[go: up one dir, main page]

KR101888300B1 - Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금 - Google Patents

Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금 Download PDF

Info

Publication number
KR101888300B1
KR101888300B1 KR1020170032630A KR20170032630A KR101888300B1 KR 101888300 B1 KR101888300 B1 KR 101888300B1 KR 1020170032630 A KR1020170032630 A KR 1020170032630A KR 20170032630 A KR20170032630 A KR 20170032630A KR 101888300 B1 KR101888300 B1 KR 101888300B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
atomic
high entropy
entropy alloy
phase
content
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020170032630A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170110019A (ko
Inventor
이병주
이성학
김형섭
나영상
홍순익
최원미
전창우
정승문
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to PCT/KR2017/002989 priority Critical patent/WO2017164602A1/ko
Priority to US16/084,610 priority patent/US10988834B2/en
Publication of KR20170110019A publication Critical patent/KR20170110019A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101888300B1 publication Critical patent/KR101888300B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/02—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling heavy work, e.g. ingots, slabs, blooms, or billets, in which the cross-sectional form is unimportant ; Rolling combined with forging or pressing
    • B21B1/026—Rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

본 발명은 열역학 계산을 통해 700℃ 이상에서 FCC 단상의 미세구조를 가지는 합금 조성 영역을 설정하고, 상온 및 극저온에서 FCC 단상의 미세조직을 가질 수 있도록 함으로써, 특히 저온 인장 강도 및 연신율이 우수한 고 엔트로피 합금에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고 엔트로피 합금은 Cr: 3~18원자%, Fe: 3~60원자%, Mn: 3~40원자%, Ni: 20~80원자%, V: 3~12원자%와, 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Ni의 함량에 대한 V 함량의 비율(V/Ni)이 0.5 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금 {High Entropy Alloy Based Chromium, Iron, Manganese, Nickel and Vanadium}
본 발명은 전산모사 기법 중 열역학 계산을 이용하여 설계된 고 엔트로피 합금에 관한 것으로, 열역학 계산을 통해 700℃ 이상에서 면심입방격자(Face Centered Cubic: FCC) 단상의 미세구조를 가지는 합금 조성 영역을 설정하고, 700℃ 이상에서 열처리 후 급랭할 시에 상온 및 극저온에서 FCC 단상의 미세조직을 가질 수 있도록 함으로써, 특히 저온 인장 강도 및 연신율이 우수한 Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금에 관한 것이다.
고 엔트로피 (High Entropy Alloy:HEA) 합금은 5원계 이상의 다원소 합금계로서, 고합금계임에도 불구하고 혼합엔트로피가 높아 금속간 화합물이 형성되지 않고 연성이 우수한 면심입방격자(Face Centered Cubic: FCC) 또는 체심입방격자(Body Centered Cubic: BCC) 단상(single phase)으로 구성된 새로운 개념의 신물질이다.
