随着我国国民经济的快速发展,不锈钢除在航空、核能、舰船、石化等工业领域得到广泛应用外,已向交通运输、厨房用具、家用电器、建筑装饰等民用领域发展。进入21世纪以来,我国逐渐成为世界上不锈钢第一消费大国和生产大国。然而,我国镍、铬资源贫乏,导致Cr-Ni系奥氏体不锈钢不仅价格高昂,而且受镍、铬矿产价格波动的严重影响。镍、铬资源紧缺已经成为制约不锈钢产业可持续发展的主要矛盾。为此,研发并推广应用镍、铬资源节约型高性能铁素体不锈钢,以替代部分Cr-Ni系奥氏体不锈钢是保证我国不锈钢产业持续、良性发展的紧迫任务。近年来,资源节约型含锡铁素体不锈钢的问世为我国不锈钢产业可持续发展提供了新思路。本文研究了Sn元素对铁素体不锈钢热变形行为、再结晶行为以及织构演变的影响规律,进而研究了 Sn元素对成形性能及表面质量的影响,最后系统研究了 Sn元素对铁素体不锈钢耐氯离子点蚀行为以及耐硫酸腐蚀行为的影响。本文的主要工作和研究成果如下:(1)分析了含锡铁素体不锈钢在热变形过程中,Sn元素对热变形行为以及软化机制的影响。热变形实验表明,Sn元素固溶在铁素体不锈钢中起到一定的固溶强化作用,可明显提高流变应力,并使得含锡铁素体不锈钢在热变形过程中容易累积更多的变形能,从而较不含锡铁素体不锈钢优先发生动态回复软化过程。此外,易偏析元素Sn会与钢中其他元素交互作用,促进变形基体中合金元素的扩散运动,同样加速变形基体再结晶初期的软化,但不会改变铁素体不锈钢软化机制类型。然而,随着应变速率的增大以及变形温度的升高,Sn元素对铁素体不锈钢热变形的影响会逐渐减弱。(2)对比研究了含锡铁素体不锈钢中Sn元素对冷轧退火板室温成形性能的影响规律,并从织构角度分析了 Sn元素的影响机理。室温拉伸结果表明,由于Sn元素的固溶强化作用,铁素体不锈钢的屈服强度和抗拉强度随Sn含量的增大而增大,其中抗拉强度的增大更明显。Sn元素微合金化可明显减轻铁素体不锈钢的表面起皱程度,但同时会降低其深冲成形性能。从微观织构和宏观织构的测试结果分析可知,容易在晶界偏析的Sn元素抑制了 {111}和{112}取向织构晶粒的形核、长大,同时促进{110}、{100}取向织构晶粒在形变晶粒的晶界处形核生长,使基体中形成一定量的随机取向晶粒。这种织构组成使退火板厚度方向的织构梯度减小,有利于提高厚度方向均匀变形协调能力,降低表面皱折高度,但同时也降低了r值。此外,在本论文研究的Sn元素含量范围内,持续增加Sn含量并没有进一步降低{111}取向织构晶粒的体积分数。(3)探索性研究了热轧板高温退火工艺对组织、织构演变以及冷轧退火板成形性能的影响。研究表明,提高热轧板退火温度并保温适当长的时间,能有效弱化热轧板沿轧向分布的带状组织,有利于提高热轧板退火组织的均匀性,进而提高冷轧组织及其退火组织的均匀性,最终提高冷轧退火板成形后的表面质量及其延伸率。此外,热轧高温退火后,冷轧退火板中形成较多的<001>//ND和<011>//ND随机取向晶粒,同时<111>//ND取向晶粒的体积分数明显减小,使γ—纤维织构强度降低,导致冷轧退火板的r值略微降低,而Ar值显著增大,不利于提高深冲性能。可见,热轧板高温退火工艺对铁素体不锈钢成形性能和表面质量的影响是矛盾的。但高温退火工艺对r值的影响较小,而且能明显减轻表面皱折,因此合理地提高热轧退火温度并配合适当的退火时间时,可以通过高温退火工艺获得综合性能良好的铁素体不锈钢。(4)系统研究了含锡铁素体不锈钢的耐点蚀行为,明确了 Sn元素的作用机理。研究表明,在Cr17铁素体不锈钢中,适量添加Sn元素能够提高铁素体不锈钢在含Gl-离子环境中的耐蚀性能。而且,当Sn元素含量低于0.23wt%时,铁素体不锈钢表面能够更快地形成高阻抗的稳定钝化膜。XPS分析结果表明,含锡铁素体不锈钢的钝化膜中确实含有能提高钝化膜稳定性的SnO2。此外,从含锡铁素体不锈钢溶解产成的Sn2+能够有效抑制腐蚀溶解过程中阳极反应的基本步骤,从而降低含锡钢的腐蚀速率。然而,过量添加Sn元素(约0.33wt%)会恶化铁素体不锈钢的耐Cl-离子点蚀性能。Sn元素引起的晶界偏析、大幅提高的析氢过电位以及Sn4+离子的水解都会酸化活性位点、促进亚稳态点蚀核的稳定化以及成熟蚀坑的扩展,最终加速含锡钢的腐蚀溶解。因此,为获得最佳的耐点蚀性能,铁素体不锈钢中Sn元素的添加量必须严格控制。对于本论文的Cr17铁素体不锈钢,Sn含量宜控制在0.1wt%～0.23wt%以内。(5)系统研究了含锡铁素体不锈钢的耐硫酸腐蚀行为,明确了 Sn元素的作用机理。研究表明,在25℃的20wt%H2SO4溶液中,Cr17铁素体不锈钢的腐蚀行为是均匀腐蚀。添加低熔点元素Sn能够有效降低铁素体不锈钢在20wt%H2SO4溶液中的腐蚀速率。这主要存在两方面的原因:一方面,Sn元素可大幅提高铁素体不锈钢的析氢过电位,强烈抑制析氢阴极反应的进行;另一方面,随着含锡铁素体不锈钢的不断溶解,作为阳极反应有效抑制的Sn2+离子含量也不断增加,从而进一步降低不锈钢基体的溶解速率。因此,Sn含量越高,铁素体不锈钢在硫酸溶液中的耐蚀性能也越好。