[发明专利]一种高强韧耐腐蚀高熵钢板材及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强韧耐腐蚀高熵钢板材及其制备方法，所述板材的原料组分质量百分比为Mn：Cr：Ni：C：Fe=5~15%、15~25%、5~15%、0~0.5%、44.5~75%。该高强韧耐腐蚀高熵钢板材由纯度均大于99.95%的Fe、Cr、Ni和含碳量2%的Fe‑C合金以及原子比为1：1的Fe‑Mn合金作为原料由电弧炉熔炼而成。具体制备过程包括：前处理、铸锭熔炼、合金均匀化、机械加工、热处理五个步骤。本发明基于多主元合金设计理念，充分发挥多主元合金的鸡尾酒效应，使合金具有较好的强度和耐腐蚀性能。本发明所述高强韧耐腐蚀高熵钢板材组织均匀，抗拉强度均大于850MPa，断裂应变均大于25%，而且在3.5wt.%NaCl溶液里表现出更加优异的耐腐蚀性能，可应用于腐蚀环境中服役的结构材料。

技术领域

本发明涉及一种高强韧耐腐蚀高熵钢板材及其制备方法，属于合金技术领域。

背景技术

高强韧、高耐腐蚀性能及良好加工性能是工程结构材料的主要发展方向，在航空航天、海洋、汽车和石油等领域有广泛的应用前景。目前常见的有钛合金、奥氏体不锈钢等。钛合金具有高强韧、耐腐蚀性能好、密度低等特点，目前在航空航天、海洋等高端领域应用较多，然而其价格昂贵，限制了大规模应用。奥氏体不锈钢(如304、316钢等)具有良好的耐腐蚀性能、优异的加工性能及相对较低的成本，是目前最主要的工程结构材料之一，但其强度较低，难以满足重载、腐蚀的需求。

多主元合金突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一种新的合金设计理念。这类合金的特点是元素多且其浓度高，使得合金具备优良的综合性能，比如高强韧性、高耐磨性、高耐腐蚀性和良好的高温稳定性等。多主元合金虽然拥有很多优异的性能，但由于使用大量的Co、Cr等昂贵元素，导致成本高，难以实现工业化生产。

发明内容

本发明旨在提供一种高强韧耐腐蚀高熵钢板材及其制备方法，以低成本的 Fe、Mn元素为主，通过添加适量的Cr、Ni元素以提升合金的耐蚀性能，添加一定量的间隙元素C以增强固溶强化，再经过均匀化和机械加工处理，设计制备出一种非等原子比高强韧耐腐蚀高熵钢板材，在满足使用性能的条件下显著降低其成本，为工业化应用奠定基础。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

本发明提供了一种高强韧耐腐蚀高熵钢板材，其原料组分按质量百分比为 Mn：Cr：Ni：C：Fe＝5～15％、15～25％、5～15％、0～0.5％、44.5～75％。

本发明提供了一种高强韧耐腐蚀高熵钢板材的制备方法，包括以下步骤：

(1)以纯度不低于99.95wt.％的Fe、Cr、Ni单质，含碳量为2％的Fe-C合金和原子比为1：1的Fe-Mn合金作为原料，先用不同型号砂纸(400#、800#、 1000#、1200#、1500#、2000#)打磨原料表面，去除表面氧化皮和杂质，在无水乙醇中超声清洗，干燥备用，按照原料组分配比配料；

(2)将配好原料按放置要求，放入熔炼炉坩埚中，抽真空，往炉内充入保护气体；开始熔炼，先熔炼钛块，再分别熔炼Cr单质，Fe、Ni单质，Fe-C合金和Fe-Mn合金，最后将熔炼完成的各合金移到同一坩埚再整体熔炼；合金熔炼翻转5-7次以保证成分均匀性；熔炼结束后，逐步降低熔炼电流让合金缓慢冷却，得到合金铸锭；

(3)将合金铸锭在高纯保护气体下加热到一定温度保温一段时间，取出进行水淬火；

(4)将水淬火后的铸锭进行室温冷轧得到合金板材；

(5)将合金板材在保护气体下进行中温退火处理，得到高强韧耐腐蚀高熵钢板材。

所述步骤(1)中，所述超声清洗时间不低于20min，干燥时间不低于1h。