RU2773040C1 - Сплав для тарелки волокнообразования - Google Patents
Сплав для тарелки волокнообразования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773040C1 RU2773040C1 RU2021106396A RU2021106396A RU2773040C1 RU 2773040 C1 RU2773040 C1 RU 2773040C1 RU 2021106396 A RU2021106396 A RU 2021106396A RU 2021106396 A RU2021106396 A RU 2021106396A RU 2773040 C1 RU2773040 C1 RU 2773040C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- nickel
- alloy according
- paragraphs
- less
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 107
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 107
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical compound [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 87
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 claims abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 25
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 17
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 15
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 abstract description 9
- 210000002268 Wool Anatomy 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 18
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- -1 niobium carbides Chemical class 0.000 description 11
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 10
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium monoxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 231100000078 corrosive Toxicity 0.000 description 2
- 231100001010 corrosive Toxicity 0.000 description 2
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 2
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 description 2
- 229910000753 refractory alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007528 sand casting Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000014961 Protein Precursors Human genes 0.000 description 1
- 108010078762 Protein Precursors Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental Effects 0.000 description 1
- NTGONJLAOZZDJO-UHFFFAOYSA-M disodium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Na+] NTGONJLAOZZDJO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к сплаву на основе никеля, пригодному для применения при производстве минеральной ваты. Сплав на основе никеля, пригодный для применения при производстве минеральной ваты, содержит, мас.%: Cr от 20 до 35, Fe от более 3 до 6, W от 3 до 8, Nb от 0,5 до 3, Ti от 0 до 1, C от 0,4 до 1, Co от 0 до 3, Si от 0,1 до 1,5, Mn от 0,1 до 1, остальное составляют никель и неизбежные примеси. Также заявлены деталь устройства для переплавки и/или переработки стекла, деталь устройства для изготовления минеральной ваты и тарелка волокнообразования для изготовления минеральной ваты, изготовленные из указанного сплава на основе никеля путем отливки. Способ изготовления минеральной ваты путем внутреннего центрифугирования включает разливку потока расплавленного минерального материала в тарелку волокнообразования, на периферийной полосе которой выполнено множество сквозных отверстий, из которых обеспечивают выход нитей расплавленного минерального материала и затем вытягивание их в вату под действием газа, при этом температура минерального материала в тарелке составляет по меньшей мере 1000°C. Обеспечивается высокая прочность в окислительной среде, такой как расплавленное стекло. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Настоящее изобретение относится к металлическому сплаву для применения при очень высокой температуре, в частности, пригодному для применения в процессе изготовления минеральной ваты путем волокнообразования из расплавленной минеральной композиции или, в более общем аспекте, для изготовления инструментов, обладающих хорошей механической прочностью при высокой температуре в окислительной среде, такой как расплавленное стекло, и к сплавам на основе никеля, пригодным для применения при высокой температуре, в частности, для изготовления изделий для плавки и/или переработки нагретого стекла или другого минерального материала, таких как элементы машин для производства минеральной ваты.
Одна из технологий получения волокна, известная как внутреннее центрифугирование, состоит в том, что обеспечивают непрерывное стекание жидкого стекла в блок из осесимметричных деталей, вращающихся с очень высокой скоростью относительно их вертикальной оси. Главная деталь, называемая "тарелкой", принимает стекло на стенку, называемую "полосой" и имеющую сквозные отверстия, через которые стекло проходит под действием центробежной силы, вытекая оттуда во все стороны в виде расплавленных нитей. Кольцевая горелка, расположенная над наружной частью тарелки и создающая нисходящий поток газа, который плотно окружает наружную стенку полосы, отклоняет эти нити вниз, осуществляя их вытягивание. Эти нити затем "затвердевают" в виде стекловаты.
Тарелка представляет собой инструмент волокнообразования, испытывающий высокую тепловую нагрузку (тепловые удары при запусках и остановках, а также установление температурного градиента температуры вдоль детали при стабильной работе), механическую нагрузку (центробежная сила, эрозия вследствие прохождения стекла) и химическую нагрузку (окисление и коррозия, обусловленные расплавленным стеклом и горячими газами, выходящими из окружающей тарелку горелки). Основными типами разрушения являются искажение формы вертикальных стенок в результате ползучести в горячем состоянии, появление горизонтальных или вертикальных трещин и износ волокнообразующих отверстий в результате эрозии, что требует полной замены этих элементов. Таким образом, образующий материал тарелки должен оставаться в течение достаточно длительного времени производства (или времени волокнообразования) устойчивым к перечисленным воздействиям для того, чтобы отвечать техническим и экономическим условиям процесса. С этой целью изыскиваются материалы, обладающие определенной пластичностью, сопротивлением ползучести и стойкостью к коррозии под действием расплавленного стекла и окислению при высокой температуре.
