BR112019017951A2

BR112019017951A2 - liga resistente à corrosão de alta entropia

Info

Publication number: BR112019017951A2
Application number: BR112019017951A
Authority: BR
Inventors: Polar-Rosas Alberto; J Kernion Samuel
Original assignee: Crs Holdings Inc
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2020-05-19
Also published as: CN110651057A; WO2018165369A1; CA3055297C; EP3592877A1; MX2019010538A; US20180340245A1; IL268904A; KR20190127808A; RU2731924C1; JP2020510139A; CA3055297A1

Abstract

é descrita uma liga resistente à corrosão de alta entropia, elemento multi-principal. a liga tem a composição a seguir em porcentagem em peso: co cerca de 13 a cerca de 28; ni cerca de 13 a cerca de 28; fe+mn cerca de 13 a cerca de 28; cr cerca de 13 a cerca de 37; mo cerca de 8 a cerca de 28; n cerca de 0,10 a cerca de 1,00. a liga também inclui as impurezas usuais encontradas as ligas resistentes à corrosão, pretendida para o mesmo uso ou um uso similar. em adição, um ou ambos de w e v pode ser substituído para algum ou todo o mo. a liga provê uma solução sólida que é substancialmente toda fase fcc, mas pode incluir quantidades mínimas de fases secundárias que não afetam adversamente as propriedades de resistência à corrosão e mecânicas providas pela liga.

Description

LIGA RESISTENTE À CORROSÃO DE ALTA ENTROPIA

Campo da invenção

[001] Esta invenção refere-se a ligas de aço austenitico resistente à corrosão e, em particular, a uma liga resistente à corrosão, de alta entropia, multi-principal que inclui nitrogênio.

Antecedentes da invenção

[002] É sabido que os elementos ligantes, tais como cromo (Cr), molibdênio (Mo), e nitrogênio (N) melhora a resistência à corrosão de ligas de aço, particularmente resistência ao ataque localizado em meios contendo cloreto. O grau de resistência á corrosão pode ser previsto por um número equivalente de resistência a ponto s (PREN). Uma equação conhecida para determinação de PREN de uma liga é PREN = Cr (% em peso) + 3,3 x Mo (% em peso) + 16 x N (% em peso) . Outros elementos, tais como tungstênio, cobre, e vanádio tem sido propostos como adições benéficas à liga para resistência à corrosão. Cr e Mo são formadores de ferrita fortes e podem conduzir à formação de fase sigma e fase qui, que afetam adversamente ambas as propriedades, de resistência a ponto s e mecânicas. Para compensar os efeitos colaterais do uso de quantidades altas de Cr e Mo, os formadores austeniticos, tais como níquel, cobalto e cobre podem ser adicionados à liga. Esta prática tem conduzido ao uso de ligas a base de níquel e a base de cobalto para os mais com maior severidade corrosiva. A adição de N é conhecida por ser geralmente benéfica para ambos, resistência à corrosão e potência, mas a solubilidade do nitrogênio e a precipitação indesejada de nitritos, especialmente em limites granulares, limites da quantidade total de nitrogênio que pode ser adicionada. A

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2/16 solubilidade do nitrogênio torna-se cada vez mais limitada quanto ao níquel e o conteúdo de cobalto aumenta.

[003] Entre as ligas austeníticas resistentes à corrosão conhecidas, existem as ligas a base de níquel e a base de cobalto que incluem quantidades significantes de Mo. Naquelas ligas, um alto conteúdo de Mo é estabilizado tanto com um alto conteúdo de níquel quanto com um alto conteúdo de cobalto. Muitas destas ligas não contêm uma adição positiva de N. a liba N-155 que é vendido sob a marca registrada MULTMET® tendo a composição nominal a seguir em uma porcentagem em peso: 20% de Ni, 20% de Co, 20% de Cr, 3% de Mo, 2,5% de Mn, 1% de Nb+Ta, 0,15% de N, e 0,1% de C. o balanço da liga é ferro e impurezas usuais. Estas ligas têm essencialmente um elemento básico único, tal como ferro, níquel, ou cobalto.

