CN115537683A - 高强度耐腐蚀铁铬合金块材及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明主要揭示一种经由熔解及凝固所得的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68％的Cr、1.5～8％的N i、1.6～6％的C、以及平衡量的F e和不可避免的杂质；其中，5≦F e/N i≦10，且10≦Cr/C≦33。实验数据显示，本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材的多个样品的硬度皆高于HV400，同时亦因高Cr含量而具有高耐腐蚀能力。因此，实验数据证实，本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材能够取代习用的高强度不锈钢，进而应用于各种工业领域之中，例如：航空、运输、海洋设施零组件、化工设备及管件、发动机零件、涡轮叶片、阀门、轴承、建材、运动器材等。
Description
技术领域
本发明是关于合金材料的相关技术领域，尤指一种经由熔解及凝固所得的高强度耐腐蚀铁铬合金块材。
背景技术
近100年来，含铬、镍为主的各种不锈钢因其优异的耐腐蚀特性而被广泛地应用在各种工业领域之中。目前，市场上可购买的不锈钢品种多达230余种，其中经常使用的主流品种有近50种，其可进一步地分为奥斯田铁系、麻田散铁系、肥粒铁系、双相系、及析出硬化系等5种类型。
为了满足航空航天(如：涡轮叶片)和海洋工程(如：海洋设施零组件)对特殊用途不锈钢(Special usestainless,SUS)的需求，自1940年代以来，各国政府皆投入大量人力与金钱在特殊用途不锈钢的开发上，尤其是应用在航空航天和海洋工程的高强度耐腐蚀不锈钢。目前，特殊用途不锈钢主要分为奥斯田铁系不锈钢(Austenitic stainless steel)、麻田散铁系不锈钢(Martensite stainless steel)、和析出硬化系不锈钢(Precipitationhardening(PH)stainless steel)。
更详细地说明，常用的奥斯田铁系不锈钢例如SUS301、SUS304，其中SUS301之中含有16-18wt％的铬以及6-8wt％的镍，而SUS304之中则含有18-20wt％的铬以及8-10.5wt％的镍。虽然奥斯田铁系不锈钢可冷加工提升其硬度，但最高硬度亦仅达到约HV500。值得说明的是，由于SUS301的铬含量低于SUS304，因此SUS301的抗腐蚀性较SUS304稍差。
另一方面，麻田散铁系不锈钢指的是藉由淬火、回火等处理方法获得优异机械性质的钢种。一般而言，麻田散铁系不锈钢含有12-17％的铬以及足够的碳，使其内部微结构能够从奥斯田铁相经淬火而转变成麻田散铁相。例如，SUS440即为一种麻田散铁系不锈钢，其具有高达HV800的硬度。可惜的是，麻田散铁系不锈钢虽具有高硬度，但其抗腐蚀性却因为受限的铬含量而有所不足。
再者，析出硬化系不锈钢简称PH不锈钢，指的是藉由在Fe-Cr-Ni三元素合金之中添加至少一种析出强化元素(如，Cu,Al,Mo,Ti,Nb)而后利用时效热处理使之发生析出硬化的钢种。例如，SUS630即为一种析出硬化系不锈钢，其内部微结构包含麻田散铁相以及Cu-Ni合金析出物。并且，SUS630的硬度依不同质别(temper)系介于HV290至HV380之间。
总的来说，虽然奥斯田铁系不锈钢和麻田散铁系不锈钢皆具有优秀的硬度，然而两者的抗腐蚀性皆有待加强。另一方面，PH不锈钢虽然具备了优良耐蚀性，然而低含碳量导致PH不锈钢的硬度大幅低于奥斯田铁系不锈钢和麻田散铁系不锈钢。
由前述说明可知，如何开发出兼具高强度和高耐腐蚀性的合金材料是合金制造商现阶段的重要课题。有鉴于此，本案发明人极力加以研究发明，而终于研发完成一种高强度耐腐蚀铁铬合金块材。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种经由熔解及凝固所得的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68％的Cr、1.5～8％的Ni、1.6～6％的C、以及平衡量的Fe和不可避免的杂质；其中，5≦Fe/Ni≦10，且10≦Cr/C≦33。实验数据显示，本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材的多个样品的硬度皆高于HV400，同时亦因高Cr含量而具有高耐腐蚀能力。因此，实验数据证实，本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材能够取代习用的高强度不锈钢，进而应用于各种工业领域之中，例如：航空、运输、海洋设施零组件、化工设备及管件、发动机零件、涡轮叶片、阀门、轴承、建材、运动器材等。
为达成上述目的，本发明提出所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材的一第一实施例，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68％的Cr、1.5～8％的Ni、1.6～6％的C、以及平衡量的Fe和不可避免的杂质；其中，5≦Fe/Ni≦10，且10≦Cr/C≦33。
