Спосіб виробництва мінеральної вати (варіанти), сплав на основі кобальту для цього способу (варіанти), виріб із сплаву (варіанти) та спосіб виготовлення виробу
Формула / Реферат
1. Спосіб виробництва мінеральної вати за допомогою внутрішнього центрифугування, при якому подають потік розплавленого мінерального матеріалу в тарілку волокноутворення, на периферійній смузі якої є множина просвердлених отворів, з яких виходять нитки розплавленого мінерального матеріалу, які витягують у вату під дією газу, який відрізняється тим, що температура мінерального матеріалу в тарілці складає щонайменше 1100 °С, причому тарілка волокноутворення виконана зі сплаву на основі кобальту, який містить наступні елементи, мас. %:
Сr
23-34
Ni
6-12
Та
3-10
С
0,2-1,2
W
≤ 8
Fe
менше 3
Si
менше 1
Mn
менше 0,5
Zr
менше 0,1,
решту складають кобальт та неминучі домішки, причому мольне відношення танталу до вуглецю складає щонайменше 0,3.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що до складу мінерального матеріалу входить залізо у формі Fe (III), виражене у Fе2О3, в кількості щонайменше 3 мас. %, зокрема щонайменше 5 мас. %.
3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що мінеральний матеріал характеризується наступним складом, мас. %:
SiO2
39-55,
переважно
40-52
Аl2О3
16-27,
переважно
16-25
СаО
3-35,
переважно
10-25
MgO
0-15,
переважно
0-10
Nа2О
0-15,
переважно
6-12
К2О
0-15,
переважно
3-12
R2O (Na2O+K2O)
10-17,
переважно
12-17
P2O5
0-3,
переважно
0-2
Залізо в цілому (Fе2О3)
0-15,
переважно
4-12
В2О3
0-8,
переважно
0-4
ТiO2
0-3,
причому у випадку, коли R2O ≤ 13,0 мас. %, вміст MgO знаходиться у межах від 0 до 5 мас. %, зокрема від 0 до 2 мас. %.
4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що до складу сплаву тарілки входить від 5,5 до 9 мас. % танталу.
5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що склад сплаву тарілки характеризується мольним відношенням Та/С, яке більше або дорівнює 0,9.
6. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що до складу сплаву тарілки входить від 0,3 до 0,55 мас. % вуглецю.
7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що до складу сплаву тарілки входить від 0,8 до 1,2 мас. % вуглецю.
8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що склад сплаву тарілки характеризується мольним відношенням Та/С від 0,3 до 0,5.
9. Спосіб виробництва мінеральної вати за допомогою внутрішнього центрифугування, при якому подають потік розплавленого мінерального матеріалу в тарілку волокноутворення, на периферійній смузі якої є множина просвердлених отворів, з яких виходять нитки розплавленого мінерального матеріалу, які витягують у вату під дією газу, який відрізняється тим, що температура мінерального матеріалу в тарілці складає щонайменше 1100 °С, причому тарілка волокноутворення виконана зі сплаву на основі кобальту, який містить наступні елементи, мас. %:
Сr
23-34
Ni
6-12
Та
3-10
С
0,2-1,2
Fe
менше 3
Si
менше 1
Mn
менше 0,5
Zr
менше 0,1,
решту складають кобальт та неминучі домішки, причому мольне відношення танталу до вуглецю складає щонайменше 0,3.
10. Спосіб за п. 9 який відрізняється тим, що розплавлений мінеральний матеріал має температуру ліквідусу приблизно 1140 °С або вище.
11. Сплав на основі кобальту, який характеризується механічною міцністю при високій температурі в окислювальному середовищі, який відрізняється тим, що складається по суті з наступних елементів, % від маси сплаву:
Сr
23-34
Ni
6-12
Та
3-10
С
0,2-1,2
Fe
менше 3
Si
менше 1
Mn
менше 0,5
Zr
менше 0,1,
решту складають кобальт і неминучі домішки, причому мольне відношення Та/С складає щонайменше 0,3.
12. Сплав за п. 11, який відрізняється тим, що містить елементи в наступних межах, мас.%:
Сr
26-32
Ni
8-10
Та
4,5-10
С
0,3-1,1.
13. Сплав за пп. 11 або 12, який відрізняється тим, що мольне відношення танталу до вуглецю складає щонайменше 0,9.
14. Сплав за п. 13, який відрізняється тим, що містить від 0,3 до 0,55 мас. % вуглецю.
15. Сплав за п. 11, який відрізняється тим, що містить від 0,8 до 1,2 мас. % вуглецю.
16. Сплав за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що мольне відношення Та/С складає приблизно від 0,3 до 0,5.
17. Сплав на основі кобальту, який характеризується механічною міцністю при високій температурі в окислювальному середовищі, який відрізняється тим, що складається по суті з наступних елементів, % від маси сплаву:
Сr
23-34
Ni
6-12
Та
4,2-10
W
4-8
С
0,8-1,2
Fe
менше 3,
Si
менше 1,
Mn
менше 0,5
Zr
менше 0,1,
решту складають кобальт і неминучі домішки, причому мольне відношення Та/С складає щонайменше 0,3.
18. Сплав за п.17, який відрізняється тим, що мольне відношення Та/С складає щонайменше 0,35.
19. Сплав за п.17, який відрізняється тим, що мольне відношення Та/С складає приблизно від 0,35 до 0,5.