[004] O design da liga tradicionalmente não considera as contribuições da entropia da mistura para a estabilidade da fase da liga, porque a entropia da mistura é relativamente baixa em sistemas com um único elemento base. Por não terem um único elemento base, as ligas de alta entropia (HEA) empregam entropia configuracional para afetar a estabilidade das fases estruturais sólidas dentro da liga. Por definição, os HEA são compostos por uma única fase de solução sólida ou uma mistura de fases de solução sólida. Com exceção de alguns estudos, as fases da solução sólida têm uma estrutura cúbica centralizada no corpo (BCC) ou cúbica centralizada na face (FCC). O HEA normalmente consiste em pelo menos três elementos em proporções equiatômicas ou próximas a equiatômicas para maximizar a entropia configuracional. Segundo Guo et al., ., Phase stability in high entropy

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3/16 alloys: Formation of solid-solution phase or amorphous phase, Progress in Natural Science: Materials International, vol. 21, pp. 433-446 (2011), (a totalidade da qual é incorporada aqui por referência) uma liga que atenda aos seguintes requerimentos em relação à entalpia de mistura (AHmix), entropia de mistura (ASmix) e diferença de tamanho

atômico	(δ) é mais provável que	forneça	uma estrutura	de
solução	sólida.
	-22 < AH_mis < 7	kJ/mol
	δ < 8,5 %
	AS_mis > 11 J/(K	mol)
[005]	Os parâmetros AH_mi_S, δ, AS_mi_S, são	conhecidos	e	são
definidos na literatura técnica.	Ver, por	exemplo,	Guo	et

al., na página 434. As + regras declaradas acima são baseadas em resultados experimentais a partir de vários estudos publicados, mas devem ser considerados como guias amplos.

[006] Os principios básicos derivados a partir das regras listadas acima sobrepõem com as regras Hume-Rothery relacionadas à formação de solução sólida em ligas e são apropriadas como ponto de partida para designação de uma liga com uma estrutura de solução sólida. A entalpia da mistura não deve ser tão negativa ou tão positiva de modo a evitar a formação de fases intermediárias e para evitar a separação de fase. A diferença do tamanho atômico entre os elementos constituintes devem ser minimizados para prevenir a rede cristalina (lattice strain). Adicionalmente, a entropia da mistura deve ser maximizada.

[007] A eletronegatividade dos elementos constituintes deve ser semelhante entre os elementos principais. A fase de solução sólida que se forma também está relacionada à valência da concentração de elétrons (VEC). Guo et al. também

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4/16 descreve que uma estrutura FCC monofásica é prevista quando o VEC é maior que cerca de 8, uma estrutura BCC monofásica é prevista quando o VEC é menor que cerca de 6,87 e uma estrutura FCC/BCC mista é prevista quando 6,87 <VEC < 8.

Sumário da invenção

[008] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um elemento de múltiplos princípios, liga resistente à corrosão, com a seguinte composição em porcentagem em peso:

Co cerca de 13 a cerca de 28;

Ni cerca de 13 a cerca de 28;

Fe+Mn cerca de 13 a cerca de 28;

Cr cerca de 13 a cerca de 37;

Mo cerca de 8 a cerca de 28;

N cerca de 0,10 a cerca de 1,00.

[009] A liga também inclui as impurezas usuais encontradas em ligas resistentes à corrosão, destinadas o mesmo uso ou um uso semelhante. Além disso, um ou ambos os W e V podem ser substituídos por algum ou todo o Mo. A liga provê uma solução sólida que é substancialmente toda a fase FCC, mas pode incluir pequenas quantidades de fases secundárias que não

afetam adversamente a resistência à

corrosão e as

propriedades mecânicas fornecidas pela liga.

