Жаропрочный сплав, тарелка для формирования волокна и способ изготовления минеральной ваты

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Сплав, характеризующийся тем, что он содержит следующие элементы, вес.%:

Cr - от 23 до 34,

Ti - от 0,2 до 5,

Ta - от 0,5 до 7,

C - от 0,2 до 1,2,

Ni - менее 5,

Fe - менее 3,

Si - менее 1,

Mn - менее 0,5,

неизбежные примеси - менее 1,

кобальт - остальное.

2. Сплав по п.1, характеризующийся тем, что он содержит менее 4 вес.% Ni.

3. Сплав по п.2, характеризующийся тем, что он содержит менее 3 вес.% Ni.

4. Сплав по п.3, характеризующийся тем, что он содержит менее 2 вес.% Ni.

5. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что он содержит по меньшей мере 0,2 вес.% углерода.

6. Сплав по п.5, характеризующийся тем, что он содержит по меньшей мере 0,6 вес.% углерода.

7. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что он содержит металлы Ti и Ta в молярном отношении к углероду (Ti+Ta)/C, находящемся в пределах от 0,9 до 2.

8. Сплав по п.7, характеризующийся тем, что он содержит металлы Ti и Та в молярном отношении к углероду (Ti+Ta)/C, находящемся в пределах от 0,9 до 1,5.

9. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что он содержит от 0,5 до 4 вес.% титана.

10. Сплав по п.9, характеризующийся тем, что он содержит от 0,6 до 3 вес.% титана.

11. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что содержание тантала в нем находится в пределах от 1 до 7%.

12. Сплав по п.11, характеризующийся тем, что содержание тантала в нем находится в пределах от 2 до 6%.

13. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что содержание хрома в нем находится в пределах от 26 до 32%.

14. Сплав по п.13, характеризующийся тем, что содержание хрома в нем находится в пределах от 27 до 30%.

15. Изделие для изготовления минеральной ваты, изготовленное из сплава по любому из пп.1-14, полученное методом литья.

16. Тарелка для формирования волокна для изготовления минеральной ваты, выполненная из сплава по любому из пп.1-14, полученная методом литья.

17. Способ изготовления минеральной ваты методом внутреннего центрифугирования, в котором поток расплавленного минерального вещества подают внутрь тарелки для формирования волокна по п.16, причем периферийная полоса указанной тарелки содержит множество отверстий, через которые выходят нити расплавленного минерального вещества, которые затем под действием газа вытягиваются, приобретая форму волокна, при этом температура минерального вещества внутри тарелки для формирования волокна равна по меньшей мере 1200°C.

18. Способ по п.17, характеризующийся тем, что расплавленное минеральное вещество имеет температуру ликвидуса 1130°C или выше.

19. Способ по п.18, характеризующийся тем, что расплавленное минеральное вещество имеет температуру ликвидуса 1170°C или выше.

