含Al耐热奥氏体不锈钢的团簇式成分设计

作者：张姝琪; 董丹丹^*; 万鹏; 王清; 董闯^*; 杨锐

来源：材料研究学报, 2022, 36(05): 353-364.

• 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

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AlxSi0.05Nb0.15-Fe8.7Ni3.0Mn0.3-Cr3.6-xMo0.2(x=0.8,1.0和1.1)和Al1Si0.05Nb0.15-Fe11.7-yNiyMn0.3-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。

• 单位
  佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司; 中国科学院金属研究所; 大连理工大学