Традиционными материалами для изготовления таких инструментов являются суперсплавы на основе никеля, упроченные выделением карбидов. Такие сплавы описаны, например, в FR 2675818. Настоящее изобретение направлено на создание сплавов на никелевой основе, подвергнутых дополнительному улучшению, которое в конечном итоге позволяет увеличить срок службы инструмента, изготовленного из указанного сплава, особенно выполненной из такого сплава тарелки волокнообразования. За счет этого сплав согласно настоящему изобретению имеет очень высокие сопротивление ползучести и стойкость к коррозии и/или окислению, в конечном итоге позволяющие достичь такого увеличенного срока службы.
Более конкретно, объектом настоящего изобретения является сплав, состоящий из следующих элементов в пропорциях, указанных в мас.% процентах сплава (включая предельные значения):
Cr | 20-35% |
Fe | 0-6% |
W | 3-8% |
Nb | 0,5-3% |
Ti | 0-1% |
C | 0,4-1% |
Co | 0-3% |
Si | 0,1-1.5% |
Mn | 0,1-1% |
остальное составляют никель и неизбежные примеси.
Для целей настоящего изобретения "неизбежные примеси" означают, что рассматриваемые элементы не присутствуют в составе сплава намеренно, а попадают в него в виде примесей, присутствующих по меньшей мере в одном из основных элементов сплава (или, по меньшей мере, в одном из предшественников указанных основных элементов).
Предлагаемый сплав отличается от сплавов на никелевой основе, обычно используемых для таких применений, в частности тем, что он содержит карбиды ниобия (NbC) и, необязательно, карбиды титана (TiC), а также ограниченное количество железа, или даже не содержит железа, или содержит железо исключительно в виде неизбежных примесей.
В упомянутой выше заявке на патент FR2675818 указано, что в сплавах на никелевой основе необходимое количество железа составляет от 7 до 10%, чтобы повысить стойкость к коррозии в расплавленном стекле, в частности, серосодержащими соединениями, присутствующими в указанном расплавленном стекле. Весьма неожиданно оказалось, что композиции сплавов согласно настоящему изобретению, то есть имеющие долю железа намного ниже указанной выше (или даже совсем не содержащих железо или содержащих железо только в виде неизбежных примесей), имеют лучшие свойства, чем известные сплавы, и, в частности, срок службы тарелок, изготовленных из такого сплава, оказался больше, что будет продемонстрировано в дальнейшем описании на предоставленных примерах.
Среди элементов, входящих в состав сплава, можно особо отметить (все процентные значения приводятся от общей массы сплава) следующие:
Никель является основным элементом сплавов согласно изобретению и составляет более 50% от веса сплава. Содержание никеля предпочтительно больше или равно 52% или даже больше или равно 54%. Еще более предпочтительно, содержание никеля больше 55% или даже больше или равно 56%. Еще более предпочтительно, содержание никеля меньше или равно 65%, или даже меньше или равно 63%, или даже меньше или равно 62%. Наиболее предпочтительно сплав может содержать от 55,5 до 60 мас.% никеля или даже от 56 до 60 мас.% никеля.
Углерод является важным компонентом сплава, необходимым для образования выделений карбида металла. В частности, содержание углерода напрямую определяет количество карбидов, присутствующих в сплаве. Для получения минимального желаемого упрочнения, углерод составляет по меньшей мере 0,4 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 0,5 мас.%, но предпочтительно ограничен максимум 1 мас.%, предпочтительно максимум 0,9 мас.% или даже максимум 0,8 мас.%, чтобы избежать того, что сплав станет твердым и трудным в обработке из-за слишком большой плотности упрочнений. Отсутствие пластичности сплава при таком содержании препятствует приспособлению сплава к вынужденной деформации (например, термического происхождения) без разрывов и достаточному сопротивлению росту трещин. Сплав может очень предпочтительно содержать от 0,6 до 0,7 мас.% углерода. В частности, сплав согласно изобретению, который продемонстрировал очень хорошие характеристики в описанном выше аспекте, содержит от 0,55 до 1 мас.% углерода.
