Температуростойкий чугунный сплав и применение указанного сплава
Изобретение относится к металлургии, в частности к температуростойким чугунам с высокой износостойкостью при 500-900°С, может использоваться для изготовления деталей механизмов холодильников для клинкера, используемых для охлаждения цементного клинкера. Температуростойкий чугунный сплав содержит, в мас.%: хром 15,0-20,0; углерод 1,0-2,0; марганец 0,8-1,2; кремний 1,2-1,5; никель 1,5-2,5; остаток составляют железо и неизбежные металлические и неметаллические загрязняющие примеси. При этом неметаллические загрязняющие примеси включают азот, кислород, фосфор и серу. Чугунный сплав имеет повышенную износостойкость и пониженную склонность к образованию сигма-фазы при нагревании до температур от 500 до 900°С. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.
Настоящее изобретение относится к температуростойкому чугунному сплаву, обладающему высокой износостойкостью при температурах от 500 до 900°С.
Во многих отраслях промышленности используют станки, включающие детали механизмов, подвергающиеся значительному износу при относительно высоких температурах, превышающих 500°С. Например, в цементной промышленности для охлаждения цементного клинкера применяют так называемый холодильник для клинкера, в который клинкер направляют после обработки в обжиговой печи, проводимой при температуре от 1300 до 1450°С. Цементный клинкер пропускают через холодильник для клинкера при помощи подходящих средств транспортировки, которые обычно изготовлены в виде некоторых элементов, совершающих возвратно-поступательное движение в направлении транспортировки цементного клинкера, и, таким образом, подвергаются значительному износу при температурах от 500 до 900°С.
В патентной заявке WO 2004/104253 описан износостойкий чугунный сплав, состав которого указан ниже, в % мас.:
хром 12-25
углерод 1,5-6
марганец 2-7
кремний до 1,5
молибден до 2
никель до 4,
микролегирующие элементы, выбираемые из группы, состоящей из титана, циркония, ниобия, бора, ванадия и вольфрама, до 2% каждого из перечисленных элементов или нескольких из перечисленных элементов, и остальное составляет железо.
В соответствии с указанной заявкой, для придания сплаву мартенситной основы, его подвергают тепловой обработке. Основа этого типа обладает высокой твердостью и хрупкостью, и детали механизмов, изготовленные из такого материала, имеют тенденцию к образованию трещин под действием ударной нагрузки или сотрясений. Кроме того, этому типу основы не хватает термической стабильности, поскольку она размягчается при температурах выше 400°С.
Заявитель настоящей патентной заявки также проводил работу с чугунным сплавом, изготовляемым согласно Европейскому стандарту 10295 (2002), материал G-X40 CrNiSi25-12, материал No.: 1.4837, состав которого указан ниже, в % мас.:
хром 24,0-27,0
углерод 0,3-0,5
марганец до 2,0
кремний до 1,0-2,5
молибден до 0,5
никель до 11,0-14,0
фосфор до 0,040
сера до 0,030
и с модифицированным вариантом этого сплава, состав которого указан ниже, в % мас.:
хром 24,0-26,0
углерод 0,7-0,9
марганец 0,6-1,0
кремний 1,5-2,0
никель 2,5-3,5.
Работа с этими двумя материалами показала, что после продолжительного нагревания до температур от 500 до 900°С оба материала имеют тенденцию к образованию сигма-фазы, которая представляет собой хрупкую интерметаллическую фазу, состоящую из равных частей железа и хрома, и, следовательно, оба материала будут хрупкими и не будут обладать особой износостойкостью.
Цель настоящего изобретения состоит в предоставлении чугунного сплава, имеющего повышенную износостойкость и пониженную тенденцию к образованию сигма-фазы при температурах от 500 до 900°С по сравнению с используемыми в настоящее время чугунными сплавами.
Согласно настоящему изобретению указанная цель может быть достигнута при использовании чугунного сплава, предлагаемого согласно настоящему изобретению, состав которого указан ниже, в % мас.:
хром 15,0-20,0
углерод 1,0-2,0
марганец 0,8-1,2
кремний 1,2-1,5
никель 1,5-2,50,
остаток составляют железо и неизбежные металлические и неметаллические загрязняющие примеси; при этом неметаллические загрязняющие примеси включают азот, кислород, фосфор и серу.
