HU212085B

HU212085B - A ferrochromium alloy

Info

Publication number: HU212085B
Application number: HU906124A
Authority: HU
Inventors: Kevin Francis Dolman
Original assignee: Warman Int Ltd
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1996-02-28
Also published as: HU906124D0; EP0438560A4; CA2037921C; EP0438560A1; CN1050569A; KR920701499A; ES2087159T3; HK1006859A1; DE69026701D1; CN1029692C; DE69026701T2; WO1991002101A1; CA2037921A1; ATE137274T1; KR940003890B1; EP0438560B1; TW208044B; HUT57285A

Description

A találmány tárgya kopásálló és korrózióálló ferrokróm ötvözet, amely elsősorban szivattyúk, csővezetékek, fúvókák. keverő és hasonló, az üzemelés során korrozív folyadékok és koptató részecskék hatásának kitett berendezések bélésanyagaként használható.

Az ilyen anyagok jellegzetes felhasználási területe például a fűtőgázok kéntelenítése során használt berendezések. amelyek alkatrészei kénsav és mészkő hatásának. továbbá a műtrágya gyártás, ahol az alkalmazott berendezések alkatrészei foszforsav, sósav és gipsz hatásának vannak kitéve.

Az US 4 536 232 és a 4 080 198 lajstromszámú szabadalmi leírások olyan ferrokróm ötvözeteket ismertetnek, amelyek mintegy 1.6 tömeg% karbont és 28 tömegé krómot tartalmaznak és amelyek textúrájában primer krómkarbid és ferrit részek vannak martenzites vagy ausztenites mátrixba beágyazva. A mátrix általában króm szilárd oldatát tartalmazza. Az ilyen ötvözetek krómtartalma a jó korrózióálló tulajdonságot van hivatva biztosítani. Mindazonáltal az ötvözetek korrózióállósága a gyakorlatban nem bizonyult kielégítőnek.

A jelen találmánnyal ezért olyan ferrokróm ötvözet kidolgozása a célunk, amely a hagyományos megoldásoknál jobb korrózióállóságot biztosít és ugyanakkor a kopással szemben is ellenálló.

A kitűzött feladatot a találmány szerint olyan ferrokrótn ötvözettel oldottuk meg. amelynek mikroszerkezetében ferritet és/vagy visszamaradt ausztenitet és/vagy martenzitet tartalmazó mátrixban eutektikus krómkarbidok vannak eloszlatv a és tömegé-os összetétele a következő:

3-1—15% króm

1.9 2.5% karbon legfeljebb 3% mangán legfeljebb 2% szilícium legfeljebb 2.5% molibdcn legfeljebb 5% nikkel legfeljebb 2% réz.

valamint a maradékban vas és a szokásos szennyezők, amely ek jellemzően foszfor, szén és nitrogén, és együttesen legfeljebb ().(X)5%-bán lehetnek jelen.

A jelen leírás keretén belül ferritnek a térközepes köbös rácsszerkezelű. alfa és/vagy delta vasat nevezzük, amelyben króm szilárd oldat formájában van jelen.

Martenzitnek az ausztenit átalakulási termékét nevezzük.

A találmány szerint célszerűen a mátrixban 25-35 tönieg%-ban van jelen króm szilárd oldata.

Ugyancsak célszerűen a szövetszerkezetben a lentieken kívül primer krómkarbidok. primer ferrit vagy primer ausztenit-tartalmú mátrix van.

A találmány szerinti ötvözet egy célszerű kiviteli alakjánál króm-, karbon-, mangán-, szilícium-, molibdcn-. nikkel- cs réztartalom tömeg%-os tartománya a következő:

36-40% króm

1.9-2,1% karbon

1-2% mangán

0.5-1.5% szilícium

1-2% molibdén

1-5% nikkel

1-2% réz

Ennél a célszerű kiviteli alaknál a mátrixban előnyösen 20-32 tömeg% króm van szilárd oldatban.

Tekintettel arra, hogy az ismert ferrokróm ötvözeteknél a kopás és a korrózió folyamata úgy erősíti egymást, hogy a szilárd részecskék lekoptatják a korrózióálló réteget és egyre jobban lehetővé teszik a savak által létrehozott korróziót, kézenfekvőnek tűnne, hogy a korrózióálló réteg erősítése a mátrix krómtartalmának növelésével lehetséges.

Ugyanakkor azonban a krómtartalom növelése nem oldja meg a korrózióállóságot, minthogy ún. szigma fázis keletkezését segíti elő, ami viszont ismert módon elridegedési problémákat okoz.