Текст

Смотреть все

ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ, ТАРЕЛКА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВОЛОКНА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ Сплав, характеризующийся тем, что он содержит следующие компоненты (в вес.%): Cr - от 23 до 34%, Ti - от 0,2 до 5%, Ta - от 0,5 до 7%, C - от 0,2 до 1,2%, Ni - 5%, Fe - менее 3%, Si менее 1%, Mn - менее 0,5%, кобальт и неизбежные примеси - остальное. Изделие для изготовления минеральной ваты, а именно тарелка, предназначенная для формирования волокна, изготовленная из этого сплава. 017210 Настоящее изобретение касается металлического сплава, способного работать в условиях воздействия очень высоких температур, пригодного, в частности, для изготовления минеральной ваты методом формирования волокон из расплава минерального соединения, а в более общем случае пригодного для использования в качестве конструкционного материала для изготовления элементов оснастки, обладающих высокой механической стойкостью к воздействию высоких температур, а также к воздействию окисляющей среды, такой как расплавленное стекло, а также касается сплавов на основе кобальта, способных работать в условиях воздействия высоких температур и пригодных, в частности, для изготовления изделий для плавления и/или обработки в горячем состоянии из стекла или другого минерального вещества,таких как узлы машин для изготовлению минеральной ваты. Техника формирования волокон, носящая название метода внутреннего центрифугирования, заключается в непрерывной подаче потока жидкого стекла внутрь узла, состоящего из деталей, имеющих форму тела вращения и вращающегося с очень высокой скоростью вокруг его вертикальной оси вращения. Основная деталь указанного узла, называемая тарелкой, наиболее часто именуемая в специальной литературе, посвященной рассматриваемой технике производства, английским термином spinner, принимает на себя своим периферийным участком стенки, называемым полосой и снабженным серией сквозных отверстий, поток стеклянного расплава, который под действием центробежной силы проходит через указанные отверстия и выходит из них уже в виде расплавленных волокон. Кольцевая горелка,расположенная снаружи тарелки и над ней, создает поток газов, который спускается вниз по поверхности наружной стенки указанной полосы, отклоняя эти волокна вниз и одновременно их вытягивая. Последние в итоге затвердевают, образуя стекловолокно. Тарелка представляет собой, таким образом, устройство для формирования волокон, которое работает в условиях воздействия очень высоких термических напряжений (тепловые удары при пуске и останове и установление в процессе эксплуатации в устойчивом режиме соответствующего градиента температуры вдоль всей детали), механических нагрузок (центробежные силы, эрозия вследствие контактов с массой стеклянного расплава) и агрессивных сред (окисление и коррозия вследствие контактов рабочих деталей с массой стеклянного расплава и с горячими газами, выходящих из горелки и огибающими тарелку). К основным видам разрушения рассматриваемого устройства относятся ползучесть металла вертикальных стенок в горячем состоянии, появление горизонтальных или вертикальных трещин, эрозионный износ отверстий, обеспечивающих формирование волокон, вызывают необходимость частой замены рабочих органов машины. Необходимо, таким образом, чтобы конструкционный материал обладал достаточной прочностью, причем обладал ею в течение достаточно продолжительного отрезка времени,достаточного для поддержания в процессе эксплуатации устройства тех технических и экономических параметров, которые предусмотрены по условиям реализации рассматриваемого способа. В этой связи возникает необходимость в конструкционных материалах, обладающих определенной пластичностью,сопротивлением ползучести и коррозионной стойкостью и/или стойкостью к окислению. Известны различные материалы, использующиеся в качестве конструкционных при изготовлении этих элементов оснастки, в частности суперсплавы на базе хрома или кобальта, упрочненные карбидами. К сплавам, особенно жаропрочным, относятся те из них, которые изготовлены на основе хрома, кобальта(жаропрочных элементах, которые придает матрице сплава повышенную механическую прочность в условиях воздействия высоких температур) и никеля (для стабилизации гранецентрированной кристаллической кубической решетки Co). В заявке WO-A-9916919 описан сплав на основе кобальта с улучшенными высокотемпературными механическими свойствами, в состав которого входят следующие элементы (их содержание приведено в вес.