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金属学报  2012, Vol. 48 Issue (10): 1201-1206    DOI: 10.3724/SP.J.1037.2012.00053
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基于团簇模型的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢成分设计
王清1,2,查钱锋1,2,刘恩雪1,2,董闯1,2,王学军3,谭朝鑫3,冀春俊4
1. 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024
2. 大连理工大学材料科学与工程学院, 大连 116024
3. 沈阳鼓风机集团股份有限公司, 沈阳 110869
4. 大连理工大学能源与动力学院, 大连 116024
COMPOSITION DESIGN OF HIGH–STRENGTH MARTENSITIC PRECIPITATION HARDENING STAINLESS STEELS BASED ON A CLUSTER MODEL
WANG Qing 1,2, ZHA Qianfeng 1,2, LIU Enxue 1,2, DONG Chuang 1,2, WANG Xuejun 3,TAN Chaoxin 3, JI Chunjun 4
1. Key Laboratory of Materials Modification of Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024
2. School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024
3. Shenyang Blower Works Group Corporation, Shenyang 110869
4. School of Energy and Power Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024
引用本文:

王清 查钱锋 刘恩雪 董闯 王学军 谭朝鑫 冀春俊. 基于团簇模型的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢成分设计[J]. 金属学报, 2012, 48(10): 1201-1206.
WANG Qing ZHA Qianfeng LIU Enxue DONG Chuang Xuejun TAN Chaoxin JI Chunjun. COMPOSITION DESIGN OF HIGH–STRENGTH MARTENSITIC PRECIPITATION HARDENING STAINLESS STEELS BASED ON A CLUSTER MODEL[J]. Acta Metall Sin, 2012, 48(10): 1201-1206.

全文: PDF(1729 KB)  
摘要: 

利用“团簇加连接原子”结构模型研究了马氏体沉淀硬化不锈钢的成分特征,结果表明, 此类钢的基础三元Fe-Ni-Cr高温奥氏体下限成分对应团簇成分式[NiFe12]Cr3, 其中NiFe12为fcc结构, Ni为中心原子,其与12个Fe原子配位构成立方八面体团簇, Cr为连接原子. 以[NiFe12]Cr3为基础成分式, 根据团簇式自洽放大和相似组元替代原则, 添加C, Mo,Nb和Cu形成多元新合金, 采用铜模吸铸快冷技术制备合金, 并在1323 K保温2 h进行固溶处理后水淬, 然后再在753 K保温4 h进行时效处理. 结果表明,固溶和时效后的系列合金的组织和性能随合金化组元的种类及含量发生变化,其中{[(Ni13Cu3)Fe192](Cr45Mo2.5Nb0.5)}C1合金在时效处理后具有较高的硬度和拉伸强度, 其硬度为397 HV, 屈服强度为971 MPa,抗拉强度为1093 MPa, 该成分合金在3.5%NaCl(质量分数)中性溶液中具有优良的耐蚀性能.

关键词 马氏体沉淀硬化不锈钢 “团簇加连接原子”结构模型 合金化 成分设计 高强度    
Abstract

The present work investigates composition characteristics of martensitic precipitation hardening stainless steels using a cluster–plus–glue–atom model. In this kind of steels based on the basic ternary Fe–Ni–Cr, the lowest solubility limit of high–temperature austenite corresponds to the cluster formula [NiFe12]Cr3, where NiFe12 is a cuboctahedron centered by Ni and surrounded by 12 Fe atoms in fcc structure and Cr serves as glue atoms. New multi–component alloys were designed by adding C, Mo, Nb and Cu into the basic [NiFe12]Cr3 with self–magnification of cluster formula and similar element substitution. These alloys were prepared by copper mould suction casting method, then solid–solution treated at 1323 K for 2 h followed by water–quenching, and finally aged 753 K for 4 h. The experimental results show that the microstructures and properties of the serial solid–solution treated and aged alloys vary with alloying elements and their contents. Among them, the {[(Ni13Cu3)Fe192](Cr45Mo2.5Nb0.5)}C1 alloy has higher microhardness and tensile strengths, the hardness is 397 HV, yield strength is 971 MPa and ultra strength is 1093 MPa after aging treatment. {[(Ni13Cu3)Fe192](Cr45Mo2.5Nb0.5)}C1 exhibits good corrosion–resistance in 3.5%NaCl solution.