Találmányunk tehát azon a felismerésen alapszik, hogy ha a hagyományos ferrokróm ötvözetekben egyidejűleg növeljük a króm és a karbon mennyiségét, akkor növelhető a krómkarbid fázis térfogataránya és azáltal javulnak a kopási tulajdonságok. Egyidejűleg viszont a mátrix króm koncentrációját változatlanul kell hagyni, mert az adott mennyiség még nem okozza a szigma fázis megjelenését. A fent ismertetett hatásmechanizmusból következően nyilvánvaló, hogy a kopásállóság növelése a ferrokróm ötvözetek korrózióállóságát is fokozza, minthogy megnehezíti vagy megakadályozza a korrózióálló bélésréteg lekopását.

A króm- és karbontartalomnak a találmány szerint történő növelése lehetővé teszi a keménykarbidok térfogatarányának növelését és ezáltal a kopásállóság fokozását. Pontosabban a króm és a karbon mennyiségének sztöchiometrikus arányban történő növelése teszi lehetővé, hogy a krómkarbid frakció térfogataránya úgy növekedjék, hogy a mátrixban lévő króm mennyisége ne növekedjék a föle a kritikus érték fölé. amikor a ridegedést okozó szigma fázis megjelenik.

A találmány szerinti ötvözetekkel végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az ötvözetek rendkívüli korrózióállósági és kopásállósági tulajdonságokkal rendelkeznek a hagyományos megoldásokhoz képest. Az 1. táblázatban a vizsgált ötvözetek kémiai összetétele látható. A táblázatban. valamint a leírás további részében megadott százalékos értékek minden esetben tömegszázalékot jelentenek.

/. táblázat

Az öí\tízet jele	Cr	^C	Mn	Si	Mo	Ni	Cu	Fe [%]
A*	28,4	1,94	0.97	1.48	2.10	2,01	1,49	ma- radék
B**	27,5	-1 1,65	1.21	1.47	2,00	2,00	1.39	ma- radék
C	35,8	1.95	0,96	1.48	2.10	2.04	1.48	ma- radék
D	40.0	1,92	0.96	1.59	1.95	1.95 _	1.48	ma- radék

* a 4 536 232 sz. USA szabadalomnak megfelelő önlött anyag ·’ a 4 536 232 sz. USA szabadalomnak megfelelő 590-820 C-on izzított. levegőn hütoll. majd ismét 590-820 C-on izzíton és levegőn hűtött anyag

HU 212 085 Β

A 2. táblázatban laboratóriumi korrózióállósági vizsgálatok és tárcsa kopási vizsgálatok eredményeit tüntettük fel. a bevezetőben említett szabadalmak szerinti ötvözetekkel összehasonlítva.

2. táblázat

Az ötvözet jele	korrózió* (mm/év)	kopás** (mm³/óra)
A	5,60	488
B	2,50	614
C	0,07	370
D	0.43	444

* 10%-os kénsavban, 25 'C-on (ASTM Gól) ·· 40 lömeg%-os homokzagyban. 18 m/s sebesség melleti

A 2. táblázatból látható, hogy a találmány szerinti ötvözetek korrózióállósága és kopásállósága is lényegesen jobb, mint a hagyományos ötvözeteké.

A találmány szerinti ötvözet és a hagyományos ötvözetek szövetszerkezete is alapvetően eltérő. A különbséget jól mutatják a mellékelt ábrák, ahol az

1. ábra egy hagyományos ferrokróm ötvözet mikroszerkezetét mutatja, a

2. ábra a találmány szerinti ötvözet egy kiviteli alakjának mikroszerkezete. a

3. ábra ugyancsak a találmány szerinti ötvözet egy célszerű kiviteli alakjának a mikroszerkezete. a

4. ábra a találmány szerinti ötvözet egy további kiviteli alakjának mikroszerkezete. és az

5. ábra a találmány szerinti ötvözet ismét egy másik kiviteli alakjának mikroszerkezete.

Az 1. ábrán látható mikroszerkezet olyan hagyományos ferrokróm ötvözeté, amely 28.4% krómot. 1.94% karbont. 0.97% mangánt. 1.48% szilíciumot. 2.1 % molibdént. 2.01% nikkelt és 1.49% rezet, valamint vasat tartalmaz. A mikroszerkezet látható módon mintegy 50%-bán tartalmaz primer ausztenit dendriteket és egy olyan eutektikus szövctelcmct. amely eutektikus ferritből. visszamaradó ausztenitből és martenzitből álló mátrixban eloszló eutektikus karbidokat tartalmaz.

