184 工程科学学报，第42卷，第2期 除此，根据Rajasekhar等的研究结果： 本实验设计成分合金的镍、铬当量及凝固判 Nieg=%Ni+0.5(%Mn)+30(9%C)+30(%N)+ 据计算值如表5所示.由表5可以看出，依据Hammer 0.25(%Cu), &Svensson判据，Cr20-Si2.0的D值小于0，以铁素 Crg=%Cr+(9%Mo)+1.5(%Si)+0.5(%Nb) 体-奥氏体模式凝固，其余成分合金的心值均大于0， 当Cred/Nieg<125时，合金以全奥氏体模式凝 以奥氏体-铁素体或全奥氏体模式凝固.Rajasekhar 固；当1.25<Creq/Nicd<1.48时，合金以奥氏体-铁素 判据显示，所有合金的铬镍当量比均小于1.48，且 体模式凝固；当1.48<Creq/Nicq<1.95时，合金以铁 有Cr20-Si2.0和Cr18-Si2.5成分的铬镍当量比大 素体-奥氏体模式凝固：当Cree/Nia>l.95时，合金 于1.25，这两种合金将以奥氏体-铁素体模式凝 以全铁素体模式凝固 固，而其余合金以全奥氏体模式凝固 表5合金Ni和Cr当量以及凝固路线判据计算（质量分数） Table 5 Calculations on the Ni and Cr equivalent contents and solidification path criteria Hammer Svensson RajasekharF4 试样 Nieg Creg 中 Nicg Creg Creg/Nieg Cr20-Si2.0 18.36 25.78 -0.72 18.08 24.50 1.36 Cr18-Si2.0 18.36 23.78 0.78 18.08 22.50 1.24 Cr16-Si2.0 18.36 21.78 2.28 18.08 20.50 1.13 Cr18-Si2.5 18.36 24.53 0.22 18.08 23.25 1.29 Cr18-Si1.5 18.36 23.03 1.34 18.08 21.75 1.20 Hammer&Svensson判据准确的预测了Cr20- 中8相析出的成分条件.如在18Cr-2.0Si-15Ni合 S2.0合金的铁素体-奥氏体凝固模式，但其无法区 金中，δ相析出的临界Cr和Si质量分数分别为 分合金的奥氏体-铁素体和全奥氏体两种凝固模 18.8%和2.55%.Cr和Si元素的添加能够降低合 式.Rajasekhar的铬镍当量比判据能够很好的区分 金的固液相线温度 合金凝固时可能产生的五种凝固模式，但其在铁 (2)20Cr-2.0Si合金以铁素体-奥氏体模式凝 素体-奥氏体凝固模式的判断上存在一定的偏差 固，δ相位于枝晶芯部，体积分数约8.6%；18C- 这种差别主要由两个原因导致：第一，Rajasekhar 2.5Si合金以奥氏体-铁素体模式凝固，δ相呈不规 判据的Cr当量计算公式较为保守，而Hammer& 则形态位于枝晶间，体积分数约3.4%：合金凝固时 Svensson判据计算所得的铬当量相对更高；第二， 的元素偏析和冷却过程中的“δ→y”相变可对δ相 更为重要的是Hammer&Svensson判据所用D值对 的含量和形态产生影响 铁素体-奥氏体/奥氏体-铁素体凝固模式转变更为 (3)对于18Cr-2.0Si-15Ni合金体系，Hammer& 敏感.以Cr20-S2.0合金为例，使用两种镍铬当量 Svensson判据适宜判断δ相的析出形态，Rajasekhar 公式计算得出的Φ值均小于0，即以铁素体-奥氏 判据适合判断δ相是否会析出 体凝固，而“Creq/Nieg”计算值均小于1.48，即以奥 氏体-铁素体模式凝固.因此，对于本实验所用的 参考文献 合金体系，Hammer&Svensson判据适宜判断合金 [1]Cheng X Q,Li X G,Du C W.Electrochemical behavior of 316L 是否会发生铁素体-奥氏体凝固（即判断δ相的析 stainless steel in Cl containing acetic acid solution under high 出形态)，而Rajasekhar判据适宜判断合金是否会 temperature.Acta Metall Sin,2006,42(3):299 发生奥氏体-铁素体凝固（即判断δ相是否会析 (程学群，李晓刚，杜翠薇.316L不锈钢在含C高温醋酸溶液中 出).目前Hammer&Svensson的Φ判据在预测奥 的电化学行为.金属学报，2006,42(3)：299) 氏体-铁素体与全奥氏体凝固模式转变方面缺乏 [2]Liu Z D.Common selection of Cr-Ni austenitic stainless steel. 数据，依据本实验结论，可提出当D>075时，合金 Petro-Chem Equip Technol,1999,20(3):39 (柳曾典.常用铬镍奥氏体不锈钢的选用.石油化工设备技术， 以全奥氏体模式凝固 1999,20(3):39) 4结论 [3]Allen T R,Crawford D C.Lead-cooled fast reactor systems and the fuels and materials challenges.Sci Technol Nucl Ins,2007, (1)热力学计算能够辅助判断奥氏体不锈钢 2007:97486除此，根据 Rajasekhar 等[24] 的研究结果： Nieq= %Ni + 0.5（ %Mn） + 30（ %C） + 30（ %N） + 0.25（%Cu）， Creq= %Cr +（%Mo）+ 1.5（%Si）+ 0.5（%Nb）. 