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钢中存在微量的杂质元素如P、S、Sn、As以及Sb等,这些杂质元素在晶界处的偏聚将导致钢力学性能的变化,容易引发晶间脆性断裂,其中又以磷元素的偏聚为主。磷元素的存在虽然有助于提高钢的强度,但其含量的增加将导致晶界偏聚,会提高材料的韧脆转变温度,恶化钢的韧性,这是非硬化脆性产生的主要原因,所以控制P的晶界偏聚具有重大意义。偏聚可分为平衡晶界偏聚和非平衡晶界偏聚两大类,对平衡晶界偏聚理论的研究起步比较早,理论趋于成熟,非平衡偏聚可以发生在热循环、应力作用及辐射条件下,目前还存在很多空白和未知领域,尤其是应力作用引起的非平衡晶界偏聚,由于工程结构钢在服役时一般会受到应力的作用,研究应力条件下的非硬化脆性更有意义。因此本文将主要针对应力条件下的非平衡晶界偏聚行为进行研究,研究杂质元素P在晶界的偏聚。这不仅可以用来指导工程实践,还可以完善晶界偏聚理论。鉴于2.25Cr1Mo钢具有良好的高温力学性能而广泛应用于电力、核能及石油化工行业,是应用最广泛的低合金钢之一,本文以其为实验材料,借助高温拉伸蠕变持久试验机、俄歇电子能谱仪、扫描电子显微镜(SEM)等实验设备研究P在晶界处的非平衡晶界偏聚行为。实验经过920℃×50min正火,980℃×30min淬火、650℃回火2h三个阶段的热处理,520℃无应力时效1000h使晶界偏聚达到热力学平衡,然后在520℃/100MPa拉应力下时效不同时间,用俄歇能谱仪测得P的晶界偏聚浓度,得到P的偏聚动力学曲线,利用蠕变持久试验机测得其蠕变曲线。经过实验发现:100MPa拉应力引起的偏聚动力学只有一个明显的贫化谷,磷的晶界浓度低于平衡值,不存在明显的偏聚峰,这一点相比较40MPa/200MPa/350MPa有很大的不同。在应力时效过程中也发生了蠕变,存在弹性变形,初始蠕变和部分稳态蠕变,但不如200MPa/350MPa应力下明显。综合分析认为,磷在晶界的贫化谷是由于蠕变变形的不均匀性造成的。在应力时效过程中,变形的不均匀性导致晶界空位浓度增加,空位和溶质原子形成复合体,向晶内扩散,导致晶界区溶质原子的贫化,从而贫化谷产生。