[010] De acordo com outro aspecto da presente invenção, é provida uma liga de alta entropia, com alta resistência à corrosão, multi-elementos tendo a fórmula atômica (Fe, Mn) _aCObNi_cCr_x (Mo, W, V) _y em que a e b são cada um 12-35 por cento atômico (em %) , c e x são cada um 12-40 em %, e y é 420 em %. W e/ou V podem ser substituídos por algum ou todo o Mo em uma base equiatômica. A liga também compreende a partir

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5/16 de pelo menos cerca de 0,10% de N até ao limite de solubilidade.

[011] Dentro das composições de liga acima mencionadas, os elementos são selecionados para prover a combinação a seguir de parâmetros:

-6 kJ/mol d AH_mi_X < 0 kJ/mol;

2,00% < δ < 4,5%;

AS_mix >12 J/K mol; e a valência da concentração do elétron é maior que cerca de 7,80 .

[012] É contemplado que a liga de acordo com a presente invenção pode compreender ou pode consistir essencialmente nos elementos descritos acima, ao longo da especificação seguinte, e nas reivindicações anexas. Aqui e ao longo deste pedido de patente, o termo porcentagem e o simbolo % significam porcentagem em peso ou porcentagem em massa, a menos que seja indicado de outra forma.

Breve descrição dos desenhos

[013] 0	desenho	é	um gráfico	de	Rockwell	dureza	C (HRC)
como uma	função	da	porcentagem	de	trabalho	a frio,	para o
Exemplo 5	da liga	de	acordo com	esta	invenção	•
Descrição	detalhada	da invenção
[014] Usando os	parâmetros anteriores no projeto de	liga de

múltiplos elementos, liga resistente à corrosão, acredita-se que quantidades mais altas de elementos como molibdênio, tungstênio e vanádio podem ser incluidas em uma liga de base CoCrNiMnFe para prover uma estrutura de solução sólida da FCC substancialmente livre de fases secundárias indesejadas. A liga também inclui uma pequena quantidade de N como elemento intersticial. Uma composição equiatômica ou quase equiatômica

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6/16 compreendendo uma combinação de Cr, Mn, Fe, Co e Ni fornece a base de múltiplos elementos da liga de alta entropia de acordo com esta invenção. A combinação de elementos de base é escolhida porque atende às restrições de HEA descritas a seguir. Elementos intersticiais como N não foram estudados extensivamente nas construções de design do HEA e podem exigir novas considerações de design que vão além das regras discutidas acima. Especificamente, o uso de AH_mi_S como um termo médio deve ser evitado para projetar adequadamente uma liga na qual a formação de nitrito não ocorre. Adições relativamente grandes de Mo, W ou V em conjunto com N no seu limite de solubilidade ou próximo a ele fornecem um novo sistema de liga com resistência à corrosão potencialmente superior em comparação com as ligas de aço-inoxidável conhecidas à base de Fe, Ni e a base de Co.

[015] Níquel e cobalto estão presentes na liga de alta entropia desta invenção para ajudar a estabilizar a fase FCC preferida. O níquel e o cobalto também beneficiam a natureza monofásica desejada da liga, reduzindo a precipitação de fases ordenadas indesejáveis, como as fases sigma (σ) e mu (μ) na solução sólida. Dessa maneira, o níquel e o cobalto beneficiam a ductilidade proporcionada pela liga. Níquel e cobalto são elementos relativamente caros e, portanto, seu conteúdo é limitado para controlar o custo de fabricação da liga desta invenção.

[016] O cromo contribui para a resistência à corrosão geral e localizada provida por esta liga. Também se acredita que o cromo ajuda a aumentar a solubilidade do nitrogênio na liga. O excesso de cromo afeta, negativamente, as propriedades mecânicas (por exemplo, ductilidade) e a resistência à

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7/16 corrosão, promovendo a precipitação de fases ordenadas, tal como sigma e/ou nitretos de cromo.

