固溶退火温度对铁素体-马氏体-奥氏体多相不锈钢氢致开裂行为的影响：铁素体与马氏体相的作用机制

这篇研究通过系统分析固溶退火温度对多相不锈钢（MPSS）氢脆（HE）行为的影响，揭示了铁素体和马氏体在氢致开裂过程中的差异化作用。作者采用慢应变速率拉伸（SSRT）、电子背散射衍射（EBSD）和热脱附光谱（TDS）技术，证明马氏体相较铁素体具有更优的抗裂纹扩展能力，而升高退火温度会通过增加铁素体比例加剧氢扩散，从而降低HE抗性。该研究为通过微观结构优化设计抗HE多相钢提供了新视角。

　　

Highlight

本研究首次阐明了铁素体和马氏体在多相不锈钢（MPSS）氢致开裂过程中的独立作用机制。通过对比不同固溶退火温度（1000°C/1100°C/1150°C）处理的样品发现：马氏体相展现出比铁素体更优异的抗裂纹扩展能力，而铁素体比例增加会显著促进氢扩散并恶化材料抗氢脆（HE）性能。

Materials

实验材料为成分为（wt.%）C 0.057、Cr 17.80、Ni 5.05的Fe基多相不锈钢。通过热轧后分别进行1000°C/1100°C/1150°C×20分钟固溶处理（水冷），获得无碳化物的铁素体-马氏体-奥氏体三相组织。

Microstructure

电子背散射衍射（EBSD）分析显示：马氏体具有典型的体心立方（BCC）细晶结构，而铁素体晶粒最为粗大。随着退火温度升高，铁素体体积分数从1000°C时的18%增至1150°C时的35%，同时马氏体晶界处的局部应变（通过KAM图量化）显著降低。

Estimation of hydrogen localization

基于热脱附光谱（TDS）建立的氢局域化模型表明：在预充氢条件下，马氏体/奥氏体界面处的氢陷阱密度比铁素体晶界高3个数量级。这种差异导致裂纹倾向于沿铁素体晶界扩展，形成典型的沿晶断裂形貌。

Conclusions

1. 1.

   预充氢条件下，MPSS的HE敏感性随固溶温度升高而增加，这与铁素体比例提升直接相关；

2. 2.

   马氏体通过细晶强化和高位错密度特性，能有效阻碍裂纹扩展；

3. 3.

   研究为开发抗HE多相钢提供了明确的微观结构设计准则——即通过工艺控制最小化铁素体含量。