一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金及其制备方法技术

一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料，包括下述组分按原子百分比组成，Fe 30～50％，Ni 5～25％，Cr 5～25％，Co 5～20％，Ti 0.1～2.50％，Al 0.1～3.50％，Cu 0.01～2.50％，Si 0.1～2.50％；且Fe、Ni、Cr、Co的原子百分含量之和≥90％；Ti、Al、Cu、Si的原子百分含量之和≤10％；各组分原子百分之和为100％。其制备方法，是按设计的合金各组分原子配比配取各组分，在真空或惰性气体保护条件下熔炼、保温后浇注，得合金铸坯；铸坯经热轧、均匀化、冷轧、退火处理后，得富Fe多组分合金块体材料。本发明专利技术制备的富Fe多组分合金基体为面心立方结构组织特征，具有较好的强度与塑性搭配；同时具有优异的抗腐蚀性能，在稀硫酸溶液中的腐蚀溶解速率比现有CoCrFeMnNi多组分合金要慢得多；可应用于腐蚀环境中服役的结构部件。应用于腐蚀环境中服役的结构部件。应用于腐蚀环境中服役的结构部件。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料及其制备方法，属于金属材料


技术介绍

[0002]石油、化工以及国防等诸多工业部门中需要使用大量的耐腐蚀结构材料。这些广泛使用的工程装备材料不仅需具备优越的抗腐蚀性能，同时也需兼具良好的力学性能，例如较高的强度与塑性等。现代工业的发展对这些工程结构材料的性能要求越来越高，一方面要求相应结构材料的耐腐蚀性能更加优越，另一方面强度与塑性也需更高从而提高能源利用效率和工程部件的安全性等。
[0003]目前，耐腐蚀结构部件所用材料主要为不同类型的不锈钢，例如304和316不锈钢等，它们的塑性较好(拉伸延伸率可大于30％)，在较弱的腐蚀性环境下能有效地抗全面腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂等。但这些不锈钢的强度较低，屈服强度一般在200MPa以下，抗拉强度一般在550MPa以下；而且在较强的腐蚀环境下较易发生局部腐蚀，在较高应力下有应力腐蚀开裂的风险。
[0004]高熵合金(High-entropy alloys)和多组分合金(Multi-component alloys)近年来被广泛研究，这些类型的合金中至少有四个或五个组元的原子分数超过5％。这种合金元素多且其浓度高的特点常常使得合金具备优良的综合性能。例如，等原子比的Co
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Cr
20
Fe
20
Mn
20
Ni
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高熵合金具有优越的塑性和断裂韧性，其在液氮温度下的断裂韧性值几乎是之前发现的所有结构材料中最高的，比不锈钢的还要优越得多。然而，Co
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Cr
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Fe
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Mn
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Ni
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等多种强塑性较好的高熵合金对应的抗腐蚀性能不佳，其在硫酸溶液中的抗腐蚀性能相比304不锈钢差很多；而且其室温屈服强度较低，一般在350MPa以下[引用材料学报：F.Otto,A.Dlouhy,Ch.Somsen,H.Bei,G.Eggeler,E.P.George,Acta Materialia 61(2013)5743-5755]。因此，寻求具有更高强度和塑性、更优耐腐蚀性能的金属结构材料依然是服役于腐蚀环境中的工程装备需要解决的关键材料技术之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种耐腐蚀且高强韧的富Fe多组分合金材料及制备方法，解决现有大量多组分合金强度较低、耐蚀性不佳的技术问题。
[0006]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料，包括下述组分按原子百分比组成，
[0007][0008]且Fe、Ni、Cr、Co的原子百分含量之和≥90％；Ti、Al、Cu、Si的原子百分含量之和≤10％；各组分原子百分之和为100％。
[0009]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料，包括下述组分按原子百分比组成，
[0010][0011]且Fe、Ni、Cr、Co的原子百分含量之和≥90％；Ti、Al、Cu、Si的原子百分含量之和≤10％；各组分原子百分之和为100％。
[0012]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料，包括下述组分按原子百分比组成，
[0013][0014]且Fe、Ni、Cr、Co的原子百分含量之和≥90％；Ti、Al、Cu、Si的原子百分含量之和≤10％；各组分原子百分之和为100％。
[0015]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，包括下述步骤：
