KR20190127808A - 고질소 다중 주원소 고엔트로피 내부식 합금 - Google Patents

고질소 다중 주원소 고엔트로피 내부식 합금 Download PDF

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KR20190127808A
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사무엘 제이. 커니온
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씨알에스 홀딩즈 인코포레이티드
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Abstract

다중 주원소 내부식 합금을 개시한다. 그 합금은 이하의 조성을 갖는다.
Co: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
Ni: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
Fe+Mn: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
Cr: 약 13 중량% 내지 약 37 중량%;
Mo: 약 8 중량% 내지 약 28 중량%;
N: 약 0.10 중량% 내지 약 1.00 중량%.
그 합금은 동일 또는 유사한 용도를 위해 의도한 내부식 합금에서 발견되는 통상의 불순물을 더 포함한다. 게다가, W 및 V 중 하나 또는 둘 모두가 Mo의 일부 또는 전부를 대체할 수도 있다. 그 합금은 실질적으로 전부 FCC상인 고용체를 제공하지만, 그 합금에 의해 제공되는 내부식성 및 기계적 특성에 악영향을 미치지 않는 미량의 2차상을 포함할 수도 있다.

Description

고질소 다중 주원소 고엔트로피 내부식 합금
본 발명은, 내부식성 오스테나이트 강 합금에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 질소를 포함하는 다중 주원소(multi-principal element) 고엔트로피 내부식 합금에 관한 것이다.
크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 질소(N) 등의 합금 원소가 강 합금의 내부식성, 특히 염화물 함유 환경에서 국부적 침식에 대한 내성을 개선시키는 것으로 알려져 있다. 내부식성의 정도는 내공식 지수(pitting resistance equivalent number: PREN)에 의해 예측할 수 있다. 합금의 PREN을 결정하는 기지의 수학식은 PREN = Cr (wt.%)+ 3.3 x Mo (wt.%)+ 16 x N (wt.%)이다. 텅스텐, 구리 및 바나듐 등의 기타 원소들은 내부식성에 대해 유리한 합금 첨가물로서 제안되어 왔다. Cr과 Mo는 강력한 페라이트 형성제로서, 내공식(pitting resistance) 및 기계적 특성 모두에 악영향을 미치는 시그마상 및 chi 상의 형성을 야기할 수 있다. 많은 양의 Cr과 Mo를 이용하는 것의 역효과를 상쇄시키기 위해, 니켈, 코발트 및 구리 등의 오스테나이트 형성제가 합금에 첨가될 수 있다. 이러한 실무는, 가장 강력한 부식성 환경을 위해 니켈계 및 코발트계 합금의 사용을 유발하였다. N의 첨가는 내부식성과 강도 모두에 대체로 유리한 것으로 알려져 있지만, 질소 용해도와 특히 결정립계에서의 질화물의 원치 않는 석출물이 첨가될 수 있는 질소의 총량을 제한한다. 니켈과 코발트의 함량이 증가함에 따라 질소 용해도는 점점 제한된다.
공지의 오스테나이트 내부식 합금 중에는 상당한 양의 Mo를 포함하는 니켈계 및 코발트계 합금이 있다. 이들 합금에서, 고Mo 함량은 고니켈 함량이나 고코발트 함량에 의해 안정된다. 그러한 합금 대부분은 긍정적 첨가의 N은 함유하지 않는다. 등록 상표 MULTIMET
Figure pct00001
로 시판되고 있는 합금 N-155는 이하의 공칭 조성(중량%)을 갖는다: 20% Ni, 20% Co, 20% Cr, 3% Mo, 2.5% W, 1.5% Mn, 1% Nb+Ta, 0.15% N 및 0.1% C. 그 합금의 잔부는 철 또는 통상의 불순물이다. 그러한 합금은 본질적으로 철, 니켈 또는 코발트 등의 단일 기지 원소(base element)를 갖는다.
