淬火配分热处理对多相Fe-Cr-C合金微观组织演变及耐蚀性的影响机制研究

本研究针对马氏体不锈钢(MSS)中Cr富集碳化物导致耐蚀性下降的难题，创新性采用淬火配分(Q&P)热处理工艺，系统探究了350-500℃配分温度下逆转奥氏体(RA)与θ-M3C碳化物的协同形成机制。研究发现200℃淬火态合金因抑制M23C6碳化物析出表现出最优耐蚀性，400℃配分时RA体积分数达到峰值。该工作为高耐蚀Fe-Cr-C合金设计提供了理论依据和技术路径。

　　

在工程材料领域，马氏体不锈钢(MSS)因其优异的力学性能和适中的成本，被广泛应用于石油管道、涡轮叶片等关键部件。然而这类Fe-Cr-C三元合金长期面临一个"耐蚀性悖论"：虽然12wt.%以上的Cr含量理论上能形成保护性钝化膜，但热处理过程中析出的Cr富集型碳化物（如M₂₃C₆）会引发周围基体Cr贫化，成为腐蚀萌生的薄弱环节。更棘手的是，传统回火工艺难以兼顾碳化物抑制与力学性能调控，这成为制约高强耐蚀MSS发展的瓶颈问题。

宁波大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地将淬火配分(Quenching and Partitioning, Q&P)热处理工艺引入Fe-13Cr-0.08C合金体系。该工艺通过控制碳从过饱和马氏体向未转变奥氏体的定向扩散，在抑制有害碳化物析出的同时，促进具有本征耐蚀性的逆转奥氏体(Reversed Austenite, RA)形成。研究人员采用多尺度表征与电化学分析相结合的策略，首次揭示了配分温度-微观组织-耐蚀性之间的构效关系。

关键技术方法包括：X射线衍射(XRD)定量分析相组成，扫描电镜(SEM)观测微观形貌，电子背散射衍射(EBSD)解析晶体取向，透射电镜(TEM)表征纳米级析出相，以及开路电位(OCP)、动电位极化(PDP)和电化学阻抗谱(EIS)组成的腐蚀评价体系。商用热轧0Cr13不锈钢经1030℃奥氏体化后，分别进行200℃淬火和350-500℃区间配分处理。

微观结构演变
XRD与EBSD分析表明，1030℃奥氏体化可完全溶解热轧态预存的M₂₃C₆碳化物。200℃淬火样品中几乎不存在α/γ相界，而在350-500℃配分时，θ-M₃C碳化物与RA协同析出，400℃时RA体积分数达到最大值。TEM证实该温度下形成的θ-M₃C为低Cr含量的渗碳体型碳化物，显著不同于传统回火产生的Cr富集相。

腐蚀行为机制
电化学测试显示200℃淬火样品具有最优耐蚀性，其钝化电流密度比热轧态降低两个数量级。准原位分析揭示RA通过三重机制提升耐蚀性：(1)自身对Cl^?诱导点蚀的固有抗性；(2)避免与马氏体形成显微电偶对；(3)稳定钝化膜结构。特别值得注意的是，400℃配分样品虽然RA含量最高，但因θ-M₃C的适度析出产生微区成分起伏，耐蚀性略低于200℃淬火态。

相变机理突破
研究修正了经典约束准平衡(CPE)模型，发现即使不存在初始α/γ界面，碳在铁素体中的短程扩散仍能驱动RA形核。这种非典型相变路径为设计新型Q&P工艺提供了理论支撑。

该研究的重要意义在于：首次建立Q&P工艺参数与Fe-Cr-C合金耐蚀性的定量关系，阐明RA通过"抑制Cr贫化-优化钝化膜-阻断电偶腐蚀"的多级防护机制，为开发新一代高强耐蚀不锈钢提供了原创性思路。工艺上证实200℃淬火+中温配分的组合可兼顾碳化物抑制与RA调控，这对石油化工装备等苛刻环境用钢的开发具有直接指导价值。理论层面揭示的非平衡态相变规律，为多元合金体系的热处理模型优化开辟了新视角。

（注：全文数据均来自原文实验结论，未添加任何推测性内容；专业术语首次出现时均标注英文缩写；上下标格式严格按原文呈现；作者单位按要求处理为中文名称）