高频脉冲锻造制备高强度高韧性304不锈钢的创新工艺及性能研究

本文推荐：南京理工大学团队通过高频脉冲锻造-旋转锻造(RS)技术，将商用304不锈钢加工至1.5应变值，获得80纳米平均晶粒尺寸、68 vol.%马氏体(Martensite)和2.15×1015 m?2位错密度，实现2235 MPa超高屈服强度(YS)。450°C退火首次发现B2纳米析出相，强度提升至2375 MPa；700°C退火形成异质结构(Heterostructure)，协同马氏体相变(Martensitic Transformation)、变形孪晶(Twinning)等机制，实现1290 MPa YS和20.1%均匀延伸率(UE)。该研究为工业级高强度不锈钢制备提供新思路。

　　

亮点

• 旋转锻造(RS)应变1.5时获得80纳米晶粒、68 vol.%马氏体和2.15×10¹⁵ m^?2位错密度

• 450°C退火意外形成B2纳米析出相，创2375 MPa屈服强度记录

• 异质结构通过马氏体相变、孪晶和位错-析出相交互作用实现强韧协同

机械性能

图4(a)显示不同处理条件下304不锈钢的工程应力-应变曲线。旋转锻造在0.5应变时即可将屈服强度(YS)提升至1415 MPa，而1.5应变样品达到2235 MPa的惊人强度——这相当于普通304不锈钢强度的3倍！退火工艺更带来戏剧性变化：450°C处理后的样品像打了"强化针"，强度飙升至2375 MPa；700°C处理的样品则变身"变形大师"，在保持1290 MPa强度的同时展现出20.1%的均匀延伸率。

RS后的超高屈服强度来源

图5(b,c)和9的微观结构表征揭示，这种"钢铁变身术"的奥秘在于三重奏：

1）位错密度暴增至2.15×10¹⁵ m^?2，形成密集的位错森林

2）晶粒被粉碎至纳米尺度（约80纳米）

3）马氏体相变贡献68 vol.%硬相

这种"纳米晶+马氏体+位错"的三维强化网络，让材料强度突破天际线。

结论

1）旋转锻造1.5应变实现2220 MPa超高强度，创造"纳米晶+高马氏体+高位错"三位一体强化结构

2）450°C退火首次在无铝304钢中诱导B2纳米相析出，改写传统强化认知

3）异质结构设计激活多机制协同变形，破解"强度-塑性倒置"难题

（注：翻译严格保留专业术语如B2 phase、Martensite等英文原名，并采用生动比喻如"钢铁变身术""强化针"等表述，同时确保^{/_{标签规范使用）}}