RU2104324C1

RU2104324C1 - Alloy composition

Info

Publication number: RU2104324C1
Application number: RU96113828/02A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ветер; В.И. Безукладов; Г.А. Белкин; М.И. Самойлов; Ю.А. Ильин; И.С. Сарычев
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"; Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Валок"
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-02-10

Abstract

FIELD: welding. SUBSTANCE: invention relates to welding materials and can be used when restoring parts of metallurgical equipment operated under cyclic thermomechanical loading conditions, for example, continuous-casting plant rollers, working rolls of hot-rolling mills, and other parts. Tungsten-supplemented alloy has following composition (in wt %): carbon, 0.08-0.15; silicon, 0.45-0.80; manganese, 0.45-0.80; chromium, 12.00-14.00; nickel, 0.61- 1.00; tungsten, 0.10-0.40; and iron, the balance. EFFECT: simultaneously increased flame erosion resistance and high-temperature wear resistance of alloy. 2 tbl

Description

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при восстановлении деталей металлургического оборудования, работающего в условиях циклических термомеханических нагрузок, например, роликов МНЛЗ, рабочих валков станов горячей прокатки и других деталей. The invention relates to welding materials and can be used in the restoration of parts of metallurgical equipment operating under cyclic thermomechanical loads, for example, CCM rollers, work rolls of hot rolling mills and other details.

Основными причинами выхода узлов и механизмов (работающих в условиях циклического термомеханического нагружения) из строя является образование на их поверхности трещин разгара, которые приводят к разрушению всей детали (из-за действия циклических нагружений). Поэтому наплавочные материалы должны обладать одновременно высокой разгаростойкостью и прочностью. The main reasons for the failure of nodes and mechanisms (operating under cyclic thermomechanical loading) are the formation of cracking cracks on their surface, which lead to the destruction of the entire part (due to the action of cyclic loading). Therefore, surfacing materials must have both high heat resistance and strength.

Известна сварочная проволока Св-12Х11НМФ (ГОСТ 2246-70), содержащая, мас.%:
углерод - 0,08-0,15
кремний - 0,25-0,55
марганец - 0,35-0,65
хром - 10,50-12,00
никель - 0,60-0,90
молибден - 0,60-0,90
ванадий - 0,25-0,50
железо - остальное.Known welding wire Sv-12X11NMF (GOST 2246-70), containing, wt.%:
carbon - 0.08-0.15
silicon - 0.25-0.55
Manganese - 0.35-0.65
chrome - 10.50-12.00
nickel - 0.60-0.90
molybdenum - 0.60-0.90
vanadium - 0.25-0.50
iron is the rest.

Недостатком указанной проволоки является низкая разгаростойкость и прочность наплавленного металла. The disadvantage of this wire is the low heat resistance and strength of the weld metal.

Наиболее близкой к предложенномуй по составу является сварочная проволока Св-12ЗХ13 (ГОСТ 2246-70), содержащая, мас.%:
углерод - 0,09-0,14
кремний - 0,30-0,70
марганец - 0,30-0,70
хром - 12,0-14,0
никель - 0,60
железо - остальное.Closest to the proposed composition is the welding wire Sv-12ZX13 (GOST 2246-70), containing, wt.%:
carbon - 0.09-0.14
silicon - 0.30-0.70
Manganese - 0.30-0.70
chrome - 12.0-14.0
nickel - 0.60
iron is the rest.

Недостатком известного сплава является его низкая разгаростойкость и износостойкость. A disadvantage of the known alloy is its low heat resistance and wear resistance.

Цель изобретения - одновременное повышение разгаростойкости и высокотемпературной износостойкости сплава, за счет повышения твердости при высоких температурах. The purpose of the invention is the simultaneous increase in heat resistance and high temperature wear resistance of the alloy, by increasing hardness at high temperatures.

Поставленная цель достигается тем, что сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, дополнительно содержит вольфрам, а компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
углерод - 0,08-0,15
кремний - 0,45-0,80
марганец - 0,45-0,80
хром - 12,00-14,00
никель - 0,61-1,00
вольфрам - 0,10-0,40
железо - остальное.This goal is achieved in that the alloy containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel and iron additionally contains tungsten, and the components are taken in the following ratio, wt.%:
carbon - 0.08-0.15
silicon - 0.45-0.80
Manganese - 0.45-0.80
chrome - 12.00-14.00
nickel - 0.61-1.00
tungsten - 0.10-0.40
iron is the rest.