[017] A liga também contém cerca de 4 a cerca de 20% atômica (em %) ou pelo menos cerca de 8% a 28% por cento em peso de molibdênio para beneficiar a resistência da liga à corrosão localizada, como corrosão em pontos (pitting). O excesso de molibdênio promove a precipitação e a estabilização de fases topologicamente compactadas, o que afeta adversamente a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas. Assim como o cromo, o excesso de molibdênio afeta negativamente a ductilidade e a processabilidade da liga porque ela forma a fase sigma a temperaturas relativamente altas. Tungstênio e/ou vanádio podem ser substituídos pro algum ou todo o molibdênio em uma base equiatômica.

[018] O manganês está presente na liga desta invenção porque beneficia a solubilidade do nitrogênio na solução sólida da liga. Muito manganês reduz a temperatura do sólido da liga, o que pode afetar adversamente a força intergranular durante o trabalho a quente.

[019] O ferro contribui para a alta entropia de mistura (ASmis) que caracteriza esta liga e ajuda a estabilizar a estrutura FCC da fase monofásica desejada da liga. O ferro também está presente como substituto de parte do níquel e/ou cobalto para ajudar a limitar o custo de produção da liga. Semelhante ao cromo e molibdênio, excesso de ferro pode resultar na precipitação da fase sigma, o que afeta adversamente a ductilidade da liga e sua processabilidade.

[020] Pelo menos cerca de 0,10% de nitrogênio também está presente nesta liga como um elemento intersticial. A adição de nitrogênio ajuda a estabilizar ainda mais a fase FCC e

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8/16 beneficia a resistência à corrosão localizada fornecida pela liga. Como elemento intersticial, o nitrogênio também contribui para as boas propriedades mecânicas fornecidas pela liga, como sua resistência ao escoamento e resistência à tração. 0 nitrogênio pode estar presente até seu limite de solubilidade na liga, mas preferencialmente é limitado a não mais que cerca de 1,00% nesta liga.

[021] A liga de acordo com a presente invenção também pode incluir cobre para beneficiar a estabilidade da estrutura de fase do FCC. No entanto, o excesso de cobre reduz a temperatura solidificada da liga, o que pode resultar em liquidez intergranular incipiente durante o trabalho à quente da liga.

[022] Uma liga de acordo com esta invenção provê uma resistência muito boa à corrosão, especialmente à corrosão em pontos. A este respeito, a liga é caracterizada por ter um número equivalente de resistência a pontos (PREN) de pelo menos 50, onde o PREN é definido como segue: PREN = % Cr + 3,3 x % Mo + 16 x %N. De preferência, a liga é caracterizada por um PREN de pelo menos cerca de 65, e melhor ainda, de pelo menos cerca de 70.

[023] Os elementos que constituem a liga desta invenção são selecionados para fornecer a seguinte combinação de parâmetros;

-6 kJ/mol < hH_mi_S < 0 kJ/mol;

2,00% < δ < 4,5%;

AS_mis >12 J/K mol; e a valência da concentração de elétrons (VEC) é maior que cerca de 7,80. AS_mi_S é afetado principalmente pelo número de elementos principais na liga e suas concentrações. De

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9/16 preferência, um mínimo de cinco elementos equiatômicos fornece uma AS_mi_S que resulta em uma microestrutura de liga estabilizada. Na modalidade de cinco elementos da liga, espera-se que o AS_mi_S não seja mais do que cerca de 13-13, 5 J/K mol. No entanto, na modalidade contendo cobre, espera-se que ASmis seja maior que 13-13,5 J/K mol. A AH_mi_S é determinada pela afinidade química dos elementos constituintes e, é preferencialmente, tão próxima de zero quanto possível para permitir que a entropia gerencie a estabilidade da liga. 0 parâmetro δ está relacionado à diferença no tamanho atômico dos elementos constituintes. Nesta liga, o molibdênio é o maior átomo e é o que mais afeta o valor de δ.

[024] A valência da concentração de elétrons é o número total de elétrons na banda de valência, incluindo os elétrons d. O cobalto e o níquel têm os VEC mais altos, 9 e 10, respectivamente, do que os outros elementos. No entanto, como se trata de uma liga, o VEC é calculado como:

VEC

onde Ci é a concentração do elemento i. Co e Ni afetam o VEC nesta liga. Preferencialmente, a liga de acordo com esta invenção fornece um VEC maior que 8,0.

