CN107574352A

CN107574352A - 一种可硬化的奥氏体合金

Info

Publication number: CN107574352A
Application number: CN201710818696.2A
Authority: CN
Inventors: 何道凯; 薛波; 何光宇; 张选刚; 张志华
Original assignee: JIANGSU JINLI CHEMICAL MACHINERY CO Ltd
Current assignee: JIANGSU JINLI CHEMICAL MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本发明涉及一种可硬化的奥氏体合金，其组成成分按重量百分比计如下：C＜0.03%，Cr:25~28%，Ni:33~37%，Cu:2.5~3.5%，Si:2~4%，Mo:4~6%，N:0.3%，Nb：0.15~0.2%，稀土元素：0.15%，余量为Fe及不可避免的杂质，采用微碳铬铁、镍板、钼铁、铜、铌铁、稀土和硅铁熔炼制得；本发明耐腐蚀性能好，特别是耐硫酸的腐蚀性能好，同时具有高强度和硬度，耐磨蚀性能好，经济性能好，成本低，使用寿命长，维修费用低，特别适用于制造钛白粉生产过程中废硫酸浓缩处理特殊工况下的金属泵。

Description

一种可硬化的奥氏体合金

技术领域

本发明涉及一种可硬化的奥氏体合金，既耐蚀又耐磨，特别适用于制造钛白粉生产过程中废硫酸浓缩处理特殊工况下的金属泵，属于合金材料技术领域。

背景技术

硫酸的腐蚀性质可分为氧化性和还原性，主要取决于温度和浓度，一般的说：浓度在0-65%的H₂SO₄，在所有温度下都是还原性质的；浓度在65-85%的H₂SO₄，在低温下是还原性质的，在高温下是氧化性质的；浓度在85-100%的H₂SO₄，在所有温度下都是氧化性质的。

判断硫酸的腐蚀性质对泵的选材来说十分重要，而钛白粉生产中的废硫酸由于浓缩的工艺不同，其硫酸浓度可在20~70%之间，且温度很高，达到80~130℃，因此，废硫酸的腐蚀性质以还原性质为主，高浓度的废硫酸在高温下具有氧化性质；另一个特点是废酸中含有一定数量的固相，如硫酸亚铁等，因此要求材料既具有好的耐腐蚀性能，又要有好的耐磨蚀性能。

含Si量在14.5%的高硅铸铁，可以作为选材之一，但由于它和玻璃一样的脆，给生产和应用带来较大困难，因此国外发展一系列合金取代高硅铸铁。；美国的20Cb3合金在80℃也只能用60%以下的浓度硫酸，在60-75%浓度的硫酸中是不能使用的；CD4-Mcu温度在80℃，浓度在25-80%范围内的硫酸年腐蚀速率大于1mm/年也是不能使用的；哈氏G合金也只能用在50% H₂SO₄以下的浓度，且通常耐腐蚀性能好的奥氏体合金量是不能够硬化的，寿命较短的原因不是耐腐蚀性能不好，而是耐磨蚀性能不足而导致了寿命下降。

因此亟待研发一种可硬化的奥氏体合金，既耐蚀又耐磨，特别适用于钛白粉生产过程中废硫酸浓缩处理特殊工况下的金属泵材。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的缺陷，为满足钛白粉废酸处理工况的苛刻条件，提供一种可硬化的奥氏体合金，既耐蚀又耐磨，特别适用于制造钛白粉生产过程中废硫酸浓缩处理特殊工况下的金属泵。

本发明是通过如下的技术方案予以实现的：

一种可硬化的奥氏体合金，其中，其组成成分按重量百分比计如下： C＜0.03%，Cr:25~28%，Ni:33~37%，Cu:2.5~3.5%，Si:2~4%，Mo:4~6 %，N:0.3%，Nb：0.15~0.2%，稀土元素：0.15%，余量为Fe及不可避免的杂质。