함금 설계에서는 전통적으로 단일 기지 원소를 갖는 시스템에서는 혼합 엔트로피(mixing entropy)가 비교적 낮기 때문에, 합금 상 안정성에 대한 혼합 엔트로피를 고려하지 않았다. 그 합금들은 단일 기지 원소를 갖지 않기 때문에, 고엔트로피 합금(high entropy alloy: HEA)은 합금 내의 솔리드 구조 상(solid structural phase)의 안정성에 영향을 주도록 배열 엔트로피(configurational entropy)를 채용하고 있다. 정의에 따르면, HEA는 단일 고용체 상 또는 고용체 상의 혼합물로 이루어진다. 몇몇 연구를 제외하면, 고용체 상은 체심 입방(BCC) 또는 면심 입방(FCC) 구조를 갖는다. HEA는 통상 배열 엔트로피를 최대화하도록 등원자 비율(equiatomic proportion) 또는 등원자 비율에 근사하게 적어도 3종의 원소로 이루어진다. Gue 등의 ""Phase stability in high entropy alloys: Formation of solid-solution phase or amorphous phase"(Progress in Natural Science: Materials International, vol. 21, pp. 433-446 (2011))(그 전체를 참조로 본 명세서에 인용함)에 따르면, 혼합 엔탈피(ΔHmix), 혼합 엔트로피(ΔSmix) 및 원자 크기차(δ)에 관한 이하의 법칙을 충족하는 합금이 고용체 구조를 제공하기가 보다 쉽다.
-22 ≤ ΔHmix ≤ 7 kJ/mol
δ < 8.5 %
ΔSmix ≥ 11 J/(K mol)
이들 파라미터 ΔHmix, δ 및 ΔSmix는 공지된 것으로 기술 문헌에 정의되어 있다. 예를 들면, Guo 등의 문헌 434 페이지 참조. 상기한 법칙은 다양한 공개된 연구로부터의 실험 결과에 기초한 것이지만, 폭 넓은 가이드라인으로서 고려되어야 한다.
상기한 법칙으로부터 유추되는 기본 원리는 합금에서의 고용체 형성과 관련한 Hume-Rothery 법칙과 중첩되는 것으로, 고용체 구조를 갖는 합금을 설계하는 데에 있어 적절한 출발점이다. 혼합 엔탈피는 금속간상의 형성을 피하고 또한 상 분리를 피하기 위해 너무 네거티브 또는 너무 포지티브하지 않아야 한다. 구성 원소들 간의 원자 크기차는 격자 변형을 방지하기 위해 최소화되어야 한다. 또한, 혼합 엔트로피는 최대화되어야 한다.
구성 원소들의 전기 음성도는 주원소들 간에 유사해야 한다. 또한, 형성되는 고용체 상은 원자가 전자 농도(valence electron concentration: VEC)에도 관련이 있다. Guo 등의 문헌에서는 또한, VEC가 약 8보다 큰 경우에 단일상 FCC 구조가 예측되며, VEC가 약 6.87보다 작은 경우에 단일상 BCC 구조가 예측되며, 6.87 < VEC < 8의 경우에는 혼합 FCC/BCC 구조가 예측된다고 개시하고 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 다중 주원소 내부식 합금을 제공하며, 이 합금은 이하의 조성을 갖는다.
Co: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
Ni: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
Fe+Mn: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
Cr: 약 13 중량% 내지 약 37 중량%;
Mo: 약 8 중량% 내지 약 28 중량%;
N: 약 0.10 중량% 내지 약 1.00 중량%.
그 합금은 동일 또는 유사한 용도를 위해 의도한 내부식 합금에서 발견되는 통상의 불순물을 더 포함한다. 게다가, W 및 V 중 하나 또는 둘 모두가 Mo의 일부 또는 전부를 대체할 수도 있다. 그 합금은 실질적으로 전부 FCC상인 고용체를 제공하지만, 그 합금에 의해 제공되는 내부식성 및 기계적 특성에 악영향을 미치지 않는 미량의 2차상을 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 화학식이 (Fe, Mn)aCobNicCrx(Mo, W, V)y이며, 여기서 a 및 b는 각각 12 내지 35 원자%(at.%)이고, c 및 x는 각각 12 내지 40at.%이며, y는 4 내지 20at.%인, 다원소 내부식성 고엔트로피 합금을 제공한다. W 및/또는 V는 등원자 원리로 Mo의 일부 또는 전부를 대체할 수 있다. 그 합금은 또한 N을 적어도 약 0.10%에서부터 그 용해도 한계 이하로 포함한다.
