TWI393789B - 鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金 - Google Patents

Description

鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金

本發明係有關於一種耐腐蝕性及耐摩耗性優良的低碳－高矽－硼－鈮－高鉻鑄鋼系的鐵基合金，更詳言之，係有關於一種鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金及用以得到該合金之堆焊材料，該鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金係與304不鏽鋼或高鉻鑄鐵、高碳－高鉻鑄鐵系材料比較時耐腐蝕性及耐摩耗性壓倒性優良，而且具有高碳－高鉻碳化物析出型鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金絕不可能得到的高耐腐蝕性，同時具有比該等金屬優良的耐摩耗性，而且具有不容易產生高含Si鋼特有的脆性剝離之高性能且價廉。

近年來，垃圾焚化工廠、汽車粉碎機流動層燃燒爐、廢油、廢液焚化爐等被建設並運轉中。此等裝置的耐熱耐摩耗部係使用高鉻鑄鐵，又，承受高溫熱氧化的裝置係使用例如SCH13耐熱鑄鋼。但是此等構件類及裝置類在運轉後，在短時間即蒙受處理物或熱的磨耗、燒毁損壞及腐蝕損耗，希望有延長耐用期限的對策。

此等裝置類、構件類的長使用期限化對策係以磨耗部分的堆焊補修為主，該堆焊材料以往主要係使用鐵基合金之高碳－高鉻鑄鐵系堆焊材料。其理由係鐵基合金價廉且耐摩耗性或高溫耐氧化性優良。但是，現狀此等爐裝置或周邊裝置類會暴露於高溫的腐蝕性燃燒氣體或爐停止時所產生的酸露點腐蝕等，只具有高溫耐氧化性或耐摩耗性時並無法應付。

亦即，若保持高碳－高鉻鑄鐵系堆焊材料所具有的優良耐摩耗性之同時，未具優良的耐腐蝕性時，無法謀求該等各種裝置類的長耐用期限化。特別是耐腐蝕性，必須對氯氣、鹽酸、硫酸、及稀硫酸等具有耐腐蝕性。

關於要求耐腐蝕性、耐摩耗性、進而高溫耐摩耗性的使用環境，認為鈷基合金之司太立特硬質合金(Stellite)與鐵基堆焊材料比較時係非常優良，適合使用作為堆焊材料。但是，該合金與鐵基合金比較時非常昂貴，費用對效果無法得到平衡。因此，希望開發價廉且具有相同性能的鐵基堆焊材料(非專利文獻1)。

非專利文獻1：第14回實用焊接講座教材「表面處理技術的基礎及應用」(其1)焊接學會東部支部昭和63年6月23~24日。

再加上本發明者經常認為將具有鎳、鈷等稀少價值的金屬元素之昂貴的合金僅作為使用完拋棄的磨耗材料時，從國際上省資源化的方向性判斷係非常浪費的，此等昂貴的合金原本應被有效利用於附加價值高的永久性材料或能夠資源回收的用途，如磨耗材料之使用完即拋棄的用途應使用價廉的鐵基耐摩耗合金。

而且，因為高碳－高鉻鑄鐵系堆焊材料價廉，所以目前繼續大量地被使用作為鐵基耐摩耗合金，但是就耐腐蝕性而言，因為比鈷、鎳基合金遜色相當多，實在無法稱為耐腐蝕性材料。先前主要使用的高碳－高鉻鑄鐵系堆焊材料的代表性成分組成為「C：3~6%、Cr：16~36%、Mo：0~3%、Fe：殘餘」。

但是，屬於高碳－高鉻鑄鐵系堆焊材料的合金具有優良的耐摩耗性，僅管係鐵基合金，藉由高鉻含量能夠使高溫耐氧化性大致優良，以往亦大量地被使用於600℃及600℃以上的高溫摩耗用途。其代表例之一係具有下述的化學成分之合金。「C：5.2%、Cr：32%、Si：0.6%、Mn：0.7%、Fe：殘餘」。

該鐵基耐摩耗性堆焊金屬顯示優良的耐摩耗性，藉由磨耗係數表示時以SS400軟鋼為100時，顯示5.0~10的磨耗試驗值，顯示耐摩耗性為軟鋼的約10~20倍。但是，由於過多的高碳含量，耐腐蝕性無法稱為充分。

因此，本發明者企劃開發一種鐵基合金，該鐵基合金能夠與該高碳－高鉻鑄鐵系堆焊合金所具有的耐摩耗性同等或與其匹敵，且近似鈷合金的司太立特硬質合金No.1、No.6所具有的耐腐蝕性，並且對於某些種類的腐蝕介質具有同等或同等以上的耐腐蝕性且價廉。在鎳基合金，耐摩耗性優良的合金以高鎳含鉻合金(Colmonoy)No.6合金為有名。其磨耗係數WR為5，比司太立特硬質合金No.1磨耗係數WR＝8稍優，但是因為硫酸耐腐蝕性比司太立特硬質合金差，所以本發明者始終以鈷基的司太立特硬質合金作為目標，並判斷若將其超越時即優於鎳基。司太立特硬質合金No.1、No.6的標準組成如下。

[鈷基合金的司太立特硬質合金No.1的標準化學成分][C：2.1%、Si：0.8%、Mn：0.4%、Cr：32.0%、Fe：2.0%、W：12.0%、Ni：1.7%、Mo：0.1%、Co：殘餘][鈷基合金的司太立特硬質合金No.6的標準化學成分][C：1.2%、Si：0.8%、Mn：0.5%、Cr：27%、Ni：2.7%、W：4.5%、Fe：2.5%、Mo：0.1%、Co：殘餘]

觀察在此等鈷基合金所含有的合金元素時，係含有大量的鈷、鎢等，係由非常昂貴的元素所構成。因此，因為鈷基合金係非常昂貴的合金，在堆焊面積非常廣闊的裝置時在成本上並不合算，費用相對於效果係相當難以滿足的。

因此，認為該合金限定於只使用在具有極端小範圍面積的部分的堆焊、且能夠發揮很大的效果之用途。各種閥座類、例如針閥的前端、泵桿、泵套筒、凸輪軸等。司太立特硬質合金No.1、No.6合金係世界上著名的合金，在同時要求3要素之耐熱、耐腐蝕、耐摩耗性合金用途、特別是600℃以上的用途係適當的。但是，目前係即便在600℃以下的用途而要求耐腐蝕性、耐摩耗性之裝置的堆焊亦繼續被大量使用。

連600℃以下的用途都將含有高價的稀有元素之合金只使用於磨耗構件時，如前述，從世界資源的浪費使用及將來的資源枯竭耗盡來判斷係反社會的，應該將高價的稀有元素應用於更有意義之附加價值高的用途，應該使用於能夠回收的用途。

因此，作為多少解決該問題點的手段之一，本發明者前曾提案(專利文獻1)，揭示一種價廉的鐵基合金，且在600℃以上的高溫顯示優良的高溫耐氧化性之高耐摩耗性的「堆焊材料及包層材」並已取得專利(專利文獻1)。該專利合金係藉由堆焊於600℃以上的用途且要求高溫耐摩耗性、耐氧化性、耐腐蝕性的裝置，來謀求賦予比司太立特硬質合金No.1更優良的性能，並謀求大幅度地削減成本。

專利文獻1：特許第3343576號公報

代表性的實用例有在800~900℃的環境溫度使用之旋轉窰爐的上攏提升器、在900~1000℃使用之熟料冷卻器放料溜口襯裏、900℃以上使用之銅資源回收熔塊格篩棒、800℃使用之熔塊輸送桶、流動床爐鍋爐管、空氣吹出噴的風口(tuyere)的堆焊等，藉由該等堆焊之許多實用實績，對長耐用期限化而大幅度地降低成本有所貢献。該專利堆焊材料的代表性成分組成及性能如下所示。

[No.55合金的FREA－METAL化學成分(重量%)]焊接金屬組成[C：1.3%、Si：4.5%、Ni：3.7%、Mn：3.6%、Cr：36%、Fe：殘餘]母材：SUS310S 9毫米厚度硬度：HV977磨耗係數：4.2第1層Cr分析值：35%微視組織：×400倍(第2圖中的照片No.1)

又，以硬化金屬為內側進行彎曲加工(彎曲半徑為290毫米R)後的試片No.55係如第2圖中之照片No.2所示。又，合金No.係在後述組成比較試驗所採用之物(參照第1圖)。

該專利合金的最大特徵係含有大於30%之高鉻鐵基合金。Si與賦與高溫耐摩耗性或耐熱性之高價的V、W、Mo、Co、Ni等元素比較時係非常價廉的，從二氧化矽還原時，能夠利用地球上無窮盡存在的原料。但是，高Si含有鋼的最大缺點是使合金變得非常脆，因為此缺點，目前繼續被迴避大量添加於鐵基耐摩耗堆焊金屬。儘管如此，本發明者特別著眼Si的特徵之地球上無窮盡存在的價廉元素、高溫耐氧化性、及促進鉻碳化物的針狀化性質，添加了通常被迴避使用程度的高含量，亦即3.0~7.0%。

順便一提，雖然已製造被稱為矽合金之高含Si鋼，但是因為該金屬係針對金屬間磨耗用途而開發的合金，碳含量為100分之1左右、且賦予耐摩耗性之碳化物的析出量極少，在如前述專利合金之在激烈的高溫進行磨削磨耗用途係經不起實用的合金(專利文獻2)。

專利文獻2：特開昭54－81115號公報

高含Si鋼的焊接金屬具有在表層面產生切片狀的表層剝離之性質，進行彎曲加工時會有切片狀飛散的危險性。而且，強壓彎曲時焊接金屬會從母材金屬脫落而斷裂。觀察前述耐摩耗性合金的彎曲試片No.55，能夠認識該曲型的剝離狀態。因此，前述專利合金以往主要係以彎曲加工機會較少的焊接棒或堆焊金屬絲的形態被使用。

如此地，雖然藉由添加高Si來開發前述專利合金，但是其用途係600℃以上高溫磨耗用途，即便是鐵基合金亦能夠賦予與SUS310S同等的高溫耐氧化性，而且在高溫藉由難以脫落的針狀鉻碳化物大量析出，來顯著地提升高溫耐摩耗性、及高溫硬度。特別是在600~1000℃的高溫狀態，因為合金比在常溫富於延性，所以能夠改善脆性、且藉由Si在焊接金屬內大量固溶於基體面，能夠有助於提升基體的高溫耐氧化性，且即便1000℃的高溫亦能夠經得起使用。