20. Виріб, зокрема виріб, придатний для вироблення або перетворення нагрітого скла, який відрізняється тим, що він виконаний зі сплаву за будь-яким з пп. 11-19.
21. Виріб за п. 20, який відрізняється тим, що одержаний за допомогою відливання.
22. Виріб за п. 21, який відрізняється тим, що після відливання сплаву його піддають термообробці.
23. Виріб за п. 21, який відрізняється тим, що після відливання сплаву його піддають куванню.
24. Виріб за будь-яким з пп. 20-23, який відрізняється тим, що являє собою тарілку волокноутворення для виробництва мінеральної вати.
25. Спосіб виготовлення виробу за п. 22, який відрізняється тим, що включає в себе відливання розплавленого сплаву у відповідну форму і термообробку сформованого виробу, яка складається з першого відпалу при температурі від 1100 до 1250 °С і другого відпалу при температурі від 850 до 1050 °С.
26. Виріб, виконаний зі сплаву на основі кобальту, який відрізняється тим, що містить наступні елементи, % від маси сплаву:
Сr
23-34
Ni
6-12
Та
3-10
С
0,2-1,2
W
≤ 8
Fe
менше 3
Si
менше 1
Mn
менше 0,5
Zr
менше 0,1,
решту складають кобальт і неминучі домішки, причому мольне відношення танталу до вуглецю складає щонайменше 0,3, при цьому вказаний виріб пристосований для використання в окислювальній атмосфері при температурі щонайменше 1100 °С.
Текст
Даний винахід стосується способу виробництва мінеральної вати шляхом волокноутворення з розплаву мінеральної композиції з використанням апаратури зі сплаву на основі кобальту, що володіє високою механічною міцністю при високій температурі в окислювальному середовищі, такому як розплавлене скло, і сплавів на основі кобальту, придатних для застосування при високій температурі, зокрема для виготовлення виробів для вироблення і/або обробки при нагріванні скла або якого-небудь іншого мінерального матеріалу, такого як вузли машин для виробництва мінеральної вати. Технологія волокноутворення, яка називається внутрішнім центрифугуванням, полягає у здійсненні безперервного падіння крапель рідкого скла всередині блока з поворотних деталей, що обертаються при дуже високій швидкості обертання відносно їх вертикальної осі. Головна деталь, яка називається «тарілкою», приймає скло на свою стінку, яку називають «смугою», з просвердленими отворами, через які скло проходить під дією відцентрової сили, витікаючи звідти по всій поверхні деталі у вигляді розплавлених ниток. Кільцева лійка, розташована над зовнішньою частиною тарілки, що створює низхідний потік газу, який переміщається вздовж зовнішньої стінки смуги, відхиляє нитки вниз, здійснюючи їх витягування. Ці нитки потім «твердіють» у вигляді скляної вати. Тарілка являє собою інструмент волокно утворення, що зазнає дуже високого теплового навантаження (теплові удари при запусках і зупинках, а також встановлення при стабільній роботі температурного градієнта вздовж деталі), хімічного навантаження (окислення і корозія, зумовлені розплавленим склом і гарячими газами, які виходять з оточуючого тарілку пальника). Основними видами руйнування тарілки є: спотворення форми вертикальних стінок в результаті пластичної деформації (повзучості) у гарячому стані, поява горизонтальних і вертикальних тріщин, або ж знос в результаті ерозії волокноутворюючих отворів, що вимагає повної заміни вузлів. Утворюючий тарілки матеріал повинен, таким чином, протягом достатньо тривалого часу виробництва залишатися стійким до перерахованих вище впливів для того, щоб відповідати технічним і економічним умовам процесу. З цією метою знаходяться матеріали, що володіють певною пластичністю, стійкістю до повзучості і стійкістю до корозії і/або окислення. Традиційним матеріалом для виконання таких інструментів є жароміцний сплав на основі нікелю і хрому, посилений карбідами хрому і вольфраму, який може бути використаний при максимальній температурі аж до приблизно 1000-1050°С. Для волокноутворення зі скла при більш високій температурі, зокрема, для виробництва мінеральної вати з дуже в'язких стекол, таких як базальт, запропоноване використання жароміцних сплавів на основі кобальту, який є вогнетривким елементом (з температурою плавлення 1495°С) і який надає матриці сплаву власну механічну міцність при високій температурі, яка перевищує механічну міцність матриці на основі нікелю. З метою надання таким сплавам стійкості до окислення ці сплави завжди містять хром, а також звичайно вуглець і вольфрам для досягнення ефекту посилення за рахунок виділення карбідів. Ці сплави містять також у твердому розчині нікель, який стабілізує гранецентровану кубічну кристалічну решітку кобальту при всіх температурах. Так, з WO-A-99/16919 відомий сплав на основі кобальту, що володіє поліпшеними механічними властивостями при високій температурі, який складається по суті з наступних елементів (у % від маси сплаву): Сг 26-34% Ni 6-12% W 4-8% Та 2-4% С 0,2-0,5% Fe менше 3% Si менше 1% Mn менше 0,5% Zr менше 0,1% решту складає кобальт і неминучі домішки, причому мольне відношення танталу до