[发明专利]铬合金工件的制造方法及其应用

说明书

发明领域

本发明涉及用第一权利要求的前述部分的铬合金制造工件的方法。本发明亦涉及按照该方法制造的工件的应用。

发明背景

能源技术，特别是透平发电机结构中的固定环(英文为“RetainingRings”)、海上技术、航空和航天技术、建筑、通用机械制造、化学工业和交通技术中所要求材料不但强度高，韧性高，抗铁磁性，还要求材料在水和卤化物的水溶液中耐腐蚀及应力裂纹腐蚀。目前还没有能满足全部要求的材料。因此，一直在尝试选择适于特定应用领域的材料，使其至少最主要的性能能满足要求，以防止材料失效。由此，容许在操作条件变化时，因较少考虑的从属性能会引起的材料失效。

例如，用组成为18％Cr、18％Mn、0.6％N、或18％Mn、5％Cr、0.55％C的钢制造透平发电机的固定环。虽然，这种材料具有预期的高强度，高韧性和抗铁磁性，但其腐蚀性能和应力裂纹腐蚀性能在特殊的腐蚀性操作条件和环境条件下却会出现问题。

从EP 0 657 556 A1中获知一种合金，其组成为：

32-37％(重量)铬，

28-36％(重量)镍，

最大为2％(重量)锰，

最大为0.5％(重量)硅，

最大为0.1％(重量)铝，

最大为0.03％(重量)碳，

最大为0.025％(重量)磷，

最大为0.01％(重量)硫，

最大为2％(重量)钼，

最大为1％(重量)铜，

0.3-0.7％(重量)氮，

其余为铁和制造过程的混入物及杂质。

EP 0 657 556 A1中所描述的这种合金虽然具有所需的高的耐一般腐蚀的能力，但其屈服极限(延伸极限)最高只能达到500MPa，抗拉强度只能达到850MPa。这仍不能满足开头所述的对合金的特高强度要求。

EP 0 657 556 A1中所描述的合金是克鲁普(Krupp)VDM公司推出的，其代号为Nicrofer^3033-合金33。在1995年6月克鲁普VDM公司关于Nicrofer^3033-合金33材料数据说明书的附件，材料说明书Nr.4142中注明，该材料应在15％的冷变型后进行热处理，其热处理温度为1080-1150℃，优选1120℃。热处理后用水加速冷却可使其达到最佳抗腐蚀性能。热处理后该工件的上述强度性能降低。

发明概述

本发明的目的在于，采用由前言中所述类型的铬合金制造工件的方法时，提供一种具有高强度、高韧度、抗铁磁性，并在水和卤化物的水溶液中能耐应力裂纹腐蚀的材料。

此目的可通过本发明的第一条权利要求的特征部分来达到。

因此，本发明的核心问题是使工件经冷加工成形，并通过冷加工成形使其屈服极限至少达到1000MPa(R_P≥1000MPa)。

本发明的优点特别在于，在冷加工成形度(通过冷加工成形缩小截面)为20％以上直到90％时，在力学、物理和化学性能方面能得到非常优良的组合。其屈服极限可达1000MPa，甚至超过2000MPa，同时保持良好的韧性(断裂延伸为5-10％)。这就得到了一种能满足现代技术要求的高强度材料。

另一优点在于其特殊的物理和化学性质，它是具有同等强度和同等抗腐蚀能力的常规材料所不具备的。本发明之材料的特殊物理性质表现在基本上无铁磁性，此性质是用作透平发电机固定环的前提条件。由于其面心立方体晶格的高度稳定性，所以本发明之材料在较大的冷加工成形后，仍不产生任何变形马氏体，因而仍无铁磁性。

按本发明强冷加工成形材料的特殊化学性质表现在，在水和卤化物水溶液中能抗应力裂纹腐蚀，其它冷加工成形的非铁磁性耐腐蚀材料，包括“超奥氏体”，特别是迄今工业普遍用作固定环的高冷加工成形的钢种至少在热的氯化物水溶液中总是不耐应力裂纹腐蚀的。将本发明的20％或更高的强冷加工成形用于所述之铬合金，从而首次制出了一种材料，该材料有极高的强度、耐腐蚀性以及无铁磁性的同时，完全能在卤化物水溶液中耐应力裂纹腐蚀。

本发明以所述的方法提供了一种材料，基于其力学强度和韧性、耐腐蚀性和耐应力裂纹腐蚀，以及无铁磁性等性质的优良组合，该材料特别适用于下列领域：能源技术装备、海上和石油钻探技术装备、航空航天工业、地上建筑和地下建筑工业、通用机械制造工业、化学和石油工业。

本发明另外一些有利特征及应用由从属权利要求给出。

附图简述