Повышение содержания углерода в стали приводит к повышению твердости и прочности, но вместе с тем, при содержании углерода в стали выше 0,40% резко увеличивается склонность к образованию трещин разгара, а при снижении углерода менее 0,10% мало сказывается его упрочняющее действие. An increase in the carbon content in steel leads to an increase in hardness and strength, but at the same time, when the carbon content in steel is above 0.40%, the tendency to crack cracking increases sharply, and with a decrease in carbon less than 0.10%, its strengthening effect has little effect.

Кремний и марганец вводятся как раскислители сварочной ванны, а также как легирующие добавки. Причем при содержании кремния и марганца менее 0,45% их упрочняющие свойства незначительны по сравнению с другими легирующими элементами, а при их содержании более 0,80% снижается вязкость стали. Silicon and manganese are introduced as deoxidizers of the weld pool, as well as alloying additives. Moreover, when the content of silicon and manganese is less than 0.45%, their hardening properties are insignificant in comparison with other alloying elements, and when their content is more than 0.80%, the viscosity of steel decreases.

Применение в качестве легирующего элемента хрома улучшает прочность и окалиностойкость и, следовательно, износостойкость, сохраняет прочность матрицы при периодических нагревах-охлаждениях. Эти свойства наилучшим образом проявляются при содержании хрома в металле в количестве 12,0-14,00%. Дальнейшее увеличение содержания хрома приводит к снижению теплостойкости, пластичности и разгаростойкости. The use of chromium as an alloying element improves strength and scale resistance and, therefore, wear resistance, maintains the strength of the matrix during periodic heating-cooling. These properties are best manifested when the chromium content in the metal in the amount of 12.0-14.00%. A further increase in the chromium content leads to a decrease in heat resistance, ductility and heat resistance.

Легирование хромовольфрамовой стали никелем в количестве 0,61-1,00% повышает вязкость и термическую стойкость. Alloying chrome-tungsten steel with nickel in an amount of 0.61-1.00% increases the viscosity and thermal stability.

Вольфрам в стали повышает твердость, красностойкость, но при его содержании выше 0,40% снижается разгаростойкость, а при содержании вольфрама менее 0,10% мало сказывается его упрочняющее воздействие. Tungsten in steel increases hardness and redness, but when its content is above 0.40%, the heat resistance decreases, and when the tungsten content is less than 0.10%, its hardening effect has little effect.

С другой стороны, при введении в хромистую сталь вольфрама (в количестве 0,10-0,40%) в сплаве предложенного состава проявляются особые свойства этого элемента - повышается износостойкость наплавленной детали металлургического оборудования за счет более равномерного износа. Это связано с тем, что температура плавления вольфрама очень высока: 3410^oC, что значительно превышает температуру плавления другого карбидообразующего элемента - хрома (1903^oC) и температуру плавления стали в целом. Под действием градиента температур атомы вольфрама диффундируют навстречу тепловому потоку к поверхности детали (например, рабочего прокатного валка стана горячей прокатки или ролика МНЛЗ), причем значительно быстрее, чем атомы хрома, т.е. выше его температуры плавления на 1507^oC. Достигнув поверхности детали, вольфрам повышает степень легирования поверхностного слоя и образует карбид вольфрама, который имеет высокую твердость и износостойкость. Образование карбидов вольфрама в приграничной к поверхности области предупреждает ее обезуглероживание и тем самым дополнительно повышает износостойкость стали (см. Федюкин В. К. Метод термоциклической обработки металлов. - Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1984. С. 14-20).On the other hand, when tungsten is introduced into chrome steel (in an amount of 0.10-0.40%), the alloy of the proposed composition exhibits special properties of this element - the wear resistance of the deposited part of metallurgical equipment increases due to more uniform wear. This is due to the fact that the melting temperature of tungsten is very high: 3410 ^o C, which significantly exceeds the melting temperature of another carbide-forming element - chromium (1903 ^o C) and the melting temperature of steel in general. Under the influence of a temperature gradient, tungsten atoms diffuse towards the heat flux to the surface of the part (for example, a working roll of a hot rolling mill or a continuous casting roll), and it is much faster than chromium atoms, i.e. above its melting point by 1507 ^o C. Having reached the surface of the part, tungsten increases the degree of alloying of the surface layer and forms tungsten carbide, which has high hardness and wear resistance. The formation of tungsten carbides in the region bordering the surface prevents its decarburization and thereby additionally increases the wear resistance of steel (see V. Fedyukin, Method of Thermocyclic Metal Processing. - L .: Publishing House of Leningrad University, 1984. P. 14-20).