상기한 합금 조성 내에서, 원소들은 이하의 파라미터 조합을 제공하도록 선택된다.
-6 kJ/mol ≤ ΔHmix ≤ 0 kJ/mol;
2.00% < δ < 4.5%;
ΔSmix > 12 J/K mol; 및
약 7.80보다 큰 원자가 전자 농도.
본 발명에 따른 합금은 이하의 상세한 설명에 걸쳐 또한 첨부된 청구 범위 내에서 전술한 원소들을 포함하거나 본질적으로 그 원소들로 이루어질 수 있는 것으로 고려된다. 본 명세서에 걸쳐 "백분율"이란 용어와 "%" 기호는 달리 언급하지 않는다면 중량 백분율 또는 질량 백분율을 의미한다.
도면은 본 발명에 따른 합금의 예 5에 대해 냉간 가공 백분율에 따른 로크웰 C 경도(HRC)의 그래프이다.
다원소 합금, 내부식 합금의 설계에 상기한 파라미터들을 이용함으로써, CoCrNiMnFe계 합금 내에 몰리브덴, 텅스텐 및 바나듐 등의 원소가 보다 많은 양으로 포함될수록 원치 않는 2차상이 실질적으로 없는 FCC 고용체 구조를 제공하는 것으로 여겨진다. 그 합금은 또한 침입형 원소(interstitial element)로서 N을 소량 포함한다. Cr, Mn, Fe, Co 및 Ni의 조합을 포함하는 등원자 또는 근사 등원자 조성은 본 발명에 따른 다원소계 고엔트로피 합금을 제공한다. 기지 원소들의 그 조합은 앞서 설명한 HEA에 대한 제약을 충족하기 때문에 선택된다. N 등의 침입형 원소는, 그러한 HEA 설계 개념 내에서는 집중적으로 연구되지 않았으며 전술한 법칙을 넘어서는 신규의 설계 검토를 요구할 수 있다. 구체적으로, 평균 항으로서 ΔHmix의 사용은 질화물 형성이 발생하지 않는 합금을 적절히 설계하기 위해 피해야 한다. 용해도 한계 또는 그에 근사한 양의 N과 함께 비교적 다량의 Mo, W 또는 V의 첨가는 공지의 Fe계, Ni계 및 Co계 스테인레스강 합금과 비교해 잠재적으로 우수한 내부식성을 갖는 신규한 합금 시스템을 제공한다.
니켈과 코발트는 바람직한 FCC 상을 안정시키는 데에 도움을 주도록 고엔트로피 합금 내에 존재한다. 니켈과 코발트는 또한, 고용체 내에 시그마(σ) 및 뮤(μ) 상의 원하지 않는 규칙상(ordered phase)의 석출을 감소시킴으로써 원하는 단일상 특성에 이점을 준다. 이러한 식으로, 니켈과 코발트는 합금에 의해 제공되는 연성에 이점을 준다. 니켈과 코발트는 비교적 고가의 원소이기 때문에 그 함량은 본 발명의 합금을 제조하는 비용을 제어하도록 제한된다.
크롬은 그 합금에 의해 제공되는 전체적 및 국부적 내부식성에 기여한다. 또한, 크롬은 합금 내에서 질소의 용해도를 증가시키는 데에 도움을 주는 것으로 여겨진다. 너무 많은 크롬은 시그마 등의 규칙상 및/또는 크롬 질화물의 석출을 촉진시킴으로써 기계적 특성(예를 들면, 연성) 및 내부식성에 악영향을 미친다.
그 합금은 또한 공식(pitting corrosion) 등의 국부적 부식에 대한 합금의 내성에 도움을 주도록 몰리브덴을 약 4 내지 20 원자%(at.%) 또는 적어도 약 8% 내지 28중량% 함유한다. 너무 많은 몰리브덴은 내부식성 및 기계적 특성에 악영향을 미치는 위상학적 조밀상(topologically close packed phase)의 석출 및 안정화를 촉진시킨다. 크롬과 마찬가지로, 너무 많은 몰리브덴은 비교적 고온에서 시그마상을 형성하기 때문에 합금의 연성 및 가공성에 악영향을 미친다. 텅스텐 및/또는 바나듐은 등원자 원리로 몰리브덴의 일부 또는 전부를 대체할 수 있다.
