[发明专利]一种添加铌、氮改性的钴基铸造合金及应用

说明书

本发明提供了一种添加铌、氮改性的钴基铸造合金及应用，该钴基合金包括以下元素：Mo、Cr、Si、Nb、N等。本发明铸造合金是在Tribaloy‑T800合金基础上添加适量的Nb、N并适当降低Mo的含量而成，其中Nb和N在液态合金结晶时形成高熔点和高硬度的NbN硬质相，不仅直接增加了合金的高温耐磨性，而且在合金结晶时促使非自发形核，起到细化晶粒和改善合金塑韧性的作用。试验表明，与原Tribaloy‑T800合金相比，本申请的铌、氮改性的钴基合金铸造凝固成型后其初生的树枝状Laves强化相(主要组成为金属间化合物Co₃Mo₂Si相)得到明显细化，合金高温耐磨性能、尤其是抗磨损剥落性能得到明显提高。

技术领域

本发明涉及钴基铸造合金材料技术领域，尤其涉及一种添加铌、氮改性的钴基铸造合金及应用。

背景技术

热镀锌产品及其合金化产品具有优良的耐蚀性能和相对较低成本，其表面质量几乎可以与电镀锌相媲美，因而热镀锌钢板在汽车上得到了广泛地应用。这种市场需求的不断提高大大促进了带钢连续热镀锌工艺技术的进步。

带钢连续热镀锌生产时，带钢通过浸在锌液(温度为460±5℃，含铝0.12%~0.15%)中的沉没辊而改变方向，即由进锌锅变为出锌锅而在表面形成一层凝固镀锌层。随带钢的运动而转动的沉没辊和稳定辊通过两侧的轴套支撑在固定架上，轴套起滑动轴承的作用。沉没辊、稳定辊及其轴套是带钢热镀锌生产线中的重要消耗部件，它们属于被动转向装置而浸没在锌液中，完全依靠带钢与辊面的摩擦力所驱动，极易受到高温锌液腐蚀和高温摩擦磨损作用，尤其是轴套所承受的应力和磨损最大，其高温摩擦磨损和腐蚀交互作用常常导致轴套过早失效(使用寿命不足14天)，从而影响整个镀锌板生产线的正常运行。

Tribaloy T-800钴基合金具有优良的抗高温摩擦磨损性能和良好的耐锌液腐蚀性能，是目前制作镀锌板生产线沉没辊轴套铸件和稳定辊轴套铸件的首选材料。TribaloyT-800合金的主要合金元素是钴、钼、铬和硅，其铸态显微组织是硬而脆的树枝状Laves强化相(属于过共晶合金中的先共晶相，显微硬度约为1000HV，主要组成为金属间化合物Co₃Mo₂Si相)均匀分布在Co固溶体与细小Laves相组成的共晶基体中，其中高硬度的Laves相体积比约为60%，使其具有很高的高温耐磨性和抗高温粘着磨损性能，但降低了合金的塑性和韧性。发明人发现目前的Tribaloy T-800合金轴套铸件质量对浇铸温度极度敏感，极易造成初生Laves相树枝晶生长发达。这种硬而脆且粗大的硬质相极大地伤害了Tribaloy T-800合金的塑性和韧性，轴套运行时摩擦副表面会出现硬质相脱离Co固溶体基体的“剥落”现象，剥落破碎的硬质相夹在摩擦副之间又形成了更加严重的磨粒磨损（剥落破碎的硬质相磨粒具有微切削作用），同时会引起沉没辊或稳定辊运行振动和抖动，从而影响热镀锌板产品质量的稳定和提高。

基于目前热镀锌生产线中Tribaloy T-800合金沉没辊轴套和稳定辊轴套使用过程中存在的上述问题，有必要对其材质进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种添加铌、氮改性的钴基铸造合金及应用，以解决现有技术中Tribaloy T-800合金轴套零件磨粒磨损严重的技术缺陷。

第一方面，本发明提供了一种添加铌、氮改性的钴基铸造合金，包括以下质量百分比的元素：21.0~26.0%的Mo、16.0~19.0%的Cr、2.80~4.0%的Si、2.50~5.0%的Nb、0.10~0.30%的N，0~0.08%的C、0~1.8%的Ni、0~1.5%的Fe、0~0.1%的Mn、余量的Co；其中，Ni和Fe的质量百分比之和小于或等于3%。

可选的，所述的添加铌、氮改性的钴基铸造合金，包括以下质量百分比的元素：24.0~26.0%的Mo、16.0~18.0%的Cr、3.20~3.50%的Si、2.50~3.0%的Nb、0.20~0.30%的N，0~0.08%的C、0~1.8%的Ni、0~1.5%的Fe、0~0.1%的Mn、余量的Co。