其他成分图表达方式

不同的研究者提出了很多其他形式的相组分图。用于预测铸造奥氏体合金钢中铁素体含量的Schoefer相组分图^[29，30]也是由Schaeffler相组分图推演出来的，尽管它最后的形状有很大不同。Schoefer为了使用其相组分图修改了Schaeffler的当量关系式：

Cr_eq=Cr+1.5Si+Mo+Nb-4.99 （3-14）

Ni_eq=Ni+30C+0.5Mn+26（N-0.02）+2.77 （3-15）

修改的结果使Schoeffler相组分图中的坐标变化而使得等铁素体线收敛于坐标原点。这样修改后的铬当量对镍当量的比值正好等于等铁素体斜率的倒数。选择这个倒数使成分比（铬当量/镍当量）直接随铁素体含量增加而增加，这样成分比和铁素含量的关系在Schoefer提出的图上就表示成为一根简单的曲线（如图3-9所示）。原始的Schoefer图横坐标是用铁素体百分数含量，而这里显示的图已改进为使用FN值。

图3-9 用于铸造材料的Schoefer图

（引自Beck等^[29]）

Potak和Sagalevich^[31]为不锈钢铸件和焊缝提出了一种新形式的相组分图。这张图的横坐标画的是促使形成铁素体的铬当量Cr^F_eq（图3-10），而纵坐标画的是促使形成马氏体的铬当量Cr^M_eq。这两个当量分别考虑了所有合金元素对于形成δ铁素体和马氏体的效应（相对于Cr元素的效应）。在考虑各种可能有影响的合金添加剂方面是非常全面的。其当量表达式为

图3-10 Potak和Sagalevich相组分图

（引自Potak和Sagalevich^[31]）

这张相组分图很复杂，要求由相组分图中的插图来求得系数K_f和K_m值。对于图还需要有些注解：①对于不以N为合金元素的钢中，可以含质量分数为0.02%的氮（用Ti和Al合金化的钢除外）。②对于Ni的质量分数大于5%的钢，形成铁素体的铬当量关系式中的Ni用关系式2.5+Ni来计算。③对于用钛和铌合金化的钢，在计算当量时这两个元素只用在固溶体中的含量（大概是0.8倍总含量），而碳含量要减少，减少量分别是在碳化物中的Ti和铌含量的1/4和1/7.5（对于碳的质量分数大约为0.1%的钢）。已经有报告认为在马氏体-铁素体-奥氏体的三相组分区内Sagalevich相组分图可以更精确地预测微观组织^[8]。

Carpenter等^[32]对于Fe-Mn-Ni-Al系不锈钢焊缝金属系提出了另一种形式的相组分图。图3-11中用铝的质量分数作为横坐标，并以下面的镍当量关系式表示的镍当量作为纵坐标：

Ni_eq=Ni+2Mn+30C （3-18）

作者指出在这种合金系中α铁素体和ε马氏体都可以由奥氏体形成，而图右上角预测的组织和308系不锈钢焊缝熔敷金属的组织相似，其特点是奥氏体母相和一个富铝的δ铁素体相共存。

图3-11 有效镍当量-铝的微观组分图

（引自Carpenter等^[32]，美国焊接学会授权）译者注：图中的α′和ε好像都指的是马氏体。(www.xing528.com)

这张相组分图和Schaeffler相组分图（图3-4）也有相似点，尽管二者锰的当量系数有很大差别。这好像是由于Carpenter等把注意力更多地集中在低温时相对于形成马氏体的奥氏体稳定性，而不是在高温时相对于铁素体的奥氏体稳定性之故。

DeLong-WRC相图被广泛接受，且多年来被用作标准来预测奥氏体不锈钢中的铁素体数（FN）。ASME（美国机械工程学会）的压力容器规范和其他标准将其收入就证明了这一点。然而研究工作者们仍然在继续研究特殊元素的影响，并对DeLong-WRC相组分图的当量系数，关系式和图本身提出修正，以改进其对FN值的预测。对于锰的当量系数从Shaeffler相组分图一提出来就作为一个问题而进行了大量研究。

图3-12 用金属模铸件开发的Hull相组分图

（引自Hull^[33]，美国焊接学会授权）

Hull^[33]用高锰含量不锈钢金属模铸件来模拟焊缝金属，得到了修改后的一部分Schaeffler相组分图（图3-12），图中示出了奥氏体-δ铁素体的相区界线。该图的当量关系式很全面，包括了大量可用于不锈钢的合金元素。在镍当量关系式中含有一个锰元素的二次项（0.11Mn-0.0086Mn²），这个式子指出锰随其含量增加形成奥氏体的能力变弱。而在很高含量时锰实际上促使铁素体形成。Espy^[34]在研究锰的质量分数高达15%的氮强化奥氏体不锈钢时发现：从促使形成奥氏体的角度看，锰对焊缝微观组织几乎没有影响。他的结论是：锰对奥氏体化的影响可用常数项0.87来替代原来与锰含量成正比的项。

Szumachowski和Kotecki^[35]发现对锰的质量分数大于2.5%的焊缝金属De-Long相组分图对FN值估计偏低。他们也认为锰形成奥氏体的能力可以用一个常数项来表示。但他们提出的数值是0.35，低于Espy提出的0.87。按下式修改镍当量关系式，可以在锰的质量分数高达12.5%的扩展范围内使预测的FN值更好地符合实测值：

Ni_eq=Ni+30（C+N）-0.35^[2] （3-19）

Epsy^[34]确定了一组在使用Schaeffler相组分图时修正后的当量关系式：

Cr_eq=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb+5V+3Al （3-20）

Ni_eq=Ni+30C+0.87（表示锰的作用）+0.33Cu+k_n（N-0.045） （3-21）

其中k_n是一个可变常数，氮的质量分数为0.0～0.2%时取30，氮的质量分数为0.21%～0.25%时取22，而氮的质量分数为0.26%～0.35%时取20。这表明氮形成奥氏体的有效作用随其含量上升而下降。

MeCowan等^[36]研究含有高锰和高氮成分的18Cr-9Ni不锈钢时得到的结论认为锰和氮以一种复杂形式相互作用并可用下式来表示：

这是一个修正后的Ni当量关系式，并试图用于DeLong相组分图。

当量式中氮的系数也是很多研究的焦点。由不同的研究者报告氮的系数值为13.4，14.2，18.4和20^[34，37-39]。Ogawa和Koseki^[40]在预测FN值时提出氮的系数是30，而在预测氮对凝固模式的作用时，其系数为18。Novozhilov等^[41]认为在镍当量关系式中氮的系数在很大程度上取决于金属的成分，在他们的研究中氮的系数在8～45范围内变化。

Novozhilov等也报道了钼的系数为1.5，这个值和大多数报道的在1～2范围内变化的系数值一致。Kotecki^[42]重新检验了钼在确定铁素体含量中的作用，他发现在形成铁素体的作用中把钼等同于铬的DeLong相组分图过高地预计了焊缝金属中的铁素体数FN，他建议在铬当量关系式中用0.7代替钼原有的系数1来纠正估计过高的FN值。

Kotecki^[43]也研究了在铬当量关系式中硅的系数，他发现在Schoeffler和DeLong相组分图中采用1.5的系数值过高地估计了硅的作用。在研究了硅的质量分数从0.34%到1.38%变化的焊缝金属后他认为硅的系数取0.1更具有预见性。Takemoto等^[44]报道了硅对铁素体形成的影响是非线性的，他们认为在质量分数低于2%时，硅的作用很小，但当含量更高时作用变大。