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隨Al含量的增加，鑄造316L不銹鋼中鐵素體體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，Al元素添加會促進(jìn)鑄造304奧氏體不銹鋼中鐵素體相形成的原因，316L不銹鋼亦屬于奧氏體不銹鋼，Al元素對其組織中鐵素體體體積分?jǐn)?shù)增加的作用機(jī)理與304不銹鋼一致，在此就不再贅述。如第二章“2.3討論”部分所述，Al元素的添加也會改變316L不銹鋼中Cr/Ni當(dāng)量比，根據(jù)Cr eq、Ni eq當(dāng)量公式，我們計算出不同Al含量316L不銹鋼的Cr eq、Ni eq，結(jié)果如下表所示：316L不銹鋼鑄態(tài)組織為奧氏體+少量蠕蟲狀鐵素體，凝固初生相為奧氏體，反奧氏體化元素Cr、Mo等被排斥到液相中。到凝固末期，富集Cr、Mo元素的剩余液相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體相。因此，室溫鑄造組織中鐵素體相內(nèi)Cr、Mo元素含量遠(yuǎn)高于其在合金中的平均含量，這與表4.2所示鐵素體相中各元素質(zhì)量百分含量結(jié)果一致。從圖4.2(a)觀察到未含Al 316L不銹鋼基體奧氏體相中有凸起形成，這主要由于凝固過程中先析出相奧氏體內(nèi)元素擴(kuò)散不均勻引起的。

根據(jù)第二章圖2.17的Fe-Cr-Ni三元合金平衡相圖及表4.5可預(yù)測，不同Al含量316L不銹鋼凝固模式均為F模式，其室溫組織由奧氏體+鐵素體兩相組成。凝固初生相為鐵素體相，并且凝固結(jié)束，所有的液相全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體相，在隨后的冷卻過程中，奧氏體通過δ→γ固態(tài)相變獲得。奧氏體的形成、長大與Al含量密切相關(guān)，三種不同Al含量316L不銹鋼凝固結(jié)束初期獲得δ相存在不同程度的元素偏析，隨后冷卻過程中，δ相單相區(qū)對應(yīng)的溫度區(qū)間因Al元素的添加變寬，影響了δ相中元素的擴(kuò)散均勻化，δ→γ固態(tài)相變結(jié)束形成合金元素含量不同的奧氏體相。

1.5wt%Al鑄造316L不銹鋼組織由奧氏體+長條狀鐵素體組成。由于Al含量較少，不銹鋼對應(yīng)的δ單相區(qū)窄，在隨后冷卻過程，δ相內(nèi)元素擴(kuò)散的不充分，δ/δ相界處存在較大濃度起伏，同時，不同δ相內(nèi)部由于元素偏析產(chǎn)生的晶格畸變不同，這些為γ相的形核提供了濃度起伏和結(jié)構(gòu)起伏。γ相優(yōu)先在δ/δ晶界處形核，且形核率較高，形成的奧氏體呈短桿或長條狀。δ→γ相變時，Ni原子由δ相向γ相擴(kuò)散。同時，Cr原子由γ相向δ相擴(kuò)散。因此，殘留δ相中的Cr元素含量高于平均值，Ni元素含量低于平均值，這與表4.2所示鐵素體相中各元素百分含量結(jié)果一致。

這種在奧氏體基體上糾纏排列的板條狀鐵素體組織，N.Suutala等人研究Fe-22Cr-9.4Ni合金焊接組織圖時，也發(fā)現(xiàn)了類似的組織，并且通過TEM進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，δ、γ兩相間存在K-S、N-W的取向關(guān)系。同時，J.A.Brook等人認(rèn)為在鉻鎳當(dāng)量比介于形成骨架狀鐵素體和魏氏奧氏體組織之間的合金成分時，奧氏體不銹鋼易于凝固成板條狀鐵素體組織。

2wt%Al鑄造316L不銹鋼對應(yīng)的δ單相區(qū)相對1.5wt%Al 316L變寬，δ相內(nèi)元素擴(kuò)散相對充分，δ/δ相界濃度起伏減小，γ形核率降低。同時，γ相的形核位置及長大方式也發(fā)生變化，一部分γ在δ晶界形核沿著一定的取向朝δ內(nèi)部生長，一部分在鐵素體內(nèi)部形核長大為塊狀。梁高飛等人研究AISI 304不銹鋼中δ→γ相變的原位觀察時也觀察到類似的塊狀組織，該文獻(xiàn)中指出，將AISI304不銹鋼以1.0/min℃的速度冷卻到1309℃，在δ晶內(nèi)處有塊狀γ相的出現(xiàn)。3wt%Al鑄造316L不銹鋼組織中鐵素體為基體相，奧氏體主要以長條狀分布在鐵素體晶界和晶粒內(nèi)部，部分則以小橢圓、島狀、細(xì)長針分布在鐵素體內(nèi)部。δ晶界是擴(kuò)散的短路通道，Cr、Ni、Al、Mo等原子在晶界擴(kuò)散比在晶內(nèi)容易得多，因此，δ晶界仍是形核的優(yōu)先位置。這一實驗現(xiàn)象在Eric Schmidt等人的實驗中得到應(yīng)證[125]。Eric Schmidt通過對2205雙相不銹鋼冷卻過程的原位觀察也發(fā)現(xiàn)了同3wt%Al 316L不銹鋼相同的組織形貌。該研究是將2205雙相不銹鋼加熱到1300℃，變?yōu)閱蜗嗟蔫F素體，然后緩慢冷卻，觀察鐵素體的相變過程。結(jié)果表明，合金冷卻到1050℃，保溫20min過程中，δ→γ固態(tài)相變會發(fā)生，奧氏體首先在鐵素體邊界形核，形成的奧氏體稱為晶界奧氏體(γ1、γ3、γ4)；其次，會形成一種具有W-S取向關(guān)系的奧氏體。這種具有W-S取向關(guān)系的奧氏體又分為兩種：一種是初生相由鐵素體直接轉(zhuǎn)變而來(γ2)，還有一種W-S奧氏體是次生相由晶界奧氏體朝鐵素體內(nèi)部生長演化而來。另外，研究者還觀察到一些小橢圓形和細(xì)針形的奧氏體，其認(rèn)為這種形貌的奧氏體是起源于晶界的奧氏體朝上沿垂直于觀察面的方向生長，該生長的橫斷面即為小橢圓形和細(xì)針形的奧氏體。3wt%Al 316L不銹鋼具有較寬的δ單相區(qū)，使得凝固初生相鐵素體內(nèi)原子充分?jǐn)U散，δ/δ相界處濃度起伏進(jìn)一步減小，晶界處γ相形核率降低，因此，不銹鋼中形成的奧氏體體積分?jǐn)?shù)減少，初生相鐵素體內(nèi)原子充分?jǐn)U散，鐵素體相各元素的百分含量越接近于316L合金的平均值，這與表4.2所示鐵素體相中各元素百分含量結(jié)果一致。