特別是為了構成前述專利合金的根本條件「Cr%≧－1.6Si%＋37Cr%」係促進必要的針狀鉻碳化物的大量析出，用以確保在600℃以上具有優良的耐摩耗性之Cr與Si之2元素相關式。若未滿足該相關式時，無法得到充分的針狀鉻碳化物(Cr₇ C₃ )的析出，結果會引起高溫耐摩耗性的降低。

通常金屬的通性在大於600℃之1000℃的高溫區域時，因為金屬基體的硬度極端地軟化而容易促進磨耗，但是因為針狀碳化物係如編織物的纖維邊纏繞於基體全面、邊在厚度方向相互結合，能夠防止柔軟的基體的選擇磨耗，藉由使高硬度的針狀碳化物大量產生結晶來防止高溫磨耗係前述專利合金的根本所在。觀察該合金的組織時，能夠得知針狀碳化物係順利地析出(第2圖中的照片No.1)。

但是，該在高溫的優良特性在常溫時相反地該脆弱性係成為重大缺點，彎曲加工性非常脆弱，製造使用前述專利合金所堆焊而成的耐摩耗鋼板時，只能夠應用於直線狀的項目，至於具有曲率的物品，不得已必須使用焊接金屬絲、或手工焊接棒來進行堆焊加工，經常會使製造成本變為高昂。

如此，前述專利合金雖然能夠達到與司太立特硬質合金匹敵程度的性能，但是其最大缺點係因為高Si含量，在焊接金屬的表層面容易切片狀地產生剝離，特別是難以製造具有大面積的耐摩耗性鋼板。又，即便在同一合金所形成的包層鋼之間的接合焊接，因為受到焊接應力而被拉伸時硬化金會產生剝離，所以焊接接合係非常困難。

本發明的目的係提供一種低碳－高鉻－高Si－硼－鈮－鑄鋼系的鐵基耐摩耗性合金、及用以得到該合金之堆焊材料，該鐵基耐摩耗性合金能夠改善高含Si鋼的缺點之脆性，與高鉻鑄鐵系堆焊合金或304不鏽鋼比較，能夠保持壓倒性的耐腐蝕性能，且對一部分的腐蝕環境，能夠保持與司太立特硬質合金No.1、No.6同等或其以上的性能，關於耐摩耗性，能夠與高碳－高鉻鑄鐵系堆焊合金或司太立特硬質合金No.1、No.6同等或比其等優良。

為了達成上述目的，本發明者為了謀求提升鐵基合金的缺點之耐硫酸性，順利地組合大量的Cr與少量的Si、Mo、Cu、Ni等，並以已開發的沃賽特鎳鉻合金(Worthite合金)(C<0.07%、Cr20%、Ni25%、Si3.5%、Mo3%、Cu2%)作為一個典型，來模索耐鹽酸性亦優良的合金，企劃開發一種耐腐蝕性及耐摩耗性與昂貴的鈷基合金之司太立特硬質合金No.1、No.6同等或比其等優良之價廉的鐵基合金。

沃賽特鎳鉻合金係美國Worthington Pum公司所開發的Cr－Ni－Si－Mo－Cu系不鏽鋼，能夠使用於化學工廠或石油專燒鍋爐等之耐鹽酸腐蝕用途。雖然從耐硫酸腐蝕的觀點而將沃賽特鎳鉻合金作為一個典型，但是該合金的問題點與本發明者的意圖不同，該合金含有非常大量的Ni，係背離原來的大前題之稀少價值合金的省資源化觀點。沃賽特鎳鉻合金係使用於被認為始終必須具有強度之耐腐蝕性結構材料、例如使用作為不鏽鋼製泵等。因此，金屬本身具有韌性係重要的，係認為因高Si含量而脆化，所以設計高Ni含量來進行改善脆化。當然，設計高Ni含量的主要目的係提升耐腐蝕性，但是會造成低硬度，且作為耐摩耗性硬化金屬材料時耐摩耗性差，係無法作為本發明者所企劃作為耐摩耗性合金之鐵基合金。

因為本發明者開發之堆積合金係以同時滿足耐腐蝕性及耐摩耗性作為根本原則，所以其母材金屬係大量使用不鏽鋼。因此，關於Ni含量，本發明者由於能夠期待從母材金屬的不鏽鋼等提取至堆焊金屬內，所以從最初起添加在堆焊材料之Ni含量係最大量為13%來謀求省資源化。亦即，開發合金的Ni添加量通常為5%以下，只有特別情況添加最大量13%。另一方面，關於Si係如下所述。

(1)關於高含矽鋼的脆化鐵基合金的高含Si鋼有高矽鋼板。其成分的一個例子如下所示。

「C：0.12%、Si：4.12%、Mn：0.07%、P：0.07%、S：0.005%、Fe：殘餘」

矽鋼板係主要使用於變壓器或馬達芯軸等。雖然增加Si含量時磁性增強乃是較佳，但是若添加5%以上Si時鋼會變脆，添加其以上的量時壓延作業變為困難，而使薄鐵板的製造變為困難。Si僅添加於碳鋼時具有使鋼變脆的性質。何況將同等量的Si添加在含有大量Cr之高鉻合金，因為Si本身所具有的脆化傾向與高鉻合金折出變脆而成的高硬度鉻碳化物會相乘性地促進合金的脆化，所以欲賦予開發合金延性係非常困難的。

(2)C對高含Si鋼的脆化與耐腐蝕性、耐摩耗性的影響作為改善焊接金屬的延性、亦即使其不產生剝離、及改善耐腐蝕性之重要成分元素之一，首先考慮的是碳含量。高碳－高鉻鑄鐵系堆焊材料之碳含量非常高，被包含在含有4.5~6.0%之鑄鐵範圍。結果，因為大量脆的鉻碳化物析出，在基體所含有的Cr含量減少而使耐腐蝕性極為降低。亦即，各種高碳－高鉻鑄鐵系堆焊材料之耐腐蝕性差的最大原因，係為了得到耐摩耗性而含有大量的碳，藉由使與碳親和力強的碳化物形成元素、鉻、鎢、釩、鈦、鈮等與碳鍵結，使金屬基體中析出大量的高硬度碳化物，來確保耐摩耗性的緣故。

一般認為鉻碳化物具有HV1650~2100、鈮碳化物具有HV2400、鈦碳化物具有HV2800、釩碳化物具有HV2800、鎢碳化物具有HV2400~3000的高硬度。高鉻鑄鐵系合金在藉由該等碳化物的析出來確保耐摩耗性之反面，因為高碳含量，所以堆焊金屬的耐腐蝕性變為極差。

一般認為從鐵－碳二元狀態圖以碳含量為2.0~2.1%為境界，其以下為鑄鋼，大於其以上時為鑄鐵。又，因為判斷2.0%以下的鑄鋼在機械性質、特別是關於金屬基體的靭性方面比大於2.0%的含碳鑄鐵優良，所以開發合金係以第1層焊接金屬的碳含量為2%以下的方式設計。當然，亦認為低碳含量有助於改善耐腐蝕性。

堆焊材料的碳含量為3.0%以下時，從碳化物的析出量判斷時可說是亞共析，在軟鋼上進行1層堆焊時，軟鋼受到焊透但是第1層的焊接金屬無法觀察到充分的碳化物析出，結果耐摩耗性非常差。例如，即便在焊接材料添加3.0%碳含量，在軟鋼或不鏽鋼母材上進行1層堆焊時，在焊接金屬所含有的碳含量係因對母材金屬的焊透深度而異，係在1.8%~2.1%的範圍變化(焊透深度為約30%~40%)。該含量係在區分鑄鋼與鑄鐵之碳含量2.0%附近。通常在高碳－高鉻鑄鐵系材料所含有的碳量至少必須在4.5%以上。即便第1層受到軟鋼稀釋的影響亦能夠保持過共析狀態用以析出充分的碳化物係重要的。亦即，即便受到30%焊透亦必須過共析出使第1層焊接金屬的碳含量為約3%以上係必要的。

因為上述情形，開發合金的第1層焊接金屬的碳含量上限值係將區分鑄鋼與鑄鐵之含量2.0%以下作為一個目標。其他的理由係鈷基合金的司太立特硬質合金No.1合金的碳含量為C：2.0%，因為開發焊接材料的耐腐蝕性能判定基準係決定與司太立特硬質合金No.1的耐腐蝕性同等、或其以上作為目標，所以碳含量係決定為大致同量。

因碳含量的差異之耐摩耗性比較係如表1所示。合金No.41、No.42係高含Si鋼，因為未含有Nb、B，所以未被包含在開發合金的成分範圍，但是為了方便比較因碳含量的差異之耐摩耗性比較而提出。

No.41合金及No.42合金係除了碳含量以外調整為大致相同化學成分而製造。碳含量高的No.42合金的耐摩耗性得到比No.45優良約2.5倍之結果。這是因為No.42合金的碳含量高，所以鉻碳化物的析出量多而改善了耐摩耗性。

碳含量係對耐腐蝕性有重大不良影響的因素之一，但是為了提升耐腐蝕性而減少碳含量時，碳化物的析出量降低會使耐摩耗性顯著下降。因此，本發明者改變高碳－高鉻鑄鐵的成分構成，用以藉由高碳含量來使大量的碳化物析出，而保持耐摩耗性。亦即，以開發一種即便碳添加量的範圍為0.5%≦C≦2.0~2.5%，亦能夠確保優良的耐摩耗性且同時具有優良的耐腐蝕性及優良的靭性之合金作為目標。

關於堆焊材料係存在有各種不同的堆焊方法，因為各自焊透深度不同而使母材的稀釋率不同，所以使C的最大添加量為2.5%以下。

(3)Cr對高含Si鋼的脆化與耐摩耗性的影響對高含Si鋼的脆化影響最大的合金元素為Cr。使用具有鉻添加量最高45%之堆焊材料，實際堆焊而成之第1層的焊接金屬的鉻含量，母材材質係軟鋼或不鏽鋼時，因為約25%~50%受到母材稀釋而成為約23~34%。鉻添加量為25%時係成為約15%~19%。使用SUS404~316的母材時，使用Cr35%的堆焊材料時，第1層的焊接金屬的鉻含量係成為約26~31%。焊透深度係因焊接方法而異，平均第1層焊接金屬的Cr含量係在大致「15%≦Cr≦31%」的範圍選定。

