CN115323280A - 一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金及制备方法，所述的阻尼合金的化学成分按重量百分比计为：C:0～0.035％，Mn:15％～28％，0.3％≤Cu≤3.0％，0.2％≤Ni≤1.5％，0.6≤Cu+Ni≤4.5％，Cu/Ni≥0.5，Si≤0.2％，Als：0.015％～0.035％，P≤0.005％，S≤0.002％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；所述的阻尼合金的微观组织为ε马氏体、奥氏体及少量α'马氏体的复相组织。通过添加Cu、Ni耐蚀性元素，提高合金在工业大气环境下的耐蚀性能，同时控制Cu、Ni元素添加的比例，防止出现热脆，影响合金的塑性和韧性。

Description

一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金及制备方法

技术领域

本发明属于阻尼合金生产领域，尤其涉及一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金及制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，振动、冲击和噪声的控制日益成为一个复杂而迫切的问题，因此对于减振降噪技术的研究，引起了许多部门的普遍重视，尤其在航海、航天和航空、核工业等领域。阻尼合金就是在这种条件下应运而生的，阻尼合金是指具有结构材料应有的强度并能通过阻尼过程(内耗)把振动能较快的转变为热能消耗掉的合金。近年来，我国在这方面作了很多努力，已开发出数十种阻尼合金，形成了一个新兴的功能材料领域。阻尼合金可用于军事工程、航空航天、建筑、船舶、汽车、工程机械等领域的减振降噪。

Fe-Mn基合金是近十几年才开发出的一种新型阻尼合金，是上述几类阻尼合金中强度最高(抗拉强度大于700MPa)、成本最低的(仅为Mn—Cu阻尼合金的1/4)，其阻尼性能随着应变振幅的增大而增加，并且不受外界磁场的影响。这种合金非常适合承受较大振动和冲击的部件使用。目前限制Fe-Mn基阻尼合金应用的关键问题就是其耐蚀性能较差，研发具有消音隔声功能的高强、高韧、耐蚀、抗振性能的铁基阻尼合金，实现材料的结构-功能一体化是具有十分重要的意义。

现有技术中，专利公开号为CN112899577A，公布了一种Fe-Mn系高强度高阻尼合金的制备方法，该发明的Fe-Mn系高强度高阻尼合金包括以下质量百分含量的元素组分：C 0～0.1％，Mn 15～30％，Nb 0.1～1％，余量为Fe。通过冶炼、凝固铸造、热加工(锻/轧)、退火等步骤后，可制得抗拉强度≥700MPa、0.1％振幅下对数衰减系数(δ)≥0.12的高强度高阻尼性能；热轧合金板材再经过酸洗、冷轧和退火后，可制得抗拉强度≥900MPa、0.1％振幅下对数衰减系数(δ)≥0.09高强度高阻尼性能。但该发明合金强度较高，但未考虑阻尼合金的耐腐蚀性能，具有较大的局限性。专利公开号为CN107699668A，公开了一种提高铁锰阻尼合金耐腐蚀性能的方法，属阻尼合金领域。该发明所述铁锰阻尼合金的各元素含量的重量百分比为，Mn 15～23％，Ti 0～1％，Nb 0～1％，C 0～0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质，具体方法如下：将铁锰阻尼合金在真空度环境下用900℃～1250℃处理≥30分钟，随后炉冷至室温。用该方法制备的铁锰阻尼合金的表面有一层铁素体，该铁素体层平均厚度≥15微米。虽然该方法可以提高耐蚀性能，但处理工艺复杂，难以在实际生产大规模应用，且表面的铁素体层也将对力学性能产生影响。

以上公布的专利中，未考虑阻尼合金耐腐蚀性能或提高耐腐蚀性能方式较为复杂，难以在实际生产中获得高强、高韧、高阻尼及高耐蚀性能的阻尼合金。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种易于在实际生产中运用的耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金及制备方法，通过合金元素的添加，在不影响Fe-Mn合金阻尼性能的前提下，改善阻尼合金的耐蚀性能，同时利用控轧工艺及热处理工艺来调整Fe-Mn的组织，获得高强高韧高阻尼铁锰阻尼合金，得到综合性能优异的Fe-Mn阻尼合金。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金，所述的阻尼合金的化学成分按重量百分比计为：

C:0～0.035％，Mn:15％～28％，0.3％≤Cu≤3.0％，0.2％≤Ni≤1.5％，0.6≤Cu+Ni≤4.5％，Cu/Ni≥0.5，Si≤0.2％，Als：0.015％～0.035％，P≤0.005％，S≤0.002％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；所述的阻尼合金的微观组织为ε马氏体、奥氏体及少量α'马氏体的复相组织。

一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金的制备方法，依次采用转炉或电炉冶炼，采用连铸或浇铸铸造，采用轧机轧制，热处理，具体包括：

1)轧制过程

将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进行加热，加热温度为1120～1270℃，保温时间为2～4h，保温完成后进行轧制，开轧温度为1050～1120℃；轧制工艺为：粗轧轧制不少于5道次，总压下量不小于50％；精轧轧制5～7道次，单次压下量不低于12％，总压下量不小于70％；粗轧轧后温度控制在880～950℃，精轧终轧温度为760～830℃；最后空冷或水冷至室温；