上述一种可硬化的奥氏体合金，其中，所述不可避免的杂质包括P和S，按重量百分比计P和S均≤0.03%。

上述一种可硬化的奥氏体合金，其中，优选地，按重量百分比计：Cr为26%，Ni为35%，Cu为3%，Si为3.5%，Mo为5%，Nb为0.15%。

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21~29%，优选地，所述Fe的重量百分比含量为27%

上述一种可硬化的奥氏体合金，其中，所述奥氏体合金采用微碳铬铁、镍板、钼铁、铜、铌铁、稀土和硅铁熔炼制得。

上述一种可硬化的奥氏体合金，其中，所述钼铁中Mo的质量百分比含量为50%。

上述一种可硬化的奥氏体合金，其中，所述铌铁中Nb的质量百分比含量为78%。

上述一种可硬化的奥氏体合金，其中，所述硅铁中Si的质量百分比含量为74%。

上述一种可硬化的奥氏体合金，其中，所述奥氏体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，特别是耐硫酸的腐蚀性能好；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，特别适用于制造钛白粉生产过程中废硫酸浓缩处理特殊工况下的金属泵。

附图说明

图1 为本发明所述奥氏体合金等耐腐蚀曲线图。

（图中曲线分别表示：1、在硫酸体积百分比浓度为70%，温度为60℃时，年腐蚀率为0.05毫米；2、在磷酸体积百分比浓度为60%，温度为100℃时，年腐蚀率为0.1毫米；3、在磷酸体积百分比浓度为60%，温度为130℃时，年腐蚀率为1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

一种可硬化的奥氏体合金，其中，按100kg奥氏体合金计，按传统熔炼工艺将微碳铬铁43kg、镍板35kg和钼铁10kg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、稀土0.15kg和硅铁4kg投入熔炼炉中进行熔炼制得奥氏体合金；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%，所述硅铁中Si的质量百分比含量为74%。

制得的奥氏体合金的组成成分按重量百分比计如下： C＜0.03%，Cr:26%，Ni:35%，Cu:3%，Si:3.5%，Mo:5 %，N:0.3%，Nb：0.2%，稀土元素：0.15%，P和S均≤0.03%，余量为Fe。

本发明所述奥氏体合金的组分选择理由如下：

C：尽管C具有扩大奥氏体合金区的作用，但C含量过高时，易形成以碳化物在晶界析出，降低晶界铬含量，因此合金耐腐蚀性能明显下降，且合金的塑性和韧性降低，因此C的含量控制在0.03%以下。

Cr：具有很好的抗局部腐蚀和均匀腐蚀能力，可以在氧化介质中，在合金表面快速形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富Cr氧化膜，Cr的含量要在25％以上才能达到上述效果，使合金具有更高的耐腐蚀性能，但是Cr的含量过高，合金就有析出σ相的危险，且降低合金的热加工性能，因此Cr的含量控制在25~28%。

Ni：具有极好的奥氏体基体稳定化元素，在Ni稳定的奥氏体基体中可以溶解大量的Cr、Mo等具有耐腐蚀作用的元素，且Ni本身具有极佳的耐腐蚀作用但成本较高，为了耐废硫酸腐蚀的达到这种效果，Ni的含量控制在33~37%，显著提高了与Cr、Mo等配合时的耐腐蚀性能，对废硫酸处于低浓度时的耐腐蚀性能，并能改善铸造、焊接及机加工的工艺性能，在常温和低温下均具有很高的塑性、冲击韧性等。

Cu：添加后有助于提高合金的耐单质S腐蚀的能力，但是Cu的含量超过3.5％时，会降低合金的机械性能，因此将Cu的含量控制在2.5~3.5%。

Si：对提高Cr的抗氧化能力具有显著效果，可以节约Cr的用量，降低成本，但过量Si的加入会导致合金晶粒粗化和脆性倾向增大，因此将Si的含量控制在2~4%。

Nb：在铸造和奥氏体合金中其稳定剂和减轻间腐蚀的危险，并用作强化剂，低铌含量与高氮含量的结合加入导致了更迭稳定化的机理，达到在高温用途中析出强化的效果，因此将Nb含量控制在0.15~0.2%。

Mo: 有助于提高合金的耐局部腐蚀能力，特别是点蚀和缝隙腐蚀，与Cu能提高对硫酸等腐蚀介质的耐腐蚀能力，但是Mo的含量过高，降低合金的热加工性能，同时合金成本提高、对Ni的含量要求相应提高，因此Mo的含量控制为4~6 %。

N：可以显著扩大奥氏体区，具有奥氏体稳定化作用和抑制铁素体及σ相的作用，同时可以进一步提高含Mo合金的抗点蚀作用，与Ni的作用相仿且成本较低，但是N的添加量超过0.3％，有时会导致合金韧性的显著降低。因此N的含量控制为0.3%。

