综述：316L不锈钢应力腐蚀开裂的研究趋势：文献计量学综述

本文通过文献计量学方法系统分析2000-2025年间316L不锈钢应力腐蚀开裂（SCC）研究动态，揭示了该领域从基础机理向多学科交叉融合的演进路径。综述指出SCC敏感性受奥氏体显微组织、残余应力、氯化物诱导点蚀及氢致损伤等多因素协同控制，并强调通过表面工程（如激光喷丸）、微观结构调控（如晶界工程）及先进监测技术是实现SCC有效缓控的关键策略，为核能、化工及生物医学等高危环境下的材料可靠性设计提供了重要参考。

　　

引言

316L奥氏体不锈钢因其优异的耐腐蚀性、机械强度和生物相容性，被广泛应用于化学工业、能源装备及生物医学领域。然而，在含有氯化物等侵蚀性环境中，该材料易发生应力腐蚀开裂（SCC），即材料在拉应力和腐蚀介质共同作用下产生脆性裂纹的现象，成为制约其可靠性的关键问题。近年来，随着核电、海洋工程等高端装备对材料寿命要求的提升，SCC研究逐渐从宏观现象描述转向微观机理与多场耦合分析。

研究方法

本研究基于Scopus数据库（2000–2025年），以“应力腐蚀开裂”“316L不锈钢”等为关键词检索文献，采用文献计量学（Bibliometrix/Biblioshiny工具）量化分析发文趋势、合作网络及主题演化。通过对815篇文献的系统梳理，结合关键词共现聚类，识别出SCC研究的核心主题与技术前沿。

研究结果

时序分布与期刊贡献

2000–2010年为SCC基础研究阶段，聚焦于晶间腐蚀、残余应力等传统议题；2010年后研究规模显著增长，2024年发文量达峰值（62篇）。《Corrosion Science》《Journal of Nuclear Materials》等期刊为该领域主要成果载体。

国家/地区与高被引论文

中国、美国、日本在发文量上领先。高影响力研究多集中于SCC机理（如King等关于晶界映射的研究）、环境因素（如Was等对超临界水中SCC的分析）及表面改性技术（如Sano等提出的激光喷丸抗裂方法）。

关键词与主题聚类

关键词共现网络形成三大聚类：

1. 1.
   材料与环境交互（绿色簇）：涵盖“腐蚀”“不锈钢”“铬”等，强调材料本征耐蚀性与环境化学性质的相互作用。
2. 2.
   工业应用与失效分析（蓝色簇）：以“裂纹扩展”“沸水堆”“核电站”为代表，突出SCC在能源装备中的实际危害。
3. 3.
   机理与应力调控（红色簇）：包括“应力腐蚀开裂”“奥氏体不锈钢”“残余应力”，揭示力学-化学耦合机制的核心地位。

研究主题演化

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  2000–2010年：重点探究热加工工艺对SCC敏感性的影响，建立氯化物浓度、温度与裂纹萌生的关联。
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  2010–2015年：表面改性技术（如激光喷丸）成为热点，研究证实其可通过诱导压应力场提升再钝化能力。
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  2015–2020年：增材制造（如激光粉末床熔融）引入微观结构各向异性对SCC路径的影响，残余应力分布与裂纹扩展的数值模拟逐步应用。
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  2020年至今：机器学习、相场模型等数据驱动方法兴起，实现SCC生长速率预测与多离子环境（如Cl^-/SO₄^2-混合溶液）下的失效预警。

316L不锈钢SCC的关键机制与缓控策略

微观结构敏感性

奥氏体晶界特性（如敏化程度）决定钝化膜稳定性。晶界工程通过优化晶界字符分布，减少碳化物析出，降低裂纹萌生风险。例如，激光增材制造（LPBF）构件中（111）织构的强化可增强表面钝化膜稳定性。

残余应力的核心作用

焊接、机械加工引入的拉应力集中于热影响区（HAZ），加速局部溶解。残余应力测绘（X射线衍射/中子衍射）与后处理（退火、喷丸）可有效松弛应力场，抑制裂纹扩展。

环境触发因素

氯化物诱导点蚀作为SCC前驱体，在点坑底部形成酸性微区与应力集中，促进裂纹形核。高温（>400°C）环境加剧氧化膜破裂-溶解循环，氢致损伤（HELP/HEDE机制）进一步降低材料韧性。多离子介质（如核电站硼-锂化学环境）的协同效应需通过电化学阻抗谱（EIS）、慢应变速率试验（SSRT）等手段量化评估。

先进缓控技术

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  表面工程：低温渗氮、纳米陶瓷涂层可抑制氢渗透并提升再钝化速率。
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  微观结构设计：通过晶粒细化与织构控制优化应力分布，延缓裂纹合并。
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  智能监测：声发射（AE）与数字图像相关（DIC）技术实现SCC萌生与扩展的实时追踪。

未来研究方向

当前研究仍存在以下空白：

1. 1.
   复杂环境模拟不足：需开展多离子（Cl^-/H₂S/CO₂等）、变温变压条件下的SCC行为研究。
2. 2.
   动态裂纹生长机制：结合原位扫描电镜（SEM）与相场模型，揭示循环载荷下的裂纹扩展动力学。
3. 3.
   跨尺度建模融合：将有限元分析（FEA）与机器学习结合，构建机理指导的寿命预测模型。
4. 4.
   实际工况验证：推动实验室成果向核反应堆管路、医用植入体等场景的转化应用。

结论

316L不锈钢的SCC研究已从单一因素分析发展为多学科交叉的系统化探索。通过整合微观结构调控、应力管理及环境适应性设计，有望显著提升高危环境下材料的服役可靠性。未来需强化实验与建模的闭环验证，建立适用于复杂工况的SCC防控标准体系。