材料研究学报

作者：张姝琪, 董丹丹, 万鹏, 王清, 董闯, 杨锐

单位：1.大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室 材料科学与工程学院 大连 1160242.大连大学物理科学与技术学院 大连 1166223.佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 佛山 5283004.中国科学院金属研究所 沈阳 110016

关键词：金属材料,含Al不锈钢,“团簇加连接原子”结构模型,耐热奥氏体不锈钢,合金化,组织稳定性

基金：国家自然科学基金(51801017);大连市科技创新基金重点学科(研究方向)重大课题项目(2020JJ25CY004);顺德区科技计划(201911220001)

表面生成Al2O3保护膜的奥氏体不锈钢具有良好的高温服役性能,为了使Al强烈促进铁素体的生成需要精确匹配奥氏体稳定元素Ni和Al的含量。为此,本文先引入“团簇加连接原子”结构模型,解析该类不锈钢的成分特征,确定其16原子团簇式,进而结合当量计算并基于橡树岭实验室推出的成分,固定C含量(质量分数)为0.1%,设计了固定Ni含量提高Al(代替Cr)含量和固定Al含量提高Ni(代替Fe)含量两个成分系列,分别为Al x Si0.05Nb0.15-Fe8.7Ni3.0Mn0.3-Cr3.6-x Mo0.2(x=0.8,1.0和1.1)和Al1Si0.05Nb0.15-Fe11.7-y Ni y Mn0.3-Cr2.6Mo0.2(y=3.2,3.4,3.7和4.0),研究了Ni和Al的不同匹配对固溶水淬(1250℃/1.5 h)加时效态(800℃/24 h)奥氏体稳定性的影响。Ni含量为3.0的16原子团簇式,Al含量为0.8时为单相奥氏体；Al含量为1.0和1.1时,奥氏体失稳而铁素体形成。在Al含量为1.0的16原子团簇式中,Ni含量为3.2~4.0时均为单相奥氏体。即在16原子团簇式模型下Al0.8(2.45%)和Al1(3.08%)分别需要Ni3.0(20.00%)和Ni3.2(21.43%)以避免形成铁素体,最终确定该类不锈钢的理想团簇式为[(Al,Si,Nb)1-(Fe,Ni,Mn)12](Cr,Mo,W)3。

来源：2022年第5期

《材料研究学报》期刊编辑部

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