Температуростойкий чугунный сплав и его применение

Изобретение относится к металлургии, в частности к температуростойким чугунам с высокой износостойкостью при температурах от 500 до 900°С. Может применяться для деталей механизмов холодильников для клинкеров. Температуростойкий чугунный сплав содержит, мас.%: хром 15,0-20,0; углерод 1,0-2,0; марганец 1,5-2,0; кремний 0,8-1,2; никель 8,0-10,0; молибден 0,8-1,2; 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 5 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, составляющей 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, 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 остаток 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 свыше 400°С.

Заявитель настоящей патентной заявки также проводил работу с чугунным сплавом, изготовляемым согласно Европейскому стандарту 10295 (2002), материал G-X40 CrNiSi25-12, материал Nо.:1.4837, состав которого указан ниже, 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% и

сера: до 0,030,

и с модифицированным вариантом этого сплава, состав которого указан ниже, мас.%:

хром: 24,0-26,0

углерод: 0,7-0,9

марганец: 0,6-1,0

кремний: 1,5-2,0 и

никель: 2,5-3,5%.

Работа с этими двумя материалами показала, что после продолжительного нагревания до температур, составляющих 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, мас.%:

хром: 15,0-20,0

углерод: 1,0-2,0

марганец: 1,5-2,0

кремний: 0,8-1,2

никель: 8,0-10,0

молибден: 0,8-1,2,

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 модифицированным вариантом указанного сплава. Результаты испытаний показывают, что износостойкость сплава, предлагаемого согласно настоящему изобретению, приблизительно в четыре раза выше износостойкости сплава, изготовляемого согласно Европейскому стандарту 10295, и в два раза 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 16,5-19,5 мас.% хрома, наиболее предпочтительно 17,0-19,0 мас.% хрома.

Кроме того, чугунный сплав, предлагаемый согласно настоящему изобретению, предпочтительно включает 1,25-1,85 мас.% углерода, наиболее предпочтительно 1,5-1,7 мас.% углерода.

Чугунный сплав, предлагаемый согласно настоящему изобретению, предпочтительно имеет аустенитную 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, мас.%:

хром	15,0-20,0
углерод	1,0-2,0
марганец	1,5-2,0
кремний	0,8-1,2
никель	8,0-10,0
молибден	0,8-1,2,

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 16,5-19,5 мас.% хрома.

3. Температуростойкий чугунный сплав по п.2, отличающийся тем, что он включает 17,0-19,0 мас.% хрома.

4. Температуростойкий чугунный сплав по п.1, отличающийся тем, что он включает 1,25-1,85 мас.% углерода.

5. Температуростойкий чугунный сплав по п.4, отличающийся тем, что он включает 1,5-1,7 мас.% углерода.

6. Температуростойкий чугунный сплав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что он имеет аустенитную основу.

7. Применение чугунного сплава по любому из пп.1-6 для изготовления деталей механизмов, применяемых в холодильниках для клинкера, используемых для охлаждения цементного клинкера.