материал для наплавки роликов машин непрерывного литья заготовок открытой или закрытой дугой

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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.