奧氏體-鐵素體雙相不鏽鋼擁有良好的力學性能、焊接性能和耐腐蝕性能，在能源和化工領域具有廣泛的應用。其中，Fe20Cr9Ni雙相不鏽鋼（也稱Z3CN20.09M雙相不鏽鋼，以下簡稱Fe20Cr9Ni DSS）作為核電站一迴路主管道材料被廣泛的應用於壓水堆核電站中。但是在其服役溫度（280~320℃）長時間服役，會造成熱老化脆化現象，導致衝擊功迅速下降，同時也會惡化Fe20Cr9NiDSS的耐腐蝕性能，尤其是耐點蝕性能。
力學性能和耐腐蝕性能的惡化主要是由於Fe20Cr9NiDSS中的鐵素體發生了調幅分解和G相的析出，形成富Fe的α相、富Cr的α』相和富Si的G相。由於α相、α』相和G相的尺寸很小（通常不超過10nm），很難單獨研究Fe的α相和G相在點蝕萌生中的作用，所以通常認為Fe的α相是導致熱老化狀態的雙相不鏽鋼的耐點蝕性能下降的主要原因，但是G相在點蝕萌生中作用往往被忽略。
近日，北京科技大學與中科院瀋陽金屬所的研究人員採用TEM準原位的方法觀察到了熱老化狀態下Fe20Cr9Ni DSS（以下簡稱Fe20Cr9Ni DSS熱老化試樣）的納米級別點蝕坑確切的萌生位置，並結合3DAPT分析技術和幾何相位分析（GPA）技術分析了成分分布特徵和應變場分布特徵，揭示了界面應變場在點蝕萌生中的作用。相關論文以「Evaluation of pitting corrosion in duplex stainless steel Fe20Cr9Ni for nuclear power application」為題，發表在金屬材料領域頂級期刊Acta Materialia上。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.07.046
研究人員發現納米尺度的點蝕坑僅在G相與鐵素體基體的界面處萌生，而調幅分解區域（α相和α』相）不存在納米級別的點蝕坑。研究人員採用3DAPT技術分析了Fe20Cr9Ni DSS熱老化試樣中鐵素體內的成分分布，發現調幅分解區域內α相和α』相的Cr元素濃度差高達60 at%，但是點蝕坑並沒有在α相處萌生。由納米級別點蝕坑的萌生位置和3DAPT成分分析結果可知，Cr元素的偏聚並不是引起Fe20Cr9Ni DSS熱老化試樣點蝕性能下降的主要原因。
圖1 點蝕坑僅在G相與鐵素體基體界面處萌生
圖2 3DAPT結果分析（α相和α』相成分分布）
將Fe20Cr9NiDSS熱老化試樣經過550℃保溫1h處理，可以使熱老化試樣中的調幅分解組織（α相和α』相）發生回溶，Fe、Cr元素在鐵素體基體中均勻分布，即α相和α』相消失，只保留G相。通過電化學極化測試，原始試樣的點蝕電位為418.9mVSCE，熱老化試樣的點蝕電位為132.8mVSCE，熱老化+退火試樣的點蝕電位為199.2 mVSCE，退火後點蝕電位僅發生了有限回復，可知α相對點蝕性能的影響不佔主要作用。
圖3 退火前後熱老化試樣中元素分布
通過對熱老化試樣和熱老化+退火試樣中的G相與鐵素體基體界面處的應變場和應變能進行分析，發現G相與鐵素體基體界面處分布著較大梯度的應變場，儲存較高能量的應變能。
圖4 未熱老化試樣中應變場分布
圖5退火前後熱老化試樣中G相界面處的應變場分布
圖6 界面應變能分布
處於界面處的原子具有較高的活性，在侵蝕性溶液中界面處的原子很容易與溶液發生反應，形成納米尺度的點蝕坑，明顯惡化熱老化試樣的耐點蝕性能。
圖7 應變場誘發點蝕萌生示意圖
本研究由北京科技大學鋼鐵共性技術協同創新中心、北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室與中科院瀋陽金屬所瀋陽材料國家研究中心聯合完成。通過本研究，擴展了納米析出相對不鏽鋼點蝕萌生機理的認識，對以後不鏽鋼以及其他耐蝕合金的開發由重要指導作用。（文：自我標榜）
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