专利名称：铁铬合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁铬合金，特别是一种耐磨耐损腐蚀的铁铬合金。
本发明合金用来制作管道泵、管道、喷咀、搅拌器及类似装置的零件，它在工作时能经受含腐蚀性流体和磨损性颗粒混合物的侵蚀。
这些零件的典型应用包括零件暴露在硫酸和石灰石中的烟道气脱硫和零件暴露在磷酸、硝酸和石膏中的化肥生产。
转让予Abex公司的美国专利4，536，232和4，080，198(“Abex美国专利”)公开的铁铬合金含约1.6%(重量)碳和28%(重量)铬，其特征在于一次碳化铬和铁素体分布在含固溶铬的马氏体或奥氏体基体中。合金中的铬含量应该使合金呈现出良好的耐腐蚀性能。但是就其耐腐蚀而言，该合金的性能不十分令满意。
本发明的目的是提供一种铁铬合金，与Abex美国专利公开的合金相比，它具有更好耐磨损耐腐蚀性能。
在Abex美国专利中公开的那种类型的合金在酸性介质中在酸性介质中磨损和腐蚀的机理是由于液流中的磨损性颗粒不断地除去钝化耐蚀层，从而加速腐蚀。
为了补充纯化层，在基体中需要尽可能高的铬浓度。
但是，简单地增加铬含量以改进其耐腐蚀性会导致形成σ相，σ相可引起脆性，因此是不希望的。
本发明是基于以下的认识而完成的，同时增加Abex美国专利公开合金的铬和碳的浓度，这可能增加碳化铬相的体积百分数，而且能改善该铁铬合金的耐磨性，同时保持基体中的铬浓度在一定的水平，而不导致形成σ相。如上所述，根据发生磨损和腐蚀的机理，估计改进铁铬合金的耐磨性可能改进铁铬合金的耐磨损和耐腐蚀性能。
本发明提供的耐磨损和耐腐蚀铁铬合金的成分(重量%)如下34-50 铬1.5-2.5 碳≤5 锰≤5 硅≤5 钼≤10 镍≤5 铜每种含量≤1的一种或多种微量合金元素，选自钛、锆、铌、硼、钒和钨。
其余为铁和所伴随的杂质，其显微组织为在基体中的共晶碳化铬，其基体为如下所定义的铁素体、残余奥氏体和马氏体的一种或多种。
术语“铁素体”指得是含固溶铬的体心立方铁(α和/或δ形式)。
术语“奥氏体”指得是含固溶碳和铬的面心立方铁。
术语“马氏体”指得是奥氏体的转变产物。
优选的是基体含25-35%(重量)固溶铬。
优选的显微组织是在基体中还含有一次碳化铬，一次铁素体或一次奥氏体的其中之一。
元素铬、碳、锰、硅、钼、镍和铜的优选含量(重量%)如下36-40 铬1.9-2.1 碳1-2 锰0.5-1.5 硅1-2 钼1-5 镍1-2 铜对于上述优选的成分，优选基体含29-32%(重量)固溶铬。
根据本发明，同时增加铁铬合金的铬和碳含量使之高于Abex美国专利中公开的含量，使形成更大体积百分数的硬碳化物以提高耐磨性。更具体地说，更可取的是增加铬和碳含量的化学平衡使形成更大体积百分数的碳化铬而不增加基体铬含量使达到产生σ相脆性的临界值以上。
可以看出，本发明优选的合金呈现出比Abex美国专利公开的合金优越的抗磨损抗腐蚀性。这可由下面表1说明，表1列出了Abex美国专利公开合金和本发明优选合金的标准动电位腐蚀和园盘磨损试验的结果。合金的成分由表2给出。
表1.腐蚀和磨损试验结果腐蚀＊磨损＊＊(毫米/年) (毫米3/小时)Abex合金1＊5.60 488Abex合金2＊2.50 614铸件 1＃0.07 370铸件 2＃0.43 444＊ 10%硫酸，25℃到ASTM G61＊＊ 40%(重量)的硅砂泥浆 18米/秒表2 表1中合金的成分Cr C Mn Si Mo Ni Cu FeAbex合金1＊＊28.4 1.94 0.97 1.48 2.10 2.01 1.49 余Abex合金2＃＊＊27.5 1.65 1.21 1.47 2.00 2.00 1.39 余铸件 1＃35.8 1.95 0.96 1.48 2.10 2.04 1.48 余铸件 2＃40.0 1.92 0.96 1.59 1.95 1.95 1.48 余＊ 美国专利4，536，232的成分范围内的铸造合金＊＊ 美国专利4，536，232的成分范围内的经热处理合金从表1可以看出，本发明优选合金的耐腐蚀和耐磨损性能比Abex合金要好得多。
