CN104018030B - 高强高塑耐海水腐蚀合金、其制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强高塑耐海水腐蚀合金、其制备方法及用途。本发明高强高塑耐海水腐蚀合金，通式为AlMCrFeNix，其中M选自Co或Ni；1.8≤x≤2.3(摩尔分数)。本发明高强高塑耐海水腐蚀合金包含了特定的元素选择和组配，在高温环境下也具有优良的力学性能，同时还具有高耐腐蚀性能，能广泛应用于海洋领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金属部件或应用于超超临界电站关键金属部件。本发明还公开了一种高强高塑耐海水腐蚀合金的制备方法，该方法简单易行，便于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术，尤其涉及一种高强高塑耐海水腐蚀合金、其制备方法及用途。
背景技术
目前常用的耐腐蚀性较好的钢有316L、P91、P92、HR3C等，这些钢均无法满足下一代超超临界电站关键金属部件的高温使用要求(超超临界电站要求在700℃时的高温强度为350MPa以上)，主要是因为这些钢的高温强度均过低，如700℃以上时，强度低于350Mpa，因而达不到使用要求。
深海下的石油平台以及石油管道长期浸泡在高温的海水中，其金属合金部件要求具有高强度和高耐腐蚀性。深海苛刻服役条件下合金的强度要达到850Mpa以上，耐蚀性要接近316L钢才能满足使用要求。目前，常用的不锈钢，如316L钢耐腐蚀性可以满足海洋石油工业的使用要求，但是高温条件下，如700摄氏度下其强度大大降低，无法满足使用要求；而一般的高强钢，如Q390A强度虽能满足海洋石油工业的使用要求，但是不能满足海洋耐腐蚀性的使用要求。
所以，亟待一种高温条件下：强度高、延伸率大、耐腐蚀性佳的金属合金。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有合金高温力学性能差的问题，提出一种高强高塑耐海水腐蚀合金，该合金在高温下具有高强度和高耐腐性能，能满足深海石油平台和石油管道金属合金部件的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强高塑耐海水腐蚀合金，通式为AlMCrFeNix，其中M选自Co或Ni；1.8≤x≤2.3(摩尔分数)。
进一步地，所述通式AlMCrFeNix中1.9≤x≤2.1。更优选的所述x为2.0。
本发明的另一个目的还公开了一种所述高强高塑耐海水腐蚀合金的制备方法，包括以下步骤：将Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni混合后采用大气中频感应炉真空熔炼，获得高强高塑耐海水腐蚀合金。
进一步地，所述大气中频感应炉真空熔炼包括以下步骤：熔配合金时，Al和Cr原料放在最下面，Fe和Ni放在最上面，各金属感应炉真空熔炼熔化后合金液的保温温度定为1300-1500摄氏度，优选为1400摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为5-20分钟，优选为10分钟。
进一步地，所述Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。
本发明的另一个目的还公开了所述高强高塑耐海水腐蚀合金在海洋领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金属部件或应用于超超临界电站关键金属部件的用途。
本发明高强高塑耐海水腐蚀合金配方科学、合理，其制备方法简单、易行，用途广泛。本发明所述高强高塑耐海水腐蚀合金与现有技术相比较具有以下优点：
1、本发明高强高塑耐海水腐蚀合金包含了特定的元素选择和组配，其中Al和Cr能增加合金的耐蚀性；Co，Fe，Ni元素能够保证合金高的强度以及合金的组织稳定性；
2、该合金力学性能优良，在常规的大气中频感应真空熔炼条件下得到的大体积工业级铸锭无需经过任何热处理工艺和变形强化工艺处理，其工程拉伸强度即超过900Mpa，拉伸延伸率超过21％，冷轧变形量超过50％未见合金锭发生断裂；高温600时真应力拉伸强度超过750Mpa，延伸率超过21％；高温700度时真应力拉伸强度超过500Mpa，延伸率超过21％；
3、本发明高强高塑耐海水腐蚀合金具有极好的耐腐蚀性能，本合金含有特定含量的Al和Cr，其耐腐蚀性和HR3C等合金钢相当。实验表明该合金在海水里侵泡2个月无腐蚀发生；
4、本发明所述合金中各元素组成均可选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料，制备得到高强高塑耐海水腐蚀合金成本低廉，市场前景广阔；
5、本发明高强高塑耐海水腐蚀合金的制备方法简单，仅需常规大气中频感应真空熔炼条件即能得到组织均匀，近完全规则层片状细晶凝固组织，层片间距约为2微米，熔点为1250℃左右；
6、本发明高强高塑耐海水腐蚀合金因其优良的高温力学性能和耐腐蚀性能，能广泛应用于海洋领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金属部件或应用于超超临界电站关键金属部件。
附图说明
图1为实施例1中高强高塑耐海水腐蚀合金的激光共聚焦显微镜显微组织图片；
图2为实施例2中高强高塑耐海水腐蚀合金的激光共聚焦显微镜显微组织图片；
图3为实施例1和实施例2中高强高塑耐海水腐蚀合金常温条件下工程应变曲线；