Таким образом, получают чугунный сплав, который, по сравнению с вышеуказанными известными чугунными сплавами, имеет повышенную износостойкость и пониженную тенденцию к образованию сигма-фазы при нагревании до температур от 500 до 900°С.
Лабораторные эксперименты, проводимые заявителем настоящей патентной заявки, показали, что сплав, предлагаемый согласно настоящему изобретению, имеет гораздо более высокие характеристики износостойкости по сравнению с упомянутым выше сплавом, изготовляемым согласно Европейскому стандарту 10295, и также упомянутым выше модифицированным вариантом указанного сплава. Результаты испытаний показывают, что износостойкость сплава, предлагаемого согласно настоящему изобретению, приблизительно в семнадцать раз выше износостойкости сплава, изготовляемого согласно Европейскому стандарту 10295, и в семь раз выше износостойкости модифицированного варианта этого сплава. Повышенная износостойкость в основном обусловлена оптимизацией соотношения углерод-хром, которая приводит к образованию оптимальной концентрации карбидов хрома, которые составляют износостойкий компонент сплава.
Кроме того, лабораторные эксперименты, во время которых сплав, предлагаемый согласно настоящему изобретению, подвергали тепловой обработке при температуре 500°С в течение 8 недель с последующим исследованием под микроскопом, показали, что сплав обладает значительной тепловой стабильностью - вывод, основанный на отсутствии каких-либо проявлений образования сигма-фазы.
Во избежание значительного ухудшения механических характеристик чугунного сплава, неметаллические загрязняющие примеси, включающие азот, кислород, фосфор и серу, не должны превышать максимальных значений, указанных ниже: максимум 0,020 N, максимум 10 частей на миллион О, максимум 0,040 Р и максимум 0,030 S.
Чугунный сплав, предлагаемый согласно настоящему изобретению, предпочтительно включает 16,0-19,0% мас. хрома, более предпочтительно 16,5-18,5% мас. хрома, и наиболее предпочтительно 17,0-18,0% мас. хрома.
Кроме того, чугунный сплав, предлагаемый согласно настоящему изобретению, предпочтительно включает 1,2-1,8% мас. углерода, наиболее предпочтительно 1,4-1,6% мас. углерода.
Чугунный сплав, предлагаемый согласно настоящему изобретению, предпочтительно имеет аустенитно-ферритную основу.
Чугунный сплав может быть произведен и отлит в виде заготовок при помощи известных способов.
Описанный чугунный сплав особенно пригоден для изготовления деталей механизмов, применяемых в холодильниках для клинкера, используемых для охлаждения цементного клинкера.
1. Температуростойкий чугунный сплав, имеющий высокую износостойкость при температурах от 500°С до 900°С, отличающийся тем, что он имеет следующий состав, выраженный в мас.%:
| хром | 15,0-20,0 |
| углерод | 1,0-2,0 |
| марганец | 0,8-1,2 |
| кремний | 1,2-1,5 |
| никель | 1,5-2,5, |
остаток составляют железо и неизбежные металлические и неметаллические загрязняющие примеси, при этом неметаллические загрязняющие примеси включают азот, кислород, фосфор и серу.
2. Температуростойкий чугунный сплав по п.1, отличающийся тем, что он включает 16,0-19,0 мас.% хрома.
3. Температуростойкий чугунный сплав по п.2, отличающийся тем, что он включает 16,5-18,5 мас.% хрома.
4. Температуростойкий чугунный сплав по п.3, отличающийся тем, что он включает 17,0-18,0 мас.% хрома.
5. Температуростойкий чугунный сплав по п.1, отличающийся тем, что он включает 1,2-1,8 мас.% углерода.
6. Температуростойкий чугунный сплав по п.5, отличающийся тем, что он включает 1,4-1,6 мас.% углерода.
7. Температуростойкий чугунный сплав по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что он имеет аустенитно-ферритную основу.
8. Применение чугунного сплава по любому из пп.1-7 для изготовления деталей механизмов, применяемых в холодильниках для клинкера, используемых для охлаждения цементного клинкера.
