МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАПЛАВКИ РОЛИКОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ОТКРЫТОЙ ИЛИ ЗАКРЫТОЙ ДУГОЙ Российский патент 2010 года по МПК B23K35/30 

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.

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.

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