Хром способствует внутренней механической прочности матрицы, в которой он находится частично в виде твердого раствора, и в определенных случаях также в виде карбидов, по существу типа Cr23C6, в тонкой дисперсии внутри зерен, где они способствуют сопротивлению межзеренной ползучести, или в виде карбидов типа Cr7C3 или Cr23C6, находящихся на границах зерен, что препятствует скольжению зерна по зерну, также способствуя межзеренному упрочнению сплава. Хром повышает сопротивление коррозии как предшественник оксида хрома, образующего защитный слой на поверхности, открытой воздействию окислительной среды. Следовательно, для образования и сохранения этого защитного слоя необходимо минимальное количество хрома. Однако слишком большое содержание хрома пагубно для механической прочности и стойкости при повышенных температурах, так как оно приводит к слишком высокой твердости и к чрезмерно низкой способности к удлинению под нагрузкой, не совместимой с высокотемпературными напряжениями. Предпочтительно, содержание хрома в сплаве, применимом согласно изобретению, больше или равно 22%, или даже больше или равно 25%, или даже больше или равно 28%. Предпочтительно, чтобы содержание хрома в сплаве, применимом согласно изобретению, было меньше или равно 32%, или даже меньше или равно 30%.
Наиболее предпочтительно, сплав может содержать от 28 до 30 мас.% хрома.
Согласно экспериментам, выполненным заявителем, ниобий, как и титан, по-видимому, повышает механическую прочность сплава, в частности, сопротивление ползучести, при высокой температуре, например, выше 1000°C или даже выше 1040°С. Это обусловлено тем, что карбиды хрома имеют свойство растворяться при температурах выше 1000°C. Присутствие карбидов ниобия и карбидов титана, более устойчивых при высокой температуре, чем карбиды хрома, позволяет обеспечить механическую прочность сплава при высокой температуре. Кроме того, миграция хрома на поверхности с образованием защитного слоя хрома, необходимого для сопротивления коррозии, вызывает локальное уменьшение содержания хрома на поверхности и, следовательно, исчезновение карбидов Cr7C3 и Cr23C6. Присутствие карбидов NbC способствует сохранению механических свойств при исчезновении карбидов хрома. Содержание ниобия предпочтительно больше или равно 0,6% или даже больше или равно 0,7%. Еще более предпочтительно, чтобы содержание ниобия было меньше или равно 2,5%, или даже меньше или равно 2%, или даже меньше или равно 1,5%, и очень предпочтительно менее 1,2% или даже менее 1,15%.
Наиболее предпочтительно сплав может иметь содержание ниобия в интервале от 0,8 до 1,2 мас.%.
Определенная доля титана также может способствовать повышению механической прочности сплава при высокой температуре благодаря образованию карбидов титана. Однако было замечено, что присутствие титана может отрицательно сказаться на стойкости сплава к окислению. Таким образом, содержание титана предпочтительно составляет менее 0,5% или даже менее 0,4 мас.%. В особенно предпочтительном варианте сплав не содержит титана, кроме как в виде неизбежной примеси, то есть его содержание составляет менее 0,1 мас.% или даже менее 0,05% мас.% или даже менее 0,01 мас.% сплава.
Массовое соотношение (Nb+Ti)/C согласно изобретению предпочтительно составляет от 1 до 2, более предпочтительно от 1,5 до 2. Массовое соотношение (Nb+Ti)/C согласно изобретению составляет, в частности, от 1,5 до 2,4,
Вольфрам также способствует, вместе с другими металлами, присутствующими в сплаве и упомянутыми ранее, повышению твердости сплава и его сопротивления ползучести.
Вольфрам присутствует в количестве больше или равном 3 мас.%, более предпочтительно, больше или равном 4 мас.%, или даже больше или равном 5 мас.% от веса сплава. Вольфрам предпочтительно присутствует в количестве, меньшем или равном 7%, более предпочтительно, еще меньшем или равном 6 мас.% от веса сплава.
Сплав может содержать, например, от 3 до 8 мас.%, от 4 до 7 мас.% и очень предпочтительно от 5 до 6 мас.% вольфрама.