本发明合金具有不同于Abex美国专利公开的合金的显微组织，其差别可由含Abex美国专利公开合金和本发明优选合金的显微照片的附图来证明。
图1表示Abex合金的显微组织，该合金含28.4%铬、1.94%碳、0.97%锰、1.48%硅、2.10%钼、2.01%镍、1.49%铜，其余基本上是铁。该显微组织包含一次奥氏体枝晶(50%体积)和包含在共晶铁素体、残余奥氏体和马氏体的基体中的共晶碳化物的共晶组织。
图2表示一种本发明优选合金的显微组织，该合金含35.8%铬、1.94%碳、0.96%锰、1.48%硅、2.06%钼、2.04%镍、1.48%铜，其余基本上是铁。该显微组织是过共晶的，它具有一次铁素体枝晶(20%体积)和包含在共晶铁素体的基体中完全分散的共晶碳化物的共晶组织。可以看出，当与图1Abex合金的显微组织相比，图2显微组织反映出一次枝晶的体积减小，而共晶基体的体积增加，由于该共晶基体有一个比较高比例的碳化物，当和Abex合金相比时，在该合金中的硬碳化物的体积百分数总体上是增加的。可以看到，把图3-5与图1中所示的显微组织相比较，在更大的范围内上述现象也很明显。
图3表示本发明优选的另一种合金的显微组织，该合金含40.0%铬、1.92%碳、0.96%锰、1.59%硅、1.95%钼、1.95%镍、1.48%铜，其余基本上是铁。该显微组织为共晶铁素体基体中的共晶碳化物。
图4表示本发明优选的另一种合金的显微组织，该合金含40.0%铬、2.30%碳、2.77%锰、1.51%硅、2.04%钼、1.88%镍、1.43%铜，其余基本上是铁。该显微组织是过共晶的，它具有一次M7C3碳化物和包含在共晶铁素体基体中的共晶碳化物的共晶组织。
图5表示本发明优选的另一种合金的显微组织，该合金含43%铬、2.02%碳、0.92%锰、1.44%硅、1.88%钼、1.92%镍、1.2%铜，其余基本上是铁。在这种情况下的显微组织是过共晶的，它具有微量一次M7C3碳化物和包含在共晶铁素体基体中的共晶碳化物的共晶组织。
任何适当的常规浇铸和热处理技术都可以用来生产本发明合金。然而，优选的是进行铸造，然后在600-1000℃的温度下热处理，随后空冷来生产该合金。
对于上述合金可以有许多变化而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种耐磨损和耐腐蚀的铁铬合金，其特征在于该合金的成分(重量%)为34-50铬1.5-2.5碳≤5锰≤5硅≤5钼≤10镍≤5铜每种含量≤1的一种或多种微量合金元素钛、锆、铌、硼、钒和钨。其余为铁和所伴随的杂质，其显微组织为在含铁素体、残余奥氏体和马氏体的一种或多种的基体中的共晶碳化铬。
2.根据权利要求1确定的合金，其特征在于其显微组织还含在基体中的一次碳化铬、一次铁素体或一次奥氏体的其中之一。
3.根据权利要求1确定的合金，其特征在于其基体含25-35%(重量)的固溶铬。
4.根据上述任一项权利要求确定的合金，其特征在于该合金的成分(重量%)为36-40% 铬1.9-2.1 碳1-2 锰0.5-1.5 硅1-2 钼1-5 镍1-2 铜
5.根据上述任一项权利要求确定的合金的生产方法，其特征在于将合金在600-1000℃温度范围内热处理，然后空冷。
全文摘要
一种耐磨损和耐腐蚀铁铬合金，其成分(重量％)为34-50铬、1.5-2.5碳、≤5锰、≤5硅、≤5钼、≤10镍、≤5铜，每种含量≤1的一种或多种微量合金元素钛、锆、铌、硼、钒和钨，其余为铁和所伴随的杂质。该合金的显微组织为在含一种或多种铁索体、残余奥氏体和马氏体的基体中的共晶碳化铬。另外，该显微组织还在基体上含一次碳化铬、一次铁素体或一次奥氏体的其中之一。
文档编号C22C38/36GK1050569SQ90107369
公开日1991年4月10日 申请日期1990年8月4日 优先权日1989年8月4日
发明者凯文·弗朗西斯·多尔曼 申请人:沃曼国际有限公司