材料研究学报

作者：冉子祚, 张爽, 苏兆翼, 王阳, 邹存磊, 赵亚军, 王增睿, 姜薇薇, 董晨希, 董闯

单位：1.大连交通大学材料科学与工程学院 大连 1160282.沈阳铸造研究所有限公司 沈阳 110021

关键词：金属材料,成分优化,团簇加连接原子模型,316不锈钢,显微组织,点蚀

基金：国家自然科学基金(52101127);国家自然科学基金(52171134);辽宁省教育厅基本科研项目(LJKMZ20220858);辽宁省教育厅基本科研项目(LJKMZ20220837);辽宁省教育厅基本科研项目(LJKMZ20220866);辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC2203121);大连市优秀青年科技人才项目(2023RY040)

316不锈钢因其优异的耐蚀和加工性能而得到广泛应用，但其宽泛的成分范围会导致性能波动。本文首先将置换型固溶合金化元素归类为稳定铁素体的类Cr元素(Cr, Si, Mo)和稳定奥氏体的类Ni元素(Ni, Mn)。进而引入“团簇加连接原子”模型，给出该不锈钢的16原子成分单元，由此将现有国标成分区间解析成五个16原子成分式，分别对应于两类元素的上下限(Cr, Si, Mo)3.0625, 3.5-(Ni, Mn)1.75, 2.25-Febal和中值(Cr, Si, Mo)3.25-(Ni, Mn)2-Febal。采用氩气保护电弧炉熔炼，用真空箱式炉实施均匀化处理(1150 ℃/2 h，炉冷)，冷轧至5 mm薄片(变形量约50%)，再实施固溶处理(1050 ℃/0.5 h，水淬)。类Ni元素含量最低的Ni1.75合金组织中出现铁素体相，对应的质量百分比成分区间为(21.2~18.5) (Cr, Si, Mo)-11.4(Ni, Mn)-Fe；其它三个样品均为单一奥氏体相。经固溶后，平均维氏硬度约为160，最高为174，均满足国标要求(低于200)。在质量分数为3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀实验结果表明，类Cr元素含量最高的Cr3.5-Ni2.25-Febal合金(Fe-17.8Cr-0.6Si-2.7Mo-14.0Ni-0.8Mn-0.021C)体现出最强的耐蚀性能，成分式中类Ni元素原子个数在2以上的合金也表现出较强的耐蚀性，对应的质量百分比成分区间为(18.4~21.1) (Cr, Si, Mo)-(14.7~13.0) (Ni, Mn)-Fe。类Cr元素含量高的合金点蚀电位(0.211 V)也高。综上，Cr3.25-Ni2-Febal(Fe-16.7Cr-0.4Si-2.7Mo-11.9Ni-1.2Mn-0.021C)既能形成单相奥氏体，又具有满足标准要求的维氏硬度(~160HV)，并且其耐蚀性也在高的水平(自腐蚀电位-0.082 V、腐蚀电流密度1.83 × 10-6 A·cm-2、耐点蚀当量25.6、点蚀电位0.19 V)，合金化元素含量适中，是最佳合金。

来源：2025年第3期

《材料研究学报》期刊编辑部

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