A 2. ábrán bemutatott csiszolat olyan ötvözetről készült. amelyet a találmány szerint készítettünk, és amely 35.8% krómot. 1.95% karbont, 0.96% mangánt. 1.48% szilíciumot. 2.0% molibdént. 2.04% nikkelt. 1,48% rezet, valamint a maradékban vasat tartalmaz. A mikroszerkezet hipereutektikus. mintegy 20 térfogat% primer ferrites dendrittel és egy olyan szerkezettel, amely eutektikus ferrit mátrixban egyenletesen lcoszló eutektikus karbidokból áll.

Ha összehasonlítjuk az 1. ábrán látható mikroszerkezetet a 2. ábrán láthatóval, kitűnik, hogy a primer dendritek térfogata csökken és az eutektikus mátrix térfogata növekszik. Minthogy pedig az eutektikus mátrixban viszonylag nagy mennyiségben vannak jelen karbidok. az egész ötvözetben jelentősen növekszik a karbid frakció aránya. Mindezek meg szembetűnőbben látszanak, ha a 3.. 4. és 5. ábrákon látható szövetszerkezeteket hasonlítjuk össze az 1. ábrával.

A 3. ábrán látható szövelszerkezet 40% krómot. 1.92% karbont. 0.96% mangánt. 1.59% szilíciumot. 1.95% molibdent. 1.95% nikkelt. 1.48% rezet, valamint a maradékban vasat tartalmazó ötvözeté. A mikroszerkezet eutektikus ferrit mátrixban eloszló eutektikus karbidokból áll.

A 4. ábrán olyan ötvözet mikroszerkezete látható, amely 40% krómot, 2,3% karbont. 2,77% mangánt, 1,51% szilíciumot. 2,04% molibdént, 1.88% nikkelt, 1,43% rezet, valamint a maradékban vasat tartalmaz. A mikroszerkezet hipereutektikus és M₇C₃ primer karbidokat, valamint olyan eutektikus szerkezeteket tartalmaz. amelyekben eutektikus ferrit mátrixban eloszlott eutektikus karbidok vannak.

Az 5. ábrán látható mikroszerkezet egy 43% krómot, 2,02% karbont. 0,92% mangánt, 1.44% szilíciumot, 1,88% molibdént, 1,92% nikkelt. 1,2% rezet, valamint a maradékban vasat tartalmazó ferrokróm ötvözethez tartozik. A szövetszerkezet hipereutektikus és nyomokban tartalmaz primer M₇C_? karbidokat és olyan szerkezete van, amelyben eutektikus ferrit mátrixban eloszlott eutektikus karbidok vannak.

A találmány szerinti ötvözet előállítható bármely hagyományos öntési és hőkezelési technológiával, mindazonáltal célszerű az öntés után 600-1000 °C közötti hőmérséklet tartományban hőkezelést, majd levegőn történő lehűtést végezni.

Természetesen a bemutatott kiviteli példák csupán szemléltetik a találmány szerinti megoldást és a csatolt igénypontok által meghatározott oltalmi körön belül még számos egyéb kiviteli alak megvalósítható.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Kopásálló és korrózióálló ferrokróm ötvözet, amelynek mikroszerke/eteben ferritet és/vagy visszamaradt ausztenitet és/vagy martenzitet tartalmazó mátrixban eutektikus krómkarbidok vannak eloszlatva, azzal jellemezve, hogy tömeg%-os összetétele a következő:

34-45% króm

1.9- 2.5% karbon legfeljebb 3% mangán legfeljebb 2% szilícium legfeljebb 2.5% molibdén legfeljebb 5% nikkel legfeljebb 2% réz.

valamint a maradékban vas és a szokásos szennyezők.
2. Az 1. igénypont szerinti ferrokróm ötvözet, azzal jellemezve, hogy a mátrixban primer krómkarbidok és/vagy primer ferrit és/vagy primer ausztenit van.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti ferrokróm ötvözet. azzal jellemezve, hogy a mátrix 25-35 tömeg%ban tartalmaz szilárd oldatban lévő krómot.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti ferrokróm ötvözet, azzal jellemezve, hogy

36-40 tömeg% krómot.

1.9- 2.1 tömeg% karbont.

1-2 tömcg% mangánt.

0.5-1.5 tömeg% szilíciumot.

1-2 tömeg% molibdént.

1-5 tömeg% nikkelt és

1-2 tömeg% rezet tartalmaz.