МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАПЛАВКИ РОЛИКОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ОТКРЫТОЙ ИЛИ ЗАКРЫТОЙ ДУГОЙ
MATERIAL FOR OVERLAYING WELDING OF ROLLERS FOR CONTINUOUS-CASTING PLANT BY OPEN OR CLOSE ARC

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 C2Образец 1Образец 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.