专利名称：高度抗腐蚀及耐磨的冷硬铸件的制作方法
众所周知，在受液态磨损性介质的磨蚀作用下使用的材料是属于铁基含碳的Cr-冷硬铸件。这类材料一般的含碳量都超过2重量％，例如0.9630号，0.9635号，0.9645号，0.9655号材料。在这类材料中含的Cr大部分消耗在形成碳化物方面，因而它的抗腐蚀性只能大体上达到非合金的铁铸件的水平。
如果降低含碳量以及增大铬含量也可稍微提高其抗腐蚀性。这方面的实例有材料G-X170 CrMo252。属于这类材料的所有型号都具有一个重要缺点，即在例如烟道气脱硫过程中生成的酸性含氯化物的具有化学侵蚀性的水溶液中，铬含量很大时才能显示出材料的抗腐蚀作用。可是在铁氧体型的铁基合金材料中的铬含量很高，例如G-X160 Cr Ni MoCu42222或G-X140 Cr Mn Ni Mo Cu 414221材料的机械性能就很差，而且还严重影响其可铸造性质。
因而在上述的侵蚀性强的介质中通常要使用抗腐蚀的高质量合金钢，并在材料中加入少量的碳(＜0.5％)以形成体积％不大的碳化物而改善其耐磨性。材料1.4464就是其中的一个实例。由于形成铬的碳化物而降低了基础结构中的铬含量，从而相应地抗腐蚀性也随着降低。因此碳含量再增大是不恰当的。
本发明的目的如下，即创造一种金属铸件材料，其特征为耐磨性大致与目前市场上供应的冷硬铸件品种相同，而在侵蚀性介质中，则具有很高的抗腐蚀性。
在本申请权利要求1所提出的化学组成就能完满实现本发明的目的。
按照本发明制成的材料不仅具有高度抗腐蚀及耐磨性，而且其铸造性能也很好。因而可按传统的高质量合金钢铸造工艺来铸造这种材料。此外，这种冷硬铸件的加工性能也很好。
具有上述良好性能的主要因素是铬含量在36-42重量％，碳含量在1.4-1.9重量％。因而可形成足够高的体积％碳化物。由于铬含量很大，碳化物对铬的消耗在基体中铬含量的影响已微不足道了。
有目的地调整形成奥氏体的镍的加入量使其浓度范围在5-12MA％就有可能确定在基体中铁氧体与奥氏体之间的相组成比例。不锈钢中双重结构的优越性也在这里加以发挥。在奥氏体相中形成大量的碳化铬，从而避免了在一般情况下由于铁氧体组成的基体中碳含量高以及存在碳化物的点阵结构而出现特大的脆性。由于奥氏体相不同于铁氧体相，不易析出金属间相或出现其他分相而变脆，因而碳化物与基体组织之间的应力造成的开裂危害也没有纯铁氧体基体那样大。
为了使铁氧体-奥氏体的基础组织与其中的碳化物形成稳定结构，采用一般性的溶液淬火温度下的热处理是必要的，而且通过热处理可以同时改善铸件的加工性能。
铁氧体的金属间相会对抗腐蚀性产生不良影响以及增大脆性，可以通过本申请权利要求2提出的组成加以避免。镍含量的下限是由形成(二次)奥氏体必需的量决定的。
其上限则由下列要求决定，即在制造大型铸件时在空气中冷却后还能保持无析出的铁氧体，奥氏体及碳化物所组成的结构。因为奥氏体形成时会使铁氧体相中的铬含量增加从而促使σ-相的形成。Si含量过高时也会造成这种不受欢迎的相同效果，因而限制在最高不超过1重量％。按照权利要求2提出的组成可以达到抗腐蚀及耐磨两者的最佳结合。
此外还有可能通过进一步的有目的的热处理使铁氧体按照高级合金钢的ZTU图所示倾向于形成析出物(金属间相)而增大其硬度，从而进一步提高其耐磨性能。
上述各相的析出速度还可按照权利要求3提出的组成明显增大，即使不进行补充的热处理也可达到最佳的耐磨性能。
权利要求1-3中提出的钼含量的上下限对特别在含氯化物的酸性介质中的抗腐蚀性十分重要。