주 원소 없이 5개 이상의 원소를 비슷한 비율로 합금화했을 때 중간상 없이 단상이 얻어진다는 것이 2004년 High Entropy Alloy(HEA)라는 이름으로 학계에 발표되었고, 최근 급격한 관심으로 관련연구가 폭발적으로 증가하는 추세이다.
이 특별한 원자 배열구조가 나타나는 이유나 그 특성은 명확하지 않지만 이러한 구조에서 나타나는 우수한 화학적, 기계적 특성이 보고되고 있고, FCC 단상 CoCrFeMnNi 고 엔트로피 합금은 저온에서 나노 단위의 쌍정(twin)이 발현하여 높은 항복 및 인장강도를 가지며 지금까지 보고된 재료와 비교를 했을 때 가장 높은 인성을 가진 것으로 보고되었다.
면심입방격자(FCC) 구조를 가지는 고 엔트로피 합금은 극저온에서 파괴인성이 뛰어날 뿐만 아니라 내식성이 우수하고 고강도, 고연성의 우수한 기계적 물성을 지니고 있어 극저온 재료로써 개발이 촉진되고 있다.
한편, 특허문헌 1에는 내열 재료로 사용될 수 있는 고 엔트로피 합금으로 Ti16.6Zr16.6Hf16.6Ni16.6Cu16.6Co17, Ti16 . 6Zr16 . 6Hf16 . 6Ni16 . 6Cu16 . 6Nb17과 같은 고 엔트로피 합금이 제시되고 있고, 특허문헌 2에는 Cu-Ti-V-Fe-Ni-Zr을 주원소로 하며 고경도와 내식성이 우수한 고 엔트로피 합금이 제시되어 있다.
이와 같이 다양한 고 엔트로피 합금이 개발되고 있으며, 고 엔트로피 합금의 적용 영역을 확장하기 위해서는 다양한 특성을 가지는 고 엔트로피 합금의 개발이 요구된다.
1. 대한민국 공개특허공보 제2016-0014130호 2. 일본 공개특허공보 제2002-173732호
본 발명은 상온 및 극저온에서 FCC 단상 조직을 가지며 저온 인장강도와 저온 연신특성을 구비하여 극저온용에 적합하게 사용될 수 있는 Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, Cr: 3~18원자%, Fe: 3~60원자%, Mn: 3~40원자%, Ni: 20~80원자%, V: 3~12원자%와, 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Ni 함량에 대한 V 함량의 비(V/Ni)는 0.5이하인, 고 엔트로피 합금을 제공하는 것이다.
이와 같은 조성을 갖는 합금은 중간상의 생성 없이 FCC 구조의 단상으로 이루어지며, 상온(298K)에 비해 극저온(77K)에서 더 우수한 인장강도와 연신율을 나타낸다.
본 발명에 의해 제공되는 새로운 고 엔트로피 합금은 상온에서 보다 오히려 극저온에서 인장강도와 연신율이 향상되므로, 특히 극저온 환경과 같은 극한환경에 사용되는 구조용 재료로써 활용 가치가 높다.
본 발명에 따른 고엔트로피 합금은, 최인접 원자간 거리가 다른 원소들과 상이한 바나듐(V)을 첨가함으로써 기존 소재보다 강화효과를 쉽게 얻을 수 있다. 또한 바나듐(V) 함량에 따라 다른 4개 원소의 함량을 적절하게 조절함으로써, 시그마 상(sigma phase)의 생성을 억제하고 FCC 단상 조직을 구현하여 엄격히 제어된 열처리 공정을 수행하지 않아도 종래의 고 엔트로피 합금에 비해 동등 이상의 기계적 특성을 얻을 수 있게 된다.
도 1은 15원자%의 크롬(Cr)과 10원자%의 바나듐(V)을 포함하는 합금의 나머지 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni) 몰 분율에 따른, 700℃에서의 상평형 정보를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에서 별(★)로 표시된 조성을 가지는 합금에 대해, 온도에 따른 평형상의 변화를 나타낸다.
도 3은 10원자%의 크롬(Cr)과 10원자%의 바나듐(V)을 포함하는 합금의 나머지 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni) 몰 분율에 따른, 700℃에서의 상평형 정보를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 별(★)로 표시된 조성을 가지는 합금의 온도에 따른 평형상의 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 30원자%의 철(Fe)과 20원자%의 망간(Mn)을 포함하는 합금의 나머지 크롬(Cr), 니켈(Ni), 바나듐(V) 몰 분율에 따른, 700℃에서의 상평형 정보를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 별(★)로 표시된 조성을 가지는 합금의 온도에 따른 평형상의 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 크롬(Cr), 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 바나듐(V) 5개의 원소 중 두 개 원소로 구성된 2원 합금계 