Жароміцний сплав на основі нікеля

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к жаропрочным высокоуглеродистым сплавам на основе никеля, используемым для изготовления линеек прошивных станов тр убопрокатных агрегатов (ТПА). Известен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий (мас. %): углерод - 1,2-1,4; хром - 23-30; вольфрам - 5,0-6,0 [1]. Недостатком этого сплава является низкая износостойкость линеек в условиях сухого трения скольжения при температурах де формации 1100-1200°С. Известен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий (мас. %): углерод - 1,45-1,9; хром - 30,5-35,0; алюминий - 0,5-3,5; титан - 0,4-1,0 и бор - 0,005-0,012 [2]. Линейки, изготовленные из данного сплава, имеют низкую эксплуатационную стойкость. Это обусловлено большой склонностью сплава к хрупкому разрушению первичных карбидов и матрицы. Сплав обладает низкой работой развития трещин в условиях сухого трения-скольжения при высоких температурах рабочей контактной поверхности линеек и не дает стабильных результатов эксплуатационной стойкости, особенно для линеек прошивных станов крупного сечения (например, прошивных станов ТПА 350-400). Сплав может выплавляться только в индукционных печах с основной футеровкой и применением чистых ши хтовы х материалов. Кроме того, стоимость указанного сплава высокая из-за повышенного содержания никеля. Задачей настоящего изобретения является разработка жаропрочного сплава, обеспечивающего повышение эксплуатационной стойкости линеек прошивных станов при снижении стоимости. Поставленная задача решена тем, что жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, алюминий, титан и бор, дополнительно содержит железо, кремний, марганец и церий при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 1,6-2,1 хром 28,0-35,0 железо 8,0-20,0 алюминий 0,5-2,5 титан 0,05-0,50 кремний 0,03-1,50 марганец 0,06-0,50 бор 0,005-0,008 церий 0,003-0,005 никель остальное Техническим результатом является повышение эксплуатационной стойкости линеек прошивных станов. Это обусловлено следующим. Наличие углерода, хрома и железа в сплаве приводит к образованию в процессе кристаллизации первичных износостойких карбидов, содержащих железо (Сr, Fe)7С3, которые обладают повышенной твердостью при высоких температурах и меньшей склонностью к хрупкому разрушению в сравнении с карбидами Сr7С3. Матрица представляет собой твердый раствор железа в никеле и обладает достаточно высоким сопротивлением пластическому течению при температуре разогрева в процессе работы, большим сопротивлением термической усталости благодаря содержанию в твердой растворе соединений типа (Ni × Fe)3 (Al × Ti) и железа. Кроме того, предлагаемый сплав за счет пониженного содержания никеля и использования при выплавке феррохрома вместо чистого хрома значительно дешевле и технологичнее при его изготовлении, чем известного и может быть выплавлен в дуговой печи способом ОДВ. Для выплавки сплава были использованы следующие вещества: 1. Никель электролитический НО, H1 (ГОСТ 849-70). 2. Феррохром (ГОСТ 4757-79). 3. Электродный бой (ТУ 18063-67). 4. Алюминий первичный А6 (ГОСТ 11063-79). 5. Железо - кромка. 6. Титановая губка (ГОСТ 17746-79). 7. Ферробор (ГОСТ 14848-69). 8. Ферроцерий (ТУ 14-5-136-81). Предлагаемый сплав выплавляют как в индукционной, так и в дуговой печах с основной или кислой футеровкой. Выплавка в дуговой печи с кислой футеровкой проводится следующим образом: 1. В завалку дают никель металлический, феррохром и электродный бой, а также при необходимости железо-кромку, исходя из расчетного количества. 2. Включают печь и начинают расплавление на автоматическом режиме. 3. После 50% расплавления шихты в печь засыпают шлаковую смесь в количестве 1,5-2,0% от веса садки и состоящую из двух частей песка или горелой земли и одной части известняка (5-10 кг) на одну тонну металла. Для разжижения шлака присаживают плавиковый шпат. Продолжительность расплавления от 1 ч. 30 мин до 1 ч. 45 мин. 4. После полного расплавления и достижения температуры на зеркале металла 1560-1580°С его раскисляют SiMn или алюминием из расчета 3,0 кг на 1000 кг жидкого металла. 