图4为实施例1和实施例2中高强高塑耐海水腐蚀合金600摄氏度条件下的工程应变曲线；
图5为实施例1和实施例2中高强高塑耐海水腐蚀合金700摄氏度条件下的工程应变曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种Al-Co-Cr-Fe-Ni高强高塑耐海水腐蚀合金，其通式为AlCoCrFeNi1.9。
其制备方法如下：将原料Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni按照摩尔比混合，其中Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。然后采用大气中频感应炉真空熔炼，熔配合金时，Al和Cr原料放在最下面，Fe和Ni原料放在最上面，Co原料放在中间，各金属感应炉真空熔炼熔化后合金液的保温温度定为1400摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为10分钟。获得高强高塑耐海水腐蚀合金AlCoCrFeNi1.9。
本发明高强高塑耐海水腐蚀合金AlCoCrFeNi1.9的激光共聚焦显微镜显微组织图片如图1可见，图中较为细长羽毛状相为初生富FeCoCr相，层片结构为富FeCoCr相和富NiAl相的混合结构。
实施例2
本实施例公开了一种Al-Co-Cr-Fe-Ni高强高塑耐海水腐蚀合金，其通式为AlCoCrFeNi2.1。
其制备方法与实施例1相同。
本发明高强高塑耐海水腐蚀合金AlCoCrFeNi2.1的激光共聚焦显微镜显微组织图片如图2可见，图中组织几乎全部为规则均匀的由富FeCoCr相和富NiAl相构成的层片状混合组织。
附图3为实施例1和实施例2中高强高塑耐海水腐蚀合金常温条件下工程应变曲线；图4为实施例1和实施例2中高强高塑耐海水腐蚀合金600摄氏度条件下的工程应变曲线；图5为实施例1和实施例2中高强高塑耐海水腐蚀合金700摄氏度条件下的工程应变曲线。如图3-5所示，AlCoCrFeNi1.9和AlCoCrFeNi2.1在常温条件下的工程拉伸强度均超过900Mpa，工程应变(拉伸延伸率)均超过21％，冷轧变形量均超过50％未见合金锭发生断裂；600℃下两者的拉伸强度均超过750Mpa，工程应变(拉伸延伸率)均超过21％；600℃下两者的拉伸强度均超过500Mpa，工程应变(拉伸延伸率)也均超过21％。
此外，将AlCoCrFeNi1.9和AlCoCrFeNi2.1均放在海水中浸泡，两个月无腐蚀发生，说明两者的耐腐蚀性能优良。
因实施例1AlCoCrFeNi1.9和实施例2AlCoCrFeNi2.1具有上述优异的高温力学性能和耐腐蚀性能，两者均可应用于海洋领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金属部件，如深海下的石油平台或石油管道；或应用于超超临界电站关键金属部件。
实施例3
本实施例公开了一种高强高塑耐海水腐蚀合金，其通式为AlMnCrFeNi2.0。本实施例高强高塑耐海水腐蚀合金所述制备方法与实施例1相同。
经检测本实施例AlMnCrFeNi2.0同样具有优良的高温力学性能和耐腐蚀性能，能广泛应用于海洋领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金属部件或应用于超超临界电站关键金属部件。
实施例4
本实施例公开了一种高强高塑耐海水腐蚀合金，其通式为AlMCrFeNi2.3。本实施例高强高塑耐海水腐蚀合金所述制备方法与实施例1相同。
经检测本实施例AlMCrFeNi2.3同样具有优良的高温力学性能和耐腐蚀性能，能广泛应用于海洋领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金属部件或应用于超超临界电站关键金属部件。
本发明不局限于实施例1-4任意一项所述高强高塑耐海水腐蚀合金的记载，其中x的改变、M的改变和制备方法的改变，均在本发明的保护范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种高强高塑耐海水腐蚀合金，其特征在于，通式为AlMCrFeNix，其中M选自Co；1.8≤x≤2.3。
2.根据权利要求1所述高强高塑耐海水腐蚀合金，其特征在于，所述通式AlMCrFeNix中1.9≤x≤2.1。
3.一种权利要求1或2所述高强高塑耐海水腐蚀合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Al、Co、Cr、Fe和Ni混合后采用大气中频感应炉真空熔炼。
4.根据权利要求3所述高强高塑耐海水腐蚀合金的制备方法，其特征在于，所述Al、Co、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。
5.根据权利要求3所述高强高塑耐海水腐蚀合金的制备方法，其特征在于，所述大气中频感应炉真空熔炼包括以下步骤：熔配合金时，Al和Cr原料放在最下面，Fe和Ni放在最上面，各金属感应炉真空熔炼熔化后合金液的保温温度定为1300-1500摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为5-20分钟。
6.一种权利要求1或2所述高强高塑耐海水腐蚀合金在海洋领域要求高强、高塑、高耐腐蚀性关键金属部件或应用于超超临界电站关键金属部件的用途。
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