Материал для наплавки роликов машин непрерывного литья заготовок открытой или закрытой дугой
Владельцы патента RU 2378096:
Общество с ограниченной ответственностью "АСМ Специальные наплавочные материалы" (RU)
Изобретение относится к составам материалов, используемым для упрочняющей наплавки роликов машин непрерывного литья заготовок открытой или закрытой дугой. Материал содержит, мас.%: углерод 0,01-0,07, марганец до 2,0, кремний до 1,0, хром 11-16, никель 3,0-5,0, молибден 1,0-2,5, ванадий 0,1-1,0, вольфрам 0,1-1,0, азот 0,05-0,2, кобальт до 2,0, ниобий 0,1-1,0, сера и фосфор 0,03 max, железо - остальное. Улучшаются эксплуатационные показатели в работе роликов машин непрерывного литья заготовок. 3 табл.
Предлагаемое изобретение относится к непрерывной разливке стали, а точнее к составам материалов, используемых для упрочняющей наплавки роликов МНЛЗ.
Технология непрерывной разливки стали обладает комплексом преимуществ, обуславливающих ее перспективность и рост объемов применения. Производительность и эффективность применения машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) связаны с числом ремонтов, обусловленных стойкостью роликов. Разработка и применение высокоэффективных наплавочных материалов и восстановительной наплавки роликов МНЛЗ является актуальной задачей.
За рубежом достигнута фактическая стойкость роликов 3000000 т, а в отечественной металлургии 500000 т. Такое различие определяется более высоким качеством наплавочного материала и технологией наплавки. В отечественной металлургии для восстановительной наплавки роликов МНЛЗ традиционно применяются сплошные и порошковые проволоки 2Х13, 20Х17, обеспечивающие хромистый наплавленный металл с ферритно-мартенситной структурой.
Отличие структурного и фазового состава наплавленного металла определяет работоспособность роликов МНЛЗ, которые эксплуатируются в условиях длительных циклических и термомеханических нагрузок. Ролики поддерживающих и разгибающих узлов работают в тяжелом температурном режиме. Температура поверхности роликов достигает 670-750°С. Ролики воспринимают усилия от ферростатического раздутия и усилия от разгиба слитка. На прямолинейных участках ролики подвергаются абразивному износу. Разрушение рабочей поверхности роликов проявляется в виде износа поверхностного слоя и образования трещин разгара. В связи с изложенным наиболее перспективно нанесение на рабочую поверхность роликов упрочняющих слоев комплексно легированного хромистого металла.
Известна композиция наплавочного материала, содержащая в %:
С 0,1-0,3; Si <1; Mn <3; Мо <1,5; Ni <3; остальное - железо (патент Великобритании GB 2253804 В).
Наиболее близким к заявляемому является наплавочный материал по патенту RU 2279339 С2. Однако повышенное содержание углерода в данном наплавочном материале приводит к выделению карбидов хрома по границам зерен, обедняя границы зерен хромом, что, в свою очередь, увеличивает межкристаллитную коррозию и склонность к трещинообразованию. Снижение содержания углерода уменьшает образование карбидов, но при этом снижается твердость сплава, что снижает стойкость к износу.
Задачей изобретения является создание наплавочного материала для деталей типа роликов МНЛЗ, обладающего повышенной стойкостью к высокотемпературной коррозии, сопротивлением термической усталости, ударной нагрузке, стойкостью к абразивному износу и возможностью осуществления наплавки как открытой, так и закрытой дугой.
Достигается наплавкой материала при следующем соотношении компонентов, %:
| С | Mn | Si | Cr | Ni | Мо | V | Nb | W | N | Co | S и P | Fe |
| 0,01-0,07 | до 2,0 | до 1,0 | 11-16 | 3,0-5,0 | 1-2,5 | 0,1-1,0 | 0,1-1,0 | 0,1-1,0 | 0,05-0,2 | до 2,0 | 0,03 (мах) | баланс |
Содержание углерода в наплавочном материале ограничено пределами 0,01-0,07%, что приводит к предотвращению образования карбида хрома в обедненных растворенными атомами хрома зонах вдоль границ зерен.
Содержание хрома ограничено пределами 11-16%, так как дальнейшее повышение его содержания нарушает ферритный баланс, играющий важную роль в сохранении твердости материала. Если допустить содержание хрома ниже 11%, это негативно скажется на стойкости к коррозии.