Exemplos de trabalho

[025] De modo a demonstrar as propriedades proporcionadas pelas ligas de acordo com esta invenção, seis aquecimentos foram fundidos por indução a vácuo, e depois moldados como 40 libras, lingotes. As composições percentuais em peso das seis baterias são apresentadas na Tabela 1 abaixo como Exemplos 16.

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Tabela 1

	Ex. 1	Ex. 2	Ex. 3	Ex. 4	Ex. 5	Ex. 6
N	0,137	0,229	0,130	0,167	0,227	0,128
Si	0,03	0,03	0,02	0,03	0,03	0,03
Cr	13, 30	20,25	13, 30	15, 77	21, 94	13, 50
Ni	21, 60	17,44	33, 50	32, 68	27,70	22,44
Mo	17,25	12,84	17,71	16, 20	12,72	17,48
Co	26, 45	25, 40	17,27	16, 93	19, 84	25, 81
Fe+Mn	21,23	23, 81	18,07	18,22	17,54	20, 61

[026] Após a solidificação, determinou-se que os lingotes continham principalmente uma solução sólida consistindo, essencialmente, de uma estrutura de FCC com algumas fases secundárias interdendriticas. Os lingotes de 40 libras foram homogeneizados, forjados a barras quadradas de 0,75 polegadas, e então a solução anelada a 2250°F por 2,5 horas, seguiu para resfriamento em água. Foi determinado que a liga possuísse uma estrutura de solução sólida consistindo substancialmente na fase FCC na condição de recozimento e extinção da solução.

[027] Os espécimes de teste, para teste da temperatura de ponto s críticos, testes potencio-dinâmicos e testes de taxa de deformação lenta, foram obtidos a partir da solução de barras quadradas de 0,75 polegadas aneladas preparadas a partir de cada lingote. O teste de temperatura crítica de corrosão em ponto s (CPT) foi realizado em uma solução de NaCl 1M a 0,7 volts com uma purga de nitrogênio gasoso de acordo com o Procedimento de Teste Padrão, ASTM G150 - ASTM. Os resultados do teste de CPT estão mostrados na Tabela 2 abaixo.

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Tabela 2

	CPT
Ex. 1	>99,7°C
Ex. 2	90,65°C
Ex. 3	>95 °C
Ex. 4	>95 °C
Ex. 5	>95 °C
Ex. 6	>95 °C

[028] O teste de potenciação-dinâmica de polarização cíclica foi realizado com base no Procedimento de Teste Padrão ASTM G61. Os valores de tensão na crista (knee) da curva, a 50 μΑ/cm², e a 100 μΑ/cm² foram medidos para dois conjuntos de amostras preparadas a partir de barras quadradas de 0,75 polegadas aneladas em solução. Os resultados dos testes de pontos em potenciação-dinâmicos são mostrados na Tabela 3 abaixo, incluindo os potenciais de corrosão em ponto s, e os potenciais de repassivação em milivolts (mV).

Tabela 3

	Pontos potenciais @ crista	Pontos potenciais @ 50pA/cm²	Pontos potenciais @ ΙΟΟμΑ/cm²	Potencial de Repassivação
Ex.	1	891,5	949, 3	961, 9	846, 3
Ex.	2	887,2	946, 4	956, 3	784,2
Ex.	3	937, 9	966, 1	974, 6	853, 3
Ex.	4	914,8	950,7	956, 7	858
Ex.	5	921,3	961,2	965, 8	867
Ex.	6	943, 2	967,2	973, 1	849

[029] Outro conjunto de amostras foi obtido das barras de

0,75 polegadas, a partir de cada exemplo para testar a resistência à corrosão em soluções ácidas. As amostras foram testadas após imersão em solução aquosa fervente contendo 85% em volume de ácido fosfórico (H3PO4). Amostras adicionais foram testadas após imersão em uma solução aquosa fervente contendo 60% em volume de ácido nítrico (HNO3). Amostras adicionais foram testadas após imersão em uma mistura de