稀土元素：能显著提高合金耐局部腐蚀性能、改善合金熔融下的流动性，促进了Cr的扩散，大大提高耐热合金抗高温氧化性能和高温持久性能，充分发挥材料高温条件下的潜能，并减少贵重金属的用量，降低成本，提高了抗拉伸强度，显著提高耐磨性，是磨损对腐蚀的促进相对缓和，特别是对S的耐点蚀性具有强烈的影响，但稀土元素超过0.15%时会使合金处理后仍有未固溶的稀土化合物,抗拉强度、冲击韧性、耐磨性急剧降低,，因此将稀土元素的含量控制为0.15%。

P、S：均为必不可少的伴生的杂质元素，其对合金的热加工性能、纯净度产生有害影响，为保证本合金的耐蚀性能，因此控制P、S含量是必须的。

将制得的奥氏体合金浇注成型，测试在不同质量百分比浓度和温度的钛白粉生产过程中废硫酸下的腐蚀速率（mm/y）结果如下：

序号	H₂SO₄介质的浓度（%）	温度（℃）	腐蚀速率（mm/y）	标准要求
					1	95~98	90	0.05	＞1.25
2	95~98	80	0	＞1.25
					3	50	105	0.0660	0.625~1.25
4	76	85	0.2315	＞1.25
					5	45	90	0.77~0.59	0.125~0.625

由实验数据可知，本发明在各硫酸浓度范围内都具有良好的耐腐蚀性能和良好的耐磨蚀性能效果明显，可替代进口泵，显著节约成本，满足钛白粉废酸处理工况的苛刻条件。

将制得的奥氏体合金浇注成型，测试在不同硫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，本发明具有良好的耐腐蚀性能。

实施例2

一种可硬化的奥氏体合金，其中，所述奥氏体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，重复多次在蜡模外涂料及干燥蜡模制得型壳，硬化时加入氯化铝，型壳脱蜡、焙烧后，浇注实施1制得的双相钢合金，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40℃/h，退火温度为1000℃，保温15h，通过热处理可将铸态时铸件HRC提高到45，修整焊补，钝化，抛光或机加工即得化工泵产品。

实施例3

一种可硬化的奥氏体合金，其中，按照实施例2的步骤，将热处理工艺参数改为起始温度为850℃，升温速率为50℃/h，退火温度为1100℃，保温17h，通过热处理可将铸态时铸件HRC提高到46，制得化工泵产品。

实施例4

一种可硬化的奥氏体合金，其中，按照实施例2的步骤，将热处理工艺参数改为起始温度为800℃，升温速率为60℃/h，退火温度为1100℃，保温16h，通过热处理可将铸态时铸件HRC提高到46，制得化工泵产品。

实施例5

一种可硬化的奥氏体合金，其中，按照实施例2的步骤，将热处理工艺参数改为起始温度为750℃，升温速率为50℃/h，退火温度为1150℃，保温18h，通过热处理可将铸态时铸件HRC提高到48，制得化工泵产品。

分别测试实施例2-3制得的化工泵产品的三点处硬度HB，结果如下：

序号	HB1	HB2	HB3
				实施例2	309	321	321
实施例3	345	345	337
				实施例4	345	345	345
实施例5	373	363	363

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，硬度最高的奥氏体合金。

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

1.一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，其组成成分按重量百分比计如下： C＜0.03%，Cr:25~28%，Ni:33~37%，Cu:2.5~3.5%，Si:2~4%，Mo:4~6 %，N:0.3%，Nb：0.15~0.2%，稀土元素：0.15%，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，所述不可避免的杂质包括P和S，按重量百分比计P和S均≤0.03%。

3. 如权利要求1所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，优选地，按重量百分比计：Cr为26%，Ni为35%，Cu为3%，Si为3.5%，Mo为5%，Nb为0.15%。

4.如权利要求1所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，所述Fe的重量百分比含量为21~29%，优选地，所述Fe的重量百分比含量为27%

如权利要求1所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，所述奥氏体合金采用微碳铬铁、镍板、钼铁、铜、铌铁、稀土和硅铁熔炼制得。

5.如权利要求5所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，所述钼铁中Mo的质量百分比含量为50%。

6.如权利要求5所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，所述铌铁中Nb的质量百分比含量为78%。

7.如权利要求5所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，所述硅铁中Si的质量百分比含量为74%。

8.如权利要求1所述的一种可硬化的奥氏体合金，其特征为，所述奥氏体合金可采用熔模精密铸造工艺用于制备化工泵产品。