вуглецю складає від 0,4 до 1. Вибір вмісту вуглецю і танталу розрахований на утворення у сплаві щільної, але не безперервної сітки міжгранулярних карбідів, що складаються по суті з карбідів хрому у формі Сг7С3 і (Cr,W)23C6 і карбідів танталу ТаС. Цей вибір надає сплаву поліпшені механічні властивості і стійкість до окислення при високій температурі, що дозволяють здійснювати волокноутворення розплавленого скла при температурі 1080°С. Метою даного винаходу є здійснення волокноутворення зі скла або подібного матеріалу при ще більш високих температурах з метою одержання більш різноманітної гамми композицій мінеральних матеріалів. З урахуванням цього предметом винаходу є спосіб виробництва мінеральної вати за допомогою внутрішнього центрифугування, при якому подають потік розплавленого мінерального матеріалу у тарілку волокноутворення, на периферійній смузі якої є множина просвердлених отворів, з яких виходять нитки розплавленого мінерального матеріалу, які потім витягують у вату під дією газу, який відрізняється тим, що температура мінерального матеріалу в тарілці складає щонайменше 1100°С, і тим, що тарілка волокноутворення виконана зі сплаву на основі кобальту, що містить наступні елементи (у % від маси сплаву): Cr 23-34% Ni 6-12% Та 3-10% С 0,2-1,2% W 0-8% Fe менше 3% Si менше 1% Mn менше 0,5% Zr менше 0,1% решту складають кобальт і неминучі домішки, причому мольне відношення танталу до вуглецю складає щонайменше 0,3. Вказаний спосіб відрізняється, зокрема, використанням сплаву, сильно збагаченим танталом у порівнянні з відомими сплавами. При такому складі сплаву внутрішньозернове і міжзернове посилення здійснюється в основному за допомогою танталу, присутнього, зокрема, на межах між кристалітами (зернами) у формі карбіду ТаС. Дуже несподіваним чином було виявлено, що названі сплави володіють прекрасними механічними характеристиками при високих температурах приблизно 1200-1300°С, які дозволяють цим сплавам витримувати дуже високі навантаження, зумовлені технікою волокноутворення за допомогою центрифугування, незважаючи на присутність дуже агресивних окислювальних середовищ (скло, гаряче повітря). Дійсно, винахідники мали можливість спостерігати, що при підвищених температурах волокноутворення, таких як 1150-1200°С і вище, механічна міцність є переважним фактором, яка обумовлює довговічність тарілок. Хоча інші сплави, зокрема сплав за [WO-A-99/16919], володіють прекрасною стійкістю до окислення і корозії, що викликаються склом, їх механічні властивості виявляються незадовільними вище 1100°С, особливо вище 1150°С, що призводить до швидкого руйнування тарілки. Спосіб за винаходом відрізняється використанням сплавів, що володіють хорошим балансом механічної міцності і стійкості до окислення вище 1100°С, а переважно - вище 1150°С. Цей баланс досягається застосуванням сплавів, міжзернові ділянки яких збагачені осадами карбіду танталу, що мають високу температуру плавлення і виконують функцію механічного підсилювача, перешкоджаючи міжзерновій повзучості при дуже високій температурі. Підвищений вміст присутнього в сплаві танталу впливає, крім того, значним чином на поведінку при окисленні: - в матриці: тантал, присутній у твердому розчині або у формі дрібних внутрішньозернових карбідів (ТаС), може утворювати оксиди (Та2О5), які домішуються до поверхневого самопасивуючого шару оксиду хрому (Сг2О3), якому вони додають більшої когезії і зчеплення зі сплавом; - на межах (в проміжках) між зернами: міжзернові карбіди танталу, розташовані близько до поверхні тарілки, окислюються in situ з утворенням Та2О5, кластери якого утворюють «пробки», які перешкоджають проникненню агресивного середовища (рідке скло, гарячі гази) в міжзернові простори. Одержаний таким чином сплав зберігає свою стійкість при високій температурі завдяки обмеженій розчинності ТаС в твердому стані при 1200-1300°С. Спосіб за винаходом, дозволяє, таким чином, здійснювати волокноутворення скла або подібної розплавленої мінеральної композиції, що має температуру ліквідусу Tliq приблизно 1100°С або вище, більш конкретно - 1140°С або вище. Як правило, волокноутворення цих розплавлених мінеральних композицій може бути здійснено в діапазоні температур (для розплавленої композиції, що надходить в тарілку) від Tliq до Tlog2;5, де Tlog2;5 означає температуру, при якій розплавлена композиція володіє в'язкістю 102,5 пуаз (дПас). Для здійснення волокноутворення за винаходом вище 1150°С відповідними композиціями переважно є ті, що мають Tliq щонайменше 1140°С. Серед таких мінеральних композицій переважні композиції, що містять значну кількість заліза, які менш агресивні по відношенню до металу, з якого виконані вузли апаратури для волокноутворення. Таким чином, в способі за винаходом переважно використовується окислювальна мінеральна композиція, зокрема, що є окислювальною, зокрема, відносно хрому, яка здатна відновлювати або відтворювати захисний шар Сг2Оз, який утворюється на поверхні. У цьому відношенні переважними