RU2048586C1

RU2048586C1 - Wear-resistant alloy

Info

Publication number: RU2048586C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Мишаков; Александр Владимирович Замотаев; Владислав Николаевич Никифоров
Original assignee: Юрий Николаевич Мишаков; Александр Владимирович Замотаев; Владислав Николаевич Никифоров
Priority date: 1992-04-22
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy; applicable in manufacture of disk mill fittings in wood-pulp and paper industry. SUBSTANCE: wear-resistant alloy has the following qualitative and quantitative composition, mas. carbon 1.3-1.7; silicon 0.6-1.0; manganese 0.6-1.0; chromium 12-17; nickel 1.0-2.0; molybdenum 0.5-1.0; vanadium 0.5-2.5; zirconium 1.0-3.0; the balance iron. Wear-resistant alloy additionally has aluminium 1.0-3.00 mass and nitrogen 0.03-0.05 mas. EFFECT: higher service properties. 2 tbl

Description

Техническое решение относится к составам легированных сплавов, предназначенных преимущественно для изготовления рабочих размалывающих органов аппаратов, производящих волокнистые полуфабрикаты в целлюлозно-бумажной промышленности (дисковых мельниц). The technical solution relates to compositions of alloyed alloys intended primarily for the manufacture of working grinding organs of apparatuses producing fibrous semi-finished products in the pulp and paper industry (disk mills).

При создании таких сплавов приходится решать сложную и противоречивую задачу, находить компромисс, так как для получения высоких свойств материала требуется, с одной стороны, однофазная структура для коррозионной стойкости и вязкости и, с другой стороны, двухфазная структура с высокопрочной матрицей и твердыми включениями для хорошей износостойкости. Отливки размалывающих органов подвергаются термообработке закалке или нормализации с отпуском. Поэтому сплав должен обладать способностью претерпевать фазовые превращения, хорошей прокаливаемостью, стойкостью против коробления, деформации и образования закалочных трещин. When creating such alloys, it is necessary to solve a complex and contradictory problem, to find a compromise, since to obtain high material properties, on the one hand, a single-phase structure for corrosion resistance and viscosity is required and, on the other hand, a two-phase structure with a high-strength matrix and solid inclusions for good wear resistance. Grinding organ castings are heat treated by quenching or normalization with tempering. Therefore, the alloy must have the ability to undergo phase transformations, good hardenability, resistance to warping, deformation and the formation of quenching cracks.

Известные износостойкие сплавы для изготовления гарнитуры дисковых мельниц содержат достаточно постоянный набор легирующих элементов и добавок, а именно, мас. углерод 0,5-3,5; кремний 0,5-2,0; марганец 0,3-1,5; хром 15-35; никель 0,5-3,0; молибден 0,5-2,5. Для повышения износостойкости ряд сталей дополнительно содержит титан в виде зерен карбидов в количестве 1-5% Углерод влияет на твердость и износостойкость, так как способствует образованию карбидов. Повышенное его содержание снижает коррозионную стойкость материала, пластичность и вязкость. Кремний является ферритообразующим элементом, повышает твердость стали, но резко снижает при высоких концентрациях ударную вязкость. Марганец способствует стабилизации аустенита и цементита в высокоуглеродистых сталях, увеличивает их прокаливаемость, но при увеличении содержания более оптимального снижает стойкость к абразивному износу. Хром и титан, являясь карбидообразующими элементами, увеличивают твердость и износостойкость, хром увеличивает коррозионную устойчивость, жидкотекучесть стали. Никель и молибден увеличивает прокаливаемость. Никель увеличивает твердость, ударную вязкость, расширяя область существования аустенита. Повышение его содержания более оптимального ухудшает жидкотекучесть. Молибден, кроме того, вводят в хромникелиевые сплавы для увеличения коррозионных и износостойких свойств. Введение его в количестве 0,4-0,7% подавляет склонность к отпускной хрупкости. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является сплав для изготовления гарнитуры дисковых мельниц, содержащая, мас. углерод 2-4; кремний не более 2; марганец менее 2; хром 20-30; молибден макс.5; никель 0,5-4; титан 1-5, а также ванадий, алюминий, цирконий, ниобий и тантал макс. 1. Known wear-resistant alloys for the manufacture of headsets for disk mills contain a fairly constant set of alloying elements and additives, namely, wt. carbon 0.5-3.5; silicon 0.5-2.0; manganese 0.3-1.5; chrome 15-35; nickel 0.5-3.0; molybdenum 0.5-2.5. To increase the wear resistance, a number of steels additionally contains titanium in the form of grains of carbides in an amount of 1-5%. Carbon affects the hardness and wear resistance, as it promotes the formation of carbides. Its increased content reduces the corrosion resistance of the material, ductility and viscosity. Silicon is a ferrite-forming element, increases the hardness of steel, but sharply reduces toughness at high concentrations. Manganese helps to stabilize austenite and cementite in high-carbon steels, increases their hardenability, but with an increase in the content of more optimal reduces the resistance to abrasion. Chrome and titanium, being carbide-forming elements, increase hardness and wear resistance, chromium increases corrosion resistance, fluidity of steel. Nickel and molybdenum increase hardenability. Nickel increases hardness, toughness, expanding the area of existence of austenite. An increase in its more optimal content impairs fluidity. Molybdenum, in addition, is introduced into chromium-nickel alloys to increase the corrosion and wear-resistant properties. Its introduction in the amount of 0.4-0.7% suppresses the tendency to temper brittleness. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed technical solution is an alloy for the manufacture of a headset disc mills, containing, by weight. carbon 2-4; silicon no more than 2; manganese less than 2; chrome 20-30; molybdenum max. 5; nickel 0.5-4; titanium 1-5, as well as vanadium, aluminum, zirconium, niobium and tantalum max. 1.