% сплава):Cr - от 26 до 34%,Ni - от 6 до 12%,W - от 4 до 8%,Ta - от 2 до 4%,C - от 0,2 до 0,5%,Fe - менее 3%,Si - менее 1%,Mn - менее 0,5%,Zr - менее 0,1%,кобальт и неизбежные посторонние примеси - остальное,при этом молярное соотношение тантала и углерода находится в пределах от 0,4 до 1. Подбор соответствующих содержаний углерода и тантала направлен на образование в сплаве плотной, но в то же время непрерывной решетки из межкристаллитных карбидов, состоящих главным образом из карбидов хрома в виде Cr7C3 и (Cr,W)23C6 и из карбидов тантала TaC. Такой подбор придает сплаву повышенную механическую прочность и стойкость к окислительным процессам в условиях воздействия повышенных температур, которые обеспечат возможность формирования волокон из расплава стекла, имеющего температуру в 1080C.-1 017210 Как известно из заявки WO 01/90429, сплавы на основе кобальта могут применяться и при температурах еще более высоких. Эти сплавы отличаются хорошим сочетанием механической прочности и стойкости к воздействию окислительных процессов, начиная с 1100C, и все это за счет наличия у них соответствующей микроструктуры, межкристаллитные зоны которой содержат большое количество дисперсных выделений карбида тантала. Эти карбиды с одной стороны обеспечивают сплаву дополнительную механическую прочность, противодействуя развитию межкристаллитной ползучести в условиях воздействия очень высоких температур, а с другой стороны оказывают влияние на их стойкость к окислительным процессам, связанную с их окислением в окислы Ta2C5, которые образуют оксиды, занимающие освободившийся объем карбидов TaC, препятствуя тем самым проникновению агрессивной среды (жидкого расплава стекла, горячих газов) в межкристаллитные пространства. В заявке на патент WO 2005/052208 был описан сплав, обладающий значительной механической прочностью в условиях воздействия высоких температур и окисляющей среды, выполненный на основе матрицы кобальта, стабилизированной никелем и содержащей хром и усиленной дисперсными выделениями карбидов, в частности карбидов титана и тантала. Сплавы, описанные в выше приведенных заявках на изобретение, могут, в частности, применяться в качестве конструкционных материалов при изготовлении деталей узлов, используемых в промышленных установках для формирования волокон из новых видов стекла, в частности базальтовых стекол, температура плавления которых превышает температуру плавления соединений классического типа, применяемых при реализации способов получения стекловолокна. Подобные минеральные соединения описаны ниже. Например, тарелка для формирования волокна, выполненная из сплава, описанного в примере 6 патента WO 2005/052208, способна выдерживать в течение относительно продолжительного времени контакт с расплавом стекла, имеющим температуру в пределах от 1200 до 1240C, что соответствует температуре металла в диапазоне от 1160 до 1210C, в зависимости от профиля тарелки. Промышленное производство стекловолокна базальтового типа экономически выгодно лишь в том случае, когда механическая прочность тарелки и, следовательно, сплава, служащего ее конструкционным материалом, будет достаточной для обеспечения ее работы в условиях воздействия выше указанных температур, обеспечивающих формирование волокон. В частности, срок службы тарелки, входящей в состав устройства по формированию волокон, который является одним из наиболее важных факторов, определяющих стоимость всего процесса формирования волокон, будет тем выше, чем выше будет механическая прочность сплава и его коррозионная стойкость. Целью настоящего изобретения является предложение более эффективных сплавов, отличающихся повышенной механической прочностью в условиях воздействия высоких температур и позволяющих работать металлу при температурах, способных доходить до 1200C, и даже при более высоких температурах, и имеющих более продолжительный срок службы при их использовании в конструкции устройств,обеспечивающих формирование волокон. В частности, настоящее изобретение имеет целью предложить сплав на основе кобальта, также содержащий хром и углерод, и который содержит следующие элементы (содержание элементов приведено в вес.% сплава):Cr - от 23 до 34%,Ti -от 0,2 до 5%,Ta -от 0,5 до 7%,C -от 0,2 до 1,2%,Ni - менее 5%,Fe - менее 3%,Si - менее 1%,Mn - менее 0,5%,кобальт и неизбежные посторонние примеси - остальное. Сплав, состав которого соответствует настоящему изобретению, отличается от сплавов, содержащих включения карбидов Ti и Ta, описанных в заявке на изобретение WO 2005/052208 (см., в частности,примеры 6 и 7), тем, что содержание в нем никеля значительно ниже тех, что приведены в этой публикации (8,7 вес.