本发明专利技术公开了沉淀强化型高熵合金管材及其制备工艺，是以Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金属块作为原料，通过熔炼、铸造及热处理工艺制备而成。本发明专利技术所得合金具有“球形Ni3Al型金属间化合物在面心立方固溶体基体上共格析出”的特征组织，它利用纳米尺寸(Ni,Co)3(Al,Ti,Nb)强化FeCoNiCr高熵合金基体，通过Ni3Al型金属间化合物在基体上共格析出从而强化合金；本发明专利技术所得沉淀强化型高熵合金具有高强高韧耐蚀等特点。特点。特点。
【技术实现步骤摘要】
沉淀强化型高熵合金管材及其制备工艺
[0001]本专利技术涉及沉淀强化型高熵合金管材及其制备工艺，属于高熵合金材料领域。
技术介绍
[0002]目前国内外600℃级以下火电机组再热器主要选用铁素体耐热钢(Cr:9wt.％
‑
12wt.％)及奥氏体耐热钢。常用铁素体耐热钢主要有T/P91、NF616、E911、HCM12A等，这些材料具有优良的持久性能和抗腐蚀性能，因而在600℃级以下机组再热器中获得大量应用。其中T/P91已完全实现国产化，广泛应用于我国亚临界及超临界火电机组，并已积累了丰富的使用性能数据。这些结果均表明铁素体耐热钢难以满足更高温度参数对再热器管材料性能的使用性能需求。
[0003]对于蒸汽温度参数在600℃以上的超超临界机组，再热器材料主要选用粗晶(TP304H、TP347H等)、细晶(Super304H、TP347HFG等)以及高铬(HR3C、NF709、SAVE25等)奥氏体耐热钢。与铁素体耐热钢相比，奥氏体钢具备更加优异的持久强度、抗氧化及腐蚀性能等。然而，其在应用过程中也暴露出传热效率低，热膨胀系数高，成本较高等诸多问题。尤其是在再热蒸汽温度达到700℃以上时，奥氏体耐热钢的强度同样也无法满足再热器管对材料的服役性能要求。
[0004]针对700℃级超超临界机组锅炉关键部件对材料使用性能的需求，目前国外已开发出了一系列镍基变形高温合金材料，如美国特殊金属公司开发的Inconel740H、美国哈氏公司开发的Haynes282、德国蒂森克虏伯公司开发的CCA617、英国Rolls
‑
Royce公司开发的Nimonic263、日本日立公司开发的USC41等。这些材料具备优异的高温持久强度及抗腐蚀性能，但价格昂贵、冶炼和热加工等技术要求高，限制了其迅速推广应用。另外，日本住友公司还开发出HR6W、HR35等铁镍基高温合金；瑞典山特维克公司开发了Sanicro25铁镍基合金；我国中国科学院金属研究所、钢铁研究总院也分别开发出GH2984、GH110等铁镍基变形高温合金。然而，这些材料主要针对700℃级超超临界机组锅炉过热器开发，设计过程中主要参考合金强度作为关键性能评价指标。由于再热器管道服役压力较低，因此一般认为将过热器管壁减薄即可用于再热器管材。然而与过热器的服役工况相比，再热器虽然管道内部压力较低，但服役温度往往更高。因此，材料的氧化腐蚀及其组织稳定性等因素对合金的服役寿命也会造成显著影响。
[0005]最近十几年发展起来的高熵合金，采用多种元素作为主元素，突破了传统合金的设计理念。相比于传统合金，高熵合金具有高混合熵、大的晶格畸变、缓慢扩散和固溶强化等特点，拥有高硬度、高强度、耐腐蚀和热稳定性等优异性能，其多元素合金系统的设计原则为这些担忧提供了一条有效的途径。
[0006]在所有当前研究的高熵合金体系中，最为普遍受到研究者们兴趣的是具有稳定的单相面心立方结构高熵合金。面心立方结构高熵合金在室温均表现出高的塑性，而其强度相对来说比较低。例如，FCC结构的CoCrFeNiMn高熵合金，其抗拉强度仅为400MPa。在不降低塑性或降低程度较小的情况下，如何提高面心立方结构高熵合金的硬度和强度，对高熵合
金的实际应用具有重要的现实意义。本专利技术通过合金成分的设计以及一系列热处理条件的选择，从而可控的在FCC型的高熵合金系统中实现多组分金属间化合物的强化，不仅能够充分发挥金属间化合物的强化作用，而且能够保持较高的塑性变形稳定性，从而获得了强度和塑性良好的组合，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提出一种具有良好高温力学性能、优异的组织稳定性及抗氧化/腐蚀性能，且加工工艺简单的沉淀强化型高熵合金管材及其制备方法。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]所述高熵合金的化学式记为Fe
a
Co
b
Ni
c
Cr
d
Al
e
Ti
m
Nb