Задачей при создании данного технического решения было создание отечественной стали для гарнитуры дисковых мельниц, работающих в условиях повышенного коррозионного и абразивного износа, имеющей высокий срок службы. Предлагаемый износостойкий сплав, решающий указанную задачу, содержит в своем составе, мас. углерод 1,2-1,7; кремний 0,6-1,0; марганец 0,6-1,0; хром 12-17; никель 1-2; молибден 0,5-1,0; ванадий 0,5-2,5; цирконий 1,0-3,0. Сплав может также содержать алюминий в количестве до 3% и азот в количестве 0,03-0,05% Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что не содержит в своем составе титан, а ванадий, цирконий и алюминий содержит в большем количестве. Предлагаемый состав сплава позволил получить металлическую литую гарнитуру дисковых мельниц, имеющую коррозионную устойчивость в 2 раза более известного сплава, что позволило значительно увеличить срок ее службы в агрессивных средах. The task in creating this technical solution was to create domestic steel for a headset of disk mills operating in conditions of increased corrosion and abrasive wear, which has a high service life. The proposed wear-resistant alloy that solves the specified problem contains in its composition, wt. carbon 1.2-1.7; silicon 0.6-1.0; manganese 0.6-1.0; chrome 12-17; nickel 1-2; molybdenum 0.5-1.0; vanadium 0.5-2.5; zirconium 1.0-3.0. The alloy may also contain aluminum in an amount of up to 3% and nitrogen in an amount of 0.03-0.05%. The proposed alloy differs from the known one in that it does not contain titanium, while vanadium, zirconium and aluminum contain in greater quantities. The proposed alloy composition made it possible to obtain a metal cast headset of disk mills having corrosion resistance 2 times more than the known alloy, which allowed to significantly increase its service life in aggressive environments.

Известно, что ванадий и цирконий также являются карбидообразующими элементами. Но ванадий, образуя карбиды с твердостью ниже, чем твердость карбидов титана, на литейные и износостойкие свойства оказывает небольшое влияние. Его вводят в количестве 0,5-2,5% для повышения вязкости за счет мягкого зерна и устойчивости сплавов после отжига. Увеличение содержания ванадия более 2,5% приводит к снижению ударной вязкости. Алюминий способствует графитизации, что положительно влияет на твердость и износостойкость стали. Цирконий в периодической системе находится в одной группе с титаном, их карбиды имеют очень близкие показатели твердости, температуры плавления и прочности связи между атомами металла и углерода. Однако сведения о его влиянии на качество стали неоднозначны и противоречивы. Известно введение циркония в количестве 0,1-0,3% для раскисления, обессеривания и деазотации сплава. Известно легирование цирконием в количестве 1-10% быстрорежущей стали для повышения ее абразивной износостойкости. Однако нигде нет сведений о том, что цирконий по сравнению с титаном может значительно увеличивать коррозионную износостойкость сплава и стали. It is known that vanadium and zirconium are also carbide forming elements. But vanadium, forming carbides with a hardness lower than the hardness of titanium carbides, has little effect on the casting and wear-resistant properties. It is introduced in an amount of 0.5-2.5% to increase the viscosity due to the soft grain and the stability of the alloys after annealing. An increase in vanadium content of more than 2.5% leads to a decrease in toughness. Aluminum contributes to graphitization, which positively affects the hardness and wear resistance of steel. Zirconium in the periodic system is in the same group with titanium, their carbides have very close indicators of hardness, melting point and bond strength between metal and carbon atoms. However, information about its effect on quality has become ambiguous and contradictory. It is known to introduce zirconium in an amount of 0.1-0.3% for deoxidation, desulfurization and deazotation of the alloy. Known alloying with zirconium in an amount of 1-10% high-speed steel to increase its abrasive wear resistance. However, there is no evidence that zirconium can significantly increase the corrosion resistance of alloy and steel compared to titanium.

