CN107354392A - 一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，其组成成分按重量百分比计如下：C：≤0.02%，Ni：6~8%，Cr：25~27%，Mo：3~6%，Cu：2.5~3.5%，N：0.2~0.3%，Mn：0.2%，V：0.2%，W：1~3%，Nb：0.15%，P：＜0.03%，S：＜0.03%，余量为Fe及不可避免的杂质；本发明既耐腐蚀又耐磨，特别是耐氯离子腐蚀性能好，具有高强度、硬度、机械性能和加工性能，经济性能好，成本低，使用寿命长，维修费用低，特别适用于制备工业烟气脱硫用泵、化肥行业磷酸料浆用泵及其搅拌浆。

Description

一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金

技术领域

本发明涉及一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，属于合金材料技术领域。

背景技术

我国工业烟气脱硫用泵、化肥行业磷酸料浆用泵及其搅拌浆等行业的特殊工况介质条件，由于输送介质存在温度高，F^-、CL^-含量高，且介质中含有一定的固相粒子，有的甚至高达40%左右,对泵用材质提出了更高要求。

提高合金耐磨蚀性能的途径有：形变强化、共格强化、第二相质点强化，细晶强化等。双相钢合金是由奥化体和铁素相组成，要使双相钢合金发挥形变强化功能必须具有足够数量的奥氏体。而且奥氏体占50%左右为好，按现有双相钢合金含Ni量为4-6%的情况下，即使通过热处理也达不到上述奥化体含量的要求。

国外合金大多采用奥氏体型合金或Fe-Ni基合金，如美国用CD-4Mcu、Carpenter20、Hastelloy型合金；法国、瑞典等欧洲国家多用Ub6或Sanicr028；日本则用A725M合金；

G-X3crnimocu246即CD-4Mcu是美国早起研制的双相钢合金，并获得了广泛的应用，CD-4Mcu的合金成分为C：≤0.03%；Ni：4~6%；Cr：25~27%；Mo：2~4%；Cu：2.5~3%；N：0.15%； Nb：0.15%； V：0.15%； P和S：＜0.03；目前双相钢的发展趋势是朝高Mo含量的方向发展，其中，德国研制开发的HA285双相钢是合金化程度较高的，它在粗磷酸中耐氯离子腐蚀的能力可与Hastelloyc合金相媲美，HA285的合金成分为C：≤0.03%；Ni：5~7%；Cr：26~28%；Mo：3~4%；Cu：2.5~3.5%；N：0.15%；Nb：0.15%； V：0.15%； P和S：＜0.03；上述奥氏体型合金虽然具有良好的耐腐蚀性能，但是硬度较低，耐磨蚀性能差，进口成本高；

国内用材比较混乱，近几年选用双相钢合金较多，如专利CN104195447A提出的一种用在泵阀产品上的超级双相不锈钢，其组成成分为：镍：6.5~8.5%，铬：24~26%，钼：3~4%，铜：0.5~1%，氮：0.2~0.3%，碳：≤0.02%，锰：≤1%，硅：≤1%，磷：≤0.03%，硫：≤0.025%，铈：0.05%~0.2%，余量为铁。上述合金材料均具有耐蚀不耐磨，耐磨不耐蚀的弊端，只有既耐蚀又耐磨的双相钢合金才能满足特殊工况介质泵用合金选材的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中合金材料耐蚀不耐磨，耐磨不耐蚀的缺陷，提供一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，特别是耐氯离子腐蚀性能好，具有高强度、硬度、机械性能和加工性能，经济性能好，成本低，使用寿命长，维修费用低，特别适用于制备工业烟气脱硫用泵、化肥行业磷酸料浆用泵及其搅拌浆。

本发明是通过如下的技术方案予以实现的：

一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，其组成成分按重量百分比计如下：C：≤0.02%，Ni：6~8%，Cr：25~27%，Mo：3~6%，Cu：2.5~3.5%，N：0.2~0.3%， V：0.2%，W：1~3%，Nb：0.15%，P：＜0.03%，S：＜0.03%，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述Fe的重量百分比含量为52~62%，优选地，所述Fe的重量百分比含量为56%。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述双相钢合金还包含稀土元素，所述稀土元素的重量百分比含量为0.15%。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述双相钢合金的PRE＝％Cr+3.3％Mo+16％N为38~42,优选地，PRE为40.55。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述双相钢合金采用微碳铬铁、镍板、钼铁、铜、氮化铬铁、铌铁、钒铁、钨铁、稀土和工业纯铁熔炼制得。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述钼铁中Mo的质量百分比含量为50%。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述铌铁中Nb的质量百分比含量为78%。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述钒铁中的V质量百分比含量为50%。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述钨铁中的W质量百分比含量为75%。

