一种耐海水腐蚀的高强高韧阻尼合金及制备方法

1.本发明属阻尼合金生产领域，尤其涉及一种耐海水腐蚀的高强高韧阻尼合金及制备方法。


背景技术：

2.随着现代科学技术的发展，振动、冲击和噪声的控制日益成为一个复杂而迫切的问题，因此对于减振降噪技术的研究，引起了许多部门的普遍重视，尤其在航海、航天和航空、核工业等领域。阻尼合金就是在这种条件下应运而生的，阻尼合金是指具有结构材料应有的强度并能通过阻尼过程(内耗)把振动能较快的转变为热能消耗掉的合金。近年来，我国在这方面作了很多努力，已开发出数十种阻尼合金，形成了一个新兴的功能材料领域。阻尼合金可用于军事工程、航空航天、建筑、船舶、汽车、工程机械等领域的减振降噪。
3.fe-mn基合金是近十几年才开发出的一种新型阻尼合金，是上述几类阻尼合金中强度最高(抗拉强度大于700mpa)、成本最低的(仅为mn-cu阻尼合金的1/4)，其阻尼性能随着应变振幅的增大而增加，并且不受外界磁场的影响。这种合金非常适合承受较大振动和冲击的部件使用。目前限制fe-mn基阻尼合金应用的关键问题就是其耐蚀性能较差，研发具有消音隔声功能的高强、高韧、耐蚀、抗振性能的铁基阻尼合金，实现材料的结构-功能一体化是具有十分重要的意义。
4.现有技术中，专利公开号为cn107699668a，公开了一种提高铁锰阻尼合金耐腐蚀性能的方法，属阻尼合金领域。该方法可以提高耐蚀性能，但处理工艺复杂，难以在实际生产大规模应用，且表面的铁素体层也将对力学性能产生影响。专利公告号为cn106011636a，公布了一种船用铁锰基高强韧阻尼合金，在保证材料具有良好强韧性匹配的基础上，产品的阻尼性能明显优于普通船板。但该发明合金强度较低，且未关注阻尼合金的耐腐蚀性能，fe-mn阻尼合金较差的耐蚀性能极大地制约其大规模应用。
5.在上述专利中，存在着耐蚀性能差，强度较低，提高耐蚀性能的方法复杂等问题。


