ТЕМПЕРАТУРОСТОЙКИЙ ЧУГУННЫЙ СПЛАВ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
HEAT-RESISTANT CAST IRON ALLOY AND ITS USE

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.