上述一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述双相钢合金可采用熔模精密铸造工艺用于制备化工泵产品。

本发明的有益效果为：

①耐腐蚀性能好，特别是耐氯离子的腐蚀性能好；②耐磨蚀性能好，合金有足够的强度和硬度，有利于耐磨蚀性能；③加工性能好，具体为较高的机械性能，包括σb抗拉伸强度、σs屈服强度、δ伸长率、Ψ断面收缩率、HB硬度，和好的铸造、焊接及机加工等加工性能；④经济性能好，成本低，使用寿命长，维修费用低。

附图说明

图1为本发明所述双相钢合金等耐腐蚀曲线图。

（图中曲线分别表示：1、在磷酸体积百分比浓度为75%，温度为100℃时，年腐蚀率为0.01毫米；2、在磷酸体积百分比浓度为70%，温度为100℃时，年腐蚀率为0.05毫米；3、在磷酸体积百分比浓度为60%，温度为118℃时，年腐蚀率为0.1毫米；4、在磷酸体积百分比浓度为70%，温度为138℃时，年腐蚀率为0.3毫米）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。

所述微碳铬铁的牌号为FeCr55c10、生产厂家为上海铁合金厂；所述钼铁的牌号为FeMo55-A，生产厂家为上海铁合金厂；所述铜为电解纯铜；所述镍板中Ni的质量百分比含量为99.99%,所述镍板的牌号为0#，生产厂家为甘肃金川公司；所述氮化铬铁的牌号为FecrN、生产厂家为无锡市梅村金属铸造材料有限公司；所述稀土含有镧、镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或几种，稀土含量＞99.5％，购自于郑州生裕化工产品有限公司。

实施例1

一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，按100kg双相钢合金计，按传统熔炼工艺将微碳铬铁43kg、镍板6.5kg、钼铁10kg和氮化铬铁5kg和工业纯铁29.15kg投入中频电熔炉内熔炼1.5~2h，出钢温度为1650℃，出钢前投入铜3kg、铌铁0.3kg、钒铁0.4kg、钨铁2.5kg、稀土0.15kg中进行熔炼制得双相钢合金；所述钼铁中Mo的质量百分比含量为50%，所述铌铁中Nb的质量百分比含量为78%，所述钒铁中的V质量百分比含量为50%，所述钨铁中的W质量百分比含量为75%。

制得的双相钢合金中组成成分按重量百分比计如下：C：≤0.02%，Ni：7%，Cr：26%，Mo：5%，Cu：3%，N：0.2%， V：0.2%，W：2%，P：＜0.03%，S：＜0.03%，稀土元素：0.15%，Nb：0.15%，余量为Fe。

本发明较CD4Mcu和HA285合金增加了镍含量、钼含量及氮含量，同时添加了钨，借鉴CD4Mcu和HA285合金的试验数据来评价本发明的耐蚀性能是可行的。

镍除有优良的耐蚀性外，它还属于奥氏体相稳定元素，扩大奥氏体稳定区，并具有良好的热加工性，冷变形能力，可焊性和低温韧性等。

钼是稳定铁素体的重要合金元素，促使合金钝化，其特点是增加合金的耐还原性介质和耐点蚀等的腐蚀。

氮与镍的作用相似，能降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，使合金的热力学稳定性有所增加，无论是氧化性介质还是还原性介质，增加Ni或N都是有效的。

钨和钼复合加入对持久强度和蠕变抗力的作用比钨或钼单独加入更为有效，对强化固溶体的作用更加明显。

在含氯化物环境中的已知抗腐蚀性方法即抗点状腐蚀等价法,简称PRE，定义为：PRE＝％Cr+3.3％Mo+16％N，其中每种元素的百分比指的是重量百分比，数值越高表示尤其在抗点状腐蚀方面具有更好的抗腐蚀性；通过对制得的双相钢合金进行计算，PRE＝Cr％+3.3Mo％+16N％=40.55，当PRE超过40时通常称为超级双相钢为最好；

