CN110306104B - 一种耐腐蚀合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐腐蚀合金及其制备方法,该合金包括下述重量份的原料:Fe 50‑70份、Cr 25‑45份、Si 3‑10份、Ni 3‑4份、Mn 2.2‑2.5份、Zn 2‑3份、Ti 2‑3份、Mg 1‑2份、Cu 1.2‑1.8份、Al 1‑1.5份、Mo 1.5‑2.5份、Nb 0.15‑0.25份、Y 0.015‑0.025份、Re 0.01‑0.015份。本发明既能在目前的基础上进一步提升耐腐蚀合金材料的耐蚀性,又使其具有优良的冲击韧性,有利于提高其综合性能,从而进一步扩展耐腐蚀合金的应用市场。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域,尤其涉及一种耐腐蚀合金及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展和工业的进步,金属材料的使用环境,包括介质、温度和应力状态等条件愈发复杂和苛刻,对金属材料性能提出了越来越高的要求。其中,金属腐蚀问题严重影响金属材料的使用寿命和安全可靠性,成为亟待改善的重要问题。缓解金属材料腐蚀的重要手段之一就是开发耐蚀合金。
目前,耐蚀合金材料主要是通过合理的合金元素选择,以得到有利的组织,以及形成保护膜,从而提高合金材料的耐蚀性能。其中,Cr和Si都是常用于提高合金耐蚀性的元素。Cr具有钝化电流密度小,钝化电位范围宽的特点,具有良好的钝化性能,其能在合金材料表面形成牢固、致密的Cr2O3氧化膜,提高合金材料的耐蚀性和抗点蚀性,但是高Cr含量会降低合金的冲击韧性;Si能在合金材料表面形成比较致密与完整的保护膜,赋予合金材料优良的化学稳定性,但是大量Si的加入对合金材料的强度、冲击韧性等性能带来不利影响,还容易产生缩松、裂纹等缺陷,材料脆性大。为了拓展耐蚀合金的使用范围,针对耐冲击、耐腐蚀要求高的环境条件(例如污水处理、海水处理),开发一种兼具优良耐蚀性以及具有高冲击韧性的合金材料至关重要。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷,提供一种耐腐蚀合金及其制备方法,制得的合金材料兼具优良的耐蚀性以及高冲击韧性,有利于扩展耐腐蚀合金的使用范围。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 50-70份、Cr 25-45份、Si 3-10份、Ni 3-4份、Mn 2.2-2.5份、Zn 2-3份、Ti 2-3份、Mg 1-2份、Cu 1.2-1.8份、Al 1-1.5份、Mo 1.5-2.5份、Nb 0.15-0.25份、Y 0.015-0.025份、Re 0.01-0.015份。
优选地,一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 52份、Cr 38份、Si 4份、Ni 3.8份、Mn 2.4份、Zn 2.2份、Ti 2.6份、Mg 1.5份、Cu 1.4份、Al 1.2份、Mo 2.0份、Nb 0.24份、Y 0.02份、Re 0.012份。
优选地,一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 65份、Cr 44份、Si 9份、Ni 3.4份、Mn 2.3份、Zn 2.2份、Ti 2.8份、Mg 1.8份、Cu 1.5份、Al 1.4份、Mo 2.3份、Nb 0.18份、Y 0.022份、Re 0.014份。
一种耐腐蚀合金的制备方法,包括下述步骤:
(1)称取Cr、Si、Ti、Nb粉末,再按球料比为(20-25):1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在惰性气氛保护下球磨处理,得到第一粉体;
(2)称取Mg、Cu、Al、Y、Re粉末,再按球料比为(10-15):1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在惰性气氛保护下球磨处理,得到第二粉体;
(3)称取Fe、Ni、Mn、Zn、Mo粉末,与所述第一粉体、第二粉体混合均匀后,压成块状,放入电弧炉中,密封抽真空,充入氩气,于1500-1550℃电弧熔炼1-1.5min,翻转熔炼2-3次;
(4)将熔炼后的物料先空冷至760-800℃,再加热至820-880℃,保温2-4h,然后水淬冷却至室温,即得耐腐蚀合金。
优选地,所述步骤(1)中球磨处理的条件为:球磨转速为300-400r/min,球磨时间为20-30h。
优选地,所述步骤(2)中球磨处理的条件为:球磨转速为200-300r/min,球磨时间为8-12h。
优选地,所述Fe、Ni粉末的粒径为80-100目。
优选地,所述Mn、Zn、Mo粉末的粒径为250-300目。
本发明的优点是:
1、本发明耐腐蚀合金的原料包括Fe、Cr、Si、Ni、Mn、Zn、Ti、Mg、Cu、Al、Mo、Nb、Y、Re粉末。其中,Cr、Si、Zn、Al、Ti配合,能在合金表面形成稳定的ZnCr2O4、ZnAl2O4等氧化物,更好地封闭、填充合金中的孔隙,并共同构成耐蚀性良好的致密氧化膜,对多种介质具有协同耐蚀效果,能大幅度提高合金的耐腐蚀性能;Cr、Si、Ti、Nb配合,能在合金组织中形成稳定的富Ti的(Nb,Cr)5Si3和Nbss枝晶,大幅度提高合金的耐高温性能以及强韧性;Mg、Cu、Al、Y、Re配合,能在合金组织中形成Al2Cu、Al2CuMg、Al-Re、Al3Y等多个弥散强化相,提高合金的强韧性;Al还能大大增加Si的等轴晶和颗粒状的共晶,进一步提高合金的韧性。
