北科大&马普所 | Science Advances | 成本仅4.15美元/kg，耐蚀性约为316L的3.8倍：低成本不锈钢实现腐蚀

北科大&马普所 | Science Advances | 成本仅4.15美元/kg，耐蚀性约为316L的3.8倍：低成本不锈钢实现腐蚀—氢脆双抗

2026-08-24 16:50:57 作者：本网发布来源：网络分享至：

速读：研究设计Fe-20Cr-9Ni-2.5Mn-1.6Mo-1Cu-0.2N低成本奥氏体不锈钢，通过稳定单相FCC结构和N晶界偏聚同时控制氢脆与腐蚀。合金晶粒约18 μm，无晶界析出物，APT测得晶界N浓度达1.06 at.%；N占据晶界间隙位后，使H在晶界处的偏聚能由负值转为正值，并降低氢致晶界脆化驱动力，氢有效扩散系数降至约7.8×10⁻¹⁷ m²/s。电化学充氢168 h及高压气态充氢336 h后，强度和延伸率均未出现明显劣化。氢还将层错能由32.43降至22.57 mJ/m²，促进纳米孪晶形成，通过动态Hall-Petch效应维持加工硬化，而稳定FCC结构避免马氏体转变。表面形成小于8 nm的Cr富集致密钝化膜，Ni、Mo、Cu和N进一步提高膜稳定性和再钝化能力，使其在H₂SO₄、HCl和NaOH环境中的耐蚀性明显优于316L。

成分体系：Fe-20Cr-9Ni-2.5Mn-1.6Mo-1Cu-0.2N

组织特点：处理后的CASS为单相FCC奥氏体等轴晶组织，平均晶粒约18 μm，晶内随机分布退火孪晶；XRD、TEM和SAED均未发现第二相，晶界处也无明显析出物，Fe、Cr、Ni、Mo、Cu和Mn在基体中总体分布均匀。其特殊组织特征位于原子尺度：N在晶界发生选择性偏聚，晶界浓度约1.06 at.%，高于基体约0.3–0.4 at.%；这种“无第二相+晶界间隙原子偏聚”结构既保持奥氏体稳定性，又避免析出相/基体界面成为氢聚集和微裂纹萌生位置。表面则自然形成厚度小于8 nm、富Cr并含Ni、Mo、Cu和N的致密钝化膜。

合金工艺：按照Fe-20Cr-9Ni-2.5Mn-1.6Mo-1Cu-0.2N（wt.%）配料，采用真空加压感应熔炼制备；炉室先抽真空至约6×10⁻³ Pa，熔化后回填高纯Ar抑制杂质气体进入，再通入高纯N₂加压使N溶入熔体，并通过Fe-Cr氮化物精确控制N含量至0.20 wt.%；熔体在Ar保护下浇入预热模具。铸锭随后在1200 ℃、Ar气氛下均匀化24 h → 冷轧80% → 950 ℃、Ar气氛下再结晶退火1 h，获得平均约18 μm的单相FCC再结晶组织。论文正文未明确说明950 ℃退火后的具体冷却方式

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