專利名稱：耐腐蝕和耐腐損的冷硬鑄件的制作方法
在流體研磨的磨損負荷中，現有技術使用以鐵為基礎的含碳的鉻冷硬鑄件。這類鑄件以碳含量高于2％重量為特征。作為這方面的例子要數材料Nr.0.9630、Nr.0.9635、Nr.0.9645和Nr.0.9655。由于生成碳化物引起的Cr的高消耗制約，這種材料當然不具有超出非合金鑄鐵范圍的耐腐蝕性。
通過降低C-含量和提高Cr-含量，有可能比較容易地提高耐腐蝕性，然而必須將就為此降低了的耐磨損性。這一組的典型代表是材料G-X170 CrMo 252。這一組材料的決定性缺點是，在化學腐蝕介質中，例如在煙氣脫硫設備的酸性(pH3)含氯化物(50g/l Cl)水中，只有當Cr-含量很高時，才能達到耐腐蝕性。在以Fe為基礎的合金中，如在已知的材料G-X160 CrNiMoCu 42 2 2 2以及G-X140 CrMnNiMoCu 41 4 2 2 1中，高Cr-含量帶來下列缺點，即它們使機械性能決定性變壞，并且明顯影響澆鑄性。
出于這種原因，對于所謂的腐蝕介質采用耐腐蝕的特種鋼，其耐磨損性能可以通過附加低碳含量(＜0.5％)和由此而產生的碳化物的低體積份額輕易得到改善。一個典型的這方面例子是材料1.4464，通過碳化鉻的生成，基本結構的鉻含量和耐腐蝕性相應的下降。因此繼續(xù)提高碳含量是毫無意義的。
在較高的碳含量情況下為了避免基體的鉻貧化，一種可能辦法是附加其它的生成碳化物的元素。這一點已在具有較低鉻含量(＜20％)的鋼中得以實踐，這種鋼可以被用于弱腐蝕介質中。這方面的例子是DE-A-4202339。作為特別優(yōu)越的例子是附加鈮，因為這種合金元素生成純的MC-碳化物。釩元素在這方面視為不大合適，因為它與鉻和鐵生成混合碳化物，而這種物質視為耐磨損性低。
另外，通過附加少量的鈮、釩或鈦來提高高鉻含量材料1.4464的耐化學—摩擦性的試驗已知的(M.Pohl，A.Ibach.A.OldewurtelNeul Gu β-undSchmiedestahle mit verbesserte Chemisch/tribologischer Bestandigkeit.Tagungsband zuv 5.Prasentation TRIBOLOGIE 1991，Koblenz，368-376頁)。由保持低碳含量決定的，耐磨損性只能部份得到很輕微改善。
本發(fā)明的任務是提供一種金屬鑄造材料，它以在腐蝕介質中的高耐腐蝕性見長，并且它在耐磨損性方面接近商業(yè)上通常的冷硬鑄件品種。
這項任務通過一種具有在權利要求1的特征部分所述成分的冷硬鑄件得以完成。除了高的耐腐蝕性和耐磨損性以外，這種鑄造材料還具有一種好的澆鑄性，這一點使其可在常規(guī)的特種鋼鑄造工廠制造此外，這種冷硬鑄件加工性好。
這項任務首先通過以下幾點得以實現鉻含量26至36％(重量)，碳含量為1.4至1.9％(重量)，釩含量大于4％(重量)，其中這種碳含量導致足夠高的碳化物體積份額，而釩含量則通過形成富釩碳化物減弱了基體的鉻貧化。因此，可以避免以往必須超比例的提高鉻含量的情況。
加入釩還帶來另外的優(yōu)點。釩是第5副族的一種元素，它的碳化物以在以Fe為基礎的含金中浸潤性好和與碳化鉻相比溶解性低而著稱。同時，在液態(tài)的溶解性高于碳化鈮的溶解性，這樣富釩的碳化物主要在一個后來的凝固階段或者在固態(tài)才生成，由此達到一種立體均勻的碳化物分布而沒有重力熔析。這是一個為了實現好的耐磨損性的必要前提。
另外，與到目前為止的假定相反，已表明富釩碳化物作為耐磨損的載體是與其它特別碳化物相等的。富釩混合碳化物基于它的形狀和由此產生的低缺口效應，從斷裂機械性能的角度看是有利的。在基體里剩留的釩不會對機械性能產生負作用。
在前面給定的含量限值內，鉬的含量對于耐腐蝕是重要的，尤其是在含氯化物的酸性介質中更是為此。
銅的含量限制在3MA％，以便減少在澆鑄厚壁鑄件時的開裂危險。少量銅含量在氧化介質中產生好的耐腐蝕性，所以它是商業(yè)通用的高合金Duplex-鋼的組成部分。在本發(fā)明所述材料中允許的銅含量，其另一個優(yōu)點是在熔煉時可使用商業(yè)上通用的、高合金鋼鑄件的循環(huán)材料。