Кобальт может присутствовать в сплаве в виде твердого раствора с никелем. Он очень часто используется в области жаропрочных сталей в тугоплавких сплавах, поскольку известно, что такой твердый раствор способствует сопротивлению коррозии и механической прочности всего сплава. Однако, поскольку кобальт является дорогостоящим элементом, согласно изобретению его намеренно ограничивают и он присутствует в количестве менее 3 мас.%, или даже менее 2 мас.%, или даже менее 1 мас.% сплава. Хотя присутствие достаточного количества кобальта считается необходимым в тугоплавких сплавах, содержащих никель, для стабилизации последнего, заявитель неожиданно обнаружил, что в конкретном случае сплава, являющегося объектом настоящего изобретения, можно ограничить его содержание, насколько это возможно, в частности, ограничить присутствие кобальта только в виде неизбежных примесей. В большинстве случаев испытания, проведенные заявителем, показали, что кобальт, тем не менее, практически всегда присутствует в сплаве в виде неизбежной примеси в количестве не менее 0,3 мас.%, а чаще всего не менее 0,5 мас.% или даже не менее 0,7 мас.%. Тем не менее, процентное содержание кобальта в сплаве менее 0,3 мас.% или даже менее порога обнаружения, также следует рассматривать как включенное в контекст изобретения.
Как отмечалось выше, в настоящем изобретении также ограничено количество железа, считающегося важным элементом в документе FR2675818. Содержание железа предпочтительно меньше или равно 5 мас.%, или даже меньше или равно 4,5 мас.%, или даже меньше или равно 4 мас.%.
Согласно одному варианту осуществления изобретения содержание железа больше или равно 1 мас.%, или даже больше или равно 2 мас.%, или даже больше или равно 3 мас.%. Согласно другому варианту осуществления изобретения железо может присутствовать только в виде неизбежных примесей.
Согласно еще одному возможному варианту содержание железа составляет от 4 до 6 мас.%.
В сплаве могут предпочтительно содержаться другие элементы в очень незначительных количествах. В частности, он содержит:
кремний в качестве восстановителя расплавленного металла при плавке и отливке сплава, предпочтительно в количестве менее 1,1 мас.%, или даже менее 0,9 мас.%, или даже менее 0,8 мас.%;
марганец, также в качестве восстановителя, предпочтительно в количестве менее 0,9 мас.% или даже менее 0,6 мас.%.
Суммарное содержание других элементов, введенных в качестве примесей с основными компонентами сплава ("неизбежные примеси"), предпочтительно составляет менее 2 мас.% или даже менее 1 мас.% сплава.
Среди возможных и обычных неизбежных примесей можно отметить серу или фосфор. Их отдельно взятое количество обычно не превышает 0,05 мас.% в сплавах согласно изобретению.
Сплав согласно настоящему изобретению также отличается от некоторых сплавов на никелевой основе, обычно используемых для создания тарелок волокнообразования, тем, что он не содержит алюминия, кроме как в виде неизбежной примеси, то есть менее 0,1%, или даже менее 0,05%, или даже менее 0,01 мас.%. Дело в том, что было замечено, что присутствие алюминия в сплаве, даже в небольшом количестве, порядка 0,1 мас.%, может значительно ухудшить его коррозионную стойкость к расплавленному стеклу.
Сплав согласно изобретению также не содержит молибден, за исключением неизбежных примесей, то есть он может содержать менее 0,1мас.%, или даже менее 0,05мас.% или даже менее 0,01мас.% молибдена. Это обусловлено тем, что, хотя известно, что молибден придает сплавам на никелевой основе высокую стойкость к коррозии, было замечено, что даже при низком содержании молибден может значительно ухудшить их стойкость к окислению.
В одном конкретном варианте осуществления сплав согласно изобретению содержит в процентах по массе:
Cr 22-31%, предпочтительно 28-30%,
Fe 0-6%, предпочтительно3-4%,
W 4-7%, предпочтительно 5-6%,
Nb 0,5-3%, предпочтительно 0,8-1.2%,
Ti 0-0,5%, предпочтительно 0,1-0,3%,
C 0,45-0,9%, предпочтительно 0,6-0,7%,
Co менее 3%, предпочтительно менее 1%,
Si менее 1.1%, предпочтительно 0,6-0,8%,
Mn менее 0,8%, предпочтительно 0,5-0,7%,
а остальное составляют никель и неизбежные примеси. В частности, никель может предпочтительно присутствовать в количестве от 54 до 62 мас.% и, в частности, от 55 до 60 мас.%.
