耐腐蚀和耐腐损的冷硬铸件

摘要

本发明的课题是一种冷硬铸件，它以在腐蚀性介质中的高耐腐蚀性而见长，并且在它的耐磨损方面接近商业上通用的冷硬铸件。本发明所述的冷硬铸件具有下列组成，以-％(重量)计为：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，其余为Fe和熔炼带入的杂质。

说明书

在流体研磨的磨损负荷中，现有技术使用以铁为基础的含碳的铬冷硬铸件。这类铸件以碳含量高于2％重量为特征。作为这方面的例子要数材料Nr.0.9630、Nr.0.9635、Nr.0.9645和Nr.0.9655。由于生成碳化物引起的Cr的高消耗制约，这种材料当然不具有超出非合金铸铁范围的耐腐蚀性。

通过降低C-含量和提高Cr-含量，有可能比较容易地提高耐腐蚀性，然而必须将就为此降低了的耐磨损性。这一组的典型代表是材料G-X170 CrMo 252。这一组材料的决定性缺点是，在化学腐蚀介质中，例如在烟气脱硫设备的酸性(pH3)含氯化物(50g/l Cl)水中，只有当Cr-含量很高时，才能达到耐腐蚀性。在以Fe为基础的合金中，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-含量带来下列缺点，即它们使机械性能决定性变坏，并且明显影响浇铸性。

出于这种原因，对于所谓的腐蚀介质采用耐腐蚀的特种钢，其耐磨损性能可以通过附加低碳含量(＜0.5％)和由此而产生的碳化物的低体积份额轻易得到改善。一个典型的这方面例子是材料1.4464，通过碳化铬的生成，基本结构的铬含量和耐腐蚀性相应的下降。因此继续提高碳含量是毫无意义的。

在较高的碳含量情况下为了避免基体的铬贫化，一种可能办法是附加其它的生成碳化物的元素。这一点已在具有较低铬含量(＜20％)的钢中得以实践，这种钢可以被用于弱腐蚀介质中。这方面的例子是DE-A-4202339。作为特别优越的例子是附加铌，因为这种合金元素生成纯的MC-碳化物。钒元素在这方面视为不大合适，因为它与铬和铁生成混合碳化物，而这种物质视为耐磨损性低。

另外，通过附加少量的铌、钒或钛来提高高铬含量材料1.4464的耐化学—摩擦性的试验已知的(M.Pohl，A.Ibach.A.Oldewurtel：Neul Gu β-undSchmiedestahle mit verbesserte Chemisch/tribologischer Bestandigkeit.Tagungsband zuv 5.Prasentation TRIBOLOGIE 1991，Koblenz，368-376页)。由保持低碳含量决定的，耐磨损性只能部份得到很轻微改善。

本发明的任务是提供一种金属铸造材料，它以在腐蚀介质中的高耐腐蚀性见长，并且它在耐磨损性方面接近商业上通常的冷硬铸件品种。

这项任务通过一种具有在权利要求1的特征部分所述成分的冷硬铸件得以完成。除了高的耐腐蚀性和耐磨损性以外，这种铸造材料还具有一种好的浇铸性，这一点使其可在常规的特种钢铸造工厂制造此外，这种冷硬铸件加工性好。

这项任务首先通过以下几点得以实现：铬含量26至36％(重量)，碳含量为1.4至1.9％(重量)，钒含量大于4％(重量)，其中这种碳含量导致足够高的碳化物体积份额，而钒含量则通过形成富钒碳化物减弱了基体的铬贫化。因此，可以避免以往必须超比例的提高铬含量的情况。

加入钒还带来另外的优点。钒是第5副族的一种元素，它的碳化物以在以Fe为基础的含金中浸润性好和与碳化铬相比溶解性低而著称。同时，在液态的溶解性高于碳化铌的溶解性，这样富钒的碳化物主要在一个后来的凝固阶段或者在固态才生成，由此达到一种立体均匀的碳化物分布而没有重力熔析。这是一个为了实现好的耐磨损性的必要前提。