最大添加量為45%時，係使用於母材稀釋率為50%或大於其的手工焊接棒時，母材係軟鋼時，第1層焊接金屬的鉻含量為約23%左右，而包含於上述範圍內。特別是耐磨耗鋼板時係形成1層堆焊，該焊接金屬的厚度為約4~6毫米。關於藉由堆焊材料或耐摩耗鋼板所得到焊接金屬的脆化，認為第1層焊接金屬的舉動係最重要的。因此必須制定第1層焊接金屬的鉻含量的範圍。其理由係因為與其他合金元素比較時，鉻係開發合金中含有最多的元素且對焊接金屬的脆化具有重大的影響力，所以藉由判斷在該元素的規定範圍內之舉動來把握其他少量添加合金的影響度係非常重要的。

順便一提，為了賦予前述專利合金在600℃以上具有優良的高溫耐摩耗性，必須使大量的針狀鉻碳化物析出，且滿足Cr與Si二元素相關式「Cr%≧－1.6Si%＋37(重量%)」係非常重要的。Cr含量係32%以上且Si含量係3%以上時，針狀碳化物大量析出會產生明顯的脆化而在硬化金屬表面產生剝離，從No.55彎曲試片能夠證明(第2圖中之照片2)。

相對於該專利合金，開發合金並非特別著眼於高溫耐摩耗性之合金，係始終以鐵基合金且脆弱的高含Si鋼的確保延性及改善耐腐蝕性作為主題而開發的合金。因此，由於無滿足用以確保在高溫的耐摩耗性之Cr≧－1.6Si%＋37Cr%的條件之必要性，所以與前者比較時能夠減少會使焊接金屬變脆之矽及鉻的添加量，但是減少Cr、Si的添加量時鉻碳化物的析出量減少，雖然延性恢復但是耐摩耗性顯著下降。

該現象在如下述的實驗能夠證明。調查將以前述專利合金作為基本合金時對影響耐摩耗性最大的Cr添加量從36%降低至20~25%時的合金靭性及耐摩耗性。靭性調查係製造在以SUS310S為母材且厚度9毫米厚度×寬度100毫米×長度400毫米上，以5毫米的厚度1層焊接試驗合金而成的耐摩耗鋼板，並藉由200R、290R的彎曲試驗來判定其靭性。在該彎曲試驗若焊接金屬一部分剝離、脫落時判斷為靭性差。磨耗係數WR係以司太立特硬質合金No.6所具有的磨耗係數WR＝15以下作為基準，必須比其優良。合金組成係如表2所示，調查結果係如表3所示。

儘管係高Si添加量，彎曲性能全部的合金都合格(○)之理由係認為因為Cr含量較少，針狀鉻碳化物的析出物較少而有助彎曲延性，相反地，因為碳化物較少所以耐摩耗性大幅度地下降。

由該試驗能夠清楚明白Cr亦即Cr碳化物對靭性(彎曲延性)及耐摩耗性的影響最大。關於耐摩耗性，No.58、No.70之2種類的合金係勉強合格。No.58合金的Cr添加量為20%(含量約21%)、No.70合金的Cr添加量為25%(含量約25%)，清楚明白即便Nb添加最大添加量8%，耐摩耗性WR亦能夠顯示14~15的最低值，單獨添加Nb係不可能調整耐摩耗性。

(4)B對高Si鋼的耐摩耗性、延性的影響Cr、Si含量多時，結果在基體析出大量脆的針狀鉻碳化物而成的FREA－METAL合金(No.55)因彎曲加工容易產生剝離(第2圖中的照片2)。Si本身無法改善使鋼變脆的性質。但是關於開發合金，清楚明白鉻碳化物的折出量對該合金變脆的影響最大，隨著Si含量的增加，鉻碳化物有針狀化的傾向，鉻碳化物的形狀亦促進脆化，認為係產生破裂或剝離而使耐摩耗性下降之主要因素之一。

為了改善彎曲延性，謀求減少脆的針狀鉻碳化物的大量結晶係重要的。因為對應該針狀碳化物量的減少程度會產生耐摩耗性降低，為了對其加以補償，認為以下方法係最佳手段，該方法係藉由產生非常高硬度微細化的化合物結晶，具有分散結晶而成的球狀、島狀、不定形的形狀，能夠防止焊接金屬的脆化而提升耐摩耗性。

不會促進高Si鋼的脆性而能夠提升耐摩耗性之手段，係企劃產生不會對耐腐蝕性有不良影響之非常高硬度的硼化物的結晶、或藉由與鈮碳化物(產生與碳的親和力強、且為球狀的微細化碳化物結晶)共存來謀求提升耐摩耗性。同時對於該高Si鋼的最大缺點之表層金屬的剝離、脫落等脆化，該等2元素沒有影響、或是寧可說期待在抑制脆化方向產生作用。

焊接金屬的鉻含量係在15%≦Cr≦31%的範圍，藉由添加硼能夠謀求提升耐摩耗性，但是單獨添加硼例如即便添加0.5%對改善耐摩耗性亦沒有幫助，添加4.0%時焊接金屬變為非常硬，在相對於焊道(welding bead)之直角方向產生無數的破裂。只單獨添加B時，因添加量的範圍狹窄，非常難以判斷焊接金屬的延性程度。比較低含B鋼與高含B鋼的耐摩耗性，高含B鋼顯示非常優良的耐摩耗性，但是產生顯著的脆化。硼添加量對耐摩耗性及彎曲加工性的影響係如表4所示。

而且，雖然開發合金的最大特徵之高矽含量係高溫耐氧化性或耐硫酸腐蝕性、耐鹽酸腐蝕性、有機酸腐蝕性係非常有效的重要因素，但是通常在鐵基合金添加3.5%以上時具有使合金變為非常脆的性質，因此儘管有其優良的性能，以往使用於鐵基堆焊材料並不是很多。在高Cr鋼增加Si的添加量時容易使鉻碳化物針狀化，結果使焊接金屬產生變脆的傾向，單獨添加5%時在焊接金屬產生表層剝離，而減少至2.5%時耐摩耗性變為非常差。因此，開發合金之引人注意的Si添加量必須是至少最低為2.5%且最高為4.5%~5.5%為的添加量範圍，在該添加範圍內使脆化消除係絕對條件。

Si亦與B同樣地，單獨添加時因添加範圍狹窄所以評價焊接金屬的延性及耐摩耗性係非常困難的。因此，產生Si×B的積(重量%)的必要性作為考慮包含B與Si兩者的影響之方法。認為B係使硼化物結晶來賦予非常高的硬度，而硼化物的種類、其形狀、大小、及結晶量會影響鋼的延性。特別是認為其尺寸與針狀的鉻碳化物的大小比較顯著較小時，在彎曲加工時促進物理性破壞的重要因素會大幅度地減少。而且微小硼化物的硬度若非常硬時，能夠期待改善焊接金屬的耐摩耗性。

因此採取顯示耐硫酸、耐鹽酸腐蝕優良的結果之No.10－C合金，並使用SEM－EDX分析裝置來鑑定在該合金產生結晶之碳化物、及硼化物。結晶物有Cr₇ C₃ 鉻碳化物(約HV2100)及Cr₂ B(約HV1400)、Mo₂ FeB₂ (約HV2400)、NbB(約HV2250)之3種類的硼化物產生結晶。此等全部共佔有總焊接金屬的30%。此等結晶物的形狀，Cr₇ C₃ 係顯示花瓣狀或樹枝狀，硼化物的NbB為不定形，Cr₂ B為板狀、Mo₂ FeB₂ 為網眼狀(參照第3圖中的照片1)。

因為No.10－C合金的碳含量為小至約0.7%~0.8%，碳化物只有Cr₇ C₃ 產生結晶，Nb未形成鈮碳化物。但是鈮硼化物(NbB)產生結晶，能夠賦予與鈮碳化物匹敵程度的高硬度。因此，清楚明白碳含量較少時，Nb形成硼化物而有助於提升耐摩耗性。清楚明白即便低碳含量亦具有優良的耐摩耗性之理由係該等硼化物產生結晶。

認為碳含量增加時亦同時產生鈮碳化物結晶，能夠更有助於提升耐摩耗性。藉由使B與Nb共存，藉由其優良的硬度能夠成功地提升耐摩耗性，且不會降低彎曲延性。各種硼化物晶物之中，認為在形狀上會使合金脆化之物時有硼化鉻(Cr₂ B)。其形狀係板狀組織，但是因為其形狀上與微細針狀鉻碳化物近似而受到擔心(參照第3圖之照片1)。實際上在彎曲試驗，No.10－C合金能夠容易地加工，並未因此而產生表層剝離(參照第3圖中的照片2)。可能是因為結晶量與針狀鉻碳化物有差異，對彎曲加工性的影響亦不大。硼化物的硬度係引用金屬化學熱處理手冊(著者G.V.Borisenok)。

(5)Si×B與Cr含量的關係Si×B添加量的積與Cr含量的關係，能夠認為與最促進脆性的針狀鉻碳化物的析出量有關。Cr含量少時當然Cr碳化物的析出量少，有減少脆化的傾向，但相反地，耐摩耗性會大幅度地下降。單獨大量地增加Si的添加量時，因為Si所具有之特有的脆化傾向及使鉻碳化物針狀化性質會使金屬脆化的傾向增強，已調查藉由與B共存添加能夠何種程度改善延性及耐摩耗性、及是否能夠適當地擴大適合的合金組成範圍。

低Cr含量時，設定Si×B為7.5以上，高Cr時係設定Si×B的積低至1.55至6.4來調查同時滿足合金的延性及耐摩耗性之合金組成範圍。調查結果如表5及表6所示。

Si×B的上限值為7.5能夠確保耐摩耗性，但是添加其以上的量時無法確保彎曲延性，Si×B的下限值為6.4能夠確保彎曲延性，但是其以下時耐摩耗性變為不合格，關於上下的調整範圍寬度非常狹窄的磨耗係數係上限值為6.1、下限值為12.4，無法得到優良的耐摩耗性。同時滿足優良的延性及耐摩耗性之合金組成範圍只能得到限定在非常狹窄的範圍。藉此，只有藉由Si×B的積與Cr的關係，欲得到同時滿足延性及耐摩耗性之寬度廣闊的合金組成範圍係有困難的。