2)热处理

轧板首先在700～950℃温度下保温，保温时间为15min～150min，水冷至室温；然后在200～600℃温度下进行保温，保温时间为0～120min，保温结束后空冷至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过添加Cu、Ni耐蚀性元素，提高合金在工业大气环境下的耐蚀性能，同时控制Cu、Ni元素添加的比例，防止出现热脆，影响合金的塑性和韧性。阻尼合金组织的尺寸大小与阻尼性能有着重要的关系，通过两阶段控轧，获得细小的原始组织，有利于合金获得最佳的阻尼性能，同时细小的组织也有利于合金的强度。在固溶热处理工艺中，通过调整不同的保温温度和保温时间，调控合金组织中不同相的比例。该高阻尼合金的合金组织主要以ε马氏体为主，较高的ε马氏体含量，有利于合金的阻尼性能，通过恰当的热处理温度及时间，调控组织中ε马氏体、α'马氏体和奥氏体三种相的比例，并诱导Cu元素的时效作用，提高合金的强度，最终获得了由ε马氏体、α'马氏体和奥氏体组成的复相组织。相比例的调控可以使强度和阻尼性能得到良好的配合，实现高强度、高韧性的同时并获得较高的阻尼性能，同时还具有良好的耐蚀性能。

附图说明

图1是实施例的EBSD相比例图。

图2是实施例与对比例的阻尼性能与应变的关系图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金，所述的阻尼合金的化学成分按重量百分比计为：

C:0～0.035％，Mn:15％～28％，0.3％≤Cu≤3.0％，0.2％≤Ni≤1.5％，0.6≤Cu+Ni≤4.5％，Cu/Ni≥0.5，Si≤0.2％，Als：0.015％～0.035％，P≤0.005％，S≤0.002％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；所述的阻尼合金的微观组织为ε马氏体、奥氏体及少量α'马氏体的复相组织。图1中，黄色ε马氏体、蓝色奥氏体、红色α'马氏体，从图1中可以看出，本发明实施例为ε马氏体、奥氏体和α'马氏体的复相组织，ε马氏体在组织中占主导地位。其中，ε马氏体含量≥80％，α'马氏体含量＜5％。

耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金的制备方法，依次采用转炉或电炉冶炼，采用连铸或浇铸铸造，采用轧机轧制，热处理，具体包括：

1)轧制过程

将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进行加热，加热温度为1120～1270℃，保温时间为2～4h，保温完成后进行轧制，开轧温度为1050～1120℃；轧制工艺为：粗轧轧制不少于5道次，总压下量不小于50％；精轧轧制5～7道次，单次压下量不低于12％，总压下量不小于70％；粗轧轧后温度控制在880～950℃，精轧终轧温度为760～830℃；最后空冷或水冷至室温；

2)热处理

轧板首先在700～950℃温度下保温，保温时间为15min～150min，水冷至室温；然后在200～600℃温度下进行保温，保温时间为15～120min，保温结束后空冷至室温。

获得的高强高韧高阻尼铁锰阻尼合金屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥700MPa，屈强比﹤0.6，断后延伸率≥35％，-20℃冲击吸收功≥150J，对数衰减率δ≥0.13，耐蚀性能与Q415NH相当。可广泛应用于同时要求减振、降噪、耐蚀的建筑、船舶、工程机械等领域。

实施例

实施例与对比例的化学成分质量百分比见表1，表2为本发明实施例与对比例的制备工艺参数，采用Q415NH作为对比例，实施例与对比例的力学性能、阻尼性能和耐腐蚀性能的测试结果见表3。

表1各实施例及对比例的化学成分及重量百分比含量列表

表2各实施例及对比例的制备工艺参数

表3各实施例及对比例的力学、阻尼、耐蚀性能测试结果列表

注：腐蚀实验为7天周浸加速腐蚀实验，试验介质为1.0×10^-2mol/L的NaHSO₃溶液。

从表3可以看出，实施例1～4强度均在345MPa以上，抗拉强度均在700MPa以上，延伸率≥35％，低温冲击吸收功均在150J以上，特别是阻尼性能(对数衰减率)均在0.13以上，完全符合高强高韧高阻尼性能，同时本发明实施例的腐蚀速率与对比例Q415NH相差不大，也即实施例1～4耐蚀性能与Q415NH相当。

由图2可以看出，随应变振幅的增加，实施例1～4的阻尼性能也随之增加。本发明实施例对数衰减率最高可达0.176，远远高于对比例。

Claims (2)

1.一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金，其特征在于，所述的阻尼合金的化学成分按重量百分比计为：

C:0～0.035％，Mn:15％～28％，0.3％≤Cu≤3.0％，0.2％≤Ni≤1.5％，0.6≤Cu+Ni≤4.5％，Cu/Ni≥0.5，Si≤0.2％，Als：0.015％～0.035％，P≤0.005％，S≤0.002％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素；所述的阻尼合金的微观组织为ε马氏体、奥氏体及少量α'马氏体的复相组织。

2.根据权利要求1所述的一种耐工业大气腐蚀的高强高韧高阻尼合金的制备方法，其特征在于，依次采用转炉或电炉冶炼，采用连铸或浇铸铸造，采用轧机轧制，热处理，具体包括：

1)轧制过程

将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进行加热，加热温度为1120～1270℃，保温时间为2～4h，保温完成后进行轧制，开轧温度为1050～1120℃；轧制工艺为：粗轧轧制不少于5道次，总压下量不小于50％；精轧轧制5～7道次，单次压下量不低于12％，总压下量不小于70％；粗轧轧后温度控制在880～950℃，精轧终轧温度为760～830℃；最后空冷或水冷至室温；

2)热处理

轧板首先在700～950℃温度下保温，保温时间为15min～150min，水冷至室温；然后在200～600℃温度下进行保温，保温时间为15～120min，保温结束后空冷至室温。

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