5. Алюминий и титановую губку вводят на дно ковша и на струю, исходя из расчетного количества, по заданному составу с учетом угара. 6. Перед выпуском металла в ковш шлак полностью скачивают. 7. Окончательное раскисление производят ферробором и ферроцерием при выпуске металла в ковш. Металл разливают в сухие или полусухие земляные формы линеек. Были отлиты и испытаны в производственных условиях линейки, состав сплавов которых представлен в табл. 1. Испытания линеек из предлагаемых и известных сплавов проводили в производственных условиях припрокатке труб из нержавеющих марок стали типа 1Х18Н10Т разм. 325х10-16 мм. С целью усреднения влияния условий прокатки на результаты испытаний предлагаемых и известных сплавов проводили поочередно в одинаковых условия х. Работоспособность (эксплуатационную стойкость) линеек оценивали по следующим параметрам: величина износа на одну и 100 шт. прошитых заготовок и наличию сетки разгара, трещин, сколов и налипания после 50, 100, 300 штук прошитых заготовок и максимального износа (выхода из строя). Как видно из табл. 2, предлагаемый состав (1-6) в отличие от известного (10) имеет износ незначительно больший, но меньшую склонность к развитию трещин, образованию сколов и выкрашиваний, что обеспечивает большую эксплуатационную стойкость в работе линеек прошивных станов. Предлагаемый сплав значительно дешевле, так как тонна предлагаемого сплава в среднем стоит 3527 руб., а известного (10) - 4917 руб. Как следует из анализа результатов испытаний линеек, изготовленных из сплава, имеющего содержание компонентов меньше, чем в предлагаемом (7, 9) они имеют низкую износостойкость и большую склонность к налипанию на рабочую поверхность. Линейки, изготовленные из сплава (8), содержащего большую концентрацию компонентов, чем в предлагаемом имеют низкую эксплуатационную стойкость по причине образования грубой сетки разгара, уколов, выкрашиваний и сквозных трещин. Таблица 1. №№ Содержание элементов, мас. % сплава углерод хром железо алюминий титан кремний марганец бор церий никель 1 1,6 28,0 8,0 0,50 0,05 0,03 0,06 0,005 0,003 ост. 2 1,75 32,0 9,77 2,10 0,19 1,04 0,27 0,006 0,003 ост. 3 1,88 30,49 14,86 1,50 0,27 1,34 0,17 0,006 0,004 ост. 4 1,94 32,73 10,20 1,78 0,08 0,29 0,42 0,007 0,005 ост. 5 2,02 32,28 18,70 1,39 0,28 0,26 0,37 0,008 0,004 ост. 6 2,10 35,00 20,00 2,50 0,50 1,50 0,50 0,008 0,005 ост. 7 1,45 26,30 5,21 0,30 0,02 0,06 0,10 0,003 0,002 ост. 8 2,50 38,00 25,12 3,00 1,07 1,62 0,68 0,0085 0,008 ост. 9 1,46 26,3 5,21 0,3 0,02 0,02 0,05 0,003 0,002 ост. 10 1,82 32,50 1,63 0,64 0,008 ост. 1-6 - предлагаемые сплавы; 7, 8, 9 - составы сплавов с содержанием компонентов, выходящи х за предлагаемые граничные пределы; 10-иэвестный сплав. Таблица 2. Результаты испытаний линеек из предлагаемого и известного сплава №№ Величина износа в мм после Состояние рабочей поверхности, виды дефектов, количество сплава прошивки заготовок, шт прошитых заготовок шт сетка разгара трещины по сетки разгара одной 100 макс. износ 50 150 . 300 50 150 300 1 26х10-3 2,62 9,7* х х х 347 2 23х10-3 2,31 9,9* х х х 405 3 24х10-3 2,38 10,6* х х х 375 4 24х10-3 2,37 8,5* х х х 332 5 23х10-3 2,33 7,9* х х х 315 6 21х10-3 2,10 9,8* х х х 440 7 28х10-3 2,86 9,8* х х х 295 8 28х10-3 2,86 9,0* х х х х х 295 9 28х10-3 2,86 9,8* х х х 295 10 19х10-3 1,89 5,5* х х х 293 Продолжение табл. 2. №№ сплава 1 2 3 4 5 6 Состояние рабочей поверхности, виды дефектов, количество прошитых заготовок, шт сколы и выкрашивания трещины сквозные, налипание продольные, поперечные 50 150 300 50 150 300 50 150 300 х 7 х х х 8 х х х 9 х х х 10 х х х - в числителе максимальный износ, мм; в знаменателе максимальное количество прошитых заготовок; - - нет дефектов; х - есть дефекты