将制得的双相钢合金浇注成型，测试在不同磷酸体积浓度和温度溶液中的年腐蚀率，结果见附图1，由附图可知，若产生点腐蚀，它的临界点腐蚀温度应该在55℃左右，比G-X3crnimocu246即CD-4Mcu的PRE值高，产生临界点腐蚀温度比CD-4Mcu提高15℃左右，因此本发明具有良好的耐腐蚀性能。

双相钢合金是由奥化体和铁素相组成，要使双相合金发挥形变强化功能必须具有足够数量的奥氏体。而且奥氏体占50%左右为好，按现有双相合金含Ni量为4-6%的情况下，即使通过热处理也达不到上述奥化体含量的要求，所以必须加入一定数量的氮才能实现，因此要使双相钢合金具有形变强化能力，必须保证合金中含有足够数量的奥化体，在设计本发明成份时，考虑到铁素体形成元素Cr，Mo等元素的含量，以适当的奥化体形成元素Ni和N相匹配，同时加入W，这不仅使合金有足够的形变强化能力，而且为合金的进一步硬化打下了良好的组织基础。

实施例2

一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，所述双相钢合金可采用熔模精密铸造工艺用于制备化工泵产品，其制备方法如下：通过制造蜡模组件，焊接模具组件制得蜡模，清洗蜡模，重复多次在蜡模内涂覆脱膜涂料及干燥蜡模进行硬化制得型壳，硬化时加入氧化铝，型壳脱蜡、焙烧后，浇注实施1制得的双相钢合金，浇注温度为1500~1650℃，震动脱壳后切割浇口制得坯料，切割下的浇口经熔炼后混合入双相钢合金重复利用，坯料磨内浇口，喷丸或喷砂处理后清砂，再热处理，热处理条件为起始温度为800℃，升温速率为30~70℃/h，退火温度为1000℃，保温15~18h，通过热处理可将铸态时铸件硬度由HRC 26提高到HRC 40，修整焊补，钝化，抛光或机加工即得化工泵产品。

本发明所述的双相钢合金比HA-285合金的碳含量还低，强度高，并企图通过热处理工艺的温度改变使合金具有不同硬度级，包括硬度HB=300和硬度HB=400，以满足不同工况的需要。

通过适当热处理工艺控制，从而实现了A/F=1:1的目标，其中A表示奥化体，F表示铁素体，这不仅使合金有足够的形变强化能力，而且为合金的进一步硬化打下了良好的组织基础，σs屈服强度大于50MPa；

双相钢合金中含有50%左右的铁素体，符合中温脆性转变和析出σ相的相变规律。我们利用了相变规律使本发明的硬度进一步提高到硬度HB=300和硬度HB=400级，提高了合金的耐磨蚀性能。

同时根据日本长期湿法磷酸选泵用材的经验，对含有固相粒子35%的二水法流程和半水法流程，泵用合金必须经过硬化处理，在同样的硬化条件下， A725M合金的硬度HB=240，A400U合金和CD-4Mcu合金的硬度HB=270，A955合金的硬度HB=200而本发明经硬化处理后的硬度都大大超过了上述合金，是迄今为止，硬度最高的双相合金。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其中，其组成成分按重量百分比计如下：C：≤0.02%，Ni：6~8%，Cr：25~27%，Mo：3~6%，Cu：2.5~3.5%，N：0.2~0.3%，V：0.2%，W：1~3%，Nb：0.15%，P：＜0.03%，S：＜0.03%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述Fe的重量百分比含量为52~62%，优选地，所述Fe的重量百分比含量为56%。

3.如权利要求1所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述双相钢合金还包含稀土元素，所述稀土元素的重量百分比含量为0.15%。

4.如权利要求1所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述双相钢合金的PRE＝％Cr+3.3％Mo+16％N为38~42,优选地，PRE为40.55。

5.如权利要求1所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述双相钢合金采用微碳铬铁、镍板、钼铁、铜、氮化铬铁、铌铁、钒铁、钨铁、稀土和工业纯铁熔炼制得。

6.如权利要求5所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述钼铁中Mo的质量百分比含量为50%。

7.如权利要求5所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述铌铁中Nb的质量百分比含量为78%。

8.如权利要求5所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述钒铁中的V质量百分比含量为50%。

9.如权利要求5所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述钨铁中的W质量百分比含量为75%。

10.如权利要求1所述的一种既耐腐蚀又耐磨的双相钢合金，其特征为，所述双相钢合金可采用熔模精密铸造工艺用于制备化工泵产品。