BRPI0716636B1 - TEMPERATURE STABLE CAST IRON ALLOY - Google Patents

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BRPI0716636B1
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Asger Karlsson
Rasmus Kirkegaard Stage
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Smidth As F L
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Description

"LIGA DE FERRO FUNDIDO ESTÁVEL À TEMPERATURA" A presente invenção se refere a uma liga de ferro fundido que é estável à temperatura, tendo uma alta resistência ao desgaste sob temperaturas variando entre 500 e 900 °C.The present invention relates to a temperature stable cast iron alloy having a high wear resistance at temperatures ranging from 500 to 900 ° C.

Muitas das indústrias usam máquinas contendo peças de máquina que sofrem de significativo desgaste, sob temperaturas relativamente altas, por exemplo, acima de 500°C. Por exemplo, na indústria de fabricação de cimento, um dispositivo chamado de resfriador de clinquer é usado para resfriamento do clinquer de cimento, o qual é introduzido no dito dispositivo, proveniente de um forno anterior, sob uma temperatura variando entre 1300 e 1450°C. O clinquer de cimento é dirigido para o dispositivo resfriador de clinquer mediante meios apropriados de transporte, os quais, tipicamente, são feitos de alguma forma de elementos que se alternam na direção do movimento do clinquer, dessa forma, sendo expostos a significativo desgaste sob temperaturas variando entre 500 e 900°C.Many of the industries use machines containing machine parts that suffer from significant wear at relatively high temperatures, for example above 500 ° C. For example, in the cement manufacturing industry, a device called a clinker cooler is used for cooling the clinker of cement, which is introduced into said device from a previous kiln at a temperature ranging from 1300 to 1450 ° C. . Cement clinker is directed to the clinker cooling device by appropriate means of transport, which are typically made in some form of elements that alternate in the direction of clinker movement, thereby being exposed to significant wear at temperatures. ranging from 500 to 900 ° C.

Do documento de patente WO 2004/104253 é conhecida uma liga de ferro fundido resistente ao desgaste, tendo a seguinte composição expressa em percentagem por peso: - cromo: 12-25%; - carbono: 1,5-6%; - manganês: 2-7%; - silício: até 1,5%; - molibdênio: até 2%; - níquel: até 4%; - elementos de microliga selecionados do grupo que consiste de titânio, zircônio, nióbio, boro, vanádio e tungstênio: até 2% de cada um ou mais desses elementos; e - balanço: ferro De acordo com essa publicação, a liga é submetida a tratamento térmico, a fim de proporcionar à mesma uma matriz martensítica. Esse tipo de matriz é bastante dura e frágil e os elementos de máquinas fabricados de tal material são propensos a trincamento, caso submetidos a impactos ou golpes. Além disso, esse tipo de matriz não apresenta estabilidade térmica devido ao seu amolecimento sob temperaturas superiores a 400°C. 0 Requerente do presente Pedido de Patente também possui experiência com relação a uma liga de ferro fundido de acordo com a norma europeia 10295 (2002), material G-X40 CrNiSi25-12, n° 1.4837, o qual apresenta a seguinte composição expressa em percentagem por peso: - crorno: 24-27%; - carbono: 0,3-0,5%; - manganês: até 2%; - silício: 1,0-2,5%; - molibdênio: até 0,5%; - níquel: 11,0-14,0%; - fósforo: até 0,040%; e - enxofre: até 0,030%; e uma versão modificada tendo a seguinte composição expressa em percentagem por peso: - cromo: 24-26%; - carbono: 0,7-0,9%; - manganês: 0,6-1,0%; - silício: 1,5-2,0%; e - níquel: 2,5-3,5%. A experiência com esses dois materiais mostrou que depois de prolongado aquecimento em temperaturas entre 500 e 900°C, ambos os materiais tendem a formar uma fase sigma, que é uma fase inter-metálica frágil, consistindo de partes iguais de ferro e cromo, e devido essa fase ser frágil, tais materiais não são resistentes ao desgaste.From WO 2004/104253 a wear-resistant cast iron alloy is known, having the following composition expressed as a percentage by weight: - chromium: 12-25%; - carbon: 1.5-6%; - manganese: 2-7%; - silicon: up to 1.5%; - molybdenum: up to 2%; - nickel: up to 4%; - microalloy elements selected from the group consisting of titanium, zirconium, niobium, boron, vanadium and tungsten: up to 2% of each or more of these elements; e - balance: iron According to this publication, the alloy is heat treated to provide a martensitic matrix. This type of die is very hard and brittle and machine elements made of such material are prone to cracking if subjected to impact or impact. Moreover, this type of matrix does not exhibit thermal stability due to its softening under temperatures above 400 ° C. The Applicant also has experience with a cast iron alloy according to European Standard 10295 (2002), material G-X40 CrNiSi25-12, No. 1.4837, which has the following composition expressed in percent by weight: - crorno: 24-27%; - carbon: 0.3-0.5%; - manganese: up to 2%; - silicon: 1.0-2.5%; - molybdenum: up to 0.5%; - nickel: 11.0-14.0%; - phosphorus: up to 0,040%; and - sulfur: up to 0.030%; and a modified version having the following composition expressed as a percentage by weight: - chromium: 24-26%; - carbon: 0.7-0.9%; - manganese: 0.6-1.0%; - silicon: 1.5-2.0%; and - nickel: 2.5-3.5%. Experience with these two materials has shown that after prolonged heating at temperatures between 500 and 900 ° C, both materials tend to form a sigma phase, which is a fragile intermetallic phase consisting of equal parts iron and chromium, and Because this phase is fragile, such materials are not wear resistant.