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12/16 ácido, de acordo com o Procedimento de Teste Padrão ASTM G2802, Prática A. Um quarto conjunto de amostras foi testado após imersão em uma mistura de ácido, de acordo com o Procedimento de Teste Padrão ASTM G28-02, Prática B Os resultados dos testes de corrosão ácida para cada exemplo estão apresentados na Tabela 4, incluindo a perda de peso em moinhos por ano (mpy) . A Tabela 4 inclui uma avaliação qualitativa da gravidade do ataque intergranular para as amostras testadas de acordo com ASTM G28-02, Métodos A e B.

Tabela 4

Amostra quente	85% H3PO4	65% HNO₃	ASTM	G28-B	ASTM G28-A
Ex.	1	60,5	568,5	112,1	Light IGA	799, 7	Severo	IGA
Ex.	2	60 9,9	96, 7	5, 8	NVA	712, 6	Severo	IGA
Ex.	3	N/A*	904,5	N/A*	N/A	480,4	Severo	IGA
Ex.	4	55, 55	335, 8	21.35	NVA	139, 2	Leve IGA
Ex.	5	124	22,4	2	NVA	16,5	NVA
Ex.	6	74,85	1125,7	81, 95	Light IGA	471,4	Severo	IGA

IGA= ataque intergranular.

NVA= ataque não visivel *0 teste não pode ser completado devido a dificuldades técnicas e material insuficiente para re-teste.

[030] Os dados apresentados nas Tabelas 2, 3 e 4 mostram que todos os exemplos proveram resistência muito boa à corrosão em um ambiente contendo cloreto, bem como boa resistência à corrosão intergranular em ambientes ácidos.

[031] O teste de taxa de deformação lenta das amostras dos Exemplos 1, 2, 4 e 5 foi realizado em cada um dos três ambientes diferentes: ar ambiente, uma solução NaCI a 3,5% à temperatura de ebulição e uma solução NaCI a 3,5% à temperatura de ebulição com um pH de 1,0. Os resultados do teste de taxa de deformação lenta estão mostrados na Tabela 5

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13/16 abaixo, incluindo o percentual de alongamento (% El) , a redução percentual na área (% RA) e o número de horas para fraturar (Horas). Também são mostrados na Tabela 5 os resultados de cada propriedade testada apresentada como uma porcentagem da mesma propriedade medida no ar. Na última coluna da Tabela 5 é mostrada a % de Ar - Composto que é a média da % El. Média de Ar, %RA de Ar médio e Hora de Ar médio. É calculado como (% El. Média de Ar +% RA, Ar médio + Hora Ar médio)/3.

Tabela 5

	Ambiente	% El.	%E1. como % de ar médio	%RA	%RA como % de Ar médio	Horas	Hora como % de Ar médio	% de Ar Compósito

Ex. 1	Ar	92,8	—	75, 0	—	59, 1	—	—
3,5 NaCl @ ebulição	92, 6	99, 8	73, 0	97,3	46,4	78,5	91, 9
3,5 NaCl @ebulição, pH 10	88, 6	95, 4	73, 0	97,3	42, 9	72, 6	88,4
Ex. 2	Ar	91,1	—	72,8	—	45, 5	—	—
3.5 NaCl @ ebulição	92,0	100	65, 9	90,5	41,5	91,2	93, 9
3,5 NaCl @ebulição, pH 1,0	87, 9	96, 5	65, 0	89, 3	42,5	93, 4	93, 1
Ex. 4	Ar	87,7		74,8		61,5
3,5 NaCl @ ebulição	87,2	99, 43	75	100	60,3	98,05	99, 1
3,5 NaCl @ebulição, pH 1,0	81,4	92,82	70	93, 58	54,1	87, 97	91,4
Ex. 5	Ar	90,7		79,5		63, 1
3,5 NaCl @ ebulição	87,1	96, 03	70.2	88,30	60,2	95, 4	93, 2
3,5 NaCl @ebulição, pH 1,0	73, 7	81,26	54,3	68,30	50,7	80,35	76,6

[032] Os resultados apresentados na Tabela 5 mostram que os

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Exemplos 1, 2, 4 e 5 são praticamente imunes à ebulição de NaCl a 3,5%, mesmo em um pH de 1,0, mostrando assim a boa resistência à corrosão no ambiente de cloreto de sódio em ebulição.

