Ростоустойчивый чугун (нирезист)

12 декабря 2008: Международная заявка на патент PCT/RU 2007/000465 прошла стадию международного поиска. Предприятия, заинтересованные в данном материале, приглашаем к сотрудничеству >>

Изобретение относится к области сплавов черных металлов, а именно составам специальных легированных чугунов, содержащих хром и никель, применяемых для изготовления деталей машин, работающих без изменения размеров в холодных климатических условиях.

В машиностроении широко применяются в качестве ростоустойчивых высоколегированные аустенитные чугуны. Эти чугуны разработаны и, как правило, применяются для изготовления деталей машин, работающих при повышенных температурах эксплуатации. Чаще всего в состав таких чугунов вводят большое количество основного легирующего элемента никеля (более 15 %), такие чугуны называют нирезистами.

Известен, например, состав аустенитного чугуна (нирезиста):

C	< 3,0%
Si	1,5...3,0%
Mn	0,5...1,5%
Ni	18,0...22,0%
Cr	1,0...3,5%
P	< 0,08%

(Вороненко Б. И., Роматовский Ю. И. “Свойства и применение аустенитных никелевых чугунов с шаровидным графитом” // МиТОМ, 1988, № 4.)

Такой чугун обладает хорошей ростоустойчивостью при низких температурах до -80°С. Он обладает также хорошей коррозионной стойкостью. Однако он обладает недостатком, а именно: высокой стоимостью из-за высокого содержания никеля, цена на который постоянно продолжает расти.

Известен состав аустенитного чугуна:

C	3,0...3,5%
Si	2,6...3,0%
Mn	7,0...9,0%
Ni	6,0...7,0%
Cr	0,2...0,35%
V	0,2...0,4%
S	< 0,1%
P	< 0,3%
Fe	остальное

(Патент РФ №2205887, МПК С21С 37/10, публикация 2003.06.10)

Такой чугун значительно дешевле и обладает достаточной ростоустойчивостью при температурах до -60°С, однако он имеет следующие недостатки. Высокое содержание марганца делает основную структурную составляющую чугуна (аустенит) склонной к наклепу, то есть к мартенситному превращению при механическом воздействии, что приводит к изменениям размеров чугуна. Кроме того, при работе в некоторых агрессивных средах, например, пластовой жидкости смеси нефти, воды и попутного нефтяного газа, он обладает низкой коррозионной стойкостью.

Наиболее близким техническим решением является состав чугуна (нирезиста):

C	< 3,0%
Si	2,0...3,0%
Mn	6,0...7,0%
Ni	12,0...14,0%
Cr	-
P	< 0,08%

(Вороненко Б. И., Роматовский Ю. И. “Свойства и применение аустенитных никелевых чугунов с шаровидным графитом” // МиТОМ 1988, № 4.)

Состав обеспечивает необходимую ростоустойчивость, имеет удовлетворительную стоимость. Причиной, ограничивающей применение таких чугунов для изготовления деталей машин, работающих при низких температурах в условиях Крайнего Севера, является относительно низкая и нестабильная коррозионная стойкость.

Технической задачей изобретения является создание конструкционного никелевого аустенитного чугуна для эксплуатации в условиях Крайнего Севера, не имеющего указанные выше недостатки при минимально необходимом содержании в нём никеля. Дополнительным требованием к разрабатываемому чугуну является его хорошая обрабатываемость резанием, необходимая при изготовлении деталей из литых заготовок.

Техническим результатом от реализации изобретения является получение экономно легированного никелевого аустенитного чугуна с высокими эксплуатационными свойствами при минимальных затратах (ресурсосберегающий материал).

Указанный технический результат обеспечивается тем, что высокие эксплуатационные свойства никелевого аустенитного чугуна (нирезиста) формируются основным комплексом легирующих элементов:

Ni 10,0...14,0%
...

Содержание никеля более 14,0% экономически нецелесообразно.

Пример. Опытные образцы различных составов никелевых чугунов (нирезистов) выплавляли в индукционной печи ИСТ-0,06 с кислой футеровкой. В качестве шихты использовали чугунный лом СЧ20, стальной лом Ст3, графит в виде стружки графитированных электродов, никель Н1, медь М1, ферромарганец ФМн80, ферросилиций ФС75, феррохром углеродистый ФХ800.

Разливку производили без модифицирования расплава. Формы отли-вок образцов для испытаний и образец для количественного химического анализа заливали расплавом из одного ковша. Температура на выпуске из печи 1490 - 1500°С. Температура заливки форм – 1390 - 1420°С.

Примеры химических составов чугунов опытных плавок и результаты испытания коррозионной стойкости представлены в таблице.

Табл.

Элемент	Состав чугунов-нирезистов опытных плавок
	№1 (известный)	№2	№3	№6
Ni	18,1	.	.	.
Mn	1,4	.	.	.
Cr	3,1	.	.	.
C	2,9	.	.	.
Si	2,2	.	.	.
S	0,025	.	.	.
P	0,07	.	.	.
Скорость коррозии, г/м2•ч	1,655	1,518	1,617	1,648

Изучение ростоустойчивости проводили на 5 образцах каждой опытной плавки. В качестве низкотемпературной среды (-60°C) использовали смесь этилового спирта и двуокиси углерода, помещенную в термос. После погружения образцов в смесь термос закрывали, и образцы выдерживали в таком состоянии в течение одного часа, после чего образцы вынимали из смеси и оставляли греться. Измерение длины образцов с точностью 0,01 мм производили после того, как они принимали температуру (20±2)°С в тех же самых местах, что и до погружения в смесь. Все варианты опытных чугунов показали отсутствие изменений линейных размеров. Все варианты опытных чугунов не проявили склонность к наклепу во время механической обработки.

РЕФЕРАТ

Изобретение относится к области сплавов черных металлов, а именно составам специальных легированных чугунов, содержащих хром и никель (нирезистов), применяемых для изготовления деталей машин, работающих без изменения размеров в агрессивных средах при температурах до -60°С.

Техническим результатом от реализации изобретения является получение экономно легированного никелевого аустенитного чугуна с высокими эксплуатационными свойствами при минимальных затратах.

Технический результат обеспечивается тем, что высокие эксплуатационные свойства чугуна-нирезиста формируются основным комплексом легирующих элементов, а именно: Ni 10,0…14,0% ...

12 декабря 2008

Если Вас заинтересовал этот материал, пришлите запрос >>

См. также раздел "Патенты по модифицированию чугунов и сталей"

[на главную] | [новости] | [конференция] | [книги] | [статьи] | [патенты] | [выставки] | [справочник] | [вопрос-ответ] | [предприятия] | [экология] | [персоны] | [ссылки] | [реклама] | [поиск] | [галерея] | [контакты]