망간은 합금의 고용체 내에서의 질소의 용해도에 유리하기 때문에 본 발명의 합금 내에 존재한다. 너무 많은 망간은 합금의 고상선 온도를 감소시키며, 이는 열간 가공 중에 입계 강도(intergranular strength)에 악영향을 미칠 수 있다.
철은 본 발명의 합금이 특징으로 하는 높은 혼합 엔트로피(ΔSmix)에 기여하는 것으로, 합금의 원하는 단일상 FCC 구조를 안정화시키는 데에 도움을 준다. 철은 또한 합금을 제조하는 비용을 제한하는 데에 도움을 주도록 니켈 및/또는 코발트의 일부의 대체 원소로서 존재한다. 크롬 및 몰리브덴과 마찬가지로, 너무 많은 철은 합금의 연성 및 그 가공성에 악영향을 미치는 시그마상의 석출을 초래할 수 있다.
합금 내에는 적어도 약 0.10%의 질소가 침입형 원소로서 존재한다. 질소의 첨가는 FCC상을 더욱 안정시키는 데에 도움을 주고 또한 합금에 의해 제공되는 국부적 내부식성에 유리하다. 침입형 원소로서의 질소는 또한 항복 강도 및 인장 강도 등의 합금에 의해 제공되는 양호한 기계적 특성에 기여한다. 질소는 합금 내에서의 용해도 한계 이하로 존재할 수 있지만, 바람직하게는 합금 내에서 약 1.00% 이하로 제한된다.
본 발명에 따른 합금은 또한 FCC상 구조의 안정성에 유리하도록 구리를 포함할 수도 있다. 하지만, 너무 많은 구리는 합금의 고상선 온도를 감소시키며, 이는 합금의 열간 가공 중에 초기 입계 액화를 초래할 수 있다.
본 발명에 따른 합금은 매우 양호한 내부식성, 특히 내공식성을 제공한다. 이와 관련하여, 그 합금은 내공식 지수(PREN)가 적어도 50인 것을 특징으로 하며, PREN는 아래와 같이 정의된다. PREN = %Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N. 그 합금은 바람직하게는 PREN이 적어도 약 65, 더 바람직하게는 적어도 약 70인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 합금을 구성하는 원소들은 이하의 파라미터 조합을 제공하도록 선택된다.
-6 kJ/mol ≤ ΔHmix ≤ 0 kJ/mol;
2.00% < δ < 4.5%;
ΔSmix > 12 J/K mol; 및
약 7.80보다 큰 원자가 전자 농도(VEC). ΔSmix는 주로 합금 내에서 주요 원자의 수 및 그 농도에 영향을 준다. 바람직하게는 5-등원자 원소의 최소값이 안정된 합금 미세조식을 가져오는 ΔSmix를 제공한다. 5-원소 합금의 실시예에서, ΔSmix는 약 13 내지 13.5 J/K mol 이하일 것으로 예상된다. 하지만, 구리 함유 실시예에서는 ΔSmix가 약 13 내지 13.5 J/K mol보다 클 것으로 예상된다. ΔHmix는 구성 원소들의 화학 친화력에 의해 결정되는 것으로, 엔트로피가 합금의 안정성을 관리할 수 있도록 실현 가능한 한 0에 가까운 것이 바람직하다. 파라미터 δ는 구성 원소들의 원자 크기에 있어서의 차이에 관한 것이다. 그 합금 내에서, 몰리브덴이 가장 큰 원자로, δ의 값에 가장 영향을 미치는 원소이다.
원자가 전자 농도는, "d" 전자들을 포함하는 원자가띠에서 총 전자 개수이다. 코발트와 니켈이 다른 원소보다 높은 VEC를 갖는 것으로 각각 9와 10이다. 하지만, 합금이기 때문에, VEC는 다음과 같이 계산된다.
[수학식 1]
Figure pct00002
여기서 Ci는 원소 i의 농도이다. Co와 Ni은 합금의 VEC에 영향을 미친다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 합금은 8.0보다 큰 VEC를 제공한다.