[033] Dois conjuntos de amostras de tração longitudinal foram preparados a partir das barras dos Exemplos 4, 5 e 6, um conjunto para teste mecânico à temperatura ambiente (25°C) e o outro conjunto para teste à temperatura criogênica (100°C). Os resultados do teste de tração à temperatura ambiente estão apresentados na Tabela 6, e os resultados do teste de tração criogênico estão apresentados na Tabela 7 . Para ambos os conjuntos de testes, os resultados incluem a compensação do limite de elasticidade (offset yield strength) de 0,2% (YS) e a resistência à tração final ( UTS) em ksi (MPa), o percentual de alongamento em 4 diâmetros (% El.) e a redução percentual na área (% RA).

Tabela 6

	Y.S.	U.T.S.	%E1.	%R.A.
Ex.	ksi	MPa	ksi	MPa
4	51,3	354	111	765	73	29
5	55, 9	385	118	813	72	29
6	54,4	375	112	772	70	26

Tabela 7

	Y.S.	U.T.S.	%E1.	%R.A.
Ex.	Ksi	MPa	ksi	MPa
4	72,8	502	138	951	78	26
5	77,2	532	148	1020	76	27
6	74, 6	514	139	958	87	23

[034] Uma das propriedades importantes desta liga é a ductilidade muito elevada proporcionada pela liga, como demonstrado pelos elevados valores de alongamento apresentados nas Tabelas 6 e 7. A titulo de exemplo, a percentagem de alongamento proporcionada pela liga é de até

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73% em temperatura ambiente que compara muito favoravelmente a 58% do alongamento provido pelos aços-inoxidáveis conhecidos. No entanto, mais importante é a capacidade de prover esse nivel de ductilidade, mesmo em temperaturas criogênicas, sem afetar adversamente a resistência à tração fornecida pela liga, como mostrado na Tabela 7.

[035] Além da excepcional resistência à corrosão e das propriedades mecânicas providas pela liga de acordo com a invenção, conforme apresentado nas Tabelas 2 a 7, esta liga oferece excelente processabilidade a frio, como demonstrado por sua capacidade de endurecimento no trabalho a frio. A este respeito, a liga é capaz de prover uma dureza Rockwell em escala C (HRC) de cerca de 37 após cerca de 30% de trabalho a frio, onde a porcentagem de trabalho a frio é definida pela equação abaixo:

Area inicial — Área final %CW =------------. . . , ---Area inicial

[036] De modo a demonstrar a boa processabilidade a frio proporcionada por esta liga, o material do Exemplo 5 foi trabalhado a frio para aumentar as reduções percentuais na área da secção transversal e a HRC foi medida em vários intervalos. Os resultados estão mostrados na figura do desenho como um gráfico dos valores de HRC medidos como uma função da redução percentual de frio. Os dados gráficos mostram que a ductilidade inesperadamente alta, provida por esta liga permite que a liga seja trabalhada a frio até 70% ou mais, enquanto atinge uma dureza de cerca de 45 HRC.

[037] Os termos e expressões empregados neste pedido de patente são usados como termos de descrição e não de limitação. Não há intenção no uso de tais termos e expressões de excluir quaisquer equivalentes dos recursos mostrados e

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16/16 descritos ou porções dos mesmos. Deve ser reconhecido que várias modificações são possiveis dentro da invenção aqui descrita e reivindicada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Liga resistente à corrosão de alta entropia, elemento multi-principal, caracterizada pelo fato de ter uma fase de solução sólida e sendo que a liga compreende, em uma porcentagem em peso:

Co cerca de 13 a cerca de 28;

Ni cerca de 13 a cerca de 35;