当 Creq/Nieq <1.25 时，合金以全奥氏体模式凝 固；当 1.25<Creq/Nieq<1.48 时，合金以奥氏体−铁素 体模式凝固；当 1.48<Creq/Nieq <1.95 时，合金以铁 素体−奥氏体模式凝固；当 Creq/Nieq>1.95 时，合金 以全铁素体模式凝固. 本实验设计成分合金的镍、铬当量及凝固判 据计算值如表 5 所示. 由表 5 可以看出，依据 Hammer & Svensson 判据，Cr20−Si2.0 的Ф值小于 0，以铁素 体−奥氏体模式凝固，其余成分合金的Ф值均大于 0， 以奥氏体−铁素体或全奥氏体模式凝固. Rajasekhar 判据显示，所有合金的铬镍当量比均小于 1.48，且 有 Cr20−Si2.0 和 Cr18−Si2.5 成分的铬镍当量比大 于 1.25，这两种合金将以奥氏体−铁素体模式凝 固，而其余合金以全奥氏体模式凝固. Hammer & Svensson 判据准确的预测了 Cr20− Si2.0 合金的铁素体−奥氏体凝固模式，但其无法区 分合金的奥氏体−铁素体和全奥氏体两种凝固模 式. Rajasekhar 的铬镍当量比判据能够很好的区分 合金凝固时可能产生的五种凝固模式，但其在铁 素体−奥氏体凝固模式的判断上存在一定的偏差. 这种差别主要由两个原因导致：第一，Rajasekhar 判据的 Cr 当量计算公式较为保守，而 Hammer & Svensson 判据计算所得的铬当量相对更高；第二， 更为重要的是 Hammer & Svensson 判据所用Ф值对 铁素体−奥氏体/奥氏体−铁素体凝固模式转变更为 敏感. 以 Cr20−Si2.0 合金为例，使用两种镍铬当量 公式计算得出的Ф值均小于 0，即以铁素体−奥氏 体凝固，而“Creq/Nieq”计算值均小于 1.48，即以奥 氏体−铁素体模式凝固. 因此，对于本实验所用的 合金体系，Hammer & Svensson 判据适宜判断合金 是否会发生铁素体−奥氏体凝固（即判断 δ 相的析 出形态），而 Rajasekhar 判据适宜判断合金是否会 发生奥氏体−铁素体凝固（即判断 δ 相是否会析 出）. 目前 Hammer & Svensson 的Ф判据在预测奥 氏体−铁素体与全奥氏体凝固模式转变方面缺乏 数据，依据本实验结论，可提出当Ф> 0.75 时，合金 以全奥氏体模式凝固. 4    结论 （1）热力学计算能够辅助判断奥氏体不锈钢 中 δ 相析出的成分条件. 如在 18Cr−2.0Si−15Ni 合 金中 ， δ 相析出的临界 Cr 和 Si 质量分数分别为 18.8% 和 2.55%. Cr 和 Si 元素的添加能够降低合 金的固液相线温度. （2）20Cr−2.0Si 合金以铁素体−奥氏体模式凝 固 ， δ 相位于枝晶芯部，体积分数约 8.6%； 18Cr− 2.5Si 合金以奥氏体−铁素体模式凝固，δ 相呈不规 则形态位于枝晶间，体积分数约 3.4%；合金凝固时 的元素偏析和冷却过程中的“δ→γ” 相变可对 δ 相 的含量和形态产生影响. （3）对于 18Cr−2.0Si−15Ni 合金体系，Hammer & Svensson 判据适宜判断 δ 相的析出形态，Rajasekhar 判据适合判断 δ 相是否会析出. 参    考    文    献 Cheng X Q, Li X G, Du C W. Electrochemical behavior of 316L stainless  steel  in  Cl￾containing  acetic  acid  solution  under  high temperature. Acta Metall Sin, 2006, 42（3）: 299 （程学群, 李晓刚, 杜翠薇. 316L不锈钢在含Cl-高温醋酸溶液中 的电化学行为. 金属学报, 2006, 42（3）：299 ） [1] Liu  Z  D.  Common  selection  of  Cr-Ni  austenitic  stainless  steel. Petro-Chem Equip Technol, 1999, 20（3）: 39 （柳曾典. 常用铬镍奥氏体不锈钢的选用. 石油化工设备技术, 1999, 20（3）：39 ） [2] Allen  T  R,  Crawford  D  C.  Lead-cooled  fast  reactor  systems  and the  fuels  and  materials  challenges. Sci Technol Nucl Ins,  2007, 2007: 97486 [3] 表 5 合金 Ni 和 Cr 当量以及凝固路线判据计算（质量分数） Table 5  Calculations on the Ni and Cr equivalent contents and solidification path criteria % 试样 Hammer & Svensson[23] Rajasekhar[24] Nieq Creq Ф Nieq Creq Creq / Nieq Cr20−Si2.0 18.36 25.78 −0.72 18.08 24.50 1.36 Cr18−Si2.0 18.36 23.78 0.78 18.08 22.50 1.24 Cr16−Si2.0 18.36 21.78 2.28 18.08 20.50 1.13 Cr18−Si2.5 18.36 24.53 0.22 18.08 23.25 1.29 Cr18−Si1.5 18.36 23.03 1.34 18.08 21.75 1.20 · 184 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期