并且，本发明还提出所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材的一第二实施例，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68wt％的Cr、1.5～8wt％的Ni、1.6～6wt％的C、不超过5wt％的M、以及平衡量的Fe和不可避免的杂质；
其中，5≦Fe/Ni≦10，且10≦Cr/C≦33；
其中，M包括选自于由B、Al、Si、Sn、Ti、V、Mn、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、和W所组成群组之中的至少一种微量添加元素；以及
其中，在M含有Si的情况下，Si之含量不超过1.5wt％。
在可行的实施例中，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材利用选自于由真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、机械合金法与放电等离子烧结方法并用、和粉末冶金法所组成群组之一种制程方法所制成。
在可行的实施例中，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材利用选自于由铸造、电弧焊、雷射焊、电浆焊、热喷涂、3D积层制造、机械加工、和化学加工所组成群组之中的一种制程方法而被加工披覆至一目标工件的表面上。
在可行的实施例中，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材为经熔解凝固之一铸造态合金或经热处理后的一热处理态合金，且所述热处理为选自于由效硬化处理、退火软化处理和均质化处理所组成群组之中的任一种。
进一步地，本发明同时提供一种高强度耐腐蚀铁铬合金块材的用途，其应用于需求高强度及高耐腐蚀性对象的工业领域，诸如航空、运输、海洋设施零组件、化工设备及管件、发动机零件、涡轮叶片、阀门、轴承、建材、运动器材等。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的一种高强度耐腐蚀铁铬合金块材及其用途，以下将配合图式，详尽说明本发明的较佳实施例。
实施例一
于实施例一中，本发明提出一种经由熔解及凝固所得的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68％的Cr、1.5～8％的Ni、1.6～6％的C、以及平衡量的Fe和不可避免的杂质；其中，5≦Fe/Ni≦10，且10≦Cr/C≦33。
实施例二
于实施例二中，本发明提出一种经由熔解及凝固所得的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68wt％的Cr、1.5～8wt％的Ni、1.6～6wt％的C、不超过5wt％的M、以及平衡量的Fe和不可避的杂质；其中，5≦Fe/Ni≦10，且10≦Cr/C≦33。在可行的实施例中，M包括选自于由B、Al、Si、Sn、Ti、V、Mn、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、和W所组成群组之中的至少一种微量添加元素。特别地，依据本发明的设计，在M含有Si的情况下，Si之含量不超过1.5wt％。
实际应用时，本发明的高强度耐腐蚀铁铬合金块材可以利用真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、或和粉末冶金法制造而得，亦可并用机械合金法与放电等离子烧结方法制造而得。其中，中国专利公开号CN106167870A已经揭示了并用机械合金法与放电等离子烧结方法制作合金块材的制造流程。特别说明的是，本发明不特别限制所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材的的状态，因此，其可为经熔解凝固之一铸造态合金，或为经热处理后的一热处理态合金。长期涉及合金设计与制造的材料工程师应当知道，所述热处理可以是时效硬化处理、退火软化处理或均质化处理。
另一方面，实际应用时，本发明的高强度耐腐蚀铁铬合金块材亦可利用铸造、电弧焊、雷射焊、电浆焊、热喷涂、3D积层制造、机械加工、或化学加工等制程方法而被加工披覆至一目标工件的表面上。
特别说明的是，本发明的高强度耐腐蚀铁铬合金块材用以取代习用的高强度不锈钢，进而应用于各种工业领域之中，例如：航空、运输、海洋设施零组件、化工设备及管件、发动机零件、涡轮叶片、阀门、轴承、建材、运动器材等。
为了证实上述本发明的高强度耐腐蚀铁铬合金块材的实施例一及实施例二的确能够被据以实施的，以下将藉由多组实验数据的呈现，加以证实之。
实验例一
于实验例一中，利用真空电弧熔炼炉来制造本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材的多个样品，并接着对各个样品进行均质化处理以及硬度量测。所述多个样品的组成及其相关实验数据整理于下表(1)之中。
表(1)
由表(1)可以轻易地发现，本发明的高强度耐腐蚀铁铬合金块材包括主要元素Fe、Cr、Ni以及C，且各个样品的硬度皆大于HV750。值得说明的是，高含量的铬和碳会形成大量高强度的碳化物散布于合金中，从而大幅的提高本发明合金块材的强度。