Плавки стали проводили в индукционной высокочастотной печи ЛПЗ-67 с кислой футеровкой на шихтовых материалах, легирующих добавках и раскислителях, выпускаемых по следующим маркам: стальной пруток -50Х, феррохром низкоуглеродистый ФХО10Б, азотированный феррохром ФХМ 600А, ферромолибден ФМо60-1, феррованадий ФВд35у, ферровольфрам ФВ72, ферротитан Ти-2, ферробор ФБ17, ферросилиций ФО75, марганец металлический Мр2, алюминий АВ92, цирконий кальциетермический КТЦ-110, никель гранулированный Н-2, чугун чушковый Л5, ферроалюмоцирконий ФАЦр18. The steel was melted in an induction high-frequency furnace LPZ-67 with acid lining on charge materials, alloying additives and deoxidizers produced according to the following grades: -50X steel bar, low-carbon ferrochrome ФХО10Б, nitrided ferrochrome ФММ 600А, ferromolybdenum ФМо60-1провдерв, ferro-molybdenum ФМо60-1-ferrovanu, ferro-molybdenum ФМо60-1-ferrovan ФВ72, Ti-2 ferrotitanium, ФБ17 ferroboron, ФО75 ferrosilicon, MP2 metal manganese, AB92 aluminum, calcium thermothermal zirconium КТЦ-110, granulated nickel Н-2, L5 pig iron, ФАЦр18 ferroaluminosirconium.

Физико-механические свойства сплава определяли при нормальных температурах по стандартным методикам на серийных машинах. Определение ударной вязкости проводили в соответствии с ГОСТ 9454-78 на образцах с U-образным надрезом на маятниковом копре МК-30А. Твердость стали определяли по методу Роквелла (шкала С) в соответствии с ГОСТ 9013-59 на приборе ТК-2. Микроструктуру исследовали при увеличении в 300 и 500 раз на микроскопе МИМ-8 шлифов после травления реактивом Гречко, а выявление карбидов, их формы, местоположения и количества проводили травлением реактивом Мураками. Концентрацию компонентов в сплаве определяли химически стандартными методами и спектрально. Испытания на абразивный и коррозионный износ проводили на установке, включающей шлифовальный диск, частота вращения которого составляла 250 об/мин, и держатель образца, вращающийся с частотой 52 об/мин в направлении, противоположном направлению вращения шлифовального диска. Образец подвергали истиранию в течение 2 мин обновляемой абразивной средой. При определении абразивного износа на шлифовальный диск крепили шлифовальную бумагу с абразивной поверхностью из карбида кремния, которую заменяли каждые 30 с. При определении коррозионного износа на шлифовальный круг крепили резину, а в пространство между диском и образцом подавали слабоабразивную взвесь мелкозернистой окиси алюминия в растворе серной кислоты. Элементный состав образцов сплава представлен в табл.1, свойства образцов сплава в табл.2. Так как оптимальное количество традиционных легирующих добавок в сплавах подобного назначения, указанное в формуле изобретения, определено мировой практикой, в примерах эти элементы взяты в количестве, находящемся в середине заявляемого интервала. Примеры 1,2,4,5 имеют соcтав по предлагаемому техническому решению, пример 3 по аналогу, имеющему состав, подобный предлагаемому, но содержащему титан вместо циркония, примеры 6-7 за пределами предлагаемого технического решения, примеры 8,9 по прототипу. The physicomechanical properties of the alloy were determined at normal temperatures by standard methods on serial machines. The determination of impact strength was carried out in accordance with GOST 9454-78 on samples with a U-shaped notch on a pendulum head MK-30A. The hardness of steel was determined by the Rockwell method (scale C) in accordance with GOST 9013-59 on the TK-2 device. The microstructure was examined with a magnification of 300 and 500 times using a MIM-8 microscope of sections after etching with Grechko's reagent, and carbides, their shape, location and amount were detected by etching with Murakami reagent. The concentration of components in the alloy was determined chemically by standard methods and spectrally. Tests for abrasive and corrosive wear were carried out on the installation, including a grinding disk, the rotation frequency of which was 250 rpm, and a sample holder rotating with a frequency of 52 rpm in the direction opposite to the direction of rotation of the grinding disk. The sample was abraded for 2 minutes with renewable abrasive medium. When determining abrasive wear, grinding paper with an abrasive surface of silicon carbide was attached to the grinding disk, which was replaced every 30 s. When determining corrosion wear, rubber was attached to the grinding wheel, and a slightly abrasive suspension of fine-grained alumina in a solution of sulfuric acid was fed into the space between the disk and the sample. The elemental composition of alloy samples is presented in Table 1, the properties of alloy samples in Table 2. Since the optimal amount of traditional alloying additives in alloys of this purpose, indicated in the claims, is determined by world practice, in the examples these elements are taken in the amount located in the middle of the claimed interval. Examples 1,2,4,5 have the composition according to the proposed technical solution, example 3 according to an analogue having a composition similar to the offer, but containing titanium instead of zirconium, examples 6-7 outside the proposed technical solution, examples 8.9 of the prototype.