通過有目的地按權利要求2所述以6-10MA％的范圍添加奧氏體形成元素鎳，可以使相組成部分鐵氧體和奧氏體在基體中的份額比例調整到確定的比例。
Duplex-結構在不銹鋼中的積極性能是已知的。在鐵氧體基體中具有高碳含量和碳化物晶格的冷硬鑄件品種的極高的脆性，通過在奧氏體相中壓倒優(yōu)勢地貯藏富釩碳化物而得以避免。與鐵氧體相相反，不會由于金屬間相分離或通過分離過程而變脆，所以碳化物和基體之間在應力下開裂的危險也不如在純的鐵氧體基體中大。
為了獲得一種由具有貯藏的碳化物的鐵氧體-奧氏體基體構成的結構特性，在慣常的溶液淬火溫度下必須進行熱處理，同時以此達到較好的加工性。
另外還可以通過進一步有目的的按著高合金鋼的ZTU-圖表進行熱處理，可以利用鐵氧體易于產生析出的已知傾向來提高硬度，從而同時提高耐磨損性。
根據權利要求3，冷硬鑄件中添加最大限度為4％(重量)的鈮份額，以便可出現共析的碳化鈮的次級析出，這對提高耐磨損性有幫助。鈮含量控制在最高4％(重量)，以便避免在熔解時出現初級碳化鈮的析出，這是因為初級碳化鈮基于它的密度不同于基體，很容易熔析。
與鉻冷硬鑄件相比較，本發(fā)明的材料限于碳化物的鉻含量較低，表現出較低的腐蝕敏感性，尤其對選擇性的腐蝕更是如此。
該材料的另一個優(yōu)點是，在已有的耐磨損性條件下，耐腐蝕性可以通過改變對化學腐蝕重要的合金元素，而根據要求進行調節(jié)，這里要注意的的是隨著合金含量的增加，制造性(可澆鑄性、切削加工性)將變得困難了。
本發(fā)明所述的材料涉及耐腐蝕性和耐磨損性的結合，與目前已知的用于液體研磨的冷硬鑄件相比較，具有明顯的優(yōu)勢。
這一點可以借助用作實施例的比較加以說明，在此用3種本發(fā)明材料的變體和4種已知的冷硬鑄件進行比較。


圖1展示材料在液體研磨時的磨損速率圖，和圖2展示在強酸性介質中腐損速率圖(pH0.5；10g/l Cl-；60℃)。
為了獲得圖1磨損速率，采用一個模擬磨損儀器，在此儀器中作為腐蝕劑使用石英砂-水，混合比例為1∶1，砂子顆粒為0.9-1.2mm。試驗時間分別為2小時。轉動速度為3000轉/分。每一材料樣品的直徑為55mm，其厚度為5mm。
圖1和圖2中，圖的縱座標表示以mm/a表示的磨損量，橫座標用字母A至D標明，在表1中詳細列出標明的材料，同時在表2中列出了本發(fā)明所述材料的三個變體，它們用標記E(1)至E(3)表示，并列出它們的組成。表1投入試驗的已知材料
表2試驗用的本發(fā)明所述材料的合金組成
權利要求
1.耐腐蝕和耐磨損的冷硬鑄件，其特征在于它有下列的組成，用-％(重量)表示為Cr＝26至36Ni≤10Mo＝2至6Cu≤3N≤0.2Si≤1.5Mn≤1.5V＝4至9C＝1.4至1.9其余為Fe和熔煉帶入的雜質。
2.按權利要求1所述的冷硬鑄件，其特征在于鎳含量是6-10％(重量)。
3.按權利要求1或2所述的冷硬鑄件，其特征在于鈮作為另一組分最高為4％(重量)。
4.按權利要求1至3中一項所述的冷硬鑄件作為部件之應用，該部件與流動的含固體物的腐蝕性介質相接觸。
5.按權利要求1至3中的一項所述的冷硬鑄件作為泵和配件之應用，它們與含固體物的腐蝕性介質相接觸。
全文摘要
本發(fā)明的課題是一種冷硬鑄件，它以在腐蝕性介質中的高耐腐蝕性而見長，并且在它的耐磨損方面接近商業(yè)上通用的冷硬鑄件。本發(fā)明所述的冷硬鑄件具有下列組成，以-％(重量)計為Cr＝26至36，Ni≤10，Mo＝2至6，Cu≤3，N≤0.2，Si≤1.5，Mn≤1.5，V＝4至9，C＝1.4至1.9，其余為Fe和熔煉帶入的雜質。
文檔編號C22C37/00GK1143982SQ95192063
公開日1997年2月26日 申請日期1995年3月2日 優(yōu)先權日1994年3月18日
發(fā)明者A·德瓦斯, W·普雷特爾, J·施洛弗, H·蒂施納 申請人:Ksb股份公司