[发明专利]耐熔融金属腐蚀的合金

说明书

本发明属于合金钢领域。主要适用于热镀锌和热镀铝带钢生产装置中耐液态金属腐蚀的和耐磨的部件或设备。

已往用于制做耐熔融金属（如Zn、Al等）腐蚀及耐磨的设备，特别是直接与熔融金属直接接触的部件，大多数采用工业纯铁、铸铁、镍铬不锈钢等。由于在液态金属温度下，液态金属与其直接接触的部件金属发生反应，产生以扩散为主的溶解性腐蚀，部件受到损害，使用寿命降低。由于近代工业发展需要，要求镀层钢板耐蚀性成倍提高，故发展了镀锌基合金（如Zn-5Al），以前使用的耐纯锌液腐蚀的上述金属材料，均不能满足使用要求。因此，必须发展耐液态锌基合金腐蚀的金属材料。

在现有技术中，DE3543601、SU633924、US3469922均提供了与本发明相近的、同一领域的合金。这些材料虽然都具有较高的高温强度和良好的高温抗氧化性能，但也存在一个共同的主要缺点，即在液态金属中的耐磨和耐蚀性能较差。

本发明的目的在于提高一种既有较高的高温强度和良好的高温抗氧化性能，又有在液态金属中优异的耐磨和耐蚀性能的耐熔融金属腐蚀的合金。

根据上述目的，本发明所设计的耐熔融金属腐蚀的金属材料的化学成分（重量%）为：C0.25～0.65%，Si2.5～5.2%，Mn0.5～1.5%，Cr5～15%，Mo0.5～3.5%，RE0.1～0.3%，Al≤6%，余为Fe。

本发明合金是在Fe-Si固溶体内添加适量的Mo、Cr元素，以便进一步提高基体合金在液态金属中的耐蚀性。Cr加入合金中的主要作用是生成M₇C₃碳化物，借以提高Fe-Si固溶体的耐磨性。但Cr、Mo合金元素不宜过高，若含量过高，则降低合金的韧性，同时也增加了合金的成本，但低于本发明所述的下限成分时，则难以维持合金的耐蚀性和耐磨性。因此，Cr含量以5～15%和Mo含量以0.5～3.5为宜。本发明中Si含量为2.5～5.2%，当Si含量高于5.2%时，则影响合金的机械性能和可焊性。合金中添加Mn的主要作用是保证熔炼时的脱氧和脱硫效果;Mn过高，致使合金的机械性能恶化。

与现有相同领域的合金相比，本发明在化学成分上的最大特点是添加了0.1～0.3%RE。RE在合金中具有细化组织、细化枝晶和净化晶界的作用，显著地改善了合金固溶体在液态金属中的耐磨性和耐蚀性。为了改善本发明合金的高温抗氧化性能和抗某些液态合金腐蚀，同时还可合金中加入Al≤6%。

本发明合金的生产工艺如下：用电弧炉或中频感应炉熔炼，然后可浇注在砂模或陶瓷模中，可直接浇注成零部件，也可浇注成钢锭，随后锻造或轧制成材。钢液的浇注温度为1500～1580℃，钢锭锻造或轧制的温度为900～1150℃。

与现有技术相比，本发明具有优异的抗液态金属腐蚀和抗磨损性能。该合金在400～500℃温度下的液态锌基合金（Zn-5%Al）中连续腐蚀254小时，仍腐蚀极其轻微，失重极低;又如在700℃温度下的液态铝合金（Al-8%Si）中连续腐蚀240小时，仍失重很小（见表2）。

实施例

根据本发明所述的化学成分范围，在中频感应炉上冶炼了4炉本发明合金。为了对比，同时在同一炉子上还冶炼了两炉与本发明的化学成分相近，但不含稀土的同类合金，其具体的化学成分如表1所示。熔炼完后，浇注成锭，浇注温度1520～1580℃。从浇注的锭中切取试样，在液态的锌基合金（Zn-5%Al）和铝基合金（Al-8%Si）中进行连续性腐蚀试验，试验采用失重法测定其腐蚀率，试验结果列入表2。为了对比，还将1Cr17、08F、304SS三个合金的成分及腐蚀性能分别列入表1和表2。

表1    本发明实施例与对比合金化学成分（重量%）

成分    C    Si    Mn    Cr    Mo    Al    RE    Fe

炉号

1    0.48    4.2    0.6    5.4    3.4    0.1    余

本发明    2    0.28    4.0    0.5    9.2    1.1    0.2    余

3    0.42    2.8    1.2    10.3    1.0    0.2    余

4    0.48    4.5    0.8    9.4    1.5    3.0    0.3    余

不含稀土的    5    0.35    3.8    1.2    12.0    1.8    余