상태도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조한 고 엔트로피 합금 판재의 EBSD IPF(inverse pole figure) 맵 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조한 고 엔트로피 합금 판재의 X-선 회절분석 결과이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조한 고 엔트로피 합금 판재의 EBSD phase 맵 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조한 고 엔트로피 합금의 상온(298K) 인장시험 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조한 고 엔트로피 합금의 극저온(77K) 인장시험 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조한 고 엔트로피 합금의 극저온(77K) 인장시험 결과를 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 15 원자%의 크롬(Cr)과 10 원자%의 바나듐(V)을 포함하는 합금의, 나머지 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni) 몰 분율에 따른, 700℃에서의 상평형 정보를 나타낸 것이다.
도 1의 영역 1과 2는 700℃ 이하에서 FCC 단상을 유지하는 영역을 나타내고, 나머지 영역에는 2상 또는 3상 평형을 유지하는 영역이 표시되어 있다. 도 1의 영역 2에 속하는 조성을 가지는 합금들은 용해 온도부터 700℃ 이하, 500℃까지 FCC 단상을 유지한다. 이때 2상 평형 영역과 경계 부분에 위치한 조성은 계산상으로 700℃까지 FCC 단상을 유지한다.
영역 1과 영역 2의 경계가 되는 선은 500℃에서 계산한, FCC 단상 영역과 2상 평형 영역의 경계를 나타내는 선으로, 도 1의 영역 1에 속하는 조성을 가지는 합금들은 용해 온도부터 500℃ 이하까지 FCC 단상을 유지한다. 영역 1과 2의 경계선에 위치한 조성은 계산상으로 500℃까지 FCC 단상을 유지한다.
즉, 도 1이 의미하는 바는 15원자%의 크롬(Cr)과 10원자%의 바나듐(V) 그리고 0~48원자%의 철(Fe), 0~25원자%의 망간(Mn), 27~75원자%의 니켈(Ni)을 포함하는 5원계 이하의 합금들은 모두 용해 온도부터 700℃ 이하까지 FCC 단상을 유지한다는 것이다.
도 2는 도 1에서 별(★)로 표시된 조성을 가지는 합금에 대해, 온도에 따른 평형상의 변화를 나타낸 것인데, 별(★)로 표시된 조성을 가지는 합금은 도 1에서 영역 2와 2상 평형 영역과 경계에 위치한 조성이기 때문에, 용해 온도부터 700℃까지 FCC 단상 영역을 이룬다.
도 3은 10원자%의 크롬(Cr)과 10원자%의 바나듐(V)을 포함하는 합금에 있어서, 나머지 합금성분인 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni) 몰 분율에 따른, 700℃에서의 상평형 정보를 나타낸다.
도 3이 의미하는 바는 10원자%의 크롬(Cr)과 10원자%의 바나듐(V) 그리고 0~56원자%의 철(Fe), 0~41원자%의 망간(Mn), 23~80원자%의 니켈(Ni)을 포함하는 5원계 이하의 합금들은 모두 용해 온도부터 700℃ 이하까지 FCC 단상을 유지한다는 것이다.
도 4는 도 4의 별(★)로 표시된 조성을 가지는 합금의 온도에 따른 평형상의 변화를 나타낸다.
도 5는 30원자%의 철(Fe)과 20원자%의 망간(Mn)을 포함하는 합금에 있어서, 나머지 합금성분인 크롬(Cr), 니켈(Ni), 바나듐(V) 몰 분율에 따른, 700℃에서의 상평형 정보를 나타낸다.
도 5가 의미하는 바는 30원자%의 철(Fe)과 20원자%의 망간(Mn) 그리고 0~18원자%의 크롬(Cr), 28~50원자%의 니켈(Ni), 0~18원자%의 바나듐(V)을 포함하는 5원계 이하의 합금들은 모두 용해 온도부터 700℃ 이하까지 FCC 단상을 유지한다는 것이다.
도 6은 도 5의 별(★)로 표시된 조성을 가지는 합금의 온도에 따른 평형상의 변화를 나타낸다.
도 7은 크롬(Cr), 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 바나듐(V) 5 개의 원소 중 두 개 원소로 구성된 2원 합금계 상태도를 나타낸다.
도 7에서 하늘색 영역은 FCC 단상영역을 나타내고 노란색 영역은 기계적 특성을 열화시키는 시그마 상(sigma phase) 영역을 나타낸다. 바나듐(V)을 포함하지 않는 6개의 2원 합금계에는 시그마 상(sigma phase) 영역이 적고 FCC 단상영역이 넓게 분포하고 있다. 반면, 바나듐(V)을 포함하는 4개의 2원 합금계에는 시그마 상(sigma phase)이 비교적 넓게 분포한다. 특히 니켈(Ni)-바나듐(V) 2원계의 경우는 액상이 안정한 고온까지 시그마 상(sigma phase)이 분포한다. 하지만 니켈(Ni)-바나듐(V) 합금계 상태도에서 시그마 상(sigma phase)은 니켈(Ni) 함량에 대한 바나듐(V) 함량의 비(V/Ni)가 높은 구간에서 주로 나타나고, 니켈(Ni) 함량에 대한 바나듐(V) 함량의 비(V/Ni)가 낮은 구간에는 넓은 FCC 단상 구간이 나타난다.
도 7이 의미하는 바는 Ni 함량에 대한 V 함량의 비(V/Ni)를 낮춘다면 FCC단상으로 이루어진 고 엔트로피 합금을 설계 할 수 있다는 것이다.
이상과 같은 도 1, 도 3, 도 5 및 도 7의 열역학적 정보로부터, 본 발명자들은 FCC 단상으로 이루어지며 저온 특성이 우수한 고 엔트로피 합금으로, Cr: 3~18원자%, Fe: 3~60원자%, Mn: 3~40원자%, Ni: 20~80원자%, V: 3~12원자%와, 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 Ni 함량에 대한 V 함량의 비(V/Ni)는 0.5 이하인 고 엔트로피 합금을 도출하였다.
상기 Cr의 함량은, 3원자% 미만일 경우 내식성 등의 합금의 물성에 불리하게 작용하고, 18원자% 초과일 경우에는 중간상 형성 가능성이 높아지므로, 3~18원자%가 바람직하며, 상(phase)의 안정성, 기계적 특성 및 제조비용의 관점에서 보다 바람직한 Cr의 함량은 7~18원자%이다.
상기 Fe의 함량은, 3원자% 미만일 경우 제조비용 측면에서 불리해 지고, 60원자% 초과일 경우에는 상(phase)이 불안정해지므로, 3~60원자%가 바람직하며, 상(phase)의 안정성과 기계적 특성의 관점에서 보다 바람직한 Fe의 함량은 18~35원자%이다.
상기 Mn의 함량은, 3원자% 미만일 경우 제조비용 측면에서 불리해지고, 40원자% 초과일 경우에는 상(phase)이 불안정해지고, 제조과정 중 산화물 형성으로 인하여 불리해지므로, 3~40원자%가 바람직하며, 상(phase)의 안정성과 기계적 특성의 관점에서 보다 바람직한 Mn의 함량은 10~25원자%이다.
상기 Ni의 함량은, 20원자% 미만일 경우 상(phase)이 불안정해지고, 80원자% 초과일 경우에는 제조비용 측면에서 불리해지므로, 20~80원자%가 바람직하며, 상(phase)의 안정성과 기계적 특성의 관점에서 보다 바람직한 Ni의 함량은 25~45원자%이다.
상기 V의 함량은, 3원자% 미만일 경우 강화효과를 얻기 힘들고, 12원자% 초과일 경우에는 중간상 형성 가능성이 높아지므로, 3~12원자%가 바람직하며, 상(phase)의 안정성, 기계적 특성 및 제조비용의 관점에서 보다 바람직한 V의 함량은 5~12원자%이다.
또한, 안정적으로 단상의 FCC 조직을 구현하기 위하여, 상기 Ni의 함량에 대한 V 함량의 비율(V/Ni)이 0.5 이하인 것이 바람직하다.
상기 합금을 구성하는 각 조성을 벗어날 경우 FCC 단상을 갖는 고용체를 얻기 어려우므로, 상기 합금의 조성범위를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고 엔트로피 합금에 있어서, Ni 함량은 30 원자% 이상일 때 최적의 특성을 나타내기 때문에, 상기 Fe와 Mn 함량의 합은 50원자% 미만인 것이 바람직하다.
또한, 우수한 물성과 안정적인 고 엔트로피 합금을 얻는 측면에서, 상기 고 엔트로피 합금을 구성하는 각 성분의 조성은, Cr: 7~18원자%, Fe: 18~35원자%, Mn: 10~25원자%, Ni: 25~45원자%, V: 5~12원자%이고, 상기 Ni의 함량에 대한 V 함량의 비율(V/Ni)이 0.5 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 고 엔트로피 합금은 극저온(77K)에서 인장강도가 1000MPa 이상이고, 연신율이 30% 이상일 수 있다.
또한, 상기 고 엔트로피 합금은 극저온(77K)에서 인장강도가 1000MPa 이상이고, 연신율이 60% 이상일 수 있다.
또한, 상기 고 엔트로피 합금은 상온(298K)에서 인장강도가 800MPa 이상이고, 연신율이 30% 이상일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 본 발명이 본 발명의 바람직한 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
[실시예]
고 엔트로피 합금 제조
하기 표 1은 전술한 열역학적 검토를 통해 계산된 영역의 합금 제조를 위해 선택된 3가지 조성을 나타낸 것이다.
합금
No.		 잉고트 조성 (원자%)
Cr Fe Mn Ni V
1 15 22 13 40 10
2 10 30 20 30 10
3 15 30 20 30 5
99.9% 이상의 순 Cr, Fe, Mn, Ni, V을 상기 표 1의 조성이 되도록 준비한 후, 유도 가열로를 이용하여 1500℃ 이상에서 합금을 용해하여 공지의 방법으로 잉고트를 제조하였다.
[실시예 1]
No. 1 합금 잉고트를, FCC 단상 영역에서, 1000℃에서 2시간 동안 유지시킴으로써 조직을 균질화 시킨 후, 균질화 처리된 잉고트를 산세하여 표면의 불순물과 산화층을 제거하였다.
산세 처리된 잉고트를 압하율 75%로 냉간압연을 수행하여 냉간압연 판재를 제조하였다.
이와 같이 냉간압연된 판재는 FCC 단상 영역에서 열처리(800℃, 2시간)하여 잔류응력을 제거하고, 결정립을 완전하게 재결정시킨 후 수냉하여, 고 엔트로피 합금 판재로 제조하였다.
[실시예 2]
No. 1 합금의 잉고트를, FCC 단상 영역에서, 1100℃에서 6시간 동안 유지시킴으로써 조직을 균질화 시킨 후, 균질화 처리된 잉고트를 산세하여 표면의 불순물과 산화층을 제거하였다.
산세 처리된 잉고트를 압하율 75%로 냉간압연을 수행하여 냉간압연 판재를 제조하였다.
이후 FCC 단상 영역에서 열처리(800℃, 2시간)하여 잔류응력을 제거하고, 결정립을 완전하게 재결정시킨 후 수냉하여, 고 엔트로피 합금 판재로 제조하였다.
즉, 실시예 2에 따라 제조된 고 엔트로피 합금 판재는 실시예 1과 동일한 조성에 열처리 조건만을 달리 한 것이다.
[실시예 3]
No. 2 합금의 잉고트를, 실시예 1과 동일한 제조공정을 통해, 고 엔트로피 합금 판재로 제조하였다.
상기 표 1의 No. 3 합금에 대해서는 잉고트를 고 엔트로피 합금 판재로 제조하여 미세조직 및 기계적 특성을 평가하지 않았으나, 첨부된 도 6에서 확인되는 바와 같이, FCC 단상 영역(800℃ 이상)에서 열처리 한 후 급랭할 시에, 상온(298K) 및 극저온(77K)에서 FCC 단상을 형성할 수 있는 조성임을 알 수 있다.
미세조직
이상과 같이 제조된 고 엔트로피 합금 판재의 미세조직을 주사전자현미경, X-선회절분석기 및 EBSD를 사용하여 분석하였다.
도 8은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조한 고 엔트로피 합금 판재의 EBSD IPF(inverse pole figure) 맵 사진이다.
이 맵으로부터 결정립 크기를 측정할 수 있으며, 75% 압하율의 냉간압연과 재결정 열처리 과정을 거친 두 합금(실시예 1 및 실시예 3)은 5.4~7.4㎛의 평균 결정립 크기를 가지고 있다. 결정상들은 다결정 형태를 띠고 있으며, 그 크기는 합금 조성에 관계없이 비교적 균일하였다.
도 9는 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조한 고 엔트로피 합금 판재의 X-선 회절분석 결과이다. 두 합금 모두 동일한 피크를 나타내고 있으며, 이를 분석한 결과, 모두 FCC 구조에 해당하는 피크임이 확인되었다.
도 10은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조한 고 엔트로피 합금 판재의 EBSD phase 맵 사진이다. EBSD phase 맵은 서로 다른 2개 이상의 상이 미세조직 내에 있을 때, 각각의 상을 서로 다른 색으로 표시하는데, 도 10에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 3에 따른 합금이 모두 동일한 하나의 색으로 표시되며, 이는 이들 합금의 미세조직이 FCC 단상으로 이루어져 있으며, 기계적 특성을 저하시키는 시그마 상(sigma phase)와 같은 제2상이 생성되지 않았음을 의미한다.
상온 및 극저온 기계적 특성 평가
이상과 같이 제조된 고 엔트로피 합금 판재를 인장시험기를 통하여 상온(298K)에서의 인장특성을 평가하였으며, 도 11과 아래 표 2는 그 결과를 나타낸 것이다.
상온(298K)
YS(MPa) UTS(MPa) El.(%)
실시예 1 460 815 45.2
실시예 3 503 842 35.2
표 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 3에 따른 고 엔트로피 합금 판재의 상온(298K)에서의 항복 강도는 460 ~ 503MPa, 인장 강도가 815 ~ 842MPa, 연신율이 약 35~45%로 우수한 인장 특성을 나타낸다.
도 12 및 13과 아래 표 3은 극저온 챔버와 인장시험기를 통하여 극저온(77K)에서의 인장특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
극저온(77K)
YS(MPa) UTS(MPa) El.(%)
실시예 1 710 1054 33.7
실시예 2 655 1087 61.2
실시예 3 666 1109 30.7
표 3에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 ~ 3에 따른 고 엔트로피 합금의 극저온(77K)에서의 인장 특성은 항복 강도가 655 ~ 710MPa, 인장 강도가 1054 ~ 1109MPa, 연신율이 약 31~61%로 상온에서보다 더욱 우수한 인장 특성을 나타내었다.

Claims (6)

  1. Cr: 3~18원자%, Fe: 3~60원자%, Mn: 3~40원자%, Ni: 20~80원자%, V: 3~12원자%와, 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 Ni의 함량에 대한 V 함량의 비율(V/Ni)이 0.5 이하이며,
    상온(298K) 및 극저온(77K)에서 면심입방구조(Face Centered Cubic)의 단상(single phase)으로 이루어진, 고 엔트로피 합금.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 Fe와 Mn 함량의 합이 50원자% 미만인 고 엔트로피 합금.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 고 엔트로피 합금은 극저온(77K)에서 인장강도가 1000MPa 이상이고, 연신율이 30% 이상인 고 엔트로피 합금.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 고 엔트로피 합금은 극저온(77K)에서 인장강도가 1000MPa 이상이고, 연신율이 60% 이상인 고 엔트로피 합금.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 고 엔트로피 합금은 상온(298K)에서 인장강도가 800MPa 이상이고, 연신율이 30% 이상인 고 엔트로피 합금.
KR1020170032630A 2016-03-21 2017-03-15 Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금 Active KR101888300B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2017/002989 WO2017164602A1 (ko) 2016-03-21 2017-03-21 Cr-fe-mn-ni-v계 고 엔트로피 합금
US16/084,610 US10988834B2 (en) 2016-03-21 2017-03-21 Cr—Fe—Mn—Ni—V-based high-entropy alloy

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160033419 2016-03-21
KR20160033419 2016-03-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170110019A KR20170110019A (ko) 2017-10-10
KR101888300B1 true KR101888300B1 (ko) 2018-08-16

Family

ID=60189999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170032630A Active KR101888300B1 (ko) 2016-03-21 2017-03-15 Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10988834B2 (ko)
KR (1) KR101888300B1 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11572612B2 (en) 2017-12-11 2023-02-07 Korea Institute Of Materials Science High-entropy alloy, and method for producing the same
KR102225980B1 (ko) * 2019-01-31 2021-03-10 서울대학교산학협력단 Cca의 고용 강화 예측 방법과 이를 이용한 고용 강화가 제어된 cca의 설계 방법 및 이를 통해 도출된 v계 합금
US11353117B1 (en) 2020-01-17 2022-06-07 Vulcan Industrial Holdings, LLC Valve seat insert system and method
KR102517288B1 (ko) * 2020-06-29 2023-04-04 한국재료연구원 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법
US11421680B1 (en) 2020-06-30 2022-08-23 Vulcan Industrial Holdings, LLC Packing bore wear sleeve retainer system
US12049889B2 (en) 2020-06-30 2024-07-30 Vulcan Industrial Holdings, LLC Packing bore wear sleeve retainer system
US11421679B1 (en) 2020-06-30 2022-08-23 Vulcan Industrial Holdings, LLC Packing assembly with threaded sleeve for interaction with an installation tool
US11384756B1 (en) 2020-08-19 2022-07-12 Vulcan Industrial Holdings, LLC Composite valve seat system and method
USD980876S1 (en) 2020-08-21 2023-03-14 Vulcan Industrial Holdings, LLC Fluid end for a pumping system
USD986928S1 (en) 2020-08-21 2023-05-23 Vulcan Industrial Holdings, LLC Fluid end for a pumping system
USD997992S1 (en) 2020-08-21 2023-09-05 Vulcan Industrial Holdings, LLC Fluid end for a pumping system
US12060627B1 (en) 2020-10-30 2024-08-13 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Hard magnetic properties of high entropy alloys (HEAs), methods for making HEAs, and uses thereof
US12055221B2 (en) 2021-01-14 2024-08-06 Vulcan Industrial Holdings, LLC Dual ring stuffing box
US11391374B1 (en) 2021-01-14 2022-07-19 Vulcan Industrial Holdings, LLC Dual ring stuffing box
US12140240B1 (en) 2022-01-19 2024-11-12 Vulcan Industrial Holdings, LLC Gradient material structures and methods of forming the same
CN114769600B (zh) * 2022-04-12 2023-02-10 哈尔滨工业大学 一种含Si高熵合金粉末及其制备方法
US11434900B1 (en) 2022-04-25 2022-09-06 Vulcan Industrial Holdings, LLC Spring controlling valve
US11920684B1 (en) 2022-05-17 2024-03-05 Vulcan Industrial Holdings, LLC Mechanically or hybrid mounted valve seat
CN114892062B (zh) * 2022-06-23 2023-06-02 长沙理工大学 一种用于高效产氢的多孔高熵合金材料及其制备方法
USD1061623S1 (en) 2022-08-03 2025-02-11 Vulcan Industrial Holdings, LLC Fluid end for a pumping system
CN116618434B (zh) * 2023-05-12 2024-03-26 华中科技大学 一种高熵合金层状复合材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016023352A (ja) 2014-07-23 2016-02-08 株式会社日立製作所 合金構造体
KR101684856B1 (ko) 2016-01-29 2016-12-09 서울대학교 산학협력단 하이엔트로피 합금 폼 및 이의 제조방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1803467A (en) * 1930-07-03 1931-05-05 Gilby Wire Company Electrical-resistance alloy
JP4190720B2 (ja) 2000-11-29 2008-12-03 國立清華大學 多元合金
NO332412B1 (no) * 2006-06-28 2012-09-17 Hydrogen Technologies As Anvendelse av austenittisk rustfritt stal som konstruksjonsmateriale i en innretning eller konstruksjonsdeler som er utsatt for et miljo som omfatter flussyre og oksygen og/eller hydrogen
TWI315345B (en) * 2006-07-28 2009-10-01 Nat Univ Tsing Hua High-temperature resistant alloys
TWI347978B (en) 2007-09-19 2011-09-01 Ind Tech Res Inst Ultra-hard composite material and method for manufacturing the same
JP2010070814A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Daido Steel Co Ltd 軟磁性材料
CN102787267A (zh) * 2012-09-04 2012-11-21 四川大学 基于高熵合金粘结剂的多元硼化物金属陶瓷及其制备方法
US10702944B2 (en) * 2014-07-23 2020-07-07 Hitachi Metals, Ltd. Alloy structure and method for producing alloy structure
KR101728936B1 (ko) 2014-07-28 2017-04-21 세종대학교산학협력단 우수한 강도 및 연성을 갖는 하이엔트로피 합금
US20160025386A1 (en) 2014-07-28 2016-01-28 Ut-Battelle, Llc High Entropy NiMn-based Magnetic Refrigerant Materials

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016023352A (ja) 2014-07-23 2016-02-08 株式会社日立製作所 合金構造体
KR101684856B1 (ko) 2016-01-29 2016-12-09 서울대학교 산학협력단 하이엔트로피 합금 폼 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170110019A (ko) 2017-10-10
US20190055630A1 (en) 2019-02-21
US10988834B2 (en) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101888300B1 (ko) Cr-Fe-Mn-Ni-V계 고 엔트로피 합금
KR101888299B1 (ko) 극저온용 고 엔트로피 합금
KR101871590B1 (ko) 응력유기 상변화 가능 복합상 하이엔트로피 합금 및 그 제조방법
US6918968B2 (en) Austenitic stainless steel
EP2935640B1 (en) Austenitic twip stainless steel, its production and use.
JP2019532169A (ja) 極低温特性に優れた中エントロピー合金
KR101913943B1 (ko) Fe-Co-Ni-Cr계 중엔트로피 합금과 이의 제조방법
SE469986B (sv) Utskiljningshärdbart martensitiskt rostfritt stål
JP2009503257A (ja) 耐食性・冷間成形性・切削性高強度マルテンサイト系ステンレス鋼
KR101915906B1 (ko) V-Cr-Fe-Ni계 고강도 고엔트로피 합금
KR102054735B1 (ko) 변태유기소성 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법
KR100840287B1 (ko) 잔류 오스테나이트와 ｈｃｐ 마르텐사이트 조직이 혼합된복합조직강 및 그의 열처리 방법
US6623569B2 (en) Duplex stainless steels
KR101374825B1 (ko) 극저온에서 기계적 성능이 우수한 Ｆｅ-Ｍｎ-Ｃ계 ＴＷＩＰ 강 및 그 제조 방법
KR102179460B1 (ko) 고엔트로피 합금 및 그 제조방법
EP3693483B1 (en) Transformation-induced plasticity high-entropy alloy, and manufacturing method therefor
KR101952015B1 (ko) Co-Cu-Ni-Mn계 고엔트로피 합금
TWI732658B (zh) 鋼及其製造方法
KR20120050086A (ko) 강도와 연성의 조합과 내공식성이 우수한 고질소 오스테나이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법
CN111448326B (zh) 具有优异的热加工性的通用铁素体不锈钢及其制造方法
KR101301617B1 (ko) 고강도 고인성 소재 및 이를 이용한 타워 플랜지 제조방법
KR20200066925A (ko) 고엔트로피 합금 및 그 제조방법
EP4431631A1 (en) Austenitic stainless steel and manufacturing method therefor
KR102509526B1 (ko) 바나듐 석출물을 포함하는 석출경화형 고 엔트로피 합금
EP3775311A1 (en) Low alloy third generation advanced high strength steel and process for making

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20170315

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20180529

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20180806

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20180807

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20180807

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210513

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220530

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230509

Start annual number: 6

End annual number: 6