Key wordsmatensitic precipitation hardening stainless steel    cluster–plus–glue–atom model    alloying     composition design    high strength
收稿日期: 2012-02-07     
ZTFLH:  TG142.71  
基金资助:

国家自然科学基金项目51171035和50901012及辽宁省博士后启动基金项目资助

作者简介: 王清, 女, 1977年生, 副教授, 博士

[1] Zhao X C, Song W S, Yang Z Y, Liang J X, Li W H. High Strength and Super–high Strength Stainless Steels. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2008: 244

(赵先存, 宋为顺, 杨志勇, 梁剑雄, 李文辉. 高强度超高强度不锈钢. 北京: 冶金工业出版社, 2008: 244)

[2] Floreen S. Met Rev, 1968; 13: 115

[3] Decker R F, Floreen S. Proc Conf on Maraging Steels–Recent Developments and Applications, Warrendale, PA:TMS–AIME, 1988: 1

[4] Garrison W M. JOM, 1990; 42: 20

[5] Zhou Q Q, Zhai Y C. Acta Metall Sin, 2009; 45: 1249

(周倩青, 翟玉春. 金属学报, 2009; 45: 1249)

[6] Qiao G Y, Xiao F R, Tan C X. Spec Steel, 1998; 19: 18

(乔桂英, 肖福仁, 谭朝鑫. 特殊钢, 1998; 19: 18)

[7] Hsiao C N, Chiou C S, Yang J R. Mater Chem Phys, 2002;74: 134

[8] Wang J, Zou H, Li C, Yeng Y H, Qiu S Y, Shen B L. Nucl Eng Des, 2006; 236: 2531

[9] Sen D, Patra A K, Mazumder S, Mittra J, Dey G K, De P K. Mater Sci Eng, 2005; A397: 370

[10] Schaeffler A L. Met Prog, 1949; 56: 680

[11] Delong W T, Ostrom G, Szumachowski E. Weld J, 1956; 35: s521

[12] Olson G B. Science, 1997; 277: 1237

[13] Xu W, Rivera–Diaz–del–Castillo P E J, Yan W, Yang K, San Martin S, Kestens L A I, van der Zwaag S. Acta Mater, 2010; 58: 4067

[14] Dong C, Wang Q, Qiang J B, Wang Y M, Jiang N, Han G, Li Y H, Wu J, Xia J H. J Phys, 2007; 40D: 273

[15] Wang Q, Dong C, Qiang J B, Wang Y M. Mater Sci Eng, 2007; A18: 449

[16] Zhang J, Wang Q, Wang Y M, Li C Y, Wen L S, Dong C. J Mater Res, 2010; 25: 328

[17] Ma R T, Hao C P, Wang Q, Ren M F, Wang Y M, Dong C. Acta Metall Sin, 2010; 46: 1034

(马仁涛, 郝传璞, 王清, 任明法, 王英敏, 董闯. 金属学报, 2010; 46: 1034)

[18] Li B Z, Wang Q, Wang Y M, Li C Y, Qiang J B, Ji C J, Dong C. Metall Mater Trans, 2012; 43A: 544

[19] Takeuchi A, Inoue A. Mater Trans JIM, 2005; 46: 2817

[20] Raynor G V, Rivlin V G. Phase Equilibria in Iron Ternary Alloys. London: Inst Metals, 1988: 316

