[其他]高抗空化侵蚀性能含钴奥氏体的不锈钢

说明书

本发明涉及一种软的奥氏体，含钴的不锈钢合金，它对高强度空化作用有着很高的抗性，因而它特别适于制造和/或修补水力机械部件。

本发明还涉及用这种合金制造或包镶的水力机械部件。

水力机械如叶轮机，水泵，螺旋浆，阀门或交换器所遇到的空化现象，是早已为专家们所熟知的问题。空化现象被理解为这样种现象，即当局部压力降至蒸汽压力以下时，就在液体中产生了一个空穴或一个蒸汽泡。当压力再次升高到蒸汽压之上时，则气体或蒸汽泡突然破裂。这种爆炸伴有强有力的物理现象，即在气泡破裂之后有一个微喷射，其速度可达每秒几百米。

当这样的微喷射遇到一个障碍面时，其动能就转化成为局部振动波，这种波能使最硬的金属表面变形，从而产生严重的机械侵蚀。这种爆炸所生成的局部应力强度可以根据液体，温度和外界气体的存在，压力的变化率和液体的流速等自然条件而使播到很宽的范围。这些重复振动由于扩大了疲劳裂纹（弹性变形）或由于塑性变形，导致小的范围的颗粒的剥落，从而腐蚀了金属表面。

包括本发明人在内的众多专家们所观察到的许多水力机械部件的损害情况，及从它们所进行的加速超声空化试验的结果，已经显示出水力机械部件，特别是水力叶轮机部件，通常都受到很宽范围强度的空化作用，可以把它们分为两类而分别给以解决，解决方法之一是适用于低强度的空化作用，而另一方法则适用于高强度空化作用。

水力机械，特别是水力叶轮机部件的低强度的空化作用，已被证实是大面积发生的，并且是主要侵袭碳素钢而不侵袭不锈钢。这种空化作用缓慢地侵蚀碳素钢，这种侵蚀会由丁溶蚀和贵重合金如不锈钢产生的电耦合而加速。

为了克服这一部分的问题，最好的解决方法就是使用全不锈钢制成的部件。另一解决方案，就是对易受低强度空化作用的碳素钢部件，整个包上数层不锈钢的焊层，以防止空化侵蚀与电腐蚀的协作效应。另一方面，已经证明高强度的空化作用发生在高落差及高流速处工作的水力机械部件或组件上，并只发生在很小的局部区域，例如发生在叶轮机叶片的背面部分。这种空化作用甚至对奥氏体不锈钢这样的高抗性材料也产生很快的侵蚀，其速率为每年0.1至10毫米。

为了克服这个问题，需要高抗性材料。硬的合金，如钴基，STELLITE＊-1或-6合金，铝青铜，或高恢复性聚合材料，如尼龙66等成功的经受了考验，并且已用于某些特殊的用处。然而，应当指出的是这些特殊的用处在实际上是很有限的，因为大多数已知的高抗性材料，除了价格昂贵之外，还难以磨光。

近来发现，某些合金对于高抗空化作用而言，高硬度并不是必须的。安东尼等人（K.C.Antony    et.al）在1977年9月于英国剑桥举行的第3次固体及液体冲击侵蚀国际讨论会上的第67篇论文提出《组分及显微结构对于抗空化侵蚀性的影响》，已经表明，钴基STELLITE-合金，在将其含碳量由1.3降至0.3，并且硬度由40降至25RC时，并不影响其抗空化的侵蚀性。这个惊奇的结果，对于在磨削操作很困难的地方受空化侵蚀所造成的损害进行修补时，是很重要的，并且已经促使了用软的低碳钴基合金，如STELLITE-21，修补水力叶轮机中空化损害，进行了广泛的试验。这些试验已经证实，对于作为修补受局部高强度空化侵蚀的外焊层材料来讲，软的钴基合金比奥氏体不锈钢308或301更为有效的多。特别是，试验用的合金已被证实为是易于磨削的，虽然其价格较高，但实际使用是更为经济的，因为它们的寿命比不锈钢长10倍，因而节省了许多修理时的停机时间。