为了降低铸造厚壁铸件时产生裂纹的危害将铜含量限制在3MA％以内。减少铜含量也可改善在氧化性介质中的抗腐蚀能力。因此市场供应的双倍高级合金钢也采用这种办法。此外允许在材料中含一定成份的铜还有一个优点就是在铸造时可以使用一部分市场上供应的回收高级合金钢铸件。
按照权利要求1中提出的上下限范围内改变组成中的碳及铬含量就有可能使按本发明制成的材料在抗腐蚀及耐磨方面按照用户的要求进行调整。
按照权利要求4加入钒可以避免由于形成粗颗粒而产生非均一的结构。铬的改善颗粒细度的性能要在含量高于目前一般用量水平才显示出来，它不会在其他性能产生不良影响。
关于抗腐蚀与耐磨之间的联系问题，按本发明制造的材料明显优于目前已知的在液态磨蚀介质中使用的冷硬铸件品种。
根据下列的对比实例可以证明上述情况。这里是将按本发明制成的材料与四种目前知名的冷硬铸件品种进行对比。
结果如附
图1及2所示图1在液态磨蚀性介质中被磨蚀情况，图2在强酸性含氯化物的介质(pH0.5；10g/1Cl-；60℃)中的被腐蚀情况。
图1的测定结果是在一个典型的磨蚀器中得出的，作为侵蚀介质为含石英砂的水，砂与水的比为1∶1，砂的粒度为0.9-1.2mm。测定时间每次均为2小时。设备转速为每分3000转。材料的形状为直径55mm，厚5mm。
图1及2所示出的图中纵坐标表示试样损失的程度，单位为mm/a。横坐标上以字母A到D表示下面表1中列举的材料，而字母E则表示按本发明制成的材料，其组成如表2中所示。
表1对比试验用的目前已知材料
表2对比试验用的按本发明制造的材料的合金组成
权利要求
1.抗腐蚀及耐磨的冷硬铸件，其特征在于(a)按重量％表示的下列组成Cr＝36到46Ni＝5到12Mo＝2到6Cu≤3N≤0.2Si≤1.5Mn≤1.5C＝1.4到1.9余量为Fe及熔制过程进入的杂质；(b)按体积％表示的下列组成奥氏体＝20到40铁氧体＝20到40碳化物＝20到40其中的碳化物为点阵结构。
2.权利要求1的抗腐蚀及耐磨的冷硬铸件，其特征在于具有按重量％表示的下列组成Cr＝38.5到41.5Ni＝5到7Mo＝2到3Cu≤3N≤0.1到0.2Si≤1Mn≤1.5C＝1.4到1.6
3.权利要求1的抗腐蚀及耐磨冷硬铸件，其特征在于具有以重量％表示的下列组成Cr＝42到44Ni＝8到10Mo＝2到4Cu≤3N≤0.1Si≤1到2Mn≤1.5C＝1.4到1.6铸件材料中的铁氧体具有析出金属间相的特征。
4.权利要求1到3的任一抗腐蚀及耐磨冷硬铸件，其特征在于含0.5到2.5重量％钒作为附加的合金成份。
5.权利要求1-4的任一冷硬铸件在与含腐蚀性固体物的流动介质接触的场所作为构件的应用。
6.权利要求1-4的任一冷硬铸件在制造与含腐蚀性固体物的介质接触的泵及管件中的应用。
全文摘要
本发明为一种冷硬铸件其特征为它具有在侵蚀性介质中的高度抗腐蚀性，而其耐磨性达到当前市场上供应的冷硬铸件品种的水平。按照本发明制成的冷硬铸件具有以下用重量％表示的组成Cr=36-46％，Ni=5-12％，Mo=2-6％，Cu≤3％，N≤0.2％，Si≤1.5％，Mn≤1.5％，C=1.4-1.9％，余量为Fe及制造过程进入的杂质。此铸件按体积％表示的组成如下奥氏体=20-40％，铁氧体=20-40％，碳化物=20-40％，其中的碳化物为点阵结构。
文档编号C22C37/08GK1148415SQ95193067
公开日1997年4月23日 申请日期1995年5月11日 优先权日1994年5月17日
发明者A·杜瓦斯, H·科帕, W·普雷特尔, J·施洛弗, H·蒂施纳 申请人:Ksb股份公司