Fe+Mn cerca de 13 a cerca de 28;

Cr cerca de 13 a cerca de 37;

Mo cerca de 8 a cerca de 28;

N cerca de 0,10 a cerca de 1,00, e as impurezas usuais, sendo que um ou ambas de W e V pode ser substituída para algum ou todo o Mo.
2. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a fase de solução sólida consistir essencialmente de uma estrutura cristalina cúbica centralizada na face.
3. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação

1, caracterizada pelo fato de a liga ter as características a seguir:

-6 kJ/mol < ÁH_mi_s < 0 kJ/mol,

ÁS_mis > 12 J/ (K mol) ,

2,00% < δ < 4,5%, e a valência de concentração de elétrons da liga ser maior que cerca de 7,80.
4. Liga resistente à corrosão de alta entropia, caracterizada pelo fato de formar uma solução de fase sólida única, dita liga tendo a fórmula (Fe, Mn) _aCObNi_cCr_x (Mo, W, V) _y sendo que a, b, c, x, e y são como a seguir em porcentagem atômica,

12 < a < 35,

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12 f b < 35, 12 < c < 40, 12 < X < 40, 4 y < 20,

sendo que W e V podem ser substituídos para algum ou todo o Mo em uma base equiatômica, e sendo que a liga compreende a partir de pelo menos cerca de 0,10% de N até o limite de solubilidade.
5. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de a fase de solução sólida consistir essencialmente de uma estrutura cristalina cúbica centralizada na face.
6. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de a liga ter a liga ter a características a seguir:

-6 kJ/mol < ãH_mi_s < 0 kJ/mol,

AS_mis > 12 J/ (K mol) ,

2,00% < δ < 4,5%, e a valência da concentração de elétrons dos elementos de liga ser maior que cerca de 7,80.
7. Liga resistente à corrosão, de alta entropia, caracterizada pelo fato de ter uma fase de solução sólida e sendo que a liga compreende, em porcentagem em peso:

Co cerca de 13 a cerca de 28;

Ni cerca de 13 a cerca de 35;

Fe+Mn cerca de 13 a cerca de 28;

Cr cerca de 13 a cerca de 37;

Mo cerca de 8 a cerca de 28;

N cerca de 0,10 a cerca de 1,00, e as impurezas usuais, sendo que um ou ambas de W e V pode ser

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3/4 substituída para algum ou todo o Mo.
8. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de a fase de solução sólida consistir essencialmente de uma estrutura cristalina cúbica centralizada na face.
9. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação

7, caracterizada pelo fato de a liga ter as características a seguir:

-6 kJ/mol < ãH_mi_s < 0 kJ/mol,

AS_mis > 12 J/ (K mol) ,

2,00% < δ < 4,5%, e a valência da concentração de elétrons dos elementos de liga ser maior que cerca de 7,80.
10. Liga resistente à corrosão, de alta entropia, caracterizada pelo fato de formar uma solução de fase sólida única, dita liga tendo a fórmula (Fe, Mn) _aCObNi_cCudCr_x (Mo, W, V) _y sendo que a, b, c, x, e y são como a seguir em porcentagem atômica,

10 < a <30,

10 < b <30,

10 < c <30,

10 < d <30,

10 < x <30,

4 < y < 18, sendo que W e V podem ser substituídos para algum ou todo o Mo em uma base equiatômica, e sendo que a liga compreende a partir de pelo menos cerca de 0,10% de N até o limite de solubilidade.
11. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação

10, caracterizada pelo fato de a fase de solução sólida

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4/4 consistir essencialmente de uma estrutura cristalina cúbica centralizada na face.
12. Liga resistente à corrosão, de acordo com a reivindicação

10, caracterizada pelo fato de a liga ter as características a seguir:

-6 kJ/mol < ãH_mi_s < 0 kJ/mol,

AS_mis > 12 J/ (K mol) ,

2,00% < δ < 4,5%, e a valência da concentração de elétrons dos elementos de liga ser maior que cerca de 7,80.