耐腐蚀性制品和制备方法技术

公开了一种制品和形成所述制品的方法。所述制品具有包含纳米结构铁素体合金的表面。所述表面包括多个纳米特征，所述多个纳米特征包括布置在载铁合金基质中的钇和钛的复合氧化物。在所述表面的载铁合金基质包括约5重量%‑约30重量%铬，和约0.1重量%‑约10重量%钼。此外，在所述表面的纳米结构铁素体合金中的χ相或σ相的浓度为小于约5体积%。所述方法一般包括以下步骤：研磨，热机械固结，退火，和随后在阻碍χ和σ相在表面的纳米结构铁素体合金中形成的速率下冷却。

Corrosion resistant product and method of manufacture

Articles and methods of forming the same are disclosed. The product has a surface comprising a nanostructured ferritic alloy. The surface includes a plurality of nano features including a composite oxide of yttrium and titanium disposed in the iron alloy matrix. In the Fe alloy matrix of the surface comprises about 5 wt.% about 30 wt% of chromium, and about 0.1 wt% to about 10 wt.% mo. In addition, the concentration of the phase diagram of the surface of the nanostructured ferritic alloy is less than about 5 vol%. The method generally comprises the following steps: grinding, thermo mechanical consolidation, annealing, and cooling at the rate that prevents the formation of the chi and sigma phases in the surface of the nanostructured ferritic alloy.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景本专利技术总体上涉及纳米结构铁素体合金和由这种合金制得的制品。更具体而言，本专利技术涉及具有良好耐腐蚀性的纳米结构铁素体合金表面的制品，及形成所述制品的方法。在通常与油气提取装置相关的酸性和酸环境中使用的设备部件中选择材料尤其重要。酸气井可以含有二氧化碳、氯化物、硫化氢和游离硫，且可以在高达400℃的温度下操作。这种类型的腐蚀环境要求仔细设计合金使得部件能够在其服务寿命中保持其结构完整性。常规耐腐蚀性钢包括铁素体、奥氏体，和铁素体/奥氏体双相钢。一般地，铁素体钢具有在含氯化物环境中的改进抗应力腐蚀开裂性，但强度相对低。奥氏体和双相钢具有良好耐腐蚀性、低至中的强度，但具有较差的抗应力腐蚀开裂性。镍基超合金具有高强度、耐腐蚀性和抗应力腐蚀开裂性。Ni基超合金一般包括镍(Ni)，以及其它元素例如铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)和铜(Cu)。镍提供对水性氯化物应力腐蚀开裂的抵抗力且提供对碱的抵抗力，而一般加入铁以降低镍的使用(合适的话)。钼和钨有利于耐点蚀性且提供在还原酸中的总体耐腐蚀性。铬改进氧化性酸性介质中的总体耐腐蚀性。发现铜有利于非氧化性腐蚀环境中的总体耐腐蚀性。Ni-Fe-Cr-Mo-Cu的相对浓度，以及合金加工和部件的工作历史，部分确定油气应用中的总耐腐蚀性。因为较高镍含量提高原材料的成本，需要镍含量比典型的超合金更低但具有在酸性和酸环境中优于常规钢的机械强度和耐腐蚀性的合金。概述本专利技术的一个实施方案涉及制品。所述制品具有表面，且该表面包括纳米结构铁素体合金。所述合金包括布置在载铁合金基质中的多个纳米特征；该多个纳米特征包括复合氧化物颗粒，所述复合氧化物颗粒包括钇、钛，和任选其它元素。布置在表面的载铁合金基质包括约5重量%-约30重量%铬，和约0.1重量%-约10重量%钼。此外，布置在表面的纳米结构铁素体合金中的χ相或σ相的浓度为小于约5体积%。本专利技术的另一个实施方案涉及一种方法。所述方法一般包括研磨、热机械固结、退火和冷却的步骤。在研磨步骤中，载铁合金粉末在氧化钇的存在下研磨直到氧化物基本上溶解在合金中。研磨粉末常常在惰性环境下固结，以形成固结部件，其随后在高于χ和σ相的固溶线温度退火且在避免形成χ和σ相的速率下冷却，以形成具有先前所注意到的制品特征的经加工的部件。附图简述：图1为根据本专利技术的一个实施方案的制品的例示性横截面；图2为根据本专利技术的一个实施方案，锻造的NFA与两种基线钢和Ni基合金718的室温拉伸性能的比较；和图3为根据本专利技术的一个实施方案，锻造的和经热处理的NFA与两种基线钢和Ni基合金718在NACETM0177溶液A(5%NaCl和0.5%CH3COOH，脱气)中的腐蚀性能的比较。详述文中所述的本专利技术的实施方案解决现有技术状态的所注意到的缺点。本专利技术的一个或多个具体实施方案在下文描述。为了提供这些实施方案的简明描述，可以不在说明书中描述实际执行的所有特点。应当了解在任何这种实际实施的开发中，如在任何加工或设计项目中，必须作出许多实施特定的决定以实现开发者的特定目标，例如顺从系统相关和商业相关的限制，其可以在各个实施中变化。此外，应当了解开发努力可能是复杂和耗时的，然而是具有本公开的益处的本领域技术人员设计、制备和制造的常规工作。