[发明专利]冶金结合的不锈钢

说明书

技术领域

本公开内容涉及冶金结合到并负载不锈钢外层的非不锈钢产品。

背景技术

钢是世界上最普遍存在的结构材料之一。遗憾的是，钢易于氧化及因而导致的结构性和装饰性失效。已经开发了多种技术以尝试提供用于钢的防护涂层，这些技术包括镀锌、镀锌退火（galvannealing）、铬化处理（chromizing）、包层（cladding）、涂漆等。

一个保护钢的好的方法是在钢产品的外部提供不锈钢组合物。铬化处理是一种在钢的表面生产铬-铁合金及由此形成的不锈钢的常见方法。对铁铬化处理包括热沉积-扩散法，铬通过热沉积-扩散法扩散到钢中并在钢基体中产生变化的铬浓度。通常地，所述基体的表面具有最高的铬浓度并且铬浓度随着进入基体的距离的增加而减小。铬浓度通常遵循典型的扩散函数，也就是说，铬浓度随离开基体的距离而指数地降低。其它的铬化处理产品，如描述于美国专利3,312,546中的那些，包括具有20%以上的铬浓度的扩散涂层，该铬浓度随进入基体的距离而线性地降低（参见图1）。这些高铬含量的涂层看来是包含由主体基体（bulk substrate）负载的含铬材料的箔或层。

随进入基体的深度而增长的铬浓度可以影响材料的耐腐蚀性。也就是说，表面的磨损连续地产生具有更低的铬浓度的新层，容易理解的是，所述新层具有比初始表面小的耐腐蚀性。由于铬化的表面中可变的铬浓度引起的这种不期望的效果，已经由爆炸复合的出现克服了。

将不锈钢爆炸焊接或爆炸复合到碳钢上产生了冶金结合到碳钢基体上的具有一致组合物的不锈钢层。该技术克服了与铬化处理相关的可变的浓度，但是其严重地受限于飞层（flying layer）的厚度、烈性炸药的使用以及形成的冶金结合。在爆炸焊接的金属中已经观察到了两种类型的冶金结合：在烈性炸药载荷下，横截面由基层和飞层的波状混合而组成，并且在较低的炸药载荷下，横截面包括飞层的颗粒向基层的注入。例如，参见Explosive welding of stainless steel-carbon steel coaxial pipes,J.Mat.Sci.,2012,47-2,685-695；和Microstructure of Austenitic stainless Steel Explosively Bonded to low Carbon-Steel,J.Electron Microsc.(Tokyo),1973,22-1,13-18。

现有技术没有教导包括扩散结合到碳钢基体的具有一致组合物的不锈钢层的材料。理想地，这样的材料将包括与爆炸焊接的不锈钢相关的耐腐蚀性和在典型的铬化处理应用中观察到的深度扩散结合。

发明概述

第一实施方案是冶金结合在钢模（steel form）上的不锈钢，所述钢模包括含有至少55重量%铁的核心区域并负载有不锈钢涂层。所述不锈钢涂层由不锈钢区域和结合区域构成。所述不锈钢区域具有约1微米至约250微米的厚度，并具有跨越不锈钢区域的厚度的大约一致的不锈钢组合物。所述不锈钢组合物包括铁和铬的掺合物，并且包括约10重量%至约30重量%的铬浓度。所述结合区域位于所述不锈钢区域和所述核心区域之间，具有大于1微米并且小于所述不锈钢区域厚度的厚度，并具有结合组合物。所述结合组合物包括铁和铬的掺合物，并且所述结合组成具有大约等于所述不锈钢区域铬浓度的、邻近所述不锈钢区域的铬浓度，以及所述结合组合物具有含有小于约5重量%铬的、邻近所述核心区域的铬浓度。