压水堆核电站中的Fe20Cr9Ni奥氏体-铁素体不锈钢部件在280-320℃长期服役时会发生热老化，生成~10 nm富Cr的α'相、富Fe的α相并析出富Ni、Si的G相，导致材料冲击韧性下降的同时显著恶化其抗点蚀性能。由于这些纳米析出相密布在铁素体内，难以区分，国际上一直未形成该类不锈钢耐点蚀性能下降的共识。

α′相和 G 相的析出热力学和动力学存在差异，α′相在 550℃下会很快分解，而G相直到 620~650℃ 时才会分解。据此，北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心的杨滨教授团队对热老化试样进行550℃退火处理后测试了腐蚀性能，首次发现，G 相对Fe20Cr9Ni 奥氏体-铁素体不锈钢耐点蚀性能下降起主导作用。进一步采用原位外环境电子显微术观察到热老化状态下纳米级别点蚀坑优先萌生在G相与铁素体基体界面处的实验现象。

三维原子探针（3DAPT）分析结果表明纳米级别的G相周围不存在贫Cr区。但 G 相和铁素体基体分属面心和体心立方结构，G 相的晶格常数约为铁素体的 4 倍，在界面处易形成应变场。通过适当热处理使近球形的G相转变成立方形状，以提高G相与铁素体的错配度，用几何相位分析（GPA）方法计算出界面的应变张量，通过力化学理论获得应变能和局部标准电极电位值，最终揭示出了Fe20Cr9Ni奥氏体-铁素体不锈钢热老化后纳米析出相影响其点蚀性能的规律。

该项研究成果于2020年07月22日以“Evaluation of pitting corrosion in duplex stainless steel Fe20Cr9Ni for nuclear power application”为题，发表在Acta Materialia 197(2020)172-183上，对认清纳米析出相影响不锈钢点蚀性能的规律以及开发新型耐蚀合金具有指导意义。

杨滨教授团队一直从事先进能源用钢的研究，在钢铁材料组织性能调控及服役安全评价研究方向承担了包括863 重点项目在内的多个国家级项目，取得了一系列创新成果，主要包括：系统研究了Fe20Cr9Ni 奥氏体-铁素体不锈钢的热老化过程，提出了表征奥氏体-铁素体不锈钢点蚀性能的方法；揭示了σ相对奥氏体-铁素体不锈钢的冲击、室温和高温拉伸力学性能及点蚀性能的影响规律；创新性地开发了AP1000先进压水堆核电站一回路主管道整体锻造和冷弯成形方法，用于指导国内核电生产企业生产，产生了显著的经济效益；阐明了高温高压水环境促进奥氏体-铁素体不锈钢疲劳裂纹萌生和扩展的机理；首次观察到Fe20Cr9Ni奥氏体-铁素体不锈钢中G相形貌随热老化时间增加，从近球形向立方形状转变、G相与铁素体界面应变能增大以及G相周围不存在贫Cr区的实验现象。相关研究成果发表在Acta Materialia, Corrosion Science, Electrochemistry Communications, Metallurgical and Materials Transactions, Applied Surface Science, Journal of Nuclear Materials, International Journal of Fatigue, Materials Characterization等上。

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.07.046