Сплавы, применяемые согласно изобретению, которые содержат высокоактивные элементы, могут быть получены путем отливки, в частности, путем индукционной плавки в атмосфере, которая является по меньшей мере частично инертной, и путем литья в песчаные формы.
При необходимости за литьем может следовать термическая обработка.
Также объектом изобретения является способ изготовления изделия путем отливки с применением сплавов, описанных выше в качестве объекта изобретения.
Способ обычно содержит этап соответствующей термической обработки, позволяющей получать вторичные карбиды и делать возможным их однородное распределение в металлической основе, как описано в FR 2675818. Термическую обработку предпочтительно ведут при температуре менее 1000°С или даже менее 950°C, например, от 800°C до 900°C, в течение по меньшей мере 5 часов или даже по меньшей мере 8 часов, например от 10 до 20 часов.
Способ может включать в себя по меньшей мере один этап охлаждения после литья и/или после или во время термической обработки, например, путем охлаждения на воздухе, в частности, с возвратом к температуре окружающей среды.
Сплавы, являющиеся объектом изобретения, могут применяться для изготовления деталей любого сорта, механически нагружаемых при высокой температуре и/или вынужденных работать в окислительной или коррозионной среде. Другими объектами изобретения являются также изделия, изготовленные из сплава согласно изобретению, в частности, путем отливки.
Из таких применений можно назвать изготовление изделий, пригодных для выплавки или переработки горячего стекла, например, тарелок волокнообразования для изготовления минеральной ваты.
Таким образом, объектом изобретения является способ изготовления минеральной ваты путем внутреннего центрифугирования, при котором поток расплавленного минерального материала разливают в тарелку волокнообразования по предыдущему пункту, на периферийной полосе которой выполнено множество сквозных отверстий, из которых выходят нити расплавленного минерального материала, которые затем вытягивают в вату под действием газа, отличающийся тем, что температура минерального материала в тарелке составляет по меньшей мере 900°C, или даже по меньшей мере 950°C, или по меньшей мере 1000°C, или даже минимум 1040°C, и тем, что тарелка волокнообразования состоит из сплава, охарактеризованного выше.
Таким образом, сплавы согласно изобретению позволяют получать волокно из расплавленного минерального материала, имеющего температуру ликвидуса (Tliq) 800°C или выше, например, 850°C, или даже от 900°C до 1030°C, или даже 1000°C, или даже 950°C.
Состав минерального волокнообразующего материала не имеет особых ограничений при условии, что из него можно получить волокно путем внутреннего центрифугирования. Он может варьироваться в зависимости от требуемых свойств получаемых минеральных волокон, например биорастворимости, огнестойкости или теплоизоляционных свойств. Волокнообразующий материал предпочтительно представляет собой композицию стекла натрий-кальций-кремнезем-боратного типа. В частности, он может иметь состав, включающий в себя следующие компоненты в массовых долях, определяемых следующими пределами:
SiO2 35-80%,
Al2O3 0-30%,
CaO+MgO 2-35%,
Na2O+K2O 0-20%,
при этом следует понимать, что
SiO2+Al2O3 находится в интервале от 50 до 80 мас.%, а Na2O+K2O+B2O3 - в интервале от 5 до 30 мас.%.
Волокнообразующий материал может, в частности, иметь следующий состав в процентах по массе:
SiO2 50-75%,
Al2O3 0-8%,
CaO+MgO 2-20%,
Fe2O3 0-3%,
Na2O+K2O 12-20%,
B2O3 2-10%.
Волокнообразующий материал может быть приготовлен из чистых компонентов, но обычно его получают путем плавления смеси природных исходных материалов, содержащих различные примеси.
Хотя изобретение было описано главным образом в контексте изготовления минеральной ваты, оно может быть применено в стекольной промышленности для изготовления деталей или вспомогательного оборудования для печей, фильер или фидера, в частности, для производства пряжи из текстильного стекловолокна, упаковочного стекла и т.п.