% для сплавов, приведенных в примерах 6 и 7). До последнего времени полагали, что присутствие в сплавах такого количества никеля необходимо для расширения области температурной стабильности гранецентрированной кубической кристаллической решетки матрицы кобальта (см., например, стр. 7, строки 18-21 заявки на изобретение WO 2005/052208 или стр. 8, строчки 29-32 и стр. 17,строки 25-30 заявки на изобретение WO 2001/90429). Кроме того, испытания, проведенные на сплавах,приведенных в заявке на изобретение WO 99/16919, показали, что присутствие в них значительных количеств никеля оказывается предпочтительным, так как позволяет ограничить окисление этих сплавов при реализации способа формирования волокон в условиях воздействия высоких температур. Противоположно тому, что ожидалось, свойства сплава, с составом, соответствующим настоящему изобретению, то есть сплава, имеющего значительно меньшее содержание никеля, чем это было описано-2 017210 выше, оказались лучше тех, которые имели сплавы, описанные выше. В частности, сроки службы тарелок, изготовленных из сплавов с составом, соответствующим настоящему изобретению, оказались при реализации способа формирования волокон в условиях воздействия высоких температур значительно улучшенными. Для получения лучшего представления обо всех преимуществах, обеспечиваемых микроструктурой сплавов с составом, соответствующим настоящему изобретению, вернемся к заявке на изобретение WO 2005/052208. В самом деле, микроструктуры новых сплавов, которые можно наблюдать с помощью электронного микроскопа, в значительной степени почти идентичны тем, которые описаны в заявке на изобретение WO 2005/052208. В частности, в этих микроструктурах можно наблюдать присутствие смешанных карбидов Ta и Ti (Ta,Ti)C, расположенных на стыках зерен сплавов, что свидетельствует о микроструктуре улучшенного типа с точки зрения ее работы в условиях воздействия высоких температур: наблюдается меньшая фрагментация зерен и меньшее рассеивание карбидов (Ta,Ti)C. Кроме того, благоприятным фактором является и то, что добавка Ti к карбидам TaC настолько стабилизирует последние в условиях воздействия высоких температур, что мелкие вторичные карбиды (Ta,Ti)C, наличие которых очень способствует повышению сопротивления сплава межкристаллитной ползучести, спонтанно осаждаются внутри матрицы (тогда как, как правило, вторичные дисперсные выделения, получаемые в результате специальной термической обработки, больше стремятся при тех же самых условиях исчезать). Указанная устойчивость к воздействию высоких температур делает эти карбиды (Ta,Ti)C в высшей степени привлекательными с точки зрения их применения в рассматриваемой области техники. Следует, безусловно, отдавать карбидам (Ta,Ti)C приоритет, как основной фазе, вызывающей дисперсионное упрочнение, поддерживая при этом величину соотношения суммарного содержания металлов (Ta+Ti) и атомного содержания углерода, близким к 1, которая может быть, однако, и выше 1 и находиться, в частности, в пределах от 0,9 до 2. В частности, небольшое уменьшение этой величины, меньшее единицы, остается допустимым, при условии, однако, что несколько дополнительных карбидов, которые могут образоваться (карбиды хрома) не окажут отрицательного влияния на весь комплекс свойств сплава при его работе во всех температурных режимах. Наиболее выгодным является, как правило, поддержание соотношения в пределах от 0,9 до 1,5. Углерод является существенным компонентом сплава, который необходим для формирования дисперсных выделений металлических карбидов. В частности, от содержания углерода напрямую зависит количество карбидов, присутствующих в сплаве. Для обеспечения минимально необходимой величины упрочнения сплава, указанное содержание карбида должно составлять по меньшей мере 0,2 вес.%, а предпочтительно по меньшей мере 0,6 вес.%, но предпочтительно не выше 1,2 вес.% с тем, чтобы избежать ситуации, при которой сплав станет чересчур твердым и трудным в обработке по причине слишком высокой плотности упрочнений. Недостаток пластичности сплава при подобных содержаниях карбида не позволяет ему переносить без разрыва приложенное к нему усилие деформации (например, теплового происхождения) и в достаточной степени противостоять развитию трещин. Как уже говорилось выше, хром способствует повышению механической прочности матрицы, в которой он присутствует частично в виде твердого раствора, а в некоторых случаях также в виде карбидов,относящихся главным образом к типу Cr23C6 и находящихся в тонкодисперсном состоянии внутри зерен,которым они придают сопротивляемость межкристаллитной ползучести, или в виде карбидов, относящихся к типу Cr7C3 или Cr23C6, присутствующих на границе зерен, которые препятствуют скольжению одного зерна относительно другого зерна, способствуя, таким образом, также межкристаллитному упрочнению сплава. Хром способствует повышению коррозионной стойкости сплава в качестве составного элемента окисла хрома, образующего защитный слой на поверхности, подверженной действию окисляющей среды. Однако повышенное содержание хрома отрицательно влияет на механическую прочность и стойкость сплава к воздействию повышенных температур, так как оно приводит к слишком высокой жесткости сплава и слишком низкой способности сплава удлиняться под действием напряжений, не сравнимых по величине с напряжениями, обусловленными действием высокой температуры. В целом, содержание хрома в сплаве согласно изобретению составляет от 23 до 34 вес.%, предпочтительно в пределах от 26 до 32 вес.%, более предпочтительно в пределах от 27 до 30 вес.