2、本发明在电弧熔炼之前,分别将Cr、Si、Ti、Nb粉末与Mg、Cu、Al、Y、Re粉末在不同的条件下进行球磨机械合金化处理,既有助于改善合金熔炼过程中晶粒形成的致密性,又能产生不同大小、不同成分的多元合金化粉体,避免合金基体中产生粗大、连续的网络状分布组织,使合金基体中形成大量岛状分布的强化相,从而大幅度提高合金的冲击韧性;采用空冷与水冷结合的冷却方式,有利于合金形成具有合适晶粒尺寸的、均匀致密的弥散组织,对提高其机械性能起到辅助作用;通过在820-880℃进行时效处理,使合金组织中形成弥散分布的第二相,大幅度提升了合金的强度和冲击韧性。
综上所述,本发明既能在目前的基础上进一步提升耐腐蚀合金材料的耐蚀性,又使其具有优良的冲击韧性,有利于提高其综合性能,从而进一步扩展耐腐蚀合金的应用市场。
具体实施方式
实施例1
一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 50份、Cr 25份、Si 3份、Ni 3份、Mn 2.2份、Zn 2份、Ti 2份、Mg 1份、Cu 1.2份、Al 1份、Mo 1.5份、Nb 0.15份、Y 0.015份、Re 0.01份。
其制备方法包括下述步骤:
(1)称取Cr、Si、Ti、Nb粉末,再按球料比为20:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速300r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理20h,得到第一粉体;
(2)称取Mg、Cu、Al、Y、Re粉末,再按球料比为10:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速200r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理8h,得到第二粉体;
(3)称取Fe、Ni、Mn、Zn、Mo粉末,与所述第一粉体、第二粉体混合均匀后,压成块状,放入电弧炉中,密封抽真空,充入氩气,于1500℃电弧熔炼1min,翻转熔炼2次;
(4)将熔炼后的物料先空冷至760℃,再加热至820℃,保温2h,然后水淬冷却至室温,即得耐腐蚀合金。
其中,Fe、Ni粉末的粒径为80目,Mn、Zn、Mo粉末的粒径为250目。
实施例2
一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 52份、Cr 38份、Si 4份、Ni 3.8份、Mn 2.4份、Zn 2.2份、Ti 2.6份、Mg 1.5份、Cu 1.4份、Al 1.2份、Mo 2.0份、Nb 0.24份、Y 0.02份、Re 0.012份。
其制备方法包括下述步骤:
(1)称取Cr、Si、Ti、Nb粉末,再按球料比为22:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速350r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理24h,得到第一粉体;
(2)称取Mg、Cu、Al、Y、Re粉末,再按球料比为12:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速250r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理10h,得到第二粉体;
(3)称取Fe、Ni、Mn、Zn、Mo粉末,与所述第一粉体、第二粉体混合均匀后,压成块状,放入电弧炉中,密封抽真空,充入氩气,于1520℃电弧熔炼1.2min,翻转熔炼2次;
(4)将熔炼后的物料先空冷至780℃,再加热至860℃,保温3.5h,然后水淬冷却至室温,即得耐腐蚀合金。
其中,Fe、Ni粉末的粒径为90目,Mn、Zn、Mo粉末的粒径为280目。
实施例3
一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 65份、Cr 44份、Si 9份、Ni 3.4份、Mn 2.3份、Zn 2.2份、Ti 2.8份、Mg 1.8份、Cu 1.5份、Al 1.4份、Mo 2.3份、Nb 0.18份、Y 0.022份、Re 0.014份。
其制备方法包括下述步骤:
(1)称取Cr、Si、Ti、Nb粉末,再按球料比为24:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速360r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理28h,得到第一粉体;
(2)称取Mg、Cu、Al、Y、Re粉末,再按球料比为13:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速260r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理11h,得到第二粉体;
(3)称取Fe、Ni、Mn、Zn、Mo粉末,与所述第一粉体、第二粉体混合均匀后,压成块状,放入电弧炉中,密封抽真空,充入氩气,于1535℃电弧熔炼1.4min,翻转熔炼3次;
(4)将熔炼后的物料先空冷至790℃,再加热至870℃,保温3.5h,然后水淬冷却至室温,即得耐腐蚀合金。