Установлено, что при содержании вольфрама в сплаве менее 0,10% не приводит к повышению износостойкости вследствие его малого количества, а при содержании более 0,4% резко охрупчивается поверхность детали (вследствие высокого содержания вольфрама). It was found that when the tungsten content in the alloy is less than 0.10%, it does not increase wear resistance due to its small amount, and when the content is more than 0.4%, the surface of the part is sharply embrittled (due to the high tungsten content).

На основании вышеизложенного авторы считают, что предложенный состав сплава соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. по их мнению отсутствует источник информации, ознакомившись с которым специалист по сварке или металлургии сделал бы вывод, что введение в хромистую сталь 0,10-0,40% вольфрама позволяет повысить срок службы тяжелонагруженных деталей металлургического оборудования за счет повышения разгаростойкости и износостойкости. Based on the foregoing, the authors believe that the proposed alloy composition meets the criterion of "inventive step", because in their opinion, there is no source of information, having studied which a specialist in welding or metallurgy would conclude that the introduction of 0.10-0.40% of tungsten into chrome steel allows to increase the service life of heavily loaded parts of metallurgical equipment by increasing heat resistance and wear resistance.

Ниже приведены примеры конкретного исполнения предложенного сплава. Плавки осуществлялись в обычной индукционной печи по известной в металлургии технологии, после выплавки материалы протягивались в проволоку сплошного сечения диаметром 5 мм. Осуществлялась многослойная наплавка под флюсом АН-20С на режимах: ток - 400 А; напряжение - 34 В. Below are examples of specific performance of the proposed alloy. Smelting was carried out in a conventional induction furnace according to the technology known in metallurgy; after smelting, the materials were pulled into a continuous wire with a diameter of 5 mm. Multilayer surfacing was performed under the AN-20C flux in the following modes: current - 400 A; voltage - 34 V.

Из наплавленного металла вырезались образцы для замера твердости при повышенных температурах и образцы диаметром 6 мм для определения разгаростойкости. Разгаростойкость определялась путем нагрева образцов проходящим током до температуры 700^oC и охлаждением водой до 20^oC. Критерием оценки разгаростойкости являлось количество циклов "нагрев-охлаждение" до зарождения первой трещины.Samples for measuring hardness at elevated temperatures and samples with a diameter of 6 mm were cut from the deposited metal to determine the heat resistance. The heat resistance was determined by heating the samples with a passing current to a temperature of 700 ^o C and cooling with water to 20 ^o C. The criterion for evaluating the heat resistance was the number of heating-cooling cycles until the first crack nucleated.

В табл. 1 приведены составы испытываемых сплавов, а в табл. 2 результаты испытаний. In the table. 1 shows the compositions of the tested alloys, and in table. 2 test results.

Как видно из табл. 2 наплавленный металл имеет высокую твердость при повышенных температурах и разгаростойкость. As can be seen from the table. 2 deposited metal has high hardness at elevated temperatures and heat resistance.

Преимущества предложенного состава сплава состоят в том, что его применение позволяет повысить работоспособность тяжелонагруженной наплавленной детали за счет повышения стойкости против образования разгарных трещин при одновременном повышении стойкости против отколов и отслоений, т.к. трещины являются их причинами. Повышение долговечности, например, валков и роликов станов горячей прокатки приводит к уменьшению требуемого количества перевалок и, следовательно, повышает производительность стана. Снижение склонности наплавленного металла к образованию трещин разгара приводит к отсутствию отпечатка трещин на прокатываемом металле, что приводит к повышению качества проката. The advantages of the proposed alloy composition are that its use improves the performance of a heavily loaded deposited part by increasing the resistance against the formation of hot cracks while increasing the resistance to spalling and delamination, since cracks are their causes. Improving the durability of, for example, rolls and rollers of hot rolling mills leads to a decrease in the required number of transhipments and, therefore, increases the productivity of the mill. Reducing the tendency of the weld metal to form crack cracks leads to the absence of fingerprint cracks on the rolled metal, which leads to an increase in the quality of rolled products.

Claims

The composition of the alloy containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel and iron, characterized in that the alloy additionally contains tungsten in the following ratio, wt.

Carbon 0.08 0.15
Silicon 0.45 0.80
Manganese 0.45 0.80
Chrome 12.00 14.00
Nickel 0.61 1.00
Tungsten 0.10 0.40
Iron Else