(6)Nb的添加效果特別是清楚明白Si×B的下限值時彎曲延性非常良好的反面，耐摩耗性大幅度地下降。認為B、Nb單獨添加時並不怎麼有效，但是藉由使其等共存添加，能夠大大地有助於改善耐摩耗性。認為藉此能夠大幅度地擴大滿足延性及耐摩耗性雙方之合金組成範圍。

No35合金的Si×B為1.8，藉由添加Nb＝4.0%、Al＝2.0%，能夠確保磨耗係數WR＝9.3。藉由No33合金的Si×B＝3.5且添加Nb＝4.0%，能夠確保磨耗係數WR＝5.9。因為顯示耐摩耗性之磨耗係數WR的最低基準值為15，係在充分的基準內，藉由使Nb與B共存能夠大幅度地擴大能夠同時滿足延性及耐摩耗性之合金組成範圍。

在Si×B的積，存在Nb作為提升耐摩耗性之第3有效元素，能夠選擇包含0~8.0%及無添加之非常寬闊的添加量範圍，能夠期待容易地調整耐摩耗性。Nb係使碳化物球狀微細化的元素係眾所周知的事實，使金屬變脆的危險性較少，又，因為鈮碳化物(約HV2400)或鈮硼化物(約HV2250)能夠賦予高硬度，所以能夠提升耐摩耗性。

例如，灰鑄鐵的石墨形狀係針狀石墨時，因為會使鑄物變脆，有一種方法係藉由添加Mg、Ca，使石墨球狀化來形成球狀石墨鑄鐵，能夠賦予不比軟鋼遜色的程度之延性。Nb的添加亦能夠對碳化物帶來與Mg、Ca相同的效果。合金的碳含量為0.5%之非常低的情況，碳化物的產生結晶大幅度地減少，但是藉由添加硼來使硼化鈮(NbB)、硼化鉻(Cr₂ B)產生分散結晶而有助於提升耐摩耗性。

如此，B與Nb兩者都是形成微小的結晶物來防止本開發合金的脆化，藉由以兩者代替脆的針狀鉻碳化物，能夠使鋼的延性恢復，藉由其高硬度能夠顯著地提升耐摩耗性。已經實驗證明，單獨添加Nb的效果無法得到充分的耐摩耗性，但是藉由與B共存能夠謀求提升耐摩耗性。

開發合金的必要條件係與Cr的含量有關，Si×B的積與Nb的共存添加係絕對條件，其中缺少任一者時難以確保能夠大幅度地擴大能夠同時充分滿足延性及耐摩耗性之合金組成範圍。

藉由適當地組合Si、B、及Nb之3元素能夠緩和先前高含Si鋼的最大缺點之脆性，係具有重大意義，含後能夠有效地利用Si，用以賦予鐵基合金的耐摩耗材料價廉之優良的耐腐蝕性、及耐摩耗性。認為藉此能夠有效地利用Si，來代替Co、Ni等具有高價稀少價值的合金元素，因為能夠賦予對鹽酸、鹽酸氣腐蝕之優良的耐腐蝕性，所以能夠擴大有效利用於產業廢棄物、高溫燃燒爐、熱分解裝置、及流動床爐等的耐鹽酸、及硫酸腐蝕。

評價合金的脆性之方法，因為認為彎曲試驗係最簡便且正確，所以藉由彎曲加工來評價其延性。彎曲加工性能及耐摩耗性係藉由含鉻量及Si×B的積的互相關係來總括。結果以一定的曲率進行彎曲試驗亦不會在焊接金屬產生剝離或破裂的界限傾向係顯示Cr含量低時，Si×B的積為高值，而Cr含量高時，Si×B的積為低值之傾向。藉由Si×B的積來評價彎曲加工性能之方法特別地擴大該評價範圍，比藉由B或Si單獨評價的方法有助於更正確地判定性能。

(7)藉由耐摩耗鋼板的彎曲加工之延性評價及耐摩耗性評價。假設使Si的含量為最高的4.5%時，從Cr%≧－1.6Si%＋37的方程式，鉻含量為約30%以上而大量地析出針狀碳化物，因為在Si＝4%時，Cr為約31%，所以使在第1層焊接金屬的鉻含量範圍為「15%≦Cr≦31%」。而且，為了得到優良的彎曲加工性、亦即延性，如以下特定主要影響元素的適當成分範圍。

15%≦Cr≦31%(第1層焊接金屬含量) 0.5%≦C≦2.0%(添加量) 2.5%≦Si≦4.5%(添加量) 0%≦Nb＋V≦8.0%(添加量) 0.5%≦B≦3.5%(添加量)

求取在該成分特定範圍之Si×B的適當範圍來影響彎曲加工性。結果能夠賦予基體不會脆化且彎曲加工性優良的焊接金屬之Si與B的積係在「1.25≦Si×B≦11.5」的範圍。大致的傾向係顯示當Cr的含量低時，Si×B的數值變高，當Cr的含量高時，Si×B的數值顯示變低的傾向。特別是Si×B的數值變低時，耐摩耗性有變低的傾向，添加Nb的目的係用以補充耐摩耗性。

因為Si×B的數值越高會使焊接金屬脆化的傾向，使彎曲加工性能變差，必須降低Si×B的數值來提高彎曲加工性能。Si×B的數值越低時，焊接金屬的延性增加、且彎曲加工性能提升，但是相反地因為耐摩耗性降低，所以Nb必須在0≦Nb＋V≦8%的範圍內添加來調整耐摩耗性。例如4.0≦Si×B≦11.5%之高數值時，使Nb的添加量為較低的0.5~4%以內，4.0≧Si×B≧1.25%之低數值時，使Nb的添加量為較高的4~8%，來改善耐摩耗性。

開發合金的目的係提升耐腐蝕性，第1層焊接金屬的鉻含量為較低的15~18%時，在結晶的晶界因焊接熱使碳與鉻鍵結而形成Cr₂₃ C₆ 碳化物，其沿著晶界析出而缺少耐腐蝕性所必須的Cr，有產生晶界腐蝕的危險性。藉由添加0.5%以上之Nb，與碳的親和力比Cr強度的Nb，與碳鍵結而具有抑制Cr₂₃ C₆ 析出的效果。

Ti≦1.0%以下的添加目的亦是求取與Nb同樣的效果，但是因為Ti與氧的親和力非常強，判斷在金屬中之高溫氧化反應時損失比Nb多，所以設定添加量為1%。

焊接金屬的彎曲加工性能評價方法係在SS400、SUS304、SUS310S的9毫米厚度×100毫米寬度×400毫米長度尺寸之鋼板上，製造以1層堆焊將5~6毫米的焊接金屬全面堆焊而成之包層鋼板，並以硬化金屬為內側藉由加壓機進行彎曲加工。目標之司太立特硬質合金No.1係使用氣焊在SS400上堆焊2層5毫米厚度。試片的長度為約200毫米。

評價曲彎延性，當彎曲加工曲率為約200R，彎曲加工對硬化金屬無任何影響而能夠得到健全的彎曲性能且無缺陷的情況評價為○、在硬化金屬的表面產生數個位置的表層剝離或非常輕微的缺陷時為▲，在硬化金屬的表面產生多數表層剝離或塊狀脫落、且缺乏靭性時為●。結果如第1圖所示。

在第1圖，藉由以Si×B為縱軸、以第1層焊接金屬的Cr含量為橫軸，並表示該等與延性的關係。上部的曲線係以200R的曲率對包層鋼板進行彎曲加工時在焊接金屬產生表面剝離或脫落的斷裂界限線，該線的上側係表示因彎曲加工而容易斷裂。下線係表示焊接金屬所具有的低應力磨耗係數WR保持15之界限線，其以下係表示磨耗係數上升而耐摩耗性大幅度變差。

在上下的界限線所包圍的適當成分範圍，以1層堆焊所構成的耐摩耗鋼板，若以曲率而言，係能夠進行半徑200毫米為止之R彎曲加工，其以下的極小曲率的彎曲加工亦存在有多數種合金。該彎曲加工性係與司太立特硬質合金No.1同程度或更為優良，能夠得到與耐摩耗鋼板所使用的高碳－高鉻鑄鐵合金同等或同等以上的彎曲加工性能。回顧以往，在高含Si鋼無法得到能夠進行如此極小R彎曲加工的合金。

其次，重要的性質係提升在常溫的耐摩耗性。如前述，因為使提升耐摩耗性的最重要因素之碳含量從高碳－高鉻鑄鐵系堆焊合金大幅度地下降的緣故，雖然能夠謀求提升彎曲加工性能及耐腐蝕性，但是耐摩耗性減少，所以確保耐摩耗性變為重要。

耐摩耗性的判定評價方法係使用環狀皮帶研磨試驗機來進行。各種合金的磨耗係數係以軟鋼SS400作為基準值，並從SS400的磨耗容積與欲比較的合金的磨耗容積比率來算出。

開發合金的耐摩耗性目標係氣焊司太立特硬質合金No.1合金時的耐摩耗性，該磨耗係數為WR＝8。司太立特硬質合金的堆焊方法通常在小物的堆焊時係進行氣焊，但是面積大的構件之堆焊係藉由電弧焊接法來堆焊，因為與氣焊比較時焊接效率高，堆焊技術亦比氣焊容易，近年來焊接技術者亦熟練電弧焊接，但是電弧焊接法進行堆焊時的最大缺點係母材焊透變深致使耐摩耗性大幅度地降低。

以TIG(鎢電極惰性氣體電弧焊；Tungsten Inert Gas arc welding)法堆焊司太立特硬質合金No.1時的磨耗係數為54，必須進行2~3層堆焊才能夠得到與氣焊法同樣的耐摩耗性。又，因為高鉻鑄鐵的磨耗係數為14~17.5，而高碳－高鉻鑄鐵系焊接棒的磨耗係數WR＝4~10的範圍，所以直正目標值係司太立特硬質合金No.1氣焊的磨耗係數WR＝8，最低目標值係司太立特硬質合金No.6的磨耗係數14。開發合金的磨耗係數WR的適當範圍為1≦WR≦15。

(8)堆焊材料的彎曲加工性能及耐摩耗性評價焊接材料的彎曲加工性能或耐摩耗性評價基本上係適合在耐摩耗鋼板所得到的Si×B與Cr的相關式。耐摩耗鋼板與鑄鋼的相異點係母材之稀釋率不同及彎曲加工不怎麼重要。因此，與製造耐摩耗鋼板時比較時允許添加稍微多量的合金。