Помимо стекольной промышленности изобретение может применяться для производства самых различных изделий, когда они должны обладать высокой механической прочностью в окислительной и/или коррозионной среде, в частности, при высокой температуре.
Представленные ниже примеры, которые никоим образом не ограничивают композиции согласно изобретению или условия использования тарелок волокнообразования согласно изобретению, иллюстрируют преимущества настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ:
Расплавленное загрузочное сырье состава I1 (согласно изобретению) и C1 (согласно FR 2675818), которые представлены в таблице 1, получают путем индукционной плавки в инертной атмосфере (в частности, в аргоне), и затем формуют путем простого литья в песчаную форму. В таблице 1 показаны массовые процентные доли каждого элемента сплава, при этом остаток до 100% состоит из никеля и неизбежных примесей.
Таблица 1
I1 | C1 | |
Cr | 27,1 | 27,5 |
Fe | 5,45 | 7 |
W | 5,83 | 7,2 |
Nb | 0,86 | - |
Ti | 0,14 | - |
C | 0,62 | 0,67 |
Co | 0,78 | 0,80 |
Si | 0,79 | 0,75 |
Mn | 0,70 | 0,75 |
*необязательно присутствует в виде неизбежной примеси.
За литьем следует термическая обработка для выделения вторичных карбидов при 865°C в течение 12 часов, завершающаяся охлаждением на воздухе до температуры окружающей среды.
Таким способом были изготовлены слитки размером 200×110×25 мм.
Затем оценивались сопротивление ползучести, окислению и коррозии сплавов I1 и C1.
Сопротивление ползучести определяли в испытаниях на ползучесть при растяжении на опытных образцах длиной 30,0 мм, шириной 8,0 мм и толщиной 2,0 мм. Испытания проводились при 1000°C (нормальная рабочая температура тарелки), под нагрузкой 45 МПа (соответствующей нормальной нагрузке тарелки), 63 МПа (соответствующей предельной нагрузке тарелки) и 100 МПа. В таблице 2 показана скорость ползучести (во вторичном режиме) в мкм/ч.
Стойкость к окислению зависит, с одной стороны, от кинетики окисления сплава, а с другой стороны, от качества адгезии оксидного слоя, образующегося на поверхности сплава. Это связано с тем, что плохая адгезия оксидного слоя к поверхности сплава ускоряет окисление последнего: при отделении оксидного слоя неокисленная поверхность сплава подвергается прямому воздействию кислорода воздуха, что приводит к образованию нового оксидного слоя, способного, в свою очередь, отслаиваться, что приводит к распространению окисления. С другой стороны, когда оксидный слой остается сцепленным с поверхностью сплава, он образует барьерный слой, который ограничивает, а на самом деле даже останавливает, развитие окисления. Константы скорости окисления Kp, выраженные в г·см-2·с-1/2, были вычислены по наблюдениям увеличения веса в результате окисления образцов, помещенных при 1000°C в течение 50 часов в печь, оборудованную микровесами под потоком воздуха. Эти константы показаны в г·см-2·с-1/2 в таблице 2.
Испытания на сопротивление коррозии проводились с использованием трехэлектродной сборки, электроды которой были погружены в родиево-платиновый тигель, содержащий расплавленное стекло. Родиево-платиновый тигель используется в качестве противоэлектрода. Электродом сравнения обычно является стабилизированный циркониевый электрод с подачей воздуха. Цилиндрические образцы исследуемых сплавов, подвергнутые термической обработке на воздухе при 1000°C в течение 2 ч, прочно скрепляли с помощью циркониевого клея с глиноземной оболочкой для образования рабочего электрода. Такой образец, являющийся рабочим электродом, прикрепляли к вращающейся оси, чтобы воплотить фрикционное воздействие стекла на поверхность сплава, и погружали в расплавленное стекло при 1000°C (состав в процентах по массе: SiO2 65,6; Al2O3 1,7; Na2O 16,4; K2O 0,7; CaO 7,4; MgO 3,1; B2O3 4,8). Стойкость сплавов к коррозии стеклом определяли путем измерения поляризационного сопротивления (Rp). Для измерения коррозионного потенциала (Ec) между рабочим электродом и противоэлектродом не подается ток, а потенциал, измеренный между рабочим электродом и электродом сравнения, является потенциалом пары металл/стекло при данной температуре. Эта термодинамическая информация позволяет определить коррозионные реакции и пассивный характер исследуемого металла. Поляризационное сопротивление (Rp) измеряли путем периодического изменения электрического потенциала вблизи потенциала Ec и измерения получаемого изменения плотности тока. Наклон кривой ток/потенциал, записанной в этом интервале, обратно пропорционален Rp. Чем выше Rp (выраженное в Ом⋅см²), тем более устойчив к коррозии данный материал, а скорость разрушения обратно пропорциональна Rp. Таким образом, определение Rp позволяет получить сравнительную оценку скорости коррозии сплавов.