[21] Abdelshehid M, Mahmodieh K, Mori K, Chen L, Stoyanov P, Davlantes D, Foyos J, Ogren J, Clark Jr R, Es–Said O S. Eng Failure Anal, 2007; 14: 626

[22] Dong H, Esfandiari M, Li X Y. Surf Coat Technol, 2008; 202: 2969

[23] Greer A L. Science, 1995; 267: 1947

[24] Shiflet G. Science, 2003; 300: 443

[25] Lo K H, Shek C H, Lai J K L. Mater Sci Eng, 2009; R65: 39

[26] H¨attestrand M, Nilsson J O, Stiller K, Liu P, Andersson M. Acta Mater, 2004; 52: 1023

[1] 冯强, 路松, 李文道, 张晓瑞, 李龙飞, 邹敏, 庄晓黎. γ' 相强化钴基高温合金成分设计与蠕变机理研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1125-1143.
[2] 司永礼, 薛金涛, 王幸福, 梁驹华, 史子木, 韩福生. Cr添加对孪生诱发塑性钢腐蚀行为的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 905-914.
[3] 王寒玉, 李彩, 赵璨, 曾涛, 王祖敏, 黄远. 基于纳米活性结构的不互溶W-Cu体系直接合金化及其热力学机制[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 679-692.
[4] 朱智浩, 陈志鹏, 刘田雨, 张爽, 董闯, 王清. 基于不同 α / β 团簇式比例的Ti-Al-V合金的铸态组织和力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1581-1589.
[5] 张开元, 董文超, 赵栋, 李世键, 陆善平. 固态相变对Fe-Co-Ni超高强度钢长臂梁构件焊接-淬火过程应力和变形的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1633-1643.
[6] 陈继林, 冯光宏, 马洪磊, 杨栋, 刘维. Cr-Mo微合金冷镦钢的显微组织、力学性能及强化机制[J]. 金属学报, 2022, 58(9): 1189-1198.
[7] 刘广, 陈鹏, 姚锡禹, 陈朴, 刘星辰, 刘朝阳, 严明. CrMoTi中熵合金的性能及其原位合金化增材制造[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1055-1064.
[8] 何兴群, 付华栋, 张洪涛, 方继恒, 谢明, 谢建新. 机器学习辅助高性能银合金电接触材料的快速发现[J]. 金属学报, 2022, 58(6): 816-826.
[9] 王韬, 龙弟均, 余黎明, 刘永长, 李会军, 王祖敏. 超高压烧结制备14Cr-ODS钢及微观组织与力学性能[J]. 金属学报, 2022, 58(2): 184-192.
[10] 汪东红, 孙锋, 疏达, 陈晶阳, 肖程波, 孙宝德. 数据驱动镍基铸造高温合金设计及复杂铸件精确成形[J]. 金属学报, 2022, 58(1): 89-102.
[11] 陈瑞润, 陈德志, 王琪, 王墅, 周哲丞, 丁宏升, 傅恒志. Nb-Si基超高温合金及其定向凝固工艺的研究进展[J]. 金属学报, 2021, 57(9): 1141-1154.
[12] 石增敏, 梁静宇, 李箭, 王毛球, 方子帆. 板条马氏体拉伸塑性行为的原位分析[J]. 金属学报, 2021, 57(5): 595-604.
[13] 高一涵, 刘刚, 孙军. 耐热铝基合金研究进展:微观组织设计与析出策略[J]. 金属学报, 2021, 57(2): 129-149.
[14] 王慧远, 夏楠, 布如宇, 王珵, 查敏, 杨治政. 低合金化高性能变形镁合金研究现状及展望[J]. 金属学报, 2021, 57(11): 1429-1437.
[15] 郑秋菊, 叶中飞, 江鸿翔, 卢明, 张丽丽, 赵九洲. 微合金化元素La对亚共晶Al-Si合金凝固组织与力学性能的影响[J]. 金属学报, 2021, 57(1): 103-110.