можуть бути композиції, що містять залізо головним чином у формі Fe(III) (оксид Fe2O3), a більш конкретно - з мольним відношенням FeO FeO + Fe 2O 3 , що складає приблизно від 0,1 до 0,3, ступенів окислення II і III, вираженими відношенням точніше – від 0,15 до 0,20. Мінеральна композиція переважно має підвищений вміст заліза, що забезпечує швидку кінетику відтворення оксиду хрому, при вмісті оксиду заліза (названому «залізом в цілому», відповідним загальному вмісту заліза, вираженому, як звичайно, у вигляді еквівалента Ре2Оз) щонайменше 3%, переважно щонайменше 4%, більш конкретно - приблизно від 4 до 12% і, особливо переважно - щонайменше 5%. У межах вказаного вище окислювально-відновного діапазону це відповідає вмісту заліза(Ш) (Fe2O3) щонайменше 2,7%, переважно - не менше 3,6%. Такі композиції відомі, зокрема, з WO-99/56525 і переважно містять наступні компоненти: SiO2 38-52%, переважно 40-48% Al2O3 17-23% SiO2+Al2O3 56-75%, переважно 62-72% RO (CaO+MgO) 9-26%, переважно 12-25% MgO 4-20%, переважно 7-16% MgO/CaO ³0,8%, переважно ³1,0 або ³1,15 R2O (Na2O+K2O) ³2% P2O5 0-5% Залізо в цілому (Fe2O3) ³1,7%, переважно >2% B2O3 0-5% MnO 0-4% TiO2 0-3%. Для способу згідно з даним винаходом дуже прийнятними виявилися і інші композиції. Вони характеризуються наступними масовими процентними вмістами: SiO2 39-55%, Переважно 40-52% 16-25% Аl2О3 16-27%, -²10-25% СаО 3-35%, -²0-10% MgO 0-15%, -²6-12% Na2O 0-15%, -²3-12% К2О 0-15%, -²12-17% R2O (Na2O+K2O) 10-17%, -²0-2% Р2О5 0-3%, -²Залізо в цілому (Fе2О3) 0-15%, -²4-12% В2О3 0-8%, 0-4% ТіО2 0-3%, причому у випадку, коли R2O£13,0%, вміст MgO лежить в межах від 0 до 5%, зокрема - від 0 до 2%. Переважно, композиція мінеральної вати містить наступні складові в масових процентах: SiO2 39-55%, Переважно 40-52% 17-22% Аl2О3 16-25%, -²10-25% СаО 3-35%, -²MgO 0-15%, 0-10% -²Na2O 0-15%, 6-12% -²К2О 0-15%, 6-12% -²R2O (Na2O+K2O) 13,0-17%, -²Р2О5 0-3%, 0-2% -²Залізо в цілому (Fe2O3) 0-15%, 2-3% -²В2О3 0-8%, 0-4% -²ТiO2 0-3%. Композиції можуть містити до 2 або 3% сполук, що розглядаються як домішки, які не аналізуються, відомих для цього роду композицій. Внаслідок поєднання підвищеного вмісту окислу алюмінію в межах від 16 до 27%, переважно - вище 17% і/або переважно - нижче 25%, зокрема 22%, при сумі утворюючих сітку компонентів, тобто оксиду кремнію і оксиду алюмінію, в межах від 57 до 75%, переважно - вище 60% і/або переважно - нижче 72%, зокрема менше 70%, з підвищеною кількістю лужних компонентів (R2O: оксиди натрію і калію) в межах від 10 до 17%, з MgO в межах від 0 до 5%, зокрема - від 0 до 2%, при R2O£13,0%, композиції володіють чудовою здатністю до волокноутворення в широкій області температур і крім того додають одержаним волокнам біорозчинного характеру при кислих рН. У окремих варіантах здійснення винаходу вміст лужних компонентів переважно складає вище 12%, зокрема - більше 13,0% і навіть 13,3% і/або нижче 15%, зокрема - нижче 14,5%. Ця область складів виявилася особливо цікавою, оскільки всупереч, існуючій думці, спостерігали, що в'язкість розплавленого скла при підвищенні вмісту лужних компонентів в значній мірі не знижується. Цей чудовий ефект дозволяє збільшити різницю між температурою, відповідною в'язкості волокноутворення, і температурою ліквідусу фази, яка кристалізується, і тим самим значно поліпшити умови волокноутворення і, зокрема, робить можливим здійснювати волокноутворення методом внутрішнього центрифугування нового сімейства біорозчинного скла. Згідно з одним з варіантів здійснення винаходу, композиції містять оксид заліза в межах від 5 до 12%, зокрема - від 5 до 8%, що дозволяє одержувати вогнестійкі килимки з скляної вати. У цих композиціях переважно додержується відношення: (Na2O+K2O)/Al2O3 ³0,5, переважно - (Na2O+K2O)/Al2O3³0,6, зокрема -(Ка2О+К2О)/АІ 2О3³0,7, яке, судячи по всьому, сприяє одержанню більш високої температури, яка відповідає в'язкості волокноутворення в порівнянні з температурою ліквідусу. Згідно з одним з варіантів, композиції за винаходом містять вапно переважно в межах від 10 до 25%, зокрема - вище 12%, переважно - вище 15% і/або переважно - нижче 23%, зокрема - нижче 20 і навіть 17%, в поєднанні із вмістом оксиду магнію від 0 до 5%, переважно - менше 2% оксиду магнію, зокрема - менше 1% оксиду магнію і/або вміст оксиду магнію більше 0,3, зокрема - більше 0,5%. Згідно з іншим варіантом, вміст оксиду магнію знаходиться в межах від 5 до 10% у разі вмісту вапна від 5 до 15% і, переважно, від 5 до 10%. Можливе додавання Р2О5 в кількостях від 0 до 3%, зокрема - більше 0,5% і/або нижче 2% може дозволити збільшити біорозчинність при нейтральному рН. Композиція може також, можливо, містити оксид бору, який може дозволити поліпшити термічні властивості мінеральної вати, зокрема за рахунок тенденції до пониження її коефіцієнта теплопровідності в її радіаційній складовій, а також до збільшення біорозчинності при нейтральному рН. У композицію можна також при бажанні включити ТіО2, наприклад