가공예
본 발명에 따른 합금에 의해 제공되는 특성을 입증하기 위해, 6종의 히트(heat)를 진공 유도 용융하여 40lb의 잉곳으로 주조하였다. 6종의 히트의 중량 백분율 조성을 예 1 내지 6으로서 이하의 표 1에 기재한다.
[표 1]
Figure pct00003
응고 후에, 그 잉곳은 본질적으로 FCC 구조로 이루어지고 얼마간의 수지상 2차상을 갖는 고용체를 주로 함유하는 것으로 확인되었다. 40lb의 잉곳을 균질화하고 0.75"의 정사각형 바아로 단조하고, 이어서 2250F에서 고용화 풀림 처리한 후 물에서 급랭(quenching)하였다. 그 합금들은 고용화 풀림처리 및 급랭한 상태에서 실질적으로 FCC상으로 이루어진 고용체 구조를 갖는 것으로 확인되었다.
임계 공식 온도 시험, 변전위 시험(potentiodynamic testing) 및 저변형률 시험을 위한 테스트 시편을 각각의 잉곳으로부터 마련한 고용화 풀림처리 0.75" 정사각형 바아로부터 취하였다. 임계 공식 온도(critical pitting temperature: CPT) 시험은 ASTM 표준 시험법 G150에 따라 질소 가스를 퍼징하면서 NaCl 1M 용액 내에서 0.7볼트로 수행하였다. CPT 시험의 결과는 아래의 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00004
사이클릭 분극 변전위 시험은 ASTM 표준 시험법 G61에 기초하여 수행하였다. 50 μA/㎠ 및 100 μA/㎠2에서 곡선의 니이(knee)에서의 전압값을 고용화 풀림처리 0.75" 정사각형 바아로부터 마련한 2세트의 샘플에 대해 측정하였다. 공직 전위(pitting potential) 및 재부동태 전위(repassivation potential)(단위: mV)를 비롯한 변전위 공식 시험의 결과는 아래의 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00005
산성 용액에서의 내부식성 시험을 위해 각 예의 0.75인치 바아로부터 다른 세트의 샘플들을 취하였다. 그 샘플들을 인산(H3PO4)을 85체적% 함유하는 비등 수용액에 침지시킨 후에 테스트하였다. 추가적 샘플들을 질산(HNO3)을 60체적% 함유하는 비등 수용액에 침지시킨 후에 테스트하였다. 또 다른 샘플들을 ASTM 표준 시험법 G28-02 규정 A에 따라 산 혼합물 내에 침지시킨 후에 테스트하였다. 네 번째 세트의 샘플들을 ASTM 표준 시험법 G28-02 규정 B에 따라 산 혼합물 내에 침지시킨 후에 테스트하였다. 중량 손실(단위: 년당 밀(mill)(mpy))을 비롯한 각 예에 대한 산성 부식 시험의 결과는 표 4에 나타낸다. 표 4는 ASTM G28-02 시험법 A 및 B에 따라 테스트한 시편들에 대한 입계 침식의 심각성의 정성적 평가를 포함한다.
[표 4]
Figure pct00006
표 2, 3 및 4에 제시한 데이터는, 모든 예들이 염화물 함유 환경에서의 공식에 대한 매우 양호한 내성을 제공할 뿐만 아니라, 산성 환경에서도 입계 부식에 대해 양호한 내성을 제공한다는 점을 보여준다.
예 1, 2, 4 및 5로부터 취한 시편들의 저변형률 시험은, 세 가지의 상이한 환경, 즉 주위 공기, 비등 온도에서의 3.5% NaCl 용액, 및 1.0의 pH를 갖는 비등 온도에서의 3.5% NaCl 용액에서 각각 수행하였다. 백분율 연신율(%El.), 백분율 단면 감소율(%RA), 및 파단까지의 시간(Hour)을 비롯한 저변형률 시험의 결과는 아래의 표 5에 나타낸다. 또한, 표 5에서는 공기 중에서 측정된 동일 특성들의 백분율로서 나타낸 각각의 테스트한 특성 결과도 나타낸다. 표 5의 마지막 행에는 공기 중 평균의 %로서의 %El(%El. Air Avg.), 공기 중 평균의 %로서의 %RA(%RA Air Avg.) 및 공기 중 평균의 %로서의 Hr(Hrs. Air Avg.)의 평균인 "공기 중 평균의 합성 %"이 기재되어 있다. 이는 (%El. Air Avg. + %RA Air Avg. + Hrs. Air Avg.)/3로서 계산된다.