在焊接材料之成分添加範圍，係因堆焊方法或母材的種類、焊透深度而有大的差異，所以必須修正在包層鋼板所得到的成分。例如，手工焊接棒的堆焊施工時預測焊透率為約50%，MIG(熔化極惰性氣體電弧焊；MetalIner Gas arc welding)焊接時約為35%、TIG焊接時約為45%，包藥焊絲(flux cored wire)約35%、潛弧焊(submerged arc)法為30~60%。通常相當容易受到深的焊透深度之影響，添加量與製造包層鋼板比較時必須大量添加。順便一提，認為包層鋼板時的焊透深度為約25~35%的範圍。

堆焊材料的情況與包層鋼板比較，相異處係彎曲加工的必要性非常少。因為係在已製成形狀的物品表面上堆焊，所以無彎曲加工的必要性。但是，堆焊時1層、2層重疊，層數增加時因為受到母材的影響變少而使其與設計成分近似。但是多半是2層堆焊，通常1層的厚度為約3毫米，第2層能夠得到5~6毫米的厚度。焊接其以上的層數時焊接材料的使用量增加、且堆焊工時增加而變為昂貴，通常係進行2層堆焊之方法。

檢討焊接材料所添加各合金成分時，碳含量為0.5%≦C≦2.5%、鉻含量為15%≦Cr≦45%、0≦Ni≦13%、0≦Mn≦10%、0≦Nb＋V≦8%、Cu：7%以下、Mo：10%以下，即便受到焊透深度的影響，在該範圍內亦能夠充分地保持性能。

對彎曲加工性能有重大影響之B為0.5%~4.5%，Si為2.5%至5.5%。特別是影響彎曲加工性的Si，其最大添加量與專利第3343576號比較時少1.5%。亦即，本開發合金之開發目的並不是使用於600℃以上的高溫用途而開發的合金，所以不須要析出針狀碳化物，所以能夠減少與析出針狀碳化物有直接關係的Si添加量。

藉由適當地組合Cr、Si、B、Nb之4元素，能夠確保在本開發合金在常溫之彎曲加工性能(延性)及目標耐摩耗性、及耐腐蝕性。

比較代表性的各種合金的硬度及耐摩耗性如表7所示。從材料切取SS400、SUS310S不鏽鋼、高鉻鑄鐵、及耐硫酸性鋼板，並藉由2層氣焊法以5毫米堆焊司太立特硬質合金No.1、No.6，GL、UF係藉由無充氣電弧焊(non－gas arc)法以2層5毫米堆焊。

耐摩耗鋼板的合金係藉由潛弧焊法以1層約5毫米厚度堆焊。堆焊品的材料係SS400、SUS304、及SUS310S不鏽鋼，且採用厚度9毫米。

本發明係如此的見識為基礎而完成，該鐵基耐腐蝕耐摩耗性堆焊材料係以重量%計係含有C：0.5~2.5%、Si：2.5~5.5%、Mn：0~10%以下、Cr：15~45%、Ni：0~13%、Cu：7%以下、Mo：10%以下、B：0.5~4.5%、0≦Nb＋V≦8%，殘餘為鐵及不可避免的不純物所構成。

除了該等成分以外，亦能夠含有Ti：1.0%以下、Al：3%以下、稀土族金屬：合計0.5%以下、及N：0.2%以下之1種或2種以上。

該焊接材料具體上有被覆電弧焊接棒、包藥複合焊絲、金屬粉末或鑄造棒。

又，本發明的鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金係以重量%計係含有C：0.5~2.0%、Si：2.5~4.5%、Mn：0~10%以下、Cr：15~31%、Ni：0~16%、Cu：7%以下、Mo：10%以下、B：0.5~3.5%、0≦Nb＋V≦8%，且在15%≦Cr<27%的範圍，滿足(Si×B)≦2014/Cr² ＋0.083Cr＋1.05，在27%≦Cr≦31%的範圍，滿足1.25%≦(Si×B)≦6.0%，在15%≦Cr<20%的範圍，滿足(Si×B)≧570/Cr² －0.066Cr＋1.145，在20%≦Cr≦31%的範圍，滿足(Si×B)≧1.25之低碳－高矽－高鉻－硼－鈮系的鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金。

除了該等成分以外，亦可含有Ti：1.0%以下、Al：3%以下、稀土族金屬：合計0.5%以下、及N：0.2%以下之1種或2種以上。

該鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金具體上係堆焊金屬或鑄鋼，任一者都顯示能夠與鈷基合金的司太立特硬質合金No.1、No.6匹敵或比其優良的耐摩耗性及耐腐蝕性。

構成本發明材料及本發明合金之各元素的比例如下。

C：0.5~2.5%(材料)、0.5~2.0%(合金)

C量為0.5%以下時，有助於減少耐摩耗性之鉻碳化物的析出量。C量大於3%時(Cr、Fe)₇ C₃ 型碳化物會以粗粒化的針狀碳化物的方式析出，影響堆焊金屬的剝離、脆化，且使彎曲加工性下降。耐摩耗性鋼板時，因為要求彎曲加工，所以在焊接金屬所含有的含碳量以2%以下為佳。從鐵－碳狀態圖判斷，2%以下係由鑄鐵變成鑄鋼的轉移點，因為鑄鋼比鑄鐵富於延性的緣故。堆焊會對母料金屬的焊透產生影響，即便在合金材料添加2.5%C，25~40%受到母材稀釋時，第1層的焊接金屬的含碳量會降低至約1.5~1.9%。因此，添加在合金之碳量最高以2.5%以下為佳。

而且，在焊接金屬所含有的碳會影響耐腐蝕性，對10%鹽酸溶液之腐蝕，在0.5%~3.0%的添加量的範圍影響不大，但是對10%硫酸溶液，添加量為2.0%以上時，耐腐蝕性會急遽地降低。在0.5%~1.5%的範圍時，腐蝕減量未觀察到大的變化，但是2.0%以上時會產生急遽地變化。

特佳之碳添加量下限為0.5%以上，從耐硫酸腐蝕性判斷，上限為2.0%以下，考慮不同焊接方法之焊透深度的影響時，最大以2.5%以下為佳。

Si：2.5~5.5(材料)、2.5%~4.5%(合金)

Si具有防止鋼氧化之作用。2.5%以上時抗氧化增加，藉由單獨添加5%以上，在1100℃為止的溫度能夠有效地阻止氧化。從耐腐蝕性的觀點，Si對耐鹽酸腐蝕、及耐硫酸腐蝕有效，且在Cr、Mo、Cu的共存下能夠發揮其真正價值。

但是，高Si會使鋼脆化，大量添加時表層容易剝離，特別是會對耐摩耗鋼板的彎曲加工性造成不良影響，其最小添加量為2.5%。該添加量以下時會使耐摩耗性及耐腐蝕性下降，同時對耐鹽酸性造成不良影響。

Si大於4.5%時，因為會使鋼非常脆弱化，會造成鋼的延性下降並使堆焊狀態的表層面產生切片狀的剝離。又，因為會對彎曲加工性造成不良影響，所以這是最大添加量的上限值。又，矽為4.5%以上且Cr含量為30%以上時，針狀鉻碳化物會大量析出而變脆。特別是Si的添加量之下限以2.5%以下為佳，考慮不同焊接方法之焊透深度的影響時上限最大以5.5%以下為佳，上限以4.5%以下為特佳。

使Cr含量為一定而增加Si含量時，該硬化金屬係比例地變脆。因此，Si係在2.5%≦Si≦4.5%的必要範圍內盡可能低值時能夠防止脆化。因為對應Si較少的部分，耐摩耗性會下降，所以藉由B、Nb、V等的共存添加來使下降的耐摩耗性恢復。此時，硼化物、鈮、釩碳化物的形態係球狀，以高強度鑄鐵的球狀石墨之方式物理性提高合金的破壞靭性係重要的，這是確保高Si鋼的延性之最高手段。

Cr：15%~45%(材料)、15~31%(合金)

通常而言，為了抑制鋼的氧化，Cr係極為有效的，有助於改善高溫耐氧化性。Cr係與碳鍵結而析出各種鉻碳化物而賦與高硬度並提升鋼的耐摩耗性。但是，為了提升耐摩耗性，與鉻鍵結而形成鉻碳化物係必要的，因此必須添加大量的碳。但是，碳添加量為3%以下時，第1層的焊接金屬受到母材稀釋致使碳含量為2%左右，無法期待充分的碳化物析出而耐摩耗性下降之反面，耐腐蝕性提升。本發明的主要目的係改善鐵基合金的耐腐蝕性，因此抑制多量的碳化物析出而殘留於基體。

為了增加Cr量來謀求提升耐腐蝕性，改善耐腐蝕性係藉由添加不會對耐腐蝕性產生不良影響之B、Nb、及Si來進行，並將C的添加量抑制在2.5%以下。而且，本發明合金之賦予高含Si鋼的延性係本申請專利範圍的主要目的之一，Cr對高Si鋼的延性有重大的影響。Cr含量與Si、B的積之關係已經詳述。

因為堆焊係堆焊於不同母材金屬，所以受到母材金屬的稀釋。在本發明受到母材稀釋所得到的第1層焊接金屬的鉻含量最小為15%、最大為31%。因此，因各種堆焊方法的差異且因母材金屬之稀釋率不同，最小添加率為15%、最大添加率為45%。

Cr含量為25%以上之高含有時，與Si組合會容易產生脆的針狀碳化物析出，在用途上受到衝擊摩耗而要求延性之合金時，係選擇難以析出針狀碳化物之低含Cr鋼，例如以15%鉻鋼為佳，特佳之Cr值係下限為15%以上、上限為31%以下。

Mn：0~10%(材料、合金)

Mn及Ni會助長奧氏體(austenite)化，且增加其安定度。Mn的奧氏體形成能力約為Ni的一半。該Mn具有安定堆焊作業性之效果。因為本發明合金將高含Si作為基本組成而含有肥粒鐵(ferrite)，為了保持奧氏體組織且因為Ni昂貴的緣故而添加來代替Ni。特佳之Mn添加量為0%至上限之8%以下。

Ni：0~13%(材料)、0~16%(合金)