у кількості до 3%. У композиції можуть міститися інші оксиди, такі як BaO, SrO, MnO, Cr2O3, ZrO2, кожний до концентрації приблизно 2%. У цих композиціях різниця між температурою, відповідною в'язкості 102,5 пуаз (деципаскаль×сек.), що позначається Tlog2,5, і температурою ліквідусу фази, що кристалізується, яка позначається Tliq, складає переважно щонайменше 10°С. Ця різниця, Tlog2,5 - Tliq, позначає «робочий діапазон» композицій за винаходом, тобто діапазон температур, в якому можна проводити волокноутворення, зокрема, з використанням внутрішнього центрифугування. Ця різниця встановлюється переважно на рівні щонайменше 20 або 30°С і навіть більше 50°С, зокрема - більше 100°С. Винахід може бути здійснений в різних переважних варіантах в залежності від вибраного складу сплаву. Нікель, присутній у сплаві у вигляді твердого розчину і як елемент, що стабілізує кристалічну структуру кобальту, використовують у звичайному діапазоні концентрацій приблизно від 6 до 12%, переважно - від 8 до 10% від маси сплаву. Хром робить внесок у власну механічну міцність матриці, в якій хром частково знаходиться у твердому розчині, а також у формі карбідів, причому по суті типу Сг23С6, тонко диспергованих всередині зерен, яким ці карбіди додають стійкості до внутрішньозернової повзучості. Хром може також сприяти внутрішньозерновому посиленню сплаву карбідами типу Сг7С3 і Сг23С6, що знаходяться у межах між зернами, які перешкоджають ковзанню зерен одне відносно одного. Термообробка, яка ретельно описана вище, дозволяє перетворити карбіди Сг7С3 в більш стійкі до високої температури карбіди Сг23С6. Хром робить внесок в корозійну стійкість як попередник (прекурсор) оксиду хрому, що утворює захисний шар на поверхні, яка піддається дії окислювального середовища. Для утворення і підтримки цього захисного шару необхідна мінімальна кількість хрому. Однак надто завищений вміст хрому несприятливий для механічної міцності і ударної в'язкості при високих температур, оскільки він приводить до дуже високої жорсткості і надто низької пластичності, несумісних з високотемпературними напруженнями. Як правило, вміст хрому в сплаві, придатному для застосування відповідно до винаходу, складає від 23 до 34 мас. %, переважно - приблизно від 25 до 32 мас. % і, переважно - приблизно від 28 до 30 мас. %. Тантал присутній у твердому розчині в матриці кобальту, в якій цей важкий атом локально деформує кристалічну решітку і ускладнює, а в деяких випадках навіть блокує поширення дислокацій при механічному навантаженні на матеріал, роблячи таким чином внесок у власну міцність матриці. Крім того, тантал здатний утворювати з вуглецем карбіди ТаС, присутні, з одного боку, у вигляді тонкої дисперсії всередині зерен, де вони перешкоджають внутрішньозерновій повзучості, і, з іншого боку, у межах (проміжках) між зернами, яким вони додають міжзернового посилення, можливо у поєднанні з карбідами хрому. Мінімальний вміст танталу, що дозволяє досягнути механічної міцністі при високій температурі згідно з винаходом, складає приблизно 3%, в той час як верхню межу вибирають рівною приблизно 10%. Вміст танталу переважно становить приблизно від 4 до 10%, зокрема - від 4,2 до 10%, переважно - від 4,5 до 10% і, ще більш переважно - від 5 до 10%. Кількість танталу, ще більш переважному варіанті складає приблизно від 5,5 до 9%, зокрема - приблизно від 6 до 8,5% по масі. Вуглець є суттєвим компонентом сплаву, необхідним для утворення виділень карбідів металів. Вміст вуглецю безпосередньо визначає кількість карбідів, які містяться в сплаві. Він складає щонайменше 0,2% для одержання бажаного мінімуму посилення, однак він обмежений, найбільше, 1,2% з тим, щоб уникнути надання сплаву твердості і важко оброблюваності через дуже високу щільність фаз-зміцнювачів. Недолік пластичності сплаву при таких високих вмістах вуглецю не дозволяє йому витримувати примусову (наприклад при впливі температури) деформацію без розтріскування і перешкоджає достатній стійкості до поширення тріщин. Переважно вміст вуглецю має складає приблизно від 0,3 до 1,1 мас. % і переважно - від 0,35 до 1,05 мас.%. Згідно з винаходом, склад сплаву коректують таким чином, щоб мати у межах між зернами значну кількість карбідів танталу. У одному з переважних варіантів здійснення винаходу склад сплаву є таким, що всі міжзернові карбіди являють собою карбіди танталу. Цього можна досягнути, підбираючи вміст танталу досить високим для того, щоб змістити напрям реакції утворення карбіду у бік утворення ТаС. З цією метою вмісти танталу і вуглецю підбирають таким чином, щоб мольне відношення ТаС було вищим або дорівнювало 0,9, переважно - приблизно від 1 до 1,2. Карбіди танталу ТаС володіють чудовою стійкістю при високій температурі. Дійсно, за допомогою металографічних зрізів винахідники спостерігали, що структура цих карбідів мало схильна до впливу високої температури приблизно 1300°С. Можна спостерігати тільки обмежене «розчинення» карбідів ТаС за рахунок можливого переходу