基于团簇模型的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢成分设计

doi:10.3724/SP.J.1037.2012.00053

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](Cr₄₅Mo_2.5Nb_0.5)}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](Cr₄₅Mo_2.5Nb_0.5)}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 words： matensitic 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

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