[표 5]
Figure pct00007
표 5에 제시한 결과는, 예 1, 2, 4 및 5가 1.0의 pH에서도 비등하는 3.5% NaCl에 대해 실질적으로 면역이 있어 비등하는 염화나트륨 환경에서 양호한 내부식성을 보임을 보여준다.
두 세트의 종방향 인장 샘플을 예 4, 5 및 6의 바아로부터 마련하였으며, 그 중 하나의 세트는 상온(25℃)에서의 기계적 시험을 위한 것이며, 다른 세트는 극저온( (-100℃)에서 시험을 위한 것이다. 상온 인장 시험 결과는 표 6에 제시하고 극저온 인장 시험 결과는 표 7에 제시한다. 그 결과는 두 세트의 테스트 모두에 대해 0.2% 오프셋 항복 강도(Y.S), 극한 인장 강도 (U.T.S.)(ksi(MPa)), 4 직경에서의 백분율 연신율(%El.) 및 백분율 단면 감소율(%R.A.)을 포함한다.
[표 6]
Figure pct00008
[표 7]
Figure pct00009
본 발명의 합금의 중요한 특성 중 하나는 표 6 및 7에 기재한 높은 연신율 값에 의해 입증되는 바와 같이 그 합금에 의해 제공되는 매우 높은 연성이다. 예를 들면, 그 합금에 의해 제공되는 백분율 연신율은 상온에서 73%에 이르며, 이는 공지의 스테인레스강에 의해 제공되는 58%의 연신율과 매우 호의적으로 비교된다. 하지만, 표 7에 나타낸 바와 같이 그 합금에 의해 제공되는 인장 강도에 악영향을 미치지 않으면서 극저온에서도 그러한 수준의 연성을 제공하는 능력이 보다 중요하다.
표 2 내지 7에 제시한 바와 같은 본 발명에 따른 합금에 의해 제공되는 이례적인 내부식성 및 기계적 특정에 추가하여, 그 합금은 냉간 가공 경화 능력에 의해 입증되는 바와 같은 우수한 냉각 가공성을 제공한다. 이와 관련하여, 그 합금은 약 30% 냉간 가공 후에 약 37의 로크웰 C-스케일 경도(HRC)를 제공할 수 있으며, 여기서 백분율 냉간 가공도는 이하의 수학식에 의해 정해진다.
[수학식 2]
%냉간 가공=(초기 면적-최종 면적)/초기 면적
본 발명의 합금에 의해 제공되는 양호한 냉간 가공성을 입증하기 위해, 예 5로부터의 재료를 백분율 단면 감소율을 점점 증가시켜 가면서 냉간 가공하여 다수의 간격으로 HRC를 측정하였다. 그 결과는 백분율 냉간 단면 감소율에 따른 측정된 HRC 값의 그래프로서 도면에 나타낸다. 그래프로 나타낸 데이터는, 본 발명의 합금에 의해 제공되는 예상치 못한 높은 연성이 그 합금이 약 45 HRC의 경도에 이르면서도 70% 이상으로 냉간 가공될 수 있게 한다는 점을 보여준다.
본 명세서에서 사용된 용어 및 표현은 한정하고자 하는 것이 아니라 설명의 측면에서 사용된다. 그러한 용어 및 표현의 사용에 있어서 도시하고 설명한 특징들의 임의의 등가물 또는 그 일부를 배제하는 의도는 없다. 다양한 수정이 본 명세서에서 설명하고 청구 범위에 기재한 발명 내에서 가능하다는 점을 인식할 것이다.