Та і С в матрицю без наслідків для механічних властивостей. Так, сплав, міжзернове посилення в якому складається тільки з карбідів танталу ТаС, гарантує довговічність посилення в екстремальних умовах застосування при дуже високій температурі. Карбіди танталу також роблять внесок в стійкість сплаву до окислення в таких умовах, оскільки, частково окислюючись до частинок Та2О5, вони утворюють у межах між зернами кластери, які діють як пробки, які перешкоджають проникненню окислювального середовища всередину матеріалу. Окислювальне середовище підтримується на поверхні інструменту, і у цьому випадку виявляється, що захисний шар оксиду хрому зберігає хорошу адгезію до базового сплаву завдяки, мабуть, утворенню Та2О5 в поверхневій зоні тарілки, що сприяє зчепленню Сг2О3 зі сплавом. Таким чином, одержують ефективне і тривале посилення, що дозволяє застосовувати лише порівняно низький вміст вуглецю, який не погіршує здатність матеріалу до механічної обробки. В цьому варіанті здійснення винаходу вміст вуглецю переважно складає приблизно від 0,3 до 0,55% від маси сплаву, переважно - від 0,35 до 0,5%. Такі низькі значення вмісту вуглецю дозволяють одержати зміцнюючу фазу, що виділилася між зернами, яка є досить щільною, але не безперервною, і яка, таким чином, не сприяє поширенню тріщин у межах зерен. У менш переважному варіанті здійснення винаходу склад сплаву є таким, що міжзернові карбіди містять не тільки карбіди танталу, хоча останні містяться в досить великій кількості. Це може бути здійснене шляхом підбору порівняно високого вмісту вуглецю, в результаті чого частка ТаС по відношенню до суми міжзернових карбідів дає бажану кількість карбідів танталу. З цією метою вміст вуглецю підбирають таким, що складає приблизно від 0,8 до 1,2, переважно приблизно від 0,9 до 1,1, а особливо переважно - приблизно від 0,95 до 1%. При таких вмістах вуглецю сітка міжзернових карбідів є дуже щільною, але, як виявилося, не впливає несприятливим чином на застосування при високій температурі, зокрема вище 1150°С. Дійсно, вище цієї температури частина карбідів МгзСб виявляє тенденцію до розчинення в твердому розчині, в результаті чого міжзернова осаджена фаза, що виділилася, поступово стає більш переривчастою і активно перешкоджає поширенню тріщин. Мольне відношення танталу до вуглецю Та/С нижче 0,9 може в цьому випадку бути не більше 0,3, переважно - 0,35, причому частка ТаС в загальній кількості міжзернових карбідів становить приблизно 50 об'єм %, в той час як іншу частину складають карбіди типу М23С6, де М - це по суті хром. Переважно мольне відношення Та/С становить переважно приблизно від 0,35 до 0,45. Незважаючи на присутність менш стійких до високої температури карбідів М23С6, міжзернове посилення зберігає свою ефективність при 1200-1300°С завдяки присутності достатньої кількості ТаС як такого або окисленого до Та2О5. Більш того, наявність хрому у межах між зернами являє собою сприятливе для корозійної стійкості джерело дифузії хрому. У сплаві, який використовують для виготовлення тарілки, може також необов'язково бути присутнім вольфрам. У цьому випадку він знаходиться в твердому розчині в матриці, де він поліпшує її власну механічну міцність за рахунок ефекту спотворення кристалічної решітки кобальту. Разом з хромом вольфрам також може брати участь в утворенні міжзернових карбідів М23С6 (які в цьому випадку позначають (Cr,W)23C6), коли мольне відношення Та/С менше 0,9. Однак виявилося, що для обох описаних вище варіантів здійснення винаходу присутність вольфраму може надавати несприятливий ефект на механічну міцність сплаву. Дійсно, є спостереження, що сплави, які містять вольфрам, мають мікроструктуру, яка свідчить про утворення нової міжзернової фази, що складається з однієї з "топологічних щільно упакованих" фаз ("Topology Close Compact", TCP), а саме фази сигма(о)-СоСг, що додає сплаву крихкості. Вважають, що утворення цієї фази зумовлене дуже високим вмістом елементів, які, як передбачається, переходять у розчин в кристалізованому кобальті. Оскільки сплави за винаходом вже були характеризовані порівняно високим вмістом танталу, додаткова присутність вольфраму нарівні з хромом, нікелем і вуглецем, буде примушувати частину елементів матриці асоціювати у межах між зернами або навіть в матриці. Крім того, була можливість спостерігати, що після впливу на сплави, які містять вольфрам, дуже високих температур приблизно 1300°С локальний хімічний склад приводить, аналогічно евтектиці, до плавлення у межах зерен. За відсутності вольфраму температура плавлення у межах між зерен, як передбачається, буде вище і згадане локальне плавлення при 1300°С спостерігатися не повинне. Дійсно, таке плавлення не спостерігається і межі між зернами зберігають свою цілісність навіть при 1300°С. Таким чином, в переважному згідно з винаходом способі застосовується сплав, що не містить вольфраму або сплав, по суті, що не містить вольфраму, за умови, при цьому слід пом'ятати, що деяка мінімальна кількість