Constitui um objetivo da presente invenção, proporcionar uma liga de ferro fundido tendo uma alta resistência ao desgaste e uma reduzida tendência de formar uma fase sigma sob temperaturas entre 500 e 900°C, quando comparado com as ligas de ferro fundido atualmente disponíveis.It is an object of the present invention to provide a cast iron alloy having a high wear resistance and a reduced tendency to form a sigma phase at temperatures between 500 and 900 ° C as compared to currently available cast iron alloys.

De acordo com a invenção, tal objetivo é alcançado mediante uma liga de ferro fundido que apresenta a seguinte composição expressa em percentagem por peso: - cromo: 15,0-20,0%; - carbono: 1,0-2,0%; - manganês: 1,5-2,0%; - silício: 0,8-1,2%; - níquel: 8,0-10,0%; - molibdênio: 0,8-1,2%; - balanço: ferro; e contendo inevitáveis contaminantes metálicos e não- metálicos, onde os contaminantes não-metálicos compreendem nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre.According to the invention such an objective is achieved by means of a cast iron alloy having the following composition expressed as a percentage by weight: - chromium: 15.0-20.0%; carbon: 1.0-2.0%; - manganese: 1.5-2.0%; - silicon: 0.8-1.2%; - nickel: 8.0-10.0%; - molybdenum: 0.8-1.2%; - balance: iron; and containing unavoidable metallic and non-metallic contaminants, where non-metallic contaminants comprise nitrogen, oxygen, phosphorus and sulfur.

Dessa forma, é obtida uma liga de ferro fundido tendo uma alta resistência ao desgaste, e uma reduzida tendência a formar a indesejada fase sigma se aquecida a temperaturas entre 500 e 900°C, quando comparado com as ligas conhecidas anteriormente mencionadas.Thus, a cast iron alloy is obtained having a high wear resistance, and a reduced tendency to form the unwanted sigma phase if heated at temperatures between 500 and 900 ° C, as compared to the aforementioned known alloys.

Experimentos de laboratório realizados pelo Requerente do presente Pedido de Patente indicaram que a liga de acordo com a invenção apresenta características significativamente aperfeiçoadas de resistência ao desgaste, se comparado com a liga de acordo com o padrão Europeu 10295 e a versão modificada da mesma, conforme definido acima. Os resultados de testes mostram que a liga de acordo com a invenção apresenta uma resistência ao desgaste que é de aproximadamente quatro vezes maior que aquela da liga de acordo com o padrão Europeu 10295 e duas vezes mais alta quanto aquela da versão modificada. Δ aperfeiçoada resistência ao desgaste pode principalmente ser atribuída à otimização da proporção de carbono-cromo, o que resulta na ótima formação de carbetos de cromo que constituem o componente da liga resistente ao desgaste.Laboratory experiments performed by the Applicant in the present patent application indicated that the alloy according to the invention has significantly improved wear resistance characteristics compared to the alloy according to European standard 10295 and the modified version thereof as defined. above. Test results show that the alloy according to the invention has a wear resistance that is approximately four times higher than that of the alloy according to European standard 10295 and twice as high as that of the modified version. Δ improved wear resistance can mainly be attributed to optimizing the carbon-chromium ratio, which results in the optimum formation of chromium carbides that make up the wear-resistant alloy component.