Введение дополнительно в состав наплавочного материала ниобия в пределах 0,1-1,0% придает материалу прочность при высоких температурах.
Приведенный наплавочный материал имеет мартенситную микроструктуру с содержанием дельта-феррита меньше 10% с небольшим остатком аустенита.
Пример использования наплавочного материала по настоящему изобретению.
Были изготовлены два образца, которые наплавлялись под открытой и закрытой дугой под агломерированным нейтральным флюсом - обозначены как образец 1 и образец 2. Наплавка проведена при 400 амперах, 28 вольтах, при скорости хода 16 дюйм/мин, поступление тепла соответствовало 45 кДж/дюйм. Образцы и тесты соответствовали стандартным процедурам Американского национального института стандартов (ANSI), Американского общества сварки (AWS), Американского общества тестирования материалов (ASTM). Результаты тестирования на растяжение, на предел текучести, удлинение сравнивались с результатами типового наплавочного материала по патенту RU 2279339 С2 при разных температурах (см. таблицу 1).
Образцы 1 и 2 показывают лучший результат при испытании на удлинение при температурах 426°С и 648°С. Повышенная пластичность означает уменьшение развития трещин, что увеличивает срок службы детали.
| Таблица 1 | ||||
| Температура, °С | Результаты тестирования на растяжение | |||
| Материал | Прочность на разрыв | Предел текучести | Удлинение, % | |
| 25 | Пат. RU 2279339 C2 | 167 | 132 | 12 |
| Образец 1 | 166 | 134 | 15 | |
| Образец 2 | 164 | 142 | 13,5 | |
| 426 | Пат. RU 2279339 C2 | 112,7 | 130,7 | 7,0 |
| Образец 1 | 132,9 | 102,2 | 11,5 | |
| Образец 2 | 139 | 112,4 | 11,5 | |
| 648 | Пат. RU 2279339 C2 Образец 1 Образец 2 |
69,9 | 54,0 | 24,0 |
| 52,0 | 36,4 | 29,5 | ||
| 41,0 | 26,9 | 36,5 |
В таблице 2 сравниваются результаты тестов на твердость и появление трещин от нагрева типового материала по патенту RU 2279339 С2 и образцов 1 и 2 (воздействие теплом и водой - 1000 циклов в специальном приспособлении).
| Таблица 2 | |||
| Материал | Результаты тестирования на появление трещин | ||
| Термообработка | Твердость, HRc | Количество трещин | |
| Пат. RU 2279339 C2 | В состоянии после наплавки | 43 | 14 |
| 8 часов при 537°С | 42 | 10 | |
| 8 часов при 621°С | 37 | 0 | |
| Образец 1 | В состоянии после наплавки | 46 | 1 |
| Образец 2 | В состоянии после наплавки | 46 | 0 |
Как видно из таблицы, даже при низком содержании углерода в наплавочном материале сохраняется прежний уровень твердости и выявлена более высокая сопротивляемость к появлению трещин от нагрева.
В таблице 3 приведены результаты испытаний на износ по стандарту Американского общества тестирования материалов (ASTM) G-65 (метод тестирования ускоренного износа).
| Таблица 3 | ||||
| Материал | Результаты испытаний на износ | |||
| Твердость HRc | Количество слоев | Количество вращений | Потери веса, грамм | |
| Пат. RU 2279339 C2 | 45 | 3 | 6000 | 2,85 |
| Образец 1 | 46 | 3 | 6000 | 2,08 |
| Образец 2 | 46 | 3 | 6000 | 2,13 |
Как видно из таблицы 3, при равных условиях эксплуатации заявляемый наплавочный материал более устойчив к износу по сравнению с типовыми применяемыми материалами.
Материал для наплавки роликов машин непрерывного литья заготовок открытой или закрытой дугой, содержащий углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, азот, кобальт, серу, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Углерод | 0,01-0,07 |
| Марганец | до 2,0 |
| Кремний | до 1,0 |
| Хром | 11-16 |
| Никель | 3,0-5,0 |
| Молибден | 1,0-2,5 |
| Ванадий | 0,1-1,0 |
| Вольфрам | 0,1-1,0 |
| Азот | 0,05-0,2 |
| Кобальт | до 2,0 |
| Ниобий | 0,1-1,0 |
| Сера и фосфор | 0,03 max |
| Железо | Остальное |