%. Никель, присутствующий в сплаве в виде твердого раствора с кобальтом, содержится в сплаве в количестве менее 5 вес.%. Предпочтительно, чтобы количество никеля, присутствующее в сплаве, было ниже 4 и даже менее 3 или даже менее 2 вес.%. И даже при содержаниях никеля в сплаве ниже 1 вес.% порог, ниже которого указанный элемент присутствует в сплаве исключительно в виде неизбежных посторонних примесей, все равно были отмечены, ранее не наблюдаемые великолепные значения сроков службы тарелок. Под термином неизбежные посторонние примеси, автор понимает в описании настоящего изобретениято, что никель не присутствует в составе сплава преднамеренно, а введен в него лишь в виде примесей, присутствующих по меньшей мере в одном из основных компонентов сплава (или по меньшей мере в одном предшественнике указанных основных элементов). Как показали испытания, проведенные заявителем, никель присутствовал в сплаве практически всегда в виде неизбежных посторонних примесей в количестве по меньшей мере 0,3 вес.%, наиболее часто в количестве по меньшей мере 0,5 вес.% и даже по меньшей мере 0,7 вес.%. Содержания никеля в сплаве-3 017210 ниже 0,3 вес.% должны, тем не менее, рассматриваться, по мнению автора, как находящиеся в пределах настоящего изобретения, однако, стоимость сплава, содержащего такое количество примесей никеля,слишком высока, чтобы можно было обеспечить коммерческую жизнеспособность способа формирования волокон на базе применения такого сплава. Титан является более распространенным на рынке металлом и к тому же более дешевым по сравнению с танталом, в силу чего его применение не так сильно отражается на конечной стоимости сплава. К тому же тот факт, что он легче тантала тоже является, бесспорно, его преимуществом. Наиболее предпочтительным минимальным количеством титана, необходимым для получения достаточного количества карбидов TiC, является от 0,2 до 5 вес.%, безусловно, по причине хорошей растворимости титана в матрице гранецентрированной кубической кристаллической решетке кобальта. Содержание титана в сплаве, находящееся в диапазоне от 0,5 до 4%, и, в частности от 0,6 до 3% дает, безусловно, наилучшие результаты. Прекрасные результаты были получены и при содержании титана в сплаве в диапазоне от 0,8 и 2%. По сравнению со сплавами, описанными в заявке на изобретение WO 2005/052208, сплавы с составом, соответствующим настоящему изобретению, содержащие смешанные карбиды тантала и титана демонстрируют, как это будет показано ниже, более высокую стабильность при воздействии на них высоких температур. Тантал, присутствующий в сплаве, частично находится в матрице кобальта в состоянии твердого раствора, причем этот тяжелый атом локально искривляет кристаллическую решетку, препятствуя, и даже движение дислокаций, когда материал подвергается воздействию приложенных к нему механических нагрузок, что, безусловно, содействует прочности, которой располагает рассматриваемая матрица. Минимальное содержание в сплаве тантала, обеспечивающее возможность образования в нем смешанного сTi карбида, составляет в соответствии с настоящем изобретением около 0,5%, предпочтительно 1%, а в самом предпочтительном варианте изобретения - 1,5 и даже 2%. Верхний предел содержания тантала может быть выбран приблизительно 7%. Содержание тантала предпочтительно должно находиться в пределах от 2 до 6% и, в частности, от 1,5 до 5%. Содержание тантала в самом предпочтительном варианте изобретения должно быть ниже 5% и даже составлять 4,5 или даже 4%, а предпочтительно быть близким 3. Небольшое количество тантала в сплаве предоставляет двойное преимущество: с одной стороны, это позволяет существенно снизить общую стоимость сплава, а с другой стороны, облегчает его обработку. Чем выше содержание тантала в сплаве, тем он будет тверже и, следовательно, более трудным для формования. Сплав может содержать и другие элементы, но только в незначительных количествах или в виде неизбежных примесей. Так, он содержит в общем случае кремний в качестве восстановителя расплавленного металла в процессе выплавки и литья сплава в количестве менее 1 вес.%; марганец также в качестве восстановителя расплавленного металла в количестве менее 0,5 вес.%; железо, в количестве до 3 вес.% без ухудшения свойств материала, предпочтительно в количестве равном или менее 2 вес.%, например равном 1 вес.%; общее содержание других элементов, вводимых как примеси совместно с основными компонентами сплава (неизбежные примеси), предпочтительно составляет менее 1 вес.% от состава сплава. Сплавы, соответствующие настоящему изобретению, предпочтительно не должны содержать Ce,La, В, Y, Dy, Re и другие редкоземельные элементы. Сплавы, соответствующие настоящему изобретению, содержат элементы, легко вступающие в реакцию, и могут быть сформованы методом литья, а именно методом индукционной плавки, по меньшей мере, в частично инертной газовой атмосфере и литья в песчаную форму. После отