鐵-鋁-錳-鉻-(鉬)-碳合金相變化及機械性質研究

Abstract

在過去的研究中，我們除了在相變化學術研究上有多項重要發現外， 也開發出鐵鋁錳熱軋合金鋼板專利(已獲中華民國、韓國、日本、加拿大、 美國、法國、英國和德國專利)以及成功開發鐵鋁錳合金鍛造型及精密鑄 造型國防產品及高價位高爾夫球頭，並將鐵鋁錳合金高爾夫球頭量產技術 轉移於世界第一、第二和第四大高爾夫球頭製造商復盛公司(第一)、鉅明 公司(第四)及明安公司(第二)，並已於2004 年正式進入量產世界最高品質 最高級Taylor Made，Callaway，Nike….等廠牌產品，並銷售世界各地。 延續我們之前有關鐵鋁錳合金的研究，本計畫的主要目的有：【一】探討 錳和鉻的含量改變對鐵-鋁-錳-鉻-(鉬)-碳合金相變化、顯微結構及機械 性質的影響。【二】探討鉬元素的添加對鐵鋁錳鉻碳合金相變化、顯微結 構及機械性質的影響。 過去已有許多國內外專家學者不斷的研究以鐵鋁錳合金來取代傳統的 鐵鎳鉻系不鏽鋼的可行性，在他們的研究中發現鐵鋁錳合金在高溫環境中 具有優異的抗氧化能力，但其在常溫下的耐腐蝕能力雖然較一般碳鋼來的 好，卻遠不及於傳統的鐵鎳鉻系不鏽鋼。與傳統的不鏽鋼比較鐵鋁錳合金 在電化學腐蝕研究的極化曲線中並沒有明顯的鈍化區以及具有較高的腐 蝕電流。有藉於此，許多學者將鉻、矽合金元素分別添加或一起添加在鐵 鋁錳合金中用以改善其抗腐蝕能力。從許多學者的研究報告證實，在鐵鋁 錳合金中添加鉻、矽合金元素的確能明顯的增加其抗蝕能力，更有學者指 出，適當的添加鉻、矽合金元素含量能使鐵鋁錳合金具有與肥粒體系不鏽 鋼相當的抗蝕能力。 在鐵鋁錳碳合金系統中，利用28~32 wt.% 錳的添加以及適當的鋁和 碳含量設計，合金經過熱處理後能使κ'-碳化物在沃斯田鐵相基地中均勻 整合(coherent)的析出，因而能有極佳的韌性及強度的組合。過去幾年中， 鐵-(4.9~11)鋁-(28~35)錳-(0.5~1.3)碳成分範圍內的合金相變化也已被許多學者所研究。不過從上述內容可知，鐵鋁錳碳四元合金的抗蝕性卻遠不及 傳統的鎳鉻系不銹鋼，因而大部分學者都利用添加鉻元素來增加合金的抗 蝕能力。除此之外，M.Cavallini 等人曾報導，鐵鋁錳合金在硫酸中的腐蝕 速率隨著合金中錳含量增加而變大，R.Wang 也指出在Fe-10Al 合金中添加 錳會增加FeAl 合金在硫酸溶液及3.5%NaCl 溶液中的腐蝕速率。這些結果 顯示錳含量的增加對鐵錳鋁系列合金的抗蝕性有不利的影響。然而適宜錳 元素的添加又是使鐵鋁錳碳合金具有沃斯田鐵結構，以增進此合金延展性 所必需之合金元素。而含15~25 wt.%較低錳含量的鐵-鋁-錳-鉻-碳五元合 金相變化、顯微結構變化及機械性質至今卻未被學者詳細探討研究過。因 此本計劃第一年將探討鐵-8 鋁-(15,20,25,30)錳-(5,10)鉻-(1.0,1.5)碳合金之 相變化及機械性質。 另外，在傳統的鎳鉻系不鏽鋼中，為了增加其抗孔蝕能力(pitting corrosion resistance)，除了利用各種精煉方法盡可能提高不鏽鋼合金的潔 淨度降低夾雜物(inclusions)及雜質(impurities)含量外，在成分設計上也利 用添加鉬元素來增加其抗孔蝕能力，例如在316 不鏽鋼中添加了2.5 wt.% 的鉬後，抗蝕能力則比304 不鏽鋼更高。於是，一些學者除了在鐵鋁錳碳 合金中添加鉻元素外，再另添加不同含量的鉬元素來研究其對腐蝕行為的 影響，研究結果顯示適當的鉬元素含量添加能有助於提高合金的孔蝕電位 (或稱鈍態崩潰電位)，然而在這些研究中除了對其腐蝕行為作ㄧ深入探討 外，並沒有對不同鉬元素含量的添加對鐵-鋁-錳-鉻-碳五元合金相變化、顯 微結構變化及機械性質作詳細的研究。因此，本計畫第二年將深入探討鉬 元素之添加對鐵-鋁-錳-鉻-鉬-碳合金相變化、顯微結構及機械性質之影響。