Além disso, foram realizados experimentos de laboratório em um período de 8 semanas, durante os quais a liga de acordo com a invenção foi submetida a tratamento térmico sob uma temperatura de 500°C, com subseqüente exame de microscopia, tendo a liga mostrado significativa estabilidade térmica, devido a ausência de sinais de formação de fase sigma. A fim de evitar uma significativa deterioração das características mecânicas da liga de ferro, os contaminantes não-metálicos compreendendo nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre não devem exceder aos limites máximos especificados abaixo: - nitrogênio: máximo de 0,020; - oxigênio: máximo de 10 ppm; - fósforo: máximo de 0,040; e - enxofre: máximo de 0,030. A liga de ferro fundido de acordo com a invenção, preferivelmente, compreende de 16,5-19,5% em peso de cromo, mais preferivelmente, mais preferivelmente, 17,0-19,0% em peso de cromo.In addition, laboratory experiments were conducted over an 8 week period, during which the alloy according to the invention was heat treated at a temperature of 500 ° C, with subsequent microscopic examination, and the alloy showed significant stability. due to the absence of sigma phase formation signals. In order to avoid significant deterioration of the mechanical characteristics of the iron alloy, non-metallic contaminants comprising nitrogen, oxygen, phosphorus and sulfur shall not exceed the maximum limits specified below: - nitrogen: maximum 0,020; - oxygen: maximum of 10 ppm; - phosphorus: maximum 0,040; and - sulfur: maximum 0,030. The cast iron alloy according to the invention preferably comprises 16.5-19.5 wt% chromium, more preferably, more preferably 17.0-19.0 wt% chromium.

Além disso, a liga de ferro fundido de acordo com a invenção compreende, preferivelmente, 1,25-1,85% em peso de carbono, mais preferivelmente, 1,5-1,7% em peso de carbono. A liga de ferro fundido de acordo com a invenção, preferivelmente, apresenta uma matriz austenítica. A liga de ferro fundido pode ser fabricada e fundida dentro de moldes, usando técnicas geralmente conhecidas. A liga de ferro fundido descrita é particularmente adequada para uso em conexão com peças de máquinas em resfriadores de clinquer, para resfriamento de clínquer de cimento.In addition, the cast iron alloy according to the invention preferably comprises 1.25-1.85 wt% carbon, more preferably 1.5-1.7 wt% carbon. The cast iron alloy according to the invention preferably has an austenitic matrix. Cast iron alloy can be fabricated and cast into molds using generally known techniques. The cast iron alloy described is particularly suitable for use in connection with machine parts in clinker chillers for cement clinker cooling.

Claims (6)

1. Liga de ferro fundido estável a altas temperaturas, apresentando uma alta resistência ao desgaste em temperaturas entre 500 e 900°C, caracterizada pelo fato de apresentar a seguinte composição expressa em percentagem por peso: - cromo: 15,0-20,0%; - carbono: 1,0-2,0%; - manganês: 1,5-2,0%; - silício: 0,8-1,2%; - níquel: 8,0-10,0%; - molibdênio: 0,8-1,2% - balanço: ferro; e contendo inevitáveis contaminantes metálicos e não- metálicos, onde os contaminantes não-metálicos compreendem nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre em concentrações que não excedem aos seguintes limites máximos: - nitrogênio: máximo de 0,020% em peso; - oxigênio: máximo de 10 ppm em peso; - fósforo: máximo de 0,040% em peso; e - enxofre: máximo de 0,030% em peso.1. High temperature stable cast iron alloy with high wear resistance at temperatures between 500 and 900 ° C, characterized in that it has the following composition expressed as a percentage by weight: - chrome: 15.0-20.0 %; carbon: 1.0-2.0%; - manganese: 1.5-2.0%; - silicon: 0.8-1.2%; - nickel: 8.0-10.0%; - molybdenum: 0.8-1.2% - balance: iron; and containing unavoidable metallic and non-metallic contaminants, where non-metallic contaminants comprise nitrogen, oxygen, phosphorus and sulfur in concentrations not exceeding the following maximum limits: - nitrogen: maximum 0,020% by weight; - oxygen: maximum 10 ppm by weight; - phosphorus: maximum 0,040% by weight; and - sulfur: maximum 0,030% by weight. 2. Liga de ferro fundido estável à temperatura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender 16,5-19,5 % em peso de cromo.Temperature stable cast iron alloy according to Claim 1, characterized in that it comprises 16.5-19.5% by weight of chromium. 3. Liga de ferro fundido estável à temperatura, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de compreender 17,0-19,0 % em peso de cromo.Temperature stable cast iron alloy according to Claim 2, characterized in that it comprises 17.0-19.0% by weight of chromium. 4. Liga de ferro fundido estável à temperatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de compreender 1,25-1,85% em peso de carbono.Temperature stable cast iron alloy according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises 1.25-1.85% by weight of carbon. 5. Liga de ferro fundido estável à temperatura, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de compreender 1,5-1,7 % em peso de carbono.Temperature stable cast iron alloy according to Claim 4, characterized in that it comprises 1.5-1.7% by weight of carbon. 6. Liga de ferro fundido estável à temperatura, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de apresentar uma matrizaustenitica.Temperature stable cast iron alloy according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a matrizaustenitic.
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