进一步地，由上表(1)可以发现，7种样品同时包含了本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材的实施例一及实施例二成分组成。因此，表(1)的实验数据证实，本发明的高强度耐腐蚀铁铬合金块材的确具有大于HV400的高硬度。
实验例二
于实验例二中，同样是利用真空电弧熔炼炉来制造本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材的多个样品，并接着对各个样品进行均质化处理以及硬度量测。所述多个样品的组成及其相关实验数据整理于下表(2)-(8)之中。
表(2)
表(3)
表(4)
表(5)
表(6)
表(7)
表(8)
由上表(2)-(8)可以发现，本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材的61种样品皆具有大于HV400的高硬度。
因此，实际量测数据已证实，本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材的多个样品的硬度皆高于HV400，同时亦因高Cr含量而具有高耐腐蚀能力。因此，本发明高强度耐腐蚀铁铬合金块材能够取代习用的高强度不锈钢，进而应用于各种工业领域之中，例如：航空、运输、海洋设施零组件、化工设备及管件、发动机零件、涡轮叶片、阀门、轴承、建材、运动器材等。
如此，上述已清楚且完整地说明本发明所揭示的一种高强度耐腐蚀铁铬合金块材的所有实施例。然而，必须加以强调的是，前述本案所揭示者乃为较佳实施例，举凡局部变更或修饰而源于本案的技术思想而为熟习该项技艺之人所易于推知者，俱不脱本案的专利权范畴。
Claims (10)
1.一种经由熔解及凝固所得的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68％的Cr、1.5～8％的Ni、1.6～6％的C、以及平衡量的Fe和不可避免的杂质；其中，5≦Fe/Ni≦10，且10≦Cr/C≦33。
2.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材利用选自于由真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、机械合金法与放电等离子烧结方法并用、和粉末冶金法所组成群组的一种制程方法所制成。
3.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材利用选自于由铸造、电弧焊、雷射焊、电浆焊、热喷涂、3D积层制造、机械加工、和化学加工所组成群组之中的一种制程方法而被加工披覆至一目标工件的表面上。
4.根据权利要求1所述的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材为经熔解凝固之一铸造态合金或经热处理后的一热处理态合金，且所述热处理为选自于由效硬化处理、退火软化处理和均质化处理所组成群组之中的任一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材的用途，其特征在于，其应用于要求高强度及高耐腐蚀性对象的制造。
6.一种经由熔解及凝固所得的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，其硬度大于HV400，且其组成以重量百分比包括：30～68wt％的Cr、1.5～8wt％的Ni、1.6～6wt％的C、不超过5wt％的M、以及平衡量的Fe和不可避免的杂质；
其中，5≦Fe/Ni≦10，且10≦Cr/C≦33；
其中，M包括选自于由B、Al、Si、Sn、Ti、V、Mn、Co、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、和W所组成群组之中的至少一种微量添加元素；以及
其中，在M含有Si的情况下，Si之含量不超过1.5wt％。
7.根据权利要求6所述的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材利用选自于由真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、机械合金法与放电等离子烧结方法并用、和粉末冶金法所组成群组的一种制程方法所制成。
8.根据权利要求6所述的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材利用选自于由铸造、电弧焊、雷射焊、电浆焊、热喷涂、3D积层制造、机械加工、和化学加工所组成群组之中的一种制程方法而被加工披覆至一目标工件的表面上。
9.根据权利要求6所述的高强度耐腐蚀铁铬合金块材，其特征在于，所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材为经熔解凝固之一铸造态合金或经热处理后的一热处理态合金，且所述热处理为选自于由效硬化处理、退火软化处理和均质化处理所组成群组之中的任一种。
10.根据权利要求6至9中任一项所述高强度耐腐蚀铁铬合金块材的用途，其特征在于，其应用于要求高强度及高耐腐蚀性对象的制造。
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