n
，其中a、b、c、d、e、m、n为相应元素的原子百分数，20≤a≤25、20≤b≤25、20≤c≤25、20≤d≤25、2≤e≤4，1≤m≤2、1≤n≤2，且a+b+c+d+e+m+n＝100、e/(m+n)＝1～2。
[0010]进一步地，a、b、c、d、e、m和n的取值优选为：22≤a≤24、22≤b≤24、22≤c≤24、22≤d≤24、2.5≤e≤3.5，1≤m≤1.5、1≤n≤1.5。
[0011]本专利技术所述沉淀强化型高熵合金管材的制备工艺，包括如下步骤：
[0012]步骤1、以Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金属块作为原料，将配制的合金采用中频真空感应电弧炉熔炼成合金母液，最终，在合金母液温度达到1600
‑
1650℃时出炉；
[0013]步骤2、将步骤1)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材；
[0014]步骤3、将所述高熵合金管材置于加热炉中进行固溶处理及时效处理，即获得沉淀强化型高熵合金管材。
[0015]进一步地，步骤1中，所述的Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金属块的纯度不低于99.9％。
[0016]进一步地，步骤2中，步骤2中，所述充型凝固过程中离心机转速与设计的铸件内径之间满足下式关系：
[0017]12000≥n
×
r
o1/2
≥6000
[0018]式中：n:离心机转速，r/min；r
o
:铸件内半径，mm。
[0019]进一步地，步骤3中，所述固溶处理的方法为：将冷加工后的高熵合金管材置于1050℃～1200℃的加热炉中保温2小时，随后从炉中取出并放入水中冷却。
[0020]进一步地，步骤3中，所述时效处理的方法为：将固溶后的高熵合金管材置于700℃～800℃的加热炉中保温1～8小时，随后从炉中取出空冷。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0022]1、本专利技术所得高熵合金管材具有高强高韧耐蚀等特点，同时合金管材无需经过挤压或轧制等方法制成管材，加工工艺简单，具有良好的加工及焊接性能，具有较高的工程应用价值。
[0023]2、本专利技术所得高熵合金组织结构简单，在FCC高熵基体上析出大量与基体共格的纳米尺寸Ni3Al型金属间化合物强化相，显著提升高熵合金的强度的同时保持了合金的高塑性。
附图说明
[0024]图1为实施例1(1050℃/2h+750℃/8h)、实施例2(1100℃/2h+700℃/8h)、实施例3(1200℃/2h+800℃/8h)中制备的高熵合金的X射线衍射(XRD)谱图的对比图，从图中可以看出所制备的高熵合金均由FCC基体与基体共格的Ni3Al型金属间化合物强化相所组成。
[0025]图2为实施例3(1200℃/2h+本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.沉淀强化型高熵合金管材及其制备工艺，其特征在于：所述高熵合金的化学式记为Fe
a
Co
b
Ni
c
Cr
d
Al
c
Ti
m
Nb
n
，其中a、b、c、d、e、m、n为相应元素的原子百分数，20≤a≤25、20≤b≤25、20≤c≤25、20≤d≤25、2≤e≤4，1≤m≤2、1≤n≤2，且a+b+c+d+e+m+n＝100、e/(m+n)＝1～2。2.一种权利要求1所述的沉淀强化型高熵合金耐热管材及其制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、以Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金属块作为原料，将配制的合金采用中频真空感应电弧炉熔炼成合金母液，最终，在合金母液温度达到1600
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1650℃时出炉；步骤2、将步骤1)的合金母液浇入离心铸造机中充型凝固制成管材；步...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾志连，
申请(专利权)人：丹阳鑫亿达新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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