從本發明合金的主旨看來，從高Ni添加係消耗稀少價值合金的觀點而言，乃是不佳，以0%為佳。因此，只有在對耐腐蝕性、彎曲加工延性無論如何必須添加的情況才不得已添加，當Cr含量為23.5%以上、小於31%，當Ni含量增加約3~6%時，彎曲延性或焊接金屬的表層面剝離傾向減少，並認定具有改善Si×B值3個百分點的效果。本發明合金的用途之垃圾焚燒關係，多半係關於氯氣耐腐蝕性，在效果上以高含量為佳。因為在高溫時亦具有防止滲碳的效果，且在受到熱衝擊用途時具有防止Cr的不動態皮膜產生剝離的效果，所以使用溫度係高溫時以Ni含量為高為佳。

本發明合金組織係基本上藉由合併添加容易形成肥粒鐵＋奧氏體的混合組織之Mn及Ni，能夠將組織變換成奧氏體組織。例如在被重束縛的奧氏體不鏽鋼上進行硬化堆焊施工時，當本裝置的溫度變化激烈而蒙受熱衝擊時，在硬化堆焊金屬含有多量肥粒鐵時，因與母材奧氏體不鏽鋼的線膨脹係數差異，在焊接熔合線會有產生應力而剝離的危險性之情形。在此種情形，藉由添加Ni能夠將硬化金屬變更為奧氏體單體組織而與母材同一組織。因此，Ni的最大添加量以13%以下為佳。萬一不足時能夠添加Mn來調整。

Nb＋V：0%以上、8%以下(材料、合金)

Nb具有將碳化物球狀微細化的效果，在物理上能夠經得起組織構成不容易破壞或脆化。其效果係如上述，對碳化物形狀的作用係與影響灰鑄鐵及高強度鑄鐵的延性之石墨形狀相同，與將石墨球狀化之Ca、Mg作用效果相同。而且，Nb碳化物本身的硬度非常硬為約HV2400，係添加意義的最大目的。低碳時例如在C＝0.7%且NbC(鈮碳化物)未產生結晶的區域，非常高硬度的NbB(鈮化合物、Hv2250)代替地產生結晶，具有防止耐摩耗性下降之效果。

另一方面，V係形成微細的碳化物，其形成能力係位於Cr與Mo的中間，藉由該碳化物反應之耐回火性、及藉由回火之二次硬化的改善來提升高溫耐摩耗性。又，能夠提升對因溫度上升而軟化變形及因熱裂而破裂之抵抗性。

在Cr含量及Si×B的相關式，在使焊接金屬產生剝離脫落程度之高Si×B值，亦即在無法得到彎曲延性之界限狀態，該等元素不一定必須添加。因添加會更促進焊接金屬的脆化。從防止15%的低含鉻鋼的晶界腐蝕之觀點，以至少添加Nb＋V≧0.5%為佳。因此，其添加量為0%以上，以0.5%以上為佳。但是，即便合計添加8%以上時，其效果飽和之同時，因為會使堆焊金屬脆化而產生危險性，所以最大添加量為合計8%。

B：0.5%~4.5%(材料)、0.5%~3.5%(合金)

在本發明合金成分範圍，產生結晶之硼化物的形狀係以難以促進該合金的脆化的形狀產生結晶，例如Mo₂ FeB₂ 係網眼狀，NbB係不定形，Cr₂ B係板狀。各自的微視硬度為HV2400、HV2250、HV1400，係非常硬。Cr₂ B係以板狀產生結晶，所看到的係比針狀鉻碳化物更大的結晶物，但該等數目較少，多半是長度短且不連續，雖然形狀上有問題，但是因為只要不是連續地產生結晶，物理上使基體產生脆化的危險性較少。該證據是即便進行200R彎曲加工，硬化金屬亦非常健全，連小片剝離亦未產生。為了得到此等效果，B的最小添加量為0.5%而最高添加量為3.5%，考慮不同焊接方法的焊透深度時，在焊接材料的最高添加量為4.5%以下。

Ti：1.0%以下(材料、合金)

鈦碳化物亦產生非常高的硬度，但是鈦會使焊接作業變為困難，且在焊道表面亦無法平滑地完成。因此，與Nb同樣地，在15%低鉻鋼，為了防止晶界腐蝕，添加量最高為1%以下。

Al：3%以下、N：0.2%、Ce及Y等稀土族金屬：合計量為0.5%以下之1種或2種以上(材料、合金)

本發明合金具有能夠使用於常溫至600℃以上的高溫用途之可能性，亦有賦予高溫耐氧化性的必要性。此等能夠選擇性添加主要係用以改善高溫耐氧化性。例如，Al在改善高溫之耐氧化性、特別是在許多使用硫氣體之環境，能夠發揮其效果。此時，以降低Ni量而增加Al量為佳。Al大於3%時，在堆焊金屬上會產生氧化鋁皮膜而使礦渣容易介於其間，會阻礙焊接作業性。為了得到安定的效果，以0.5%以上、3%以下為佳。

Mo：10%以下(材料、合金)

Mo係藉由與Cr、Cu、及Si共存添加而對本發明合金的耐腐蝕性或耐摩耗性發揮顯著的效果，來顯示與鈷基合金的司太立特硬質合金No.1、No.6同等或同等以上的耐腐蝕性。但是，因為Mo目前係非常昂貴的合金，增加添加量太多時會使本發明合金的製造單體大幅度地上升，所以最小添加量為0%，最大添加量為10%。特別是添加8%，因為能夠將耐硫酸腐蝕提高至司太立特硬質合金的耐腐蝕性以上，但是即便添加更多亦成為過量添加，所以最大添加量為10%以下，最高添加量以8%為特佳。

Cu：7%以下(材料、合金)

Cu係提升耐硫酸性、耐鹽酸性。在垃圾焚化爐，中斷燃燒時會產生腐蝕性強的硫酸或鹽酸等酸露點液，對此Mo單獨並不怎麼有效，與Cu複合添加則有效果。又，藉由該複合添加，微視組織被微細化，在含高Cr、高Si狀態，微細針狀碳化物容易析出，能夠改善高溫耐摩耗性。

特別是母材金屬不管其種類如何，例如能夠使用軟鋼、耐候性鋼板、耐硫酸性鋼、耐海水性鋼、各種不鏽鋼、Mn－Cr司太立特硬質合金鋼、鎳合金鋼、及鉻合金鋼等易焊接性鋼，從抑制稀釋及確保耐腐蝕性、及高溫耐氧化性而言，以含有9~35%Cr、0~25%Ni為佳。

本發明的鐵基耐腐蝕耐摩耗性金屬，儘管是價廉的鐵基合金但是能夠耐硫酸、耐鹽酸腐蝕，可作為昂貴的鈷基合金或鎳基合金的代替金屬，而且耐摩耗性亦與該等合金同等或更優良，係能夠使用作為各種焊接材料、耐摩耗鋼板、及鑄鋼之革新性的合金。

從世界性的視野而言，昂貴的鈷、鎳等稀少價值合金在生產設備只不過是作為防止摩耗用堆焊材料即被消耗龐大的量，在世界中，目前在摩耗消失、及分散消耗後並未回收而加以丟棄。展望將來時，目前浪費此等稀少價值合金的情形在世世代代總有一天會造成枯竭，必須從現在起謀求有效利用稀少合金、並提高資源回收效率。因此，本發明者從有效利用資源的觀點，從26年前開始採用地球上具有龐大埋藏量、且價廉的矽，並繼續研究將其有效利用而添加於堆焊材料。

當時，開發了合金添加量為C5.2%、Si12.3%、及Cr20%(磨耗係數WR＝27、平均硬度HV730)SLCE合金，來製造耐摩耗鋼板。並大量供應銅精煉工廠、製紙公司、水泥工廠，亦有輸出至瑞曲的造紙工廠的經驗。雖然該合金耐鹽酸腐蝕、耐硫酸腐蝕優良並且得到了應有的評價，但是係彎曲加工等加工性不足、且非常脆的合金。

將Si作為合金而添加於金屬時，特別是廉價的鐵基合金時，會引起Si特有的脆弱化，供應使用作為焊接材料係非常困難的。特別是有在焊接金屬的厚度方向產生無數的裂縫之特徵。因為該脆弱性，焊接金屬從表面層會產生切片狀剝離、增加含量時會以塊狀從母材金屬脫落。而且在耐摩耗鋼板的情況，在除去變形作業，只是使用加壓機等加壓即會產生剝離、脫落，因此除了限定用途以外其使用受到限制。使用作為堆焊金屬線或焊接棒時，堆焊物受到稍小的衝擊便會在硬化堆焊金屬產生剝離、脫落。

由於長年研究，本發明者放棄Si單獨添加而藉由與B、Nb、V等元素的共存添加，成功地克服其脆弱性而完成了本發明。該方法雖然無論如何無法防止Si使鐵基合金脆化，但是看清楚Si若增加時具有使高鉻鋼的鉻碳化物針狀化的性質，因此抑制針狀鉻碳化物的析出量，為了補充該減少的部分，藉由添加球狀微細化之鈮碳化物、析出網狀或不定形、板狀硼化物之硼，來抑制脆化且提高耐摩耗性。特別是Nb作為擴大耐摩耗性的調整範圍、及調整耐摩耗性的合金係非常有效的合金元素。

以下說明本發明的實施形態。

為了得到Si×B與Cr的相關式而製造之各種耐摩耗鋼板的焊接金屬組成如表8~表10所示。

調查該等耐摩耗鋼板的彎曲加工性，在第1層焊接金屬所含有的Cr量係將母材稀釋率作為25%而算出。焊接金屬的彎曲加工性能評價方法係如前述，在SS400、SUS304、SUS310S的9毫米厚度×100毫米寬度×400毫米長度尺寸之鋼板上，製造以1層堆焊將5~6毫米的焊接金屬全面堆焊而成的包層鋼板，並以硬化金屬為內側藉由加壓機進行彎曲加工。目標之司太立特硬質合金No.1係使用氣焊在SS400上堆焊2層5毫米厚度。試片的長度為約200毫米。

使彎曲加工曲率為約200R並進行評價彎曲延性，彎曲加工對硬化金屬無任何影響而能夠得到健全的彎曲性能且無缺陷的情況評價為○、在硬化金屬的表面產生數個位置的表層剝離或非常輕微的缺陷時為▲，在硬化金屬的表面產生多數表層剝離或塊狀脫落、且缺乏靭性時為●。結果如以下所示。