вольфраму може допускатися на рівні слідових кількостей металевої домішки, прийнятних у металургійній практиці. Такий сплав особливо переважний у разі дуже високих робочих температур, зокрема, коли мінеральна композиція надходить в тарілку при температурі щонайменше 1150°С, особливо якщо мінеральна композиція має температуру ліквідусу 1140°С або вище. Однак цей сплав володіє також привабливими механічними властивостями при більш низькій температурі, приблизно 1000°С, виконаний у вигляді тарілки, зокрема, поліпшеним опором до повзучості, яка дозволяє застосовувати нові умови волокноутворення, які мають відношення до розмірів тарілки або швидкості обертання. У дуже переважному способі сплав, який не містить вольфрам, посилюється карбідами танталу і витримує лише невелику зміну щільності міжзернового посилення. Сплав може містити інші звичайні компоненти і неминучі домішки. Як правило, він містить: - кремній як розкислювач розплавленого металу під час виплавки і - розливання сплаву у кількості менше 1 мас. %; - марганець, що також є розкислювачем, у кількості менше 0,5 мас. %; - цирконій для зв'язування небажаних елементів, таких як сірка або свинець у кількості менше 0,1 мас. %; - залізо, яке може вводитися у кількості до 3 мас. %, без погіршення властивостей матеріалу; - сумарна кількість інших елементів, що вводяться як домішки з суттєвими компонентами сплаву («неминучі домішки») складає переважно менше 1% від маси сплаву. Сплави за винаходом переважно не містять В, Hf, Y, Dy, Re і інші рідкісноземельні елементи. Деякі з описаних вище сплавів також складають предмети даного винаходу. Предметом винаходу є, зокрема, сплав на основі кобальту, що володіє механічною міцністю при високій температурі в окислювальному середовищі, який містить хром, нікель, тантал і вуглець, відрізняється тим, що він не містить вольфраму, і складається по суті з наступних елементів (їх концентрації вказані в процентах від маси сплаву): Сг 23-34% Ni 6-12% Та 3-10% С 0,2-1,2% Fe менше 3% Si менше 1% Mn менше 0,5% Zr менше 0,1% peшту складають кобальт і неминучі домішки, а мольне відношення Та/С складає щонайменше 0,3, переважно - не менше 0,35. Цей сплав за винаходом по суті відрізняється підвищеним вмістом танталу і відсутністю вольфраму. Це робить можливим утворення фази посилення, які виділяються або присутні у твердому розчині, головним чином на основі танталу, які забезпечують підвищену міцність при високій температурі. Вмісти хрому, нікелю і вуглецю можуть бути вибрані у вказаних вище переважних межах. Вміст танталу має переважно складає приблизно від 4 до 10%, зокрема від 4,2 до 10% і, особливо переважно - від 4,5 до 10%. Мольне відношення Та/С переважно вище або дорівнює 0,9, переважно воно складає приблизно від 1 до 1,2. Вміст вуглецю в цьому випадку переважно складає від 0,3 до 0,55 мас. %, переважно - приблизно від 0,35 до 0,5%. Як варіант, вміст вуглецю складає приблизно від 0,8 до 1,2%, переважно - від 0,9 до 1,1%, зокрема приблизно 0,95-1%. Мольне відношення Та/С в цьому випадку складає переважно від 0,3 до 0,5, переважно від 0,35 до 0,45. Ці сплави, що не містять вольфраму, представляють особливу цінність для здійснення способу при високій температурі, яка складає щонайменше від 1150 до 1200°С, але можуть, природно, застосовуватися в більш загальноприйнятих способах виготовлення мінеральної вати, в яких тарілка нагрівається до температури приблизно від 900 до 1100°С. Інший сплав на основі кобальту, що є предметом винаходу, містить наступні елементи: Cr 23-34% Ni 6-12% Та 4,2-10% W 4-8% С 0,8-1,2% Fe менше 3% Si менше 1% Mn менше 0,5% Zr менше 0,1% решту складають кобальт і неминучі домішки, а мольне відношення Та/С складає щонайменше 0,3, переважно - приблизно від 0,3 до 0,5, переважно -щонайменше 0,35, зокрема - від 0,35 до 0,45. Вмісти хрому, нікелю, танталу і вуглецю можуть бути вибрані у вказаних вище переважних межах. Сплави, придатні для застосування відповідно до винаходу в тому випадку, коли вони не містять високореакційноздатних елементів, таких як В, Hf, рідкісноземельні елементи, зокрема Y, Dy, Re, можуть бути дуже легко виготовлені за допомогою традиційного плавлення і відливання з використанням традиційних засобів, зокрема індукційним плавленням в щонайменше частково інертній атмосфері і відливанням в піщаній формі. Ці сплави, що містять певну кількість вольфраму, менш переважні, ніж попередні сплави, оскільки вони дозволяють працювати швидше в області температур приблизно 1100-1150°С. Як і попередні сплави, вони можуть бути використані в тих процесах, в яких апаратура нагрівається до температури від 900 до 1100°С. Після відливання особлива мікроструктура може бути одержана переважно шляхом двостадійної термообробки, яка дозволяє, зокрема, перетворювати карбіди типу М7С3 в М23С6: - стадія переведення в розчин, що включає відпал при температурі від 1100 до 1250°С, зокрема приблизно 1200-1250°С, протягом часу, зокрема, від 1 до 4 год., переважно - приблизно 