当引入本专利技术的各种实施方案的要素时，冠词“一个”和“该”旨在表示所述要素中的一个或多个。术语“包含”、“包括”、“涉及”和“具有”(及其相关时态形式)旨在为包括性，且表示可以存在除了所列出的要素以外的其它要素。文中公开的所有范围包括端点，且端点可彼此组合。在本文整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可以用来修饰任何数量表示，其可以允许变化而不导致可能与其相关的基本功能变化。因此，被术语例如“约”修饰的值不限于规定的精确值。在一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。一般地，本专利技术的实施方案涉及在酸性和酸环境中具有优于常规钢的机械强度和耐腐蚀性的Fe-Cr-Mo基纳米结构铁素体合金(NFA)的形成。这种材料具有用于低于400℃的温度的酸性和酸环境的结构部件的潜在应用，其使在与常规钢通常观察到的相比更高操作应力水平和更苛刻的环境下寿命更佳。NFA为通过机械合金化制备的氧化物分散增强的新合金类型。适当的研磨和随后的加工产生细小晶粒和致密分布的颗粒间和颗粒内纳米特征的独特微观结构；这种微观结构在很大程度上造成NFA的高强度和良好的延展性。参考图1，本专利技术的一个实施方案涉及制品100。制品100包括表面110，所述表面包括耐腐蚀性纳米结构铁素体合金。所述合金包括多个纳米特征，所述多个纳米特征包括布置在载铁合金基质中的包含钇、钛和可能其它元素的复合氧化物颗粒。在表面110，所述载铁合金基质包括约5重量%-约30重量%铬，和约0.1重量%-约10重量%钼。此外，在表面110的χ相或σ相的浓度小于约5体积%。纳米结构铁素体合金在许多环境中的耐腐蚀性一般与溶解在合金基质内的钼和铬的浓度成比例。然而，随着载铁合金中的这些元素的浓度提高，合金化学的热力学越来越利于形成金属间相，例如富含钼和/或铬的上述χ相和σ相。当形成这些相时，它们从基质除去钼和铬，将这些合乎需要的元素封存到金属间化合物中且留下贫化的基质，与如果元素保持在溶体中的耐腐蚀性相比，贫化的基质的耐腐蚀性基本上较差。因此设计本专利技术的制品100以提供由所述纳米结构铁素体合金制得的表面110，而且至少在表面110，保持溶解在基质内的钼和铬的高水平，通常保持在超过热力学平衡所预期的溶解限度的水平。制品100的表面110为布置成接近或实际与周围环境120接触的表面。由于腐蚀通常为表面驱动现象，该表面110的特征常常在确定制品100的耐腐蚀性中非常重要。在本专利技术的实施方案中，至少该表面110具有上述组成，尽管应当了解该组成并不需要正好仅限于制品的表面110；制品100的任何体积分数(包括基本上所有制品100)可以包括纳米结构铁素体合金，且纳米结构铁素体合金的任何体积分数(包括制品100中存在的基本上所有合金)可以包括文中所述的组成和其它特征。此外，表面110并不需要为制品100的最外表面130(也就是，与周围环境120接触的表面)；任选地，一个或多个外层140，例如涂料层、转化涂层、隔热涂层或其它层或层的组合，可以布置在表面110上。如上文注意到，NFA组成包括布置在载铁合金基质中的多个纳米特征。文中公开的NFA通常包括铁素体体心立方(BCC)相形式的合金基质，在本领域中称为“α铁”或简单地“α”。NFA组成一般包括至少约30重量%铁，其中具体量通常取决于实现期望的性能平衡所需的合金化程度(也就是，加到铁中的其它元素的量)；在一些实施方案中，组成包括至少约50重量%铁，且在具体的实施方案中至少约70重量%铁。载铁合金基质通过布置在基质中的纳米特征增强。如文中所用的，术语“纳米特征”表示特征，例如颗粒相，具有尺寸小于约50纳米的最长尺寸。纳米特征可以具有任何形状，例如包括球形、立方形、透镜形和其它形状。纳米结构铁素体合金的机械性能可以通过控制以下参数控制：例如基质中的纳米特征的密度(表示数量密度，也就是，每单位体积的颗粒的数目)；晶粒尺寸，通过纳米特征的尺寸和分布以及加工条件确定；纳米特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品，其包含：包含纳米结构铁素体合金的表面，所述合金包含布置在载铁合金基质中的多个纳米特征，所述多个纳米特征包含复合氧化物颗粒，其中所述复合氧化物颗粒包含钇和钛；其中在所述表面的基质包含约5重量%‑约30重量%铬，和约0.1重量%‑约10重量%钼；和其中在所述表面的纳米结构铁素体合金中的χ相或σ相的浓度为小于约5体积%。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.18 US 14/3347421.一种制品，其包含：包含纳米结构铁素体合金的表面，所述合金包含布置在载铁合金基质中的多个纳米特征，所述多个纳米特征包含复合氧化物颗粒，其中所述复合氧化物颗粒包含钇和钛；其中在所述表面的基质包含约5重量%-约30重量%铬，和约0.1重量%-约10重量%钼；和其中在所述表面的纳米结构铁素体合金中的χ相或σ相的浓度为小于约5体积%。2.权利要求1的制品，其中χ相和σ相的总浓度为小于约5体积%。3.权利要求1的制品，其中所述纳米铁素体合金表面中的钛的浓度为约0.15重量%-约2重量%范围。4.权利要求1的制品，其中所述基质相包含约10重量%-约30重量%的量的铬。5.权利要求1的制品，其中所述基质相包含约3重量%-约10重量%的量的钼。6.权利要求1的制品，其中所述表面基本上不含χ相。7.权利要求1的制品，其中所述表面基本上不含σ相。8.权利要求1的制品，其中所述纳米特征具有约1纳米-约50纳米范围的平均尺寸。9.权利要求1的制品，其中所述纳米特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄申妍，R迪多米齐奥，RB雷巴克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US