(1)Si×B與Cr的相互關係第1圖係將此等整理而圖示。儘管將碳添加量顯著地減少至0.5~2.0%，在Si×B的積與Cr含量之相關圖的適當範圍內，No.2、No.6、No.10－C、No.15、No.16、16－C、No.23、No.26、No.32、No.32－1、No.33、No.34、No.38、No.66、No.67、No.68、No.72合金的磨耗係數為3~6，存在有多數個能夠確保耐摩耗性為司太立特硬質合金No.1、No.6的約2倍以上的合金。

而且，即便與高碳－高鉻鑄鐵系堆焊合金GL(WR＝6)比較，亦能夠劃時代地得到其以上的耐摩耗性，目前鐵基高溫耐摩耗堆焊合金UF(WR＝2)係世界公認之具有最高耐摩耗性的合金，No.66、No.38能夠確保與其匹敵的耐摩耗性。

傾向係上部界限曲線之Cr含量為約15%至約27%之間時，Si×B的數值係從約11.5下降至6，在Cr＝27%以上31%之間，數值係在約6飽和。Si×B大於該界限值時，彎曲性顯著地下降且在焊接金屬本身產生剝離、脫落，而顯示延性極端地下限。

Si×B的數值越高時耐摩耗性越提高，相反地，Si×B低值時，彎曲性能變為良好但是耐摩耗性大幅度地下降。為了改了改良耐摩耗性而添加Nb。

(2)添加Nb之效果關於19%Cr含量之No.6合金，當Si×B＝6.5、Nb添加量為0.5%時能夠得到磨耗係數WR＝5.6，關於相同Cr量的No.62合金，當Si×B＝2.6、Nb添加量為6.0%時能夠得到磨耗係數WR＝6.5，能夠得到大致同程度的耐摩耗性。Si×B係2.6的低值時，磨耗係數係低至9~15左右，但是藉由添加6%Nb時，能夠使磨耗係數恢復至6.5。

Nb顯示確實改善耐摩耗性的能力。使Si×B的數值為1.25~4.5的範圍時，不管Cr的含量如何，能夠觀察到磨耗係數WR係8~15之非常差的傾向，但是相反地彎曲性能變佳。為了在該範圍內提升耐摩耗性，若在4~8%調整Nb的添加量時能夠得到改善。Si×B的積為4.5以上且11.5以下的範圍時在Nb的添加量為0.5~4%的範圍調節添加量，Si×B的積為降低至約4.5以下時，若選擇4~8%的添加量時，能夠謀求以不會降低曲彎延性的方式來改善耐摩耗性。

No.10合金的彎曲延性為●，係因為Si×B的積為較高之8.6，若使其降低至7左右時，則可能使其變更為○。No.17合金之Nb的添加量若從4%減少至1~2%時，能夠將▲改善成為○。清楚明白在上下界曲線包圍的範圍內，進行調整Nb的添加量或調整Si×B時，能夠到良好的彎曲延性及優良的耐摩耗性。

(3)作為Nb的取代元素之V的效果因為通常一般認為V具有與Nb同等之作為球狀碳化物形成元素的效果，所以調查V的效果。為了調查賦予Nb及V的耐摩耗性效果之差異，嘗試比較Nb合金群與V合金群。Nb添加合金群係如表16所示，V添加合金群係如表17所示。

比較Nb合金的No.7與V合金的No.50時，兩者的母材都是SS400,Si×B＝4.3，且C、Cr、及Si的添加量都相同，Nb＝3%、V＝2%。磨耗係數WR係Nb合金為11.0，而V合金為7.4，添加V之耐摩耗性稍優。

比較Nb合金的No.9與V合金的No.49時，合金添加量全部相同且母材SS400亦相同。在Nb＝4%、V＝4%之相同的添加量，產生前者的磨耗係數WR＝11.0、後者WR＝19.0之差異。

Si×B＝4.3時，儘管V的添加量比Nb稍少，V比Nb更能夠提升耐摩耗性。Si×B＝1.8時，在相同的添加量時，Nb係壓倒性地提升耐摩耗性。

從比較試驗判斷，清楚明白在Si×B＝1.8之較低情況，添加Nb係有效的，而在Si×B＝4.3之較高情況，添加V比添加Nb更具有提升耐摩耗性的效果。果然V與Nb同樣地有助於提升耐摩耗性。關於彎曲延性亦能夠無問題地V的添加量與Nb同樣地限定最高為8%。又，亦考慮使Nb與V共存，兩者的合計添加量以8%以下為佳。

(3)母材的種類對耐摩耗性的影響。雖然在Cr含量為大約25%以上31%以內時係多半使用SUS310S母材，但是因為在25%以下時，係併用軟鋼、304不鏽鋼的母材來進行堆焊，所以會擔心因母材不同引起耐摩耗性的差異。因為表示耐摩耗性之磨耗係數WR的數值係混合在不鏽鋼母材與在軟鋼母材所得到的數據而進行比較。按道理必須以同一母材進行試驗，但是因為必須使焊接金屬的鉻含量在15%至31%的範圍變動，為了利用母材的焊透來調整焊接金屬的鉻含量而不得已。

母材的種類對耐摩耗性的影響如表18所示。No.6合金與No.19合金係同一成分添加量而母材的種類前者為SS400、後者為SUS310S。同樣地No.7合金與No.20合金係前者為SS400、後者為SUS310S，No.9合金與No.22合金係前者為SS400、後者為310S。

受到母材差異影響的因素寧可說是硬度值，對耐摩耗性幾乎沒有影響。因為該等磨耗係數的差異係包含在申請專利範圍而不成問題。因此判斷即便將SS400及SUS310S的磨耗係數視為相同，亦不會成為問題。

(4)Ni含量與彎曲延性的關係焊接金屬的Ni含量與彎曲延性的關係如表19所示。

Cr含量從約23~24%係使用SS400、SUS304不鏽鋼母材，而Cr含量為25%以上時，係使用SUS310S不鏽鋼。使用SS400軟鋼母材時的Ni含量範圍為約0.0~10%，SUS304母材時為約2.0~12%，SUS310S母材時為約5.0~16%。

當Cr含量為23.5%以上、小於31%，當Ni含量增加約3~6%時，彎曲延性或焊接金屬的表層面剝離傾向減少，並認為具有改善Si×B值約3個百分點的傾向，但是因為亦混雜有產生裂縫的合金，必須仔細調查該區域所包圍的範圍之各種元素組合並慎重地進行合金構成。Cr含量為23.5%以下時，即便Ni含量為7~8%亦會產生焊接金屬破裂，添加Ni無防止裂縫破裂的效果。

(5)Si×B與Cr含量的相關式1)產生硬化金屬的剝離、脫落之上部界限曲線15%≦Cr<27% Si×B≦2014/Cr² ＋0.083Cr＋1.05 (1) 27%≦Cr≦31% 1.25%≦(Si×B)≦6.0% (2)2)能夠保持硬化金屬的耐摩耗性WR為最低的15之下部界限曲線15%≦Cr≦20.0% Si×B≧570/Cr² －0.066Cr＋1.145 (3) 20%≦Cr≦31% Si×B≧1.25 (4)3)焊接金屬的Nb含量增加3~6%時，係使剝離、脫落上部界限曲線在23.5%≦Cr≦31.0%的範圍，以Si×B＝3百分點分量在(1)式上方平行移動，而擴大了不容易產生裂縫的範圍。

(6)堆焊材料的耐摩耗性評價本發明合金的耐摩耗性係如前述，以沃賽特鎳鉻合金作目標而開發而成的。其化學成分如下，C<0.07%、Cr20%、Ni25%、Si3.5%、Mo3.0%、Cu2.0%。

其他，焊接材料有DIN8556、E20.25.5LCuR26。其代表性的化學成分如下，C0.025%、Mn2%、Si0.4%、Cr21%、Ni25%、Mo5%、Cu1.8%、Nb0.1%、N0.08%。

兩合金都是Ni含量高之耐腐蝕性結構材料，無法作為耐摩耗性金屬使用。後者的情況係焊接材料，因為低至Si＝0.4%、且碳含量亦極端地少，所以無法作為耐摩耗性金屬使用。因此，發明者使作為耐摩耗性金屬之必要碳含量為0.5%以上、2.0%以下。而且，含矽係本開發合金主題，使其範圍為2.5%≦Si≦5.5%。而且為了提升耐摩耗性而添加碳化物形成元素之Nb、V，並共存添加能夠形成硼化物之B，用以賦予高硬度。

以將2種類的耐腐蝕性合金改質成為耐摩耗性合金、並同時不使2種類合金原來所保持耐腐蝕性變差方式進行設計合金而成。DIN8556焊接棒係使用作為磷酸、硫酸、乙酸、鹽、海水環境裝置類的接合或耐腐蝕材料而堆焊在軟鋼或低合金鋼上，並使用來堆焊於非耐摩耗材之機構結構構件。

在能夠確保彎曲延性及耐摩耗性的圖表範圍內，發明了一種耐腐蝕性比司太立特硬質合金No.1、No.6合金更優良的合金，並進行該等合金的耐腐蝕性比較試驗。腐蝕試驗係測定於室溫使其連續浸漬10%硫酸水溶液、5%氯化鐵水溶液、10%鹽酸水溶液、及48%苛性鈉水溶液480小時後之情形中的腐蝕減量，並按照該差異來比較耐腐蝕性的優劣。

SS400軟鋼、SUS310S、及SUS304不鏽鋼、高鉻鑄鐵、耐硫酸性鋼係從板材切取試片。其他全部是堆焊材料，製造在SUS310S上堆焊5毫米厚度而成的試片。堆焊試片係試驗包含母材SUS310S之腐蝕減量，採取硬化金屬本身來提供進行腐蝕試驗時，因為一部分的合金常發生裂縫而無法進行比較，所以假想實際裝置而進行了包含母材在內的腐蝕試驗。

試片的尺寸為50×50毫米，其厚度為9毫米。硬化金屬的厚度為約5毫米，並以硬化金屬面為基準，切削母材面來確保9毫米的厚度。試片的全表面積為68平方公分。雖然考慮以平均單位面積的腐蝕減量來表示,但是因為母材金屬未包含SUS310S異種金屬，所以直接表示總腐蝕減量來進行比較。

