316L不锈钢是一种能适应于诸多环境的奥氏体不锈钢钢种。因其优良的耐蚀性,可加工性和良好的焊接性能在石化、海洋、造纸等领域发挥着重要的作用。但由于其具有面心立方结构和碳含量低的特点,316L不锈钢的强度和硬度较低,因而限制了其在更多重要的领域的应用。为提高316L不锈钢的强度,同时保证其良好的塑性,本课题通过铝热反应法制备得到了微纳结构316L不锈钢。但由于铝热反应未完全,少量剩余的铝元素熔进了不锈钢中,使得不锈钢中出现了铁素体组织。本课题研究:为消除不锈钢中的铁素体组织,往反应物料中添加不同过量比例的氧化铁使铝粉能充分反应,研究其对制得的316L不锈钢组织、成分和微纳结构的影响,并探究了轧制和退火对微纳组织结构、耐蚀性和力学性能的影响规律,为其实现工业化生产奠定理论和实验基础。最后,通过一系列表征分析和总结,得出以下几条结论:1、反应物料中过量的Fe₂O₃能降低铝热法制得的不锈钢中的铝含量。当Fe₂O₃过量2.5%时,不锈钢中的铝含量降低为1.74%,铁素体含量降至4.1%;当Fe₂O₃过量5%时,钢中的铝含量为1.3%,且铁素体消失。当Fe₂O₃过量7.5%时,钢中的铝含量降为0.99%,铁素体仍然没有,但是出现了较多的FeCrMo金属间化合物相。故Fe₂O₃过量5%为铝热法制备全奥氏体316L不锈钢的最佳制备参数。通过TEM表征其微观结构发现不同Fe₂O₃过量比例制得的316L不锈钢都仍然具有微纳结构。2、为优化制得的316L不锈钢的微纳结构,本课题对其采用了800℃-40%+600℃-80%的轧制处理。将轧制后的不锈钢进行组织结构和各项性能的表征,得到如下结果:轧制后,不锈钢中出现了体积分数为8.4%铁素体,此为应变诱导奥氏体向铁素体转变的结果。且晶粒有了一定幅度增长:平均尺寸由铸态时的23nm增长到轧制后的47nm。纳米晶和微米晶体积分数的比例也得到了改善:微米晶体积分数由铸态8.9%的增长至轧制后的15.6%。相比轧制前的不锈钢,轧制后其强度得到大幅提升,屈服强度从207MPa提升至1007MPa,增幅约为400%;抗拉强度由376MPa提升至1030MPa,增幅为174%。但轧制后不锈钢的塑形却降至2.4%,对此将采用高温退火提升其塑性。另外,用电化学工作站对轧制前后两种状态下不锈钢的耐蚀性进行了表征,腐蚀介质为0.5M H2SO4溶液,表征形式有开位电路、动电位极化曲线和电化学阻抗谱。表征结果显示:轧制后不锈钢的耐蚀性优于轧制前,说明轧制处理提升了不锈钢的耐腐性能。3、为进一步优化微纳结构316L不锈钢的力学性能和其在高温下的结构稳定性,本课题将对轧制后的微纳结构316L不锈钢在800℃下分别进行20min、40min、60min和80min的退火处理。对其组织结构表征发现:退火20min后,不锈钢中的铁素体的体积分数由8.4%降至3.6%,平均晶粒尺寸由47nm增长至57nm,且仍然保留了其微纳结构。随后,随着退火时间的延长,铁素体体积分数又呈现上升趋势。退火80min后,不锈钢内的铁素体为6.9%。晶粒尺寸方面,随着退火时间的延长,晶粒快速长大。在退火40min后,不锈钢的平均晶粒尺寸为107nm,已属于亚微米晶范畴。说明不锈钢退火超过40min后,其微纳结构消失。随后又对800℃退火后的316L不锈钢进行了拉伸试验,得到了其强度和塑性的参数。拉伸结果显示:退火20min后,不锈钢的屈服强度及抗拉强度分布为464MPa和770MPa,相比轧制后的不锈钢其强度有一定程度的下降,但其塑性有很大的提升:由轧制态的2.4%上升至21.5%,大大提升了其综合力学性能。但随着退火时间的延长,强度呈微小下降趋势,延伸率有较大幅度的增长,最终延伸率达30.4%。