[发明专利]抗空泡腐蚀钢

说明书

本发明涉及一种含有铬、锰、钴、碳、硅和镍的铁基合金，其中镍的添加范围有助于添加能促进抗空泡腐蚀性(cavitation erosion)且没有不令人满意的脆性的硅量。

水力发电机中的涡轮机叶片经受空泡腐蚀。空泡腐蚀是由靠近叶片表面的水中的压力差造成的。当局部压力降到水蒸汽压以下时，液体中产生空泡或蒸汽泡。当压力又升到水蒸汽压以上时，蒸汽泡突然破灭，向金属表面发出一个冲击波。最终，叶片内的金属疲劳，形成裂纹并且型材剥落。随着空泡腐蚀的进行，转子开始失衡，并且整个水力发电机可能开始振动。为了解决该问题，必须把转子从发电机内拔出并用以焊丝形式供给的合金通过焊接重新整修损坏叶片的表面，该焊丝的延展性足以使其与损坏叶片相符。

有许多可焊接铁-钴-铬合金具有优异的抗空泡腐蚀性但却没有本发明所述合金的独特综合特性，包括抗空泡腐蚀性、延展性、硬度和成本的均衡。例如STELLITE^21是一种用作参考标准的抗空泡腐蚀合金，其它合金对照它进行测试。STELLIFE 21典型含有，以重量百分比表示，铬27，钼5.5，镍2，硅1.5和碳0.25，其余为钴。由于钴含量高，它的价格昂贵。STELLITE是Stoody Deloro Stellite公司的注册商标。StoodyDeloro stellite公司销售的另一种合金是TRISTELLE^TMTS-2。这种Crook等人发明的美国专利No 4487630所述的合金含有，以重量百分比表示，铬35，钴12，镍10，硅4.9和碳2，其余为铁。根据美国专利No4487930，镍量需在5％重量百分比以上以促进奥氏体组织。TRISTELLETS-2比STELLITE21更抗空泡腐蚀，并因含较少的钴而成本较低。然而TRISTELLE TS-2脆，造成焊接时它对裂纹敏感。它也很硬，造成当用它来重新修整涡轮机叶片表面时，难以把它磨成平滑轮廓。其它可焊接抗空泡腐蚀合金包括HQ 913^，一种已转让给加拿大Montreal的Hydro Quebec公司的美国专利No4588440和4751046中所述的合金，HQ913是Stoody Deloro stellite公司的另一注册商标。HQ913典型含有，以重量百分比表示，铬17.0，锰10.0，钴9.5，硅2.8，镍0.25，氮0.20和碳0.17，其余为铁。HQ913中的硅量受镍量的限制，镍量反过来又受相要求的限制。

上述铁-钴-铬合金中每种都在某些微小方式上与其它种不同，从而提供了适于各种特定用途的不同种类合金。例如这种差异包括一种新范围的有效元素或特定元素的临界比，它们在合金发展中已表明有重要进展，取得了小的出人意料但有效的增加。

鉴于上述，本发明的一个目的是提供一种具有优异抗空泡腐蚀性的铬-钴-镍合金，另一目的是提供一种具有优异抗空泡腐蚀性并有令人满意的延展性，硬度和成本的合金。将从下文一部分很明显看出，一部分指出本发明的其它目的和特性。

根据本发明，一种抗空泡腐蚀合金基本由以下成分组成：约10到40重量百分比的碳化物形成元素，5到15重量百分比的钴，5到15重量百分比的锰，3.5到7重量百分比的硅，1.8到4.8重量百分比的镍，0.15到3.5重量百分比的碳和硼，最高0.3重量百分比的氮，其余为铁和通常杂质。在该合金的优选实施例中，硅镍比以重量为基在约1∶1到4∶1的范围内，并且该合金的铁素体数为至少0.2。

上面总结的发明包括下文所述的结构，所附的权利要求指出了本发明的范围。

附图以图解形式描述了本发明钢的抗空泡腐蚀性及其与其它钢包括现有技术钢的对比，其中：

图1是对实施例2中所述一系列合金试验所得的ASTM G-32抗空泡腐蚀性结果。试样23B2-11是根据本发明的合金。试样23B2-13是硅/镍比小于1的合金，试样TS-2是TRISTELLE TS-2合金，试样St21是STELLITE 21合金，HQ913是HYDROLOY^913合金。它们是和试样23B2-11进行对比的现有技术钢(HYDROLOY是Stoody DeloroStellite公司的注册商标)。

图2是用Kallings试剂腐蚀的试样23B2-11的表面花纹在100倍下的显微照片。

图3是用Kallings试剂腐蚀的试样23B2-11的表面花纹在500倍下的显微照片