈钢中高的应变速率敏感性因子暗示晶界的滑移和旋转能够容纳塑性变形，并可能促进形变孪晶和抑制马氏体转变。此外，塑性变形过程中，粗晶粒的激活体积是比纳米/超细化不锈钢高一个数量级以上。具有取向的纳米/超细化不锈钢影响其机械性能，相变诱导塑性和变形孪晶联合作用影响其强度和塑性。
腐蚀结果表明，在硼酸缓腐蚀溶液中，相对于粗晶粒奥氏体不锈钢，纳米/超细化不锈钢表面钝化膜的点缺陷数量显著降低，但是其扩散速率提高。结合电化学阻抗谱、成分分析和金属表面的电子功函数等参数分析发现，相对于粗晶粒不锈钢，纳米/超细化不锈钢的表面钝化膜厚度增加，缺陷浓度降低，从而显著改善了其表面耐腐蚀性能，此外，原位应力腐蚀实验显示，纳米/超细化不锈钢比粗晶粒不锈钢具有更优良的应力腐蚀性能。在含有氯离子的高温硼酸水溶液中，粗晶粒和纳米/超细化晶粒的304奥氏体不锈钢表面氧化物包含M2O3类型和M3O4类型的氧化物，而纳米/超细化晶粒不锈钢表面富集M2O3类型氧化物。高温实验和拉曼光谱的实验结果也显示纳米/超细化不锈钢通过改变表面钝化膜的结构和厚度来改善其高温腐蚀性能。此外，在含有氯离子的硼酸水溶液中，随着应变量和氯离子增加，纳米/超细化不锈钢表面钝化膜中的掺杂浓度比粗晶粒不锈钢中的更低。更多的形变诱导马氏体可能降低粗晶粒不锈钢表面钝化膜的耐腐蚀性。随着应变和应力的增加，纳米/超细化不锈钢中被激活的更多的变形孪晶有效缓解了其表面钝化膜腐蚀速率。
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