2 год.; і - стадія видалення карбідів, що включає відпал при температурі від 850 до 1050°С, зокрема - приблизно 1000°С, протягом часу, зокрема, від 5 до 20 год., переважно приблизно 10 год. Предметом винаходу є також спосіб виготовлення виробу відливанням зі сплавів, описаних вище як предмет винаходу, з можливим використанням описаних вище стадій термообробки. Спосіб може включати в себе щонайменше одну стадію охолодження, після стадії відливання і/або після першої стадії термообробки, і після термообробки в цілому. Стадії проміжного і/або кінцевого охолоджування можуть проводитися, наприклад, шляхом охолоджування на повітрі, зокрема до кімнатної температури. Спосіб може крім того включати в себе стадію кування (об'ємного штампування) після стадії відливання. Сплави, що є предметами винаходу, можуть бути використані для виготовлення деталей будь-якого типу, що навантажуються механічно при високій температурі і/або експлуатуються в окислювальному або корозійному середовищі. Предметами винаходу є також і ці вироби, які виготовляють зі сплаву за винаходом, зокрема, шляхом відливання. З такого роду застосувань можна, зокрема, назвати виготовлення виробів, придатних для використання при виробленні і/або обробці нагрітого скла, наприклад тарілок волокноутворення для виробництва мінеральної вати. Хоча винахід описаний головним чином в рамках виробництва мінеральної вати, він може бути також використаний в скляній промисловості, головним чином для виконання елементів і арматури печі, філь'єр або живильників, зокрема для виробництва скляних текстильних ниток, пакувального скла. Крім застосування в скляній промисловості, винахід може бути застосований для виготовлення різноманітних виробів в тому випадку, коли останні повинні володіти підвищеною механічною міцністю в окислювальному і/або корозійному середовищі, зокрема при високій температурі. Як правило, названі сплави можуть служити для виготовлення будь-якого типу нерухомих або рухомих деталей з вогнетривкого сплаву, що служать для роботи або експлуатації печей для високотемпературної (вище 1100°С) термообробки, теплообмінників і реакторів в хімічній промисловості. Таким чином, мова може йти, наприклад, про лопаті вентилятора, що нагріваються, піддони для відпалу, обладнання, яке завантажується у піч, і т.п. Вони можуть також служити для виготовлення будь-якого типу виробів з опором нагріву, призначених для роботи в гарячій окислювальній атмосфері, і для виготовлення турбін, які використовуються в двигунах наземного, морського або повітряного транспорту, або мають будь-яке інше застосування, не пов'язане з транспортними засобами, наприклад на електростанціях. Таким чином, предметом винаходу є застосування в окислювальній атмосфері при температурі щонайменше 1100°С виробу, виконаного з описаних вище кобальтових сплавів. Винахід ілюструється далі наступними прикладами, а також фігурами 1-7 прикладених креслень, де: - Фіг.1 являє собою мікрофотографічне зображення структури сплаву за винаходом; - Фіг.2 являє собою графік, що ілюструє механічні властивості цього сплаву; - фіг.3 і 4 являє собою мікрофотографічні зображення структури порівняльного сплаву; - Фіг.5 і 6 являють собою графіки, що ілюструють порівняльні механічні властивості різних сплавів; - Фіг.7 являє собою мікрофотографічне зображення структури ще одного сплаву, що використовується згідно з винаходом. Приклад 1 За допомогою методу індуктивного плавлення в інертній атмосфері (зокрема аргону) одержують плавку наведеного нижче складу, яку потім формують за допомогою простого відливання у піщану ливарну форму: Сг 28,3% Ni 8,68% С 0,37% Та 5,7% W 0% Решта: Fe
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for making mineral wool (variants), alloy on the base of cobalt for this method (variants), the article from the alloy (variants) and method for production the article
Автори англійськоюBerthod Patrice, Bernar Jean-Luce, Liebaut, Christophe
Назва патенту російськоюСпособ производства минеральной ваты (варианты), сплав на основе кобальта для этого способа (варианты), изделие из сплава (варианты) и способ изготовления изделия
Автори російськоюБерто Патрис, Бернар Жан-Люк
МПК / Мітки
МПК: C03B 37/095, C22F 1/10, C22C 19/07, C03B 37/04
Мітки: варіанти, мінеральної, виріб, виробу, способу, сплав, кобальту, вати, виготовлення, цього, основі, сплаву, виробництва, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/11-78681-sposib-virobnictva-mineralno-vati-varianti-splav-na-osnovi-kobaltu-dlya-cogo-sposobu-varianti-virib-iz-splavu-varianti-ta-sposib-vigotovlennya-virobu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб виробництва мінеральної вати (варіанти), сплав на основі кобальту для цього способу (варіанти), виріб із сплаву (варіанти) та спосіб виготовлення виробу</a>
Попередній патент: Протипухлинні аналоги et-743, фармацевтична композиція на їх основі та їх застосування
Випадковий патент: Шихта для виготовлення контейнера апарата високого тиску