[發明專利]一種高氮耐磨耐蝕合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201811232302.6
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109295382B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 魏世忠;路富剛;徐流杰;王曉東;肖利強;周玉成;王方方;易旭陽;毛豐;陳沖;張程;潘昆明;李秀青
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C37/06;C22C33/08;C21D1/18;C21D5/00
• 代理公司: 41119 鄭州睿信知識產權代理有限公司
• 代理人: 張兵兵

本發明涉及一種高氮耐磨耐蝕合金及其制備方法，屬于鐵合金材料技術領域。本發明的高氮耐磨耐蝕合金由如下質量百分比的元素組成：C：2.1?2.5％、Cr：23?28％、Mo：0.5?0.8％、Si：0.9?1.2％、Mn：0.5?0.8％、N：0.2?0.6％、P≤0.01％、S≤0.01％，余量為鐵及不可避免的雜質。本發明的高氮耐磨耐蝕合金，其碳、鉻、氮元素含量均較高，具有較好的耐腐蝕磨損的性能，適用于作為渣漿泵的葉輪材料。

技術領域

本發明涉及一種高氮耐磨耐蝕合金及其制備方法，屬于鐵合金材料技術領域。

背景技術

機械裝備的性能與其制造材料的性能密切相關。渣漿泵是廣泛用于礦山、電力、冶金、煤炭、環保等行業的輸送含有磨蝕性固體顆粒漿體的工業泵，如冶金選礦廠用于漿料輸送，火電廠用于水力除灰等。

由于大部分情況下輸送的料漿中含有腐蝕介質，再加上固體顆粒的磨損，在料漿泵的轉子高速旋轉過程中，腐蝕和磨損同時作用，使葉輪的表面損壞十分嚴重，大大縮短了工件使用壽命。由此可知，渣漿泵的損壞甚至失效的原因是腐蝕磨損，腐蝕磨損通常是指腐蝕環境中摩擦表面出現的材料流失現象。腐蝕磨損過程中，金屬材料在承受摩擦力(表面切應力)的同時還與環境介質發生化學或者電化學反應從而導致材料出現流失。腐蝕磨損過程中的腐蝕行為與磨損行為與單獨的腐蝕或者磨損有較大的不同，腐蝕可以加速磨損，磨損也可以促進腐蝕，從而加速了材料的破壞。因此，腐蝕磨損已成為材料損壞或設備失效的重要原因之一，為了解決這個問題，就要求制造渣漿泵的材料在具有較好耐磨性的同時具有良好的耐腐蝕性。

目前，廣泛使用的渣漿泵葉輪材料主要由高鉻鑄鐵制成。但是Cr系白口鑄鐵存在著嚴重的相間腐蝕，相間腐蝕導致的失重量在總失重量重所占得比例較高。相間腐蝕的驅動力是基體相和碳化物相間的電位之差，在腐蝕的過程中，碳化物為陰極被保護，基體為陽極被加速腐蝕。相間腐蝕發生時，基體被逐漸腐蝕掉，因此基體對碳化物所起的支撐作用會被減弱，當基體的支撐作用逐步喪失時，碳化物會被裸露在外，在漿料的沖刷作用下，碳化物會被破壞、折斷或者整塊脫落，加速了材料的破壞，從而使得工件的使用壽命大幅下降。

在合金中，氮能夠形成和穩定奧氏體，能夠起到細化晶粒和提高鑄鐵硬度的作用，氮還能吸收腐蝕液中的氫離子，改善鋼鐵的耐蝕性能。因此，氮對提高鑄鐵的耐磨耐蝕性能起到較好的促進作用。

在金屬冶煉時，熔煉爐內充氮氣，氮氣-熔體的界面上發生反應，雙原子的氮氣分子分解成單原子氮，并被熔體吸收?；蛘呤侵苯油簯B渣或熔體中加入金屬的氮化物或其復合物，這是熔煉含氮鑄鐵的基本原理。

制備含氮鑄鐵的較高效的方法有加壓等離子電弧熔煉、熱等靜壓熔煉等方法。加壓等離子電弧熔煉是利用等離子弧作為熱源來熔化、精煉和重熔金屬的一種冶煉方法。但是在熔池中溫度存在著波動，從而導致在熔池中氮均勻化效果不好。另外，離子噴槍內的溫度分布不均勻使得氮存在不同程度的分解，最終也會導致熔池中氮的分布不均勻，這些缺點限制其在工業上的推廣應用。采用熱等靜壓熔煉，爐內可達到較大的壓力，制備的高氮鑄鐵中有較高的氮含量，但是基體中易形成氮化物的沉淀，因此不適用于大規模制備高氮鑄鐵，僅限于在實驗室用于材料的制備。

因此，如何提高含氮鑄鐵中的氮含量、以提高高氮鑄鐵的耐磨耐蝕性能意義重大。申請公布號為CN106086631A的中國發明專利申請公開了一種高硬度高耐磨高氮馬氏體不銹軸承鋼，其化學成分以重量百分數計如下：C：0.65-1.25％、Cr：13-20％、Mo：0.15-4.5％、N：0.05-0.5％、V：0.03-1.2％、Si≤1％、Mn≤1％、Nb≤0.1％，余量為鐵及不可避免的雜質。該不銹鋼具有較高的含氮量，但是其耐磨和耐腐蝕性能仍然有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高氮耐磨耐蝕合金，以提高含氮鑄鐵合金的耐磨和耐腐蝕性能。本發明還提供一種工藝簡單的高氮耐磨耐蝕合金的制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：