Claims (12)

  1. 고용체상을 갖는 다중 주원소 고엔트로피 내부식 합금으로서:
    상기 합금은,
    Co: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
    Ni: 약 13 중량% 내지 약 35 중량%;
    Fe+Mn: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
    Cr: 약 13 중량% 내지 약 37 중량%;
    Mo: 약 8 중량% 내지 약 28 중량%;
    N: 약 0.10 중량% 내지 약 1.00 중량%; 및
    통상의 불순물
    을 포함하며, W 및 V 중 하나 또는 둘 모두가 Mo의 일부 또는 전부를 대체할 수 있는 것인 합금.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고용체 상은 본질적으로 면심 입방정 결정 구조로 이루어지는 것인 합금.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합금은 이하의 특성, 즉
    -6 kJ/mol < ΔHmix < 0 kJ/mol,
    ΔSmix > 12 J/(K mol),
    2.00% < δ < 4.5%, 및
    약 7.80보다 큰 원자가 전자 농도를 갖는 것인 합금.
  4. 단일상 고용체를 형성하고 화학식이 (Fe, Mn)aCobNicCrx(Mo, W, V)y인 고엔트로피 내부식 합금으로서:
    a, b, c, x, 및 y는 원자 백분율로 이하의 값을 가지며,
    12 ≤ a ≤ 35,
    12 ≤ b ≤ 35,
    12 ≤ c ≤ 40,
    12 ≤ x ≤ 40,
    4 ≤ y ≤ 20,
    W 및 V는 등원자 원리(equiatomic basis)로 Mo의 일부 또는 전부를 대체할 수 있으며, 상기 합금은 N을 적어도 약 0.10%에서부터 그 용해도 한계 이하로 포함하는 것인 합금.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고용체 상은 본질적으로 면심 입방정 결정 구조로 이루어지는 것인 합금.
  6. 제4항에 있어서, 상기 합금은 이하의 특성, 즉
    -6 kJ/mol < ΔHmix < 0 kJ/mol,
    ΔSmix > 12 J/(K mol),
    2.00% < δ < 4.5%, 및
    약 7.80보다 큰 합금 원소의 원자가 전자 농도를 갖는 것인 합금.
  7. 고용체상을 갖는 고엔트로피 내부식 합금으로서:
    상기 합금은,
    Co: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
    Ni: 약 13 중량% 내지 약 35 중량%;
    Cu: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
    Fe+Mn: 약 13 중량% 내지 약 28 중량%;
    Cr: 약 13 중량% 내지 약 37 중량%;
    Mo: 약 8 중량% 내지 약 28 중량%;
    N: 약 0.10 중량% 내지 약 1.00 중량%; 및
    통상의 불순물
    을 포함하며, W 및 V 중 하나 또는 둘 모두가 Mo의 일부 또는 전부를 대체할 수 있는 것인 합금.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고용체 상은 본질적으로 면심 입방정 결정 구조로 이루어지는 것인 합금.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 합금은 이하의 특성, 즉
    -6 kJ/mol < ΔHmix < 0 kJ/mol,
    ΔSmix > 12 J/(K mol),
    2.00% < δ < 4.5%, 및
    약 7.80보다 큰 원자가 전자 농도를 갖는 것인 합금.
  10. 단일상 고용체를 형성하고 화학식이 (Fe, Mn)aCobNicCudCrx(Mo, W, V)y인 고엔트로피 내부식 합금으로서:
    a, b, c, d, x, 및 y는 원자 백분율로 이하의 값을 가지며,
    10 ≤ a ≤ 30,
    10 ≤ b ≤ 30,
    10 ≤ c ≤ 30,
    10 ≤ d ≤ 30
    10 ≤ x ≤ 30,
    4 ≤ y ≤ 18,
    W 및 V는 등원자 원리로 Mo의 일부 또는 전부를 대체할 수 있으며, 상기 합금은 N을 적어도 약 0.10%에서부터 그 용해도 한계 이하로 포함하는 것인 합금.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고용체 상은 본질적으로 면심 입방정 결정 구조로 이루어지는 것인 합금.
  12. 제10항에 있어서, 상기 합금은 이하의 특성, 즉
    -6 kJ/mol < ΔHmix < 0 kJ/mol,
    ΔSmix > 12 J/(K mol),
    2.00% < δ < 4.5%, 및
    약 7.80보다 큰 합금 원소의 원자가 전자 농도를 갖는 것인 합금.
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