[发明专利]一种高氮耐磨耐蚀合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高氮耐磨耐蚀合金及其制备方法，属于铁合金材料技术领域。本发明的高氮耐磨耐蚀合金由如下质量百分比的元素组成：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％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明的高氮耐磨耐蚀合金，其碳、铬、氮元素含量均较高，具有较好的耐腐蚀磨损的性能，适用于作为渣浆泵的叶轮材料。

技术领域

本发明涉及一种高氮耐磨耐蚀合金及其制备方法，属于铁合金材料技术领域。

背景技术

机械装备的性能与其制造材料的性能密切相关。渣浆泵是广泛用于矿山、电力、冶金、煤炭、环保等行业的输送含有磨蚀性固体颗粒浆体的工业泵，如冶金选矿厂用于浆料输送，火电厂用于水力除灰等。

由于大部分情况下输送的料浆中含有腐蚀介质，再加上固体颗粒的磨损，在料浆泵的转子高速旋转过程中，腐蚀和磨损同时作用，使叶轮的表面损坏十分严重，大大缩短了工件使用寿命。由此可知，渣浆泵的损坏甚至失效的原因是腐蚀磨损，腐蚀磨损通常是指腐蚀环境中摩擦表面出现的材料流失现象。腐蚀磨损过程中，金属材料在承受摩擦力(表面切应力)的同时还与环境介质发生化学或者电化学反应从而导致材料出现流失。腐蚀磨损过程中的腐蚀行为与磨损行为与单独的腐蚀或者磨损有较大的不同，腐蚀可以加速磨损，磨损也可以促进腐蚀，从而加速了材料的破坏。因此，腐蚀磨损已成为材料损坏或设备失效的重要原因之一，为了解决这个问题，就要求制造渣浆泵的材料在具有较好耐磨性的同时具有良好的耐腐蚀性。

目前，广泛使用的渣浆泵叶轮材料主要由高铬铸铁制成。但是Cr系白口铸铁存在着严重的相间腐蚀，相间腐蚀导致的失重量在总失重量重所占得比例较高。相间腐蚀的驱动力是基体相和碳化物相间的电位之差，在腐蚀的过程中，碳化物为阴极被保护，基体为阳极被加速腐蚀。相间腐蚀发生时，基体被逐渐腐蚀掉，因此基体对碳化物所起的支撑作用会被减弱，当基体的支撑作用逐步丧失时，碳化物会被裸露在外，在浆料的冲刷作用下，碳化物会被破坏、折断或者整块脱落，加速了材料的破坏，从而使得工件的使用寿命大幅下降。

在合金中，氮能够形成和稳定奥氏体，能够起到细化晶粒和提高铸铁硬度的作用，氮还能吸收腐蚀液中的氢离子，改善钢铁的耐蚀性能。因此，氮对提高铸铁的耐磨耐蚀性能起到较好的促进作用。

在金属冶炼时，熔炼炉内充氮气，氮气-熔体的界面上发生反应，双原子的氮气分子分解成单原子氮，并被熔体吸收。或者是直接往液态渣或熔体中加入金属的氮化物或其复合物，这是熔炼含氮铸铁的基本原理。

制备含氮铸铁的较高效的方法有加压等离子电弧熔炼、热等静压熔炼等方法。加压等离子电弧熔炼是利用等离子弧作为热源来熔化、精炼和重熔金属的一种冶炼方法。但是在熔池中温度存在着波动，从而导致在熔池中氮均匀化效果不好。另外，离子喷枪内的温度分布不均匀使得氮存在不同程度的分解，最终也会导致熔池中氮的分布不均匀，这些缺点限制其在工业上的推广应用。采用热等静压熔炼，炉内可达到较大的压力，制备的高氮铸铁中有较高的氮含量，但是基体中易形成氮化物的沉淀，因此不适用于大规模制备高氮铸铁，仅限于在实验室用于材料的制备。

因此，如何提高含氮铸铁中的氮含量、以提高高氮铸铁的耐磨耐蚀性能意义重大。申请公布号为CN106086631A的中国发明专利申请公开了一种高硬度高耐磨高氮马氏体不锈轴承钢，其化学成分以重量百分数计如下：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％，余量为铁及不可避免的杂质。该不锈钢具有较高的含氮量，但是其耐磨和耐腐蚀性能仍然有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高氮耐磨耐蚀合金，以提高含氮铸铁合金的耐磨和耐腐蚀性能。本发明还提供一种工艺简单的高氮耐磨耐蚀合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：