母材金屬選擇SUS310S理由係因為藉由焊透使多量的鉻從母材金屬移動至焊接金屬。藉此能夠容易地進行調整焊接金屬的Cr添加量。SUS304含有的鉻量係較少的18%，含有25%之SUS310S這方，較容易從母材金屬得到大量的鉻。而且，因為耐腐蝕性優良。第1層堆焊材料金屬的Cr含量受到焊透的影響，從SUS 310S母材金屬提取Cr而比添加成分含有更多的Cr含量。母材焊透率為25%。

在Si×B與第1層焊接金屬的Cr含量之相關圖，適當地選擇被包圍範圍內的合金而進行腐蝕試驗。進行過腐蝕試驗的合金係從外面費心地劃○圍起使其容易認識。在800℃以上的高溫區域使用時，係選擇SUS310、310S耐熱不鏽鋼母材，選擇作為從室溫附近至800℃的耐熱材料的板材主要係使用SUS304、316不鏽鋼。因此，認為從鉻的添加量判斷在第1層的焊接金屬所含有的Cr含量為約23~30%的範圍。其以下的Cr含量時，則多半的情況係選擇軟鋼或不鏽鋼作為母材，受到稀釋來使Cr含量下降。要求耐腐蝕性時則至少採用不鏽鋼作為母材金屬，主要係使用304、316、316L鋼。因此，腐蝕試驗主要係以約23~30%的範圍為中心來進行，但是因為一部分低鉻鋼亦有必要調查，所以亦調查16%鉻鋼。

No.5合金係Cr含量較低的16%時，No.10、17合金係Cr含量為27%且以30%含有高價的Mo時，No.16、14、39合金係C含量在2%、3%、5.4%變動且未含有Mo時，No.22合金係10%Ni、No.28合金係Mn8%、No.29合金係Mo8%、No.30合金係Cu6%時，在本發明合金，係選擇Ni、Mn、Mo、及Cu等各合金成分添加量的上限值的接近值，來調查腐蝕的差異。調查結果係總括於表20~22。

因為腐蝕試驗係全部使用SUS310S作為母材，從母材提取Cr而使Cr含量增加。例如No.10合金在圖表的彎曲延性試驗之Cr含量為20%，但在腐蝕試驗增加至Cr＝27%。當然，從SUS310S提取Cr、Ni，會使焊接金屬的Cr、Ni含量增加。腐蝕試驗號碼係採用表示腐蝕之英語Corrosion的C並在號碼數值的後面附加C。因此，關於腐蝕試驗之合金全部是C合金。

(7)10%硫酸腐蝕(C合金)在10%硫酸溶液進行浸漬480小時後，比較腐蝕減量，No.5、No.22、No.28、No.29、No.30合金類與司太立特硬質合金No.1、No.6比較時，顯示非常優良的耐腐蝕性。顯示耐摩耗性之磨耗係數WR為8~10，顯示與司太立特硬質合金No.1同時的耐摩耗性。No.10、No.17合金顯示與司太立特硬質合金同等的耐腐蝕性，其中耐摩耗性在本發明合金類之中，顯示最高級的耐摩耗性之磨耗係數為3.3。

令人驚訝地，因為該等鐵基合金對10%硫酸腐蝕與鈷基合金的司太立特硬質合金比較，顯示非常優良的結果。為了確認其可靠性而再次選擇腐蝕性激烈的濃度之40%硫酸溶液，並將該溶液加熱至50~70度的範圍將試片連續地浸漬4小時來比較腐蝕減量。因為再次以480小時來進行腐蝕減量試驗有困難，且因為只是確認試驗，所以以短時間進行加速試驗。結果如表23所示。

在加速試驗，亦顯示與司太立特硬質合金No.1、No.6同等或同等以上之耐硫酸腐蝕性。特別是No.5合金非常優良，No.30合金雖比司太立特硬質合金稍差但差異不大，能夠判定為同等。

接著，調查碳含量對耐硫酸腐蝕的影響。調查結果如表24及表25所示。

在碳含量為0.5%≦C≦3.0%範圍，觀察與腐蝕性的關係時，硫酸腐蝕容易受到碳含量的影響，2%以上時顯示耐硫酸腐蝕性有下降低傾向。判斷硼不會影響硫酸腐蝕。因此，受硫酸腐蝕之用途碳添加量應該使用2%以下。

對於硫酸腐蝕，先前認為使用鐵基耐摩耗金屬係不可能的，但是發明了耐腐蝕耐摩耗材料、且比含有50~65%昂貴的鈷之司太立特硬質合金No.1、No.6優良、而且耐摩耗性與No.1同等或同等以上的鐵基合金。從世界性的觀點，將具有稀少價值之含有多量鈷的司太立特硬質合金僅消耗於摩耗用途，且使用於無法資源回收的用途時，係將有效資源浪費使用，今後應使用本發明合金作為該等的代替金屬。

(8)鹽酸腐蝕對於硫酸腐蝕，No.29合金、No.10合金、No.30合金比司太立特硬質合金優良，特別是10%鹽酸溶液腐蝕試驗時，No.10合金比司太立特硬質合金No.1、No.6兩者優良，在耐鹽酸腐蝕用途使用No.10合金係重要的。

調查碳含量對鹽酸腐蝕的影響。關於鹽酸腐蝕，只有No.17合金的數值與其他合金比較，顯示約10倍左右的腐蝕減量，其他合金則無大的差異，無法觀察到焊接金屬的碳含量之影響。確實地司太立特硬質合金No.1顯示比碳含量較少的No.6具有較強的耐鹽酸腐蝕傾向，但碳的添加量對耐鹽酸腐蝕的影響沒有對硫酸腐蝕那麼大。

為了得到比得上司太立特硬質合金程度的耐腐蝕性，必須添加昂貴的Mo。但是，近年來，Mo的合金單體產生異常上漲，若添加大量時會對合金成本造成重大的影響，有可能使鐵基合金之較價廉的優點減半。因此，本發明者同時發明了不要求司太立特硬質合金水準的耐腐蝕性、但是在同樣的鐵基合金之間比較時，耐腐蝕性非常優良的合金。該等係No.16、No.14。

與鑄造所製成的高鉻鑄鐵比較，No.16顯示對10%硫酸腐蝕為約54倍、對5%氯化鐵為約72倍、10%鹽酸溶液為約94倍之耐腐蝕性。No.14係顯示大致相同的傾向。與先前的鐵基合金之高碳－高鉻鑄鐵系焊接合材GL比較時，No.16顯示對10%硫酸腐蝕為約19倍、對5%氯化鐵為約23倍之優良的耐腐蝕性。與先前使用的高鉻鑄鐵系合金比較時，實際證明了具有非常優良的耐腐蝕性，能夠作為鐵基合金而充分應用在腐蝕耐摩耗用途。

實施例

接著顯示實施例並藉由對照比較例來清楚明白本發明的效果。近年來，由於石油價格高漲，亦連動使煤碳輸入成本高漲，目前如日本等資源小國的對燃料價格高漲感到困惑。特別是使用龐大煤碳量的煤碳火力發電廠、煉鐵廠、水泥工廠為了減少昂貴的良質煤碳使用量，而增加使用與價廉的次級碳的混碳。因為次級碳中亦存在有硫含量大的煤碳，堆積於野外的堆積場時，因下雨會使水分增加且水與煤碳中所含有的硫反應會產生稀硫酸。

實施例如下，在將煤碳導入粉碎機的過程有槽型輸送桶，該底板襯裏為了承受摩耗，先前係使用堆焊高碳－高鉻鑄鐵系合金而成的耐摩耗高板。該成分係前述的GL合金。將含有大量硫含量的煤碳混碳後，先前因為只有磨耗而能夠賦予長期耐用期限，但是受到稀硫酸的腐蝕，耐用期限縮短為只有2.5個月。將本開發合金應用在該底板襯裏時，經過1年亦完全未產生腐蝕，仍繼續使用中。

為了證明高含Si鋼的脆弱化而拍攝了上述彎曲加工後的焊道。其中代表例之No.55合金顯示高含Si鋼的缺點之脆弱化，在使加壓機加壓後的焊道表面，於全部範圍產生剝離。但是，本發明合金之No.10－C合金進行200R的彎曲加工時，顯示其健全性。

關於因鉻含量的不同之鉻碳化物的析出量，比較低含鉻鋼之No.5(Cr＝16%)與高含鉻鋼之No.10－C(Cr＝27%)的微視組織。如第3圖之照片1及第4圖所示，在高含鉻鋼之No.10－C能夠觀察到產生板狀的粗大硼化鉻(Cr₂ B)結晶，而在No.5合金無法觀察到。因此，在承受重衝擊摩耗的用途，可採用低鉻鋼，而在承受輕衝擊之摩耗用途可採用高鉻鋼。

第1圖係Si×B量及Cr量對彎曲加工性的影響之圖表。

第2圖係合金評價的照片，照片1係先前合金的針狀組織之顯微鏡照片，照片2係顯示前先合金的彎曲裂縫之試料剖面的照片。

第3圖之照片1係本發明的合金No.10－C的組織之顯微鏡照片，照片2係彎曲裂縫後的照片。

第4圖係本發明合金No.5的組織之顯微鏡照片。

Claims (4)

1. 一種低碳-高矽-高鉻-硼-鈮系之鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金，其以重量%計係含有C：0.5~2.0%、Si：2.5~4.5%、Mn：0~10%以下、Cr：15~31%、Ni：0~16%、Cu：7%以下、Mo：10%以下、B：0.5~3.5%、0≦Nb+V≦8%，且在15%≦Cr<27%的範圍，滿足(Si×B)≦2014/Cr² +0.083Cr+1.05，在27%≦Cr≦31%的範圍，滿足1.25%≦(Si×B)≦6.0%，在15%≦Cr<20%的範圍，滿足(Si×B)≧570/Cr² -0.066Cr+1.145，在20%≦Cr≦31%的範圍，滿足(Si×B)≧1.25。
2. 如申請專利範圍第1項之鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金，其中除了該等成分以外，亦含有Ti：1.0%以下、Al：3%以下、稀土族金屬：合計0.5%以下、及N：0.2%以下之1種或2種以上。
3. 如申請專利範圍第1或2項之鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金，其中耐摩耗性及耐腐蝕性能夠與鈷基合金之司太立特硬質合金(Stellite)No.1、No.6匹敵或更為優良。
4. 如申請專利範圍第1或2項之鐵基耐腐蝕耐摩耗性合金，其係堆焊金屬或鑄鋼。