Как видно из приведенных данных, введение циркония вместо титана в тех же количествах (примеры 1 и 3) почти в 3,5 раза увеличивает коррозионную стойкость, снижает хрупкость изделия. Введение в композицию с цирконием алюминия позволяет сделать сплав более дешевым. При этом, несмотря на снижение твердости, не ухудшается абразивная стойкость, сохраняются преимущества предлагаемого состава в отношении коррозионной стойкости и хрупкости (пример 2). Сплав по прототипу, содержащий незначительные количества ванадия, циркония и алюминия, которые вводят для повышения жаростойкости, имеет по сравнению с предлагаемым составом при одинаковом показателе абразивного износа в 1,5-2,5 раза ниже коррозионную стойкость и худшую ударную вязкость (примеры 1,2 и 8 прототипа, пример 4 и 9 прототипа). При уменьшении содержания циркония ниже заявляемого резко снижается абразивный износ, при увеличении его более заявляемого качество сплава меняется незначительно, но удорожается производство сплава. As can be seen from the above data, the introduction of zirconium instead of titanium in the same quantities (examples 1 and 3) almost 3.5 times increases the corrosion resistance, reduces the fragility of the product. Introduction to the composition with zirconium aluminum allows you to make the alloy cheaper. In this case, despite the decrease in hardness, the abrasion resistance does not deteriorate, the advantages of the proposed composition with respect to corrosion resistance and brittleness are preserved (example 2). The prototype alloy containing small amounts of vanadium, zirconium and aluminum, which are introduced to increase the heat resistance, has a corrosion resistance and lower impact strength compared to the proposed composition with the same abrasion index 1.5-2.5 times (examples 1, 2 and 8 of the prototype, example 4 and 9 of the prototype). With a decrease in the zirconium content below the claimed abrasive wear sharply decreases, with an increase in its more than the claimed, the quality of the alloy changes slightly, but the production of the alloy becomes more expensive.

Claims

1. WEAR-RESISTANT ALLOY mainly for the manufacture of a disk mill headset containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, zirconium and iron, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.

Carbon 1.3 1.7
Silicon 0.6 1.0
Manganese 0.6 1.0
Chrome 12 17
Nickel 1 2
Molybdenum 0.5 1.0
Vanadium 0.5 2.5
Zirconium 1 3
Iron Else
2. The alloy according to claim 1, characterized in that it further comprises aluminum in an amount of 1 to 3 wt.

3. The alloy according to claims 1 and 2, characterized in that it additionally contains nitrogen in an amount of 0.03 0.05 wt.