СОСТАВ СПЛАВА Российский патент 1998 года по МПК C22C38/44 B23K35/30 

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при восстановлении деталей металлургического оборудования, работающего в условиях циклических термомеханических нагрузок, например, роликов МНЛЗ, рабочих валков станов горячей прокатки и других деталей.

Основными причинами выхода узлов и механизмов (работающих в условиях циклического термомеханического нагружения) из строя является образование на их поверхности трещин разгара, которые приводят к разрушению всей детали (из-за действия циклических нагружений). Поэтому наплавочные материалы должны обладать одновременно высокой разгаростойкостью и прочностью.

Известна сварочная проволока Св-12Х11НМФ (ГОСТ 2246-70), содержащая, мас.%:
углерод - 0,08-0,15
кремний - 0,25-0,55
марганец - 0,35-0,65
хром - 10,50-12,00
никель - 0,60-0,90
молибден - 0,60-0,90
ванадий - 0,25-0,50
железо - остальное.

Недостатком указанной проволоки является низкая разгаростойкость и прочность наплавленного металла.

Наиболее близкой к предложенномуй по составу является сварочная проволока Св-12ЗХ13 (ГОСТ 2246-70), содержащая, мас.%:
углерод - 0,09-0,14
кремний - 0,30-0,70
марганец - 0,30-0,70
хром - 12,0-14,0
никель - 0,60
железо - остальное.

Недостатком известного сплава является его низкая разгаростойкость и износостойкость.

Цель изобретения - одновременное повышение разгаростойкости и высокотемпературной износостойкости сплава, за счет повышения твердости при высоких температурах.

Поставленная цель достигается тем, что сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно содержит вольфрам, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
углерод - 0,08-0,15
кремний - 0,45-0,80
марганец - 0,45-0,80
хром - 12,00-14,00
никель - 0,61-1,00
вольфрам - 0,10-0,40
железо - остальное.

Повышение содержания углерода в стали приводит к повышению твердости и прочности, но вместе с тем, при содержании углерода в стали выше 0,40% резко увеличивается склонность к образованию трещин разгара, а при снижении углерода менее 0,10% мало сказывается его упрочняющее действие.

Кремний и марганец вводятся как раскислители сварочной ванны, а также как легирующие добавки. Причем при содержании кремния и марганца менее 0,45% их упрочняющие свойства незначительны по сравнению с другими легирующими элементами, а при их содержании более 0,80% снижается вязкость стали.

Применение в качестве легирующего элемента хрома улучшает прочность и окалиностойкость и, следовательно, износостойкость, сохраняет прочность матрицы при периодических нагревах-охлаждениях. Эти свойства наилучшим образом проявляются при содержании хрома в металле в количестве 12,0-14,00%. Дальнейшее увеличение содержания хрома приводит к снижению теплостойкости, пластичности и разгаростойкости.

Легирование хромовольфрамовой стали никелем в количестве 0,61-1,00% повышает вязкость и термическую стойкость.

Вольфрам в стали повышает твердость, красностойкость, но при его содержании выше 0,40% снижается разгаростойкость, а при содержании вольфрама менее 0,10% мало сказывается его упрочняющее воздействие.

С другой стороны, при введении в хромистую сталь вольфрама (в количестве 0,10-0,40%) в сплаве предложенного состава проявляются особые свойства этого элемента - повышается износостойкость наплавленной детали металлургического оборудования за счет более равномерного износа. Это связано с тем, что температура плавления вольфрама очень высока: 3410^oC, что значительно превышает температуру плавления другого карбидообразующего элемента - хрома (1903^oC) и температуру плавления стали в целом. Под действием градиента температур атомы вольфрама диффундируют навстречу тепловому потоку к поверхности детали (например, рабочего прокатного валка стана горячей прокатки или ролика МНЛЗ), причем значительно быстрее, чем атомы хрома, т.е. выше его температуры плавления на 1507^oC. Достигнув поверхности детали, вольфрам повышает степень легирования поверхностного слоя и образует карбид вольфрама, который имеет высокую твердость и износостойкость. Образование карбидов вольфрама в приграничной к поверхности области предупреждает ее обезуглероживание и тем самым дополнительно повышает износостойкость стали (см. Федюкин В. К. Метод термоциклической обработки металлов. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1984. С. 14-20).

Установлено, что при содержании вольфрама в сплаве менее 0,10% не приводит к повышению износостойкости вследствие его малого количества, а при содержании более 0,4% резко охрупчивается поверхность детали (вследствие высокого содержания вольфрама).

На основании вышеизложенного авторы считают, что предложенный состав сплава соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. по их мнению отсутствует источник информации, ознакомившись с которым специалист по сварке или металлургии сделал бы вывод, что введение в хромистую сталь 0,10-0,40% вольфрама позволяет повысить срок службы тяжелонагруженных деталей металлургического оборудования за счет повышения разгаростойкости и износостойкости.

Ниже приведены примеры конкретного исполнения предложенного сплава. Плавки осуществлялись в обычной индукционной печи по известной в металлургии технологии, после выплавки материалы протягивались в проволоку сплошного сечения диаметром 5 мм. Осуществлялась многослойная наплавка под флюсом АН-20С на режимах: ток - 400 А; напряжение - 34 В.

Из наплавленного металла вырезались образцы для замера твердости при повышенных температурах и образцы диаметром 6 мм для определения разгаростойкости. Разгаростойкость определялась путем нагрева образцов проходящим током до температуры 700^oC и охлаждением водой до 20^oC. Критерием оценки разгаростойкости являлось количество циклов "нагрев-охлаждение" до зарождения первой трещины.

В табл. 1 приведены составы испытываемых сплавов, а в табл. 2 результаты испытаний.

Как видно из табл. 2 наплавленный металл имеет высокую твердость при повышенных температурах и разгаростойкость.

Преимущества предложенного состава сплава состоят в том, что его применение позволяет повысить работоспособность тяжелонагруженной наплавленной детали за счет повышения стойкости против образования разгарных трещин при одновременном повышении стойкости против отколов и отслоений, т.к. трещины являются их причинами. Повышение долговечности, например, валков и роликов станов горячей прокатки приводит к уменьшению требуемого количества перевалок и, следовательно, повышает производительность стана. Снижение склонности наплавленного металла к образованию трещин разгара приводит к отсутствию отпечатка трещин на прокатываемом металле, что приводит к повышению качества проката.

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при восстановлении деталей металлургического оборудования, работающего в условиях циклических термомеханических нагрузок, например, роликов МНЛЗ, рабочих валков станов горячей прокатки и других деталей. Задача изобретения - одновременное повышение разгаростойкости и высокотемпературной износостойкости сплава. Поставленная цель достигается тем, что сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно содержит вольфрам, при следующем соотношении компонентов мас.%: углерод 0,08-0,15, кремний 0,45-0,80, марганец 0,45-0,80, хром 12,00-14,00, никель 0,61-1,00, вольфрам 0,10-0,40, железо - остальное. 2 табл.

Состав сплава, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,08 0,15
Кремний 0,45 0,80
Марганец 0,45 0,80
Хром 12,00 14,00
Никель 0,61 1,00
Вольфрам 0,10 0,40
Железо Остальное