[0016]按设计的合金各组分原子配比配取各组分，在真空或惰性气体保护条件下熔炼，维持炉内真空度为1～0.0001帕或维持炉内惰性气体压力为0.000001～5兆帕；熔炼温度为1350～2200℃，保温0.01～1小时后浇注，得合金铸坯；铸坯经热轧、均匀化、冷轧、退火处理后，得富Fe多组分合金块体材料。
[0017]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，合金各组分原料采用纯元素或中间合金块或颗粒，反复熔炼3-6次。
[0018]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，合金各组分原料采用中间合金块或颗粒时纯度≥98.5％。杜绝因原料纯度较低引入夹杂等，损害合金综合性能的弊端。
[0019]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，铸坯的热轧采用多道次热轧，热轧温度为800℃～1250℃，单道次轧下量≤25％，总轧下量为30％～90％。
[0020]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，热轧坯均匀化处理温度为950℃～1300℃，均温时间30～600min。
[0021]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，均匀化处理后的冷轧采用多道次冷轧，道次轧下量≤25％，总轧下量为40％～90％。
[0022]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，冷轧后板材的退火温度为600～1100℃，保温时间15～300min，退火在保护气氛下进行，保护气氛选自氩气、氮气或氦气中的一种。
[0023]本专利技术一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，制备的富Fe多组分合金材料，屈服强度在380MPa-960MPa，抗拉强度在700MPa-1030MPa，断后延伸率在23％-63％；合金在0.1mol/L H2SO4中的钝化电流密度在3.67
×
10-6
至4.37
×
10-6
A/cm2之间，腐蚀电位在-0.14至-0.26V
SCE
之间；合金在0.1mol/L H2SO4中浸没165天内不会出现明显的腐蚀迹象。
[0024]而根据[引用腐蚀科学：H.Luo,Z.Li,A.Mingers,D.Raabe,Corrosion Science 134(2018)131
–
139]的记载：等原子比CoCrFeMnNi合金在0.1mol/L H2SO4中的腐蚀电位约为-0.28V
SCE
，钝化电流密度约为9
×
10-5
A/cm2。可见，本专利技术耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的腐蚀电流密度要比等原子比CoCrFeMnNi合金小一个数量级，而且腐蚀电位也更高，表现出优越的抗电化学腐蚀性能。此外，浸没腐蚀的对比实验结果发现，等原子比CoCrFeMnNi合金在0.1M H2SO4中浸没31天后表面显示出严重的腐蚀形貌，见附图10。而本专利技术耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料在同等条件浸没165天后完全没有被腐蚀的迹象(见附图9)，表明其具有远远高于等原子比CoCrFeMnNi合金的抗化学浸没腐蚀能力。
[0025]在本专利技术提供的富Fe多组分合金材料中，在组分匹配方面，具有以下特点：首先，采用较高的Fe含量，Fe含量大于或等于30％，最高可达5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料，包括下述组分按原子百分比组成，且Fe、Ni、Cr、Co的原子百分含量之和≥90％；Ti、Al、Cu、Si的原子百分含量之和≤10％；各组分原子百分之和为100％。2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料，包括下述组分按原子百分比组成，且Fe、Ni、Cr、Co的原子百分含量之和≥90％；Ti、Al、Cu、Si的原子百分含量之和≤10％；各组分原子百分之和为100％。3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料，包括下述组分按原子百分比组成，
且Fe、Ni、Cr、Co的原子百分含量之和≥90％；Ti、Al、Cu、Si的原子百分含量之和≤10％；各组分原子百分之和为100％。4.一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，包括下述步骤：按设计的合金各组分原子配比配取各组分，在真空或惰性气体保护条件下熔炼，熔炼温度为1350～2200℃，保温0.01～1小时后浇注，得合金铸坯；铸坯经热轧、均匀化、冷轧、退火处理后，得富Fe多组分合金块体材料。5.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，其特征在于：熔炼时，维持炉内真空度在1～0.0001帕或维持炉内惰性气体压力在0.000001～5兆帕。6.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀高强韧的富Fe多组分合金材料的制备方法，其特征在于：铸坯的热轧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志明，严定舜，甘科夫，朱书亚，伍鹏飞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：