其中,Fe、Ni粉末的粒径为90目,Mn、Zn、Mo粉末的粒径为280目。
实施例4
一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 70份、Cr 45份、Si 10份、Ni 4份、Mn 2.5份、Zn 3份、Ti 3份、Mg 2份、Cu 1.8份、Al 1.5份、Mo 2.5份、Nb 0.25份、Y 0.025份、Re 0.015份。
其制备方法包括下述步骤:
(1)称取Cr、Si、Ti、Nb粉末,再按球料比为25:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速400r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理30h,得到第一粉体;
(2)称取Mg、Cu、Al、Y、Re粉末,再按球料比为15:1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在转速300r/min条件下,在惰性气氛保护下球磨处理12h,得到第二粉体;
(3)称取Fe、Ni、Mn、Zn、Mo粉末,与所述第一粉体、第二粉体混合均匀后,压成块状,放入电弧炉中,密封抽真空,充入氩气,于1550℃电弧熔炼1.5min,翻转熔炼3次;
(4)将熔炼后的物料先空冷至800℃,再加热至880℃,保温4h,然后水淬冷却至室温,即得耐腐蚀合金。
其中,Fe、Ni粉末的粒径为100目,Mn、Zn、Mo粉末的粒径为300目。
对比例1
一种耐腐蚀合金,包括下述重量份的原料:
Fe 50份、Cr 25份、Si 3份。
其制备方法包括下述步骤:
称取Fe、Cr、Si粉末,压成块状,放入电弧炉中,密封抽真空,充入氩气,于1500℃电弧熔炼1min,翻转熔炼2次,将熔炼后的物料空冷至室温,即得耐腐蚀合金。其中,Fe、Cr、Si粉末的粒径为80目。
对实施例1-4以及对比例1制得的耐腐蚀合金进行性能测试,其中,耐腐蚀性能按照JB/T7901-1999进行测定,测定方法为在摩尔浓度为10mol/L的硫酸溶液中浸泡120h,测定其腐蚀失重速度;冲击韧性测试采用JB-300B冲击试验机。结果如下表所示:
由此可见,本发明制得的耐腐蚀合金具有优良的耐腐蚀性能和较高的冲击韧性。
Claims (7)
1.一种耐腐蚀合金,其特征在于,包括下述重量份的原料:
Fe 50-70份、Cr 25-45份、Si 3-10份、Ni 3-4份、Mn 2.2-2.5份、Zn 2-3份、Ti 2-3份、Mg 1-2份、Cu 1.2-1.8份、Al 1-1.5份、Mo 1.5-2.5份、Nb 0.15-0.25份、Y 0.015-0.025份、Re 0.01-0.015份;
所述的耐腐蚀合金的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
(1)称取Cr、Si、Ti、Nb粉末,再按球料比为(20-25):1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在惰性气氛保护下球磨处理,得到第一粉体;
(2)称取Mg、Cu、Al、Y、Re粉末,再按球料比为(10-15):1称取不锈钢研磨球,加入球磨罐中,在惰性气氛保护下球磨处理,得到第二粉体;
(3)称取Fe、Ni、Mn、Zn、Mo粉末,与所述第一粉体、第二粉体混合均匀后,压成块状,放入电弧炉中,密封抽真空,充入氩气,于1500-1550℃电弧熔炼1-1.5min,翻转熔炼2-3次;
(4)将熔炼后的物料先空冷至760-800℃,再加热至820-880℃,保温2-4h,然后水淬冷却至室温,即得耐腐蚀合金。
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀合金,其特征在于,包括下述重量份的原料:
Fe 52份、Cr 38份、Si 4份、Ni 3.8份、Mn 2.4份、Zn 2.2份、Ti 2.6份、Mg 1.5份、Cu1.4份、Al 1.2份、Mo 2.0份、Nb 0.24份、Y 0.02份、Re 0.012份。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀合金,其特征在于,包括下述重量份的原料:
Fe 65份、Cr 44份、Si 9份、Ni 3.4份、Mn 2.3份、Zn 2.2份、Ti 2.8份、Mg 1.8份、Cu1.5份、Al 1.4份、Mo 2.3份、Nb 0.18份、Y 0.022份、Re 0.014份。
4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀合金,其特征在于,所述步骤(1)中球磨处理的条件为:球磨转速为300-400r/min,球磨时间为20-30h。
5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀合金,其特征在于,所述步骤(2)中球磨处理的条件为:球磨转速为200-300r/min,球磨时间为8-12h。
6.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀合金,其特征在于,所述Fe、Ni粉末的粒径为80-100目。
7.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀合金,其特征在于,所述Mn、Zn、Mo粉末的粒径为250-300目。
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