Таблица 2
I1 | C1 | |||
Ползучесть мкм/ч |
45 МПа | 0,38 | 0,72 | |
63 МПа | 1.03 | 2,48 | ||
100 МПа | 32,51 | 54,47 | ||
Солидус | TСолидус (°C) | 1292 | 1288 | |
Окисление | Константа скорости Kp (г·см-2·с-1/2) |
8,7×10-12 | 5,5×10-12 | |
Коррозия | Поляризационное сопротивление Rp (Ом/см2) |
770±15% | 870±15% |
Сравнив данные, представленные в таблице 2, можно заметить, что для сплава I1 согласно изобретению наблюдается значительно лучшее сопротивление ползучести по сравнению со сплавом С1 и сопротивление коррозии и окислению по существу эквивалентное этим свойствам сплава С1. Более того, стабильность карбидов NbC во время процесса миграции хрома позволяет сохранять механические свойства, необходимые для хорошей устойчивости материала, что будет полностью подтверждено при анализе результатов применения этого сплава для тарелок волокнообразования.
Затем были сформированы тарелки волокнообразования диаметром 400 мм и 600 мм из известного сплава С1 и сплава I1 согласно изобретению, соответственно.
Эти тарелки были изготовлены путем индукционной плавки в атмосфере инертного аргона: был приготовлен расплавленный загрузочный материал выбранного состава (т.е. I1 или C1, см. таблицу 1 выше), который затем сформован путем простого литья в песчаные формы.
За литьем последовала термическая обработка в течение 12 часов при 865°C для выделения вторичных карбидов. После этой обработки была выполнена закалка обдувкой воздухом.
Таким образом, из двух сплавов были изготовлены серии тарелок волокнообразования диаметром 400 мм и 600 мм.
Емкость сформованных таким образом тарелок оценивалась при волокнообразовании с получением стекловаты. В частности, тарелки помещались в производственную линию для получения волокон из стекла следующего состава (в мас.%):
SiO2 | Al2O3 | (B2O3) | CaO | MgO | Na2O | K2O | Другие |
65,3 | 2,1 | 4,5 | 8,1 | 2,4 | 16,4 | 0,7 | 0,5 |
Это стекло имеет температуру ликвидуса 900°C.
Тарелки использовались до остановки, вызванной их повреждением, которое было заметно по видимому износу указанной тарелки или по ухудшению качества производимого волокна.
Срок службы тарелок показан в таблице 3. Результаты представлены в тоннах волокнистого материала до разрушения тарелки. Результаты, представленные в таблице 3, показывают средние значения, полученные для по меньшей мере трех тарелок из каждой категории.
Таблица 3
Состав тарелки Диаметр тарелки |
Сплав C1 (сравнительный) |
Сплав I1 (изобретение) |
170 тонн | 225 тонн | |
303 тонн | 381 тонн |
Из таблицы 3 видно, что тарелки, изготовленные из сплавов согласно изобретению, всегда имеют самый большой срок службы при сопоставимых условиях использования.
Claims (26)
1. Сплав на основе никеля, пригодный для применения при производстве минеральной ваты, содержащий, мас.%:
Cr от 20 до 35
Fe от более 3 до 6
W от 3 до 8
Nb от 0,5 до 3
Ti от 0 до 1
C от 0,4 до 1
Co от 0 до 3
Si от 0,1 до 1,5
Mn от 0,1 до 1,
остальное составляют никель и неизбежные примеси.
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит менее 0,5 мас.% Ti, предпочтительно менее 0,4 мас.% Ti.
3. Сплав по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он содержит от 0,6 до 0,9 мас.% углерода, предпочтительно от 0,6 до 0,7 мас.% углерода.
