不锈钢由于良好的强度和塑性、较高的耐磨性、优良的耐蚀性等特性，已广泛应用于石油、化工、航海和航天等领域。我国已在2006年成为全球最大的不锈钢生产国，其中奥氏体不锈钢由于具有无磁性，良好的焊接性能和抗蚀性能成为产量、用量最大，型号最多的一种不锈钢。传统奥氏体不锈钢多为高Ni含量，但我国镍矿的资源量有限，为了满足国内不锈钢行业的强劲需求，每年需要从国外进口大量的镍资源，导致近年来Ni价的持续高涨，并且随着我国不锈钢产量的增加，Ni的供需矛盾将日益凸显，唯一的解决办法就是生产节镍型不锈钢，降低Ni系不锈钢的比例。
高氮节镍型不锈钢的设计无论是最初选择合金组元并确定其浓度，还是之后确定合适加工方法以及确定热处理工艺都需要使用相图作为依据。相图可以用来预测不锈钢在不同条件下的相变行为和相平衡关系，可帮助进行材料设计和优化。传统Fe-C，Fe-Ni，Fe-N，Fe-C-N相图如下图所示：
数据来源：MatAid相图数据库
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传统二元三元实验测量相图较易寻找，但多元体系实验测量相图因绘制困难、耗时长且成本高，所以极少有实验测量相图。但利用相图计算软件则可轻松绘制多元体系计算相图，并且可计算不锈钢对应成分的相种类、相比例、相转变温度、溶质分配等一系列重要信息，从而可根据需求设计出合适的组织成分，制定工艺参数，有效地减少材料的研发时间和成本。
本文简单介绍下采用Thermo-Calc热动力学软件进行高氮节镍型不锈钢的成分设计的原理和方法。
首先，采用Thermo-Calc软件及其附带的TCFE9数据库计算传统310S不锈钢相图如下图所示。从计算相图可以看出，在低Ni端存在四种类型的含铁素体（BCC）相区：BCC、L+BCC、FCC+BCC、L+FCC+BCC。要想在较宽的温度区域下形成单一的FCC相，则钢中Ni含量必须大于18%，如图中箭头所示。
传统310S不锈钢计算相图
然后，使用Thermo-Calc软件计算N含量为0.0050%、0.1%、0.3%、0.5%时FE-0.03%C-0.20%Si-9%Mn-25%Cr-0.03%Mo-xN-xNi系多元合金相图，计算相图如下图所示。
不同N含量的多元合金计算相图
由图可知，钢中N含量为0.0050%、0.1%、0.3%、0.5%时，在1000℃获得单一奥氏体相区的临界Ni含量分别为25%、20.9%、12.4%、5.6%。由此可见随着N含量的增加，在1000℃获得单一奥氏体相区的临界Ni含量会显著下降。通过大幅度增加钢中N含量，获得奥氏体不锈钢的最低Ni含量则可以节省50%以上。
最后，根据计算结果再进行实验验证。
以上则为采用Thermo-Calc热动力学软件进行高氮节镍型不锈钢的成分设计的原理和方法。如有不足，敬请指正！