技术实现要素：

6.为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种耐海水腐蚀的高强高韧阻尼合金及制备方法，通过热处理调控组织中奥氏体、ε马氏体和α'马氏体相在组织的比例，，
7.通过合金元素的添加及工艺的调整，提高阻尼合金的强度及耐蚀性，同时保证良好的阻尼性能，成分及工艺简单，易于实施。
8.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
9.一种耐海水腐蚀的高强高韧阻尼合金，化学成分按重量百分比计包括：c:0～0.025％，mn:15％～27％，al:1.0％～2.5％，cr:0～1.8％，1.0％≤al+cr≤3.0％，si≤0.15％，p≤0.005％，s≤0.002％，其余为铁和不可避免的微量的化学元素。
10.一种耐海水腐蚀的高强高韧阻尼合金，依次采用转炉或电炉冶炼，采用连铸或浇铸铸造，采用轧机轧制，热处理，具体包括：
11.1)轧制过程
12.将连铸坯或铸坯开坯后装入加热炉中进行加热，加热温度为1100～1200℃，保温时间为1～4小时，加热后进行轧制，开轧温度为1050～1100℃；中厚板轧机轧制工艺为：粗轧轧制3～6道次，精轧轧制5～10道次，粗轧总压下量不低于70％，精轧总压下量不低于50％，粗轧轧后温度控制在900～1000℃，精轧终轧温度为700～850℃；最后空冷或水冷至室温；
13.2)热处理
14.热处理保温温度为650～900℃，保温时间为30min～60min；水冷至室温。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明通过热处理调控组织中奥氏体、ε马氏体和α'马氏体相在组织的比例，利用奥氏体、ε马氏体保持合金具有良好的阻尼性能，α'马氏体使合金具有较高的强度。本发明具有较宽的热处理温度工艺窗口，获得的耐海水腐蚀的高强高韧阻尼合金屈服强度≥345mpa，抗拉强度≥700mpa，断后延伸率≥40％，-20℃冲击吸收功≥200j，对数衰减率δ≥0.08，耐海水腐蚀能力与cortena钢相当。本发明的阻尼合金可广泛应用于同时要求减振、降噪、耐蚀的建筑、船舶、工程机械等领域。
17.fe-mn阻尼合金之所以具有阻尼性能，本质上是由于该合金层错能较低，在奥氏体发生转变的过程中，不再直接转变为α'马氏体，而是由奥氏体转变为ε马氏体，再由ε马氏体转变为α'马氏体，在此转变历程中，新出现的ε马氏体是通过不全位错的扩展运动而形核，进而长大。由于ε马氏体的特殊转变过程，当组织中ε马氏体含量较高时，相应的不全位错的密度也较高，fe-mn阻尼合金的阻尼源就算不全位错的往复运动，因此fe-mn合金的阻尼性能与层错能有着重要的关系。本发明中，cr、al元素的添加，都将会提高fe-mn阻尼合金的层错能，使奥氏体向ε马氏体的转变更加困难，进而在组织中得到了更多的奥氏体组织，因此需要严格控制cr、al元素的添加量，经过试验验证，铬和铝元素的添加量需小于等于3％(wt)，才能平衡好fe-mn合金强度、阻尼及耐蚀性能。热处理的工艺制度对fe-mn阻尼合金的组织有着巨大的影响，利用合适的热处理温度，调控组织中奥氏体、ε马氏体与α'马氏体三者的比例，恰当的ε马氏体和奥氏体可以较好地保持合金的阻尼性能，同时奥氏体的存在，使得合金的塑性和低温韧性都处在较高水平，适量α'马氏体保证合金具有较高的强度，组织中奥氏体、ε马氏体和α'马氏体三者的配合可以使强度、塑性、低温韧性和阻尼都处在较高的水平。此外al、cr元素的添加，合金的表面易形成氧化膜，有助于提高合金的耐大气腐蚀能力，al元素的添加可使得合金表面锈层致密性较好，cr元素的添加有助于提高合金的抗点蚀能力，提高fe-mn阻尼合金的耐海水腐蚀能力。
18.本发明通过添加耐蚀性合金元素及恰当的热处理工艺实现提高强度、耐蚀性，保证塑性、低温韧性的同时不影响合金的阻尼性能，从而得到综合性能优异的fe-mn阻尼合金，因此在实际生产中有着优异的应用前景。
附图说明
19.图1是实施例1的ebsd-phase图。
20.图2是实施例与对比例的阻尼性能随应变振幅的变化图。
具体实施方式
21.下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
22.实施例与对比例的化学成分见表1，采用cortena钢作为对比例。本发明实施例采用两阶段轧制，具体制备工艺如表2所示。
23.表1本发明各实施例及对比例的化学成分及重量百分比含量列表
[0024][0025]
从图1中可以看出，实施例1～4组织为ε马氏体、奥氏体、α'马氏体，组织中ε马氏体、奥氏体较多，α'马氏体较少。
[0026]
表2本发明各实施例的制备工艺参数
[0027][0028]
表3本发明各实施例及对比例的力学、阻尼、耐蚀性能测试结果列表
[0029][0030]
注：腐蚀实验为28天全浸腐蚀实验，试验介质为3.5％nacl溶液
[0031]
表3是本发明实施例与对比例的性能测试结果，从表3中可以看出，本发明实施例屈服强度都在345mpa以上，断后延伸率在40％以上，-20℃低温冲击吸收功大于200j，且对数衰减率大于0.08，具有较高的阻尼性能，同时本发明实施例经过28天全浸模拟腐蚀试验，腐蚀速率与cortena钢相差不大，耐海水腐蚀能力与cortena相当，性能完全满足高强、高韧、高阻尼，同时还具有良好的耐腐蚀能力。从图2可以看出，实施例阻尼性能随应变振幅增加而增大，而对比例阻尼性能与应变振幅关系不大，阻尼性能很低。