4. Сплав по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что отношение (Nb+Ti)/C составляет от 1 до 2, предпочтительно от 1,5 до 2.
5. Сплав по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что он содержит от 22 до 32 мас.% хрома, предпочтительно от 28 до 30 мас.% хрома.
6. Сплав по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что он содержит от более 3 до 4 мас.% железа.
7. Сплав по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что он содержит от 4 до 6 мас.% железа.
8. Сплав по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что он содержит от 0,6 до 2,0 мас.% ниобия, предпочтительно от 0,8 до 1,2 мас.% ниобия.
9. Сплав по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что он содержит от 4 до 7 мас.% вольфрама, предпочтительно от 5 до 6 мас.% вольфрама.
10. Сплав по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он содержит менее 2 мас.% кобальта и предпочтительно менее 1 мас.% кобальта.
11. Сплав по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что он содержит от 55 до 65 мас.% никеля, предпочтительно от 56 до 62% никеля.
12. Сплав по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что он содержит менее 1,1 мас.% кремния.
13. Деталь устройства для переплавки и/или переработки стекла, изготовленная из сплава на основе никеля по любому из пп. 1-12 путем отливки.
14. Деталь устройства для изготовления минеральной ваты, изготовленная из сплава на основе никеля по любому из пп. 1-12 путем отливки.
15. Тарелка волокнообразования для изготовления минеральной ваты, выполненная из сплава на основе никеля по любому из пп. 1-12 путем отливки.
16. Способ изготовления минеральной ваты путем внутреннего центрифугирования, включающий разливку потока расплавленного минерального материала в тарелку волокнообразования по п. 15, на периферийной полосе которой выполнено множество сквозных отверстий, из которых обеспечивают выход нитей расплавленного минерального материала и затем вытягивание их в вату под действием газа, при этом температура минерального материала в тарелке составляет по меньшей мере 1000°C.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1858208 | 2018-09-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773040C1 true RU2773040C1 (ru) | 2022-05-30 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94027295A (ru) * | 1994-04-19 | 1996-06-27 | Изовер Сэн-Гобэн (Fr) | Способ производства минеральной ваты и мат из минеральной ваты |
RU2255131C2 (ru) * | 2000-05-23 | 2005-06-27 | Сэн-Гобэн Изовер | Сплавы на основе кобальта, способ производства минеральной ваты с их использованием, изделия из этих сплавов и способ изготовления таких изделий |
DE202014105808U1 (de) * | 2014-12-02 | 2014-12-11 | Pro-Beam Ag & Co. Kgaa | Supergusslegierung auf Basis von Nickel, geeignet für in geschmolzener Glasmasse arbeitende Gussstücke |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94027295A (ru) * | 1994-04-19 | 1996-06-27 | Изовер Сэн-Гобэн (Fr) | Способ производства минеральной ваты и мат из минеральной ваты |
RU2255131C2 (ru) * | 2000-05-23 | 2005-06-27 | Сэн-Гобэн Изовер | Сплавы на основе кобальта, способ производства минеральной ваты с их использованием, изделия из этих сплавов и способ изготовления таких изделий |
DE202014105808U1 (de) * | 2014-12-02 | 2014-12-11 | Pro-Beam Ag & Co. Kgaa | Supergusslegierung auf Basis von Nickel, geeignet für in geschmolzener Glasmasse arbeitende Gussstücke |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12000024B2 (en) | Alloy for fiber-forming plate | |
US8398791B2 (en) | Process for manufacturing mineral wool, cobalt-based alloys for the process and other uses | |
KR910009875B1 (ko) | 고강도를 갖는 유리부식 저항성 코발트 기초합금 | |
JP4125382B2 (ja) | コバルト基合金、この合金から製造された製品及びその製造方法 | |
US11261506B2 (en) | Alloy for a fibre-forming plate | |
RU2773040C1 (ru) | Сплав для тарелки волокнообразования | |
JP5461418B2 (ja) | 耐火合金、繊維形成板、および鉱物ウールを製造する方法 | |
KR101231759B1 (ko) | 내화 합금과 광물면 제조 방법 | |
EP3713887B1 (en) | Cobalt-based alloy with a high resistance at high temperatures, spinner for the production of mineral fibers comprising said alloy and process for the production of mineral fibers which uses such a spinner | |
JP3293254B2 (ja) | 高温強度のすぐれたCo基合金 |