另外，与到目前为止的假定相反，已表明富钒碳化物作为耐磨损的载体是与其它特别碳化物相等的。富钒混合碳化物基于它的形状和由此产生的低缺口效应，从断裂机械性能的角度看是有利的。在基体里剩留的钒不会对机械性能产生负作用。

在前面给定的含量限值内，钼的含量对于耐腐蚀是重要的，尤其是在含氯化物的酸性介质中更是为此。

铜的含量限制在3MA％，以便减少在浇铸厚壁铸件时的开裂危险。少量铜含量在氧化介质中产生好的耐腐蚀性，所以它是商业通用的高合金Duplex-钢的组成部分。在本发明所述材料中允许的铜含量，其另一个优点是在熔炼时可使用商业上通用的、高合金钢铸件的循环材料。

通过有目的地按权利要求2所述以6-10MA％的范围添加奥氏体形成元素镍，可以使相组成部分铁氧体和奥氏体在基体中的份额比例调整到确定的比例。

Duplex-结构在不锈钢中的积极性能是已知的。在铁氧体基体中具有高碳含量和碳化物晶格的冷硬铸件品种的极高的脆性，通过在奥氏体相中压倒优势地贮藏富钒碳化物而得以避免。与铁氧体相相反，不会由于金属间相分离或通过分离过程而变脆，所以碳化物和基体之间在应力下开裂的危险也不如在纯的铁氧体基体中大。

为了获得一种由具有贮藏的碳化物的铁氧体-奥氏体基体构成的结构特性，在惯常的溶液淬火温度下必须进行热处理，同时以此达到较好的加工性。

另外还可以通过进一步有目的的按着高合金钢的ZTU-图表进行热处理，可以利用铁氧体易于产生析出的已知倾向来提高硬度，从而同时提高耐磨损性。

根据权利要求3，冷硬铸件中添加最大限度为4％(重量)的铌份额，以便可出现共析的碳化铌的次级析出，这对提高耐磨损性有帮助。铌含量控制在最高4％(重量)，以便避免在熔解时出现初级碳化铌的析出，这是因为初级碳化铌基于它的密度不同于基体，很容易熔析。

与铬冷硬铸件相比较，本发明的材料限于碳化物的铬含量较低，表现出较低的腐蚀敏感性，尤其对选择性的腐蚀更是如此。

该材料的另一个优点是，在已有的耐磨损性条件下，耐腐蚀性可以通过改变对化学腐蚀重要的合金元素，而根据要求进行调节，这里要注意的的是随着合金含量的增加，制造性(可浇铸性、切削加工性)将变得困难了。

本发明所述的材料涉及耐腐蚀性和耐磨损性的结合，与目前已知的用于液体研磨的冷硬铸件相比较，具有明显的优势。

这一点可以借助用作实施例的比较加以说明，在此用3种本发明材料的变体和4种已知的冷硬铸件进行比较。

图1展示材料在液体研磨时的磨损速率图，和

图2展示在强酸性介质中腐损速率图(pH0.5；10g/l Cl^-；60℃)。

为了获得图1磨损速率，采用一个模拟磨损仪器，在此仪器中作为腐蚀剂使用石英砂-水，混合比例为1∶1，砂子颗粒为0.9-1.2mm。试验时间分别为2小时。转动速度为3000转/分。每一材料样品的直径为55mm，其厚度为5mm。

图1和图2中，图的纵座标表示以mm/a表示的磨损量，横座标用字母A至D标明，在表1中详细列出标明的材料，同时在表2中列出了本发明所述材料的三个变体，它们用标记E(1)至E(3)表示，并列出它们的组成。                    表1：投入试验的已知材料

    标记    缩写名称    A    G-X 250 CrMo 15 3    B    G-X 170 CrMo 25 2    C    G-X 3 CrNiMoCu 24 6    D    G-X 40 CrNiMo 27 5                表2：试验用的本发明所述材料的合金组成标记    C    Si    Mn    Cr    Ni    Mo    Cu    V    Fe    E(1)    1.5    0.8    0.6    26.6    7.9    2.6    1.8    5.2    余量    E(2)    1.5    1.2    0.8    30.1    8.2    2.4    1.7    5.0    余量    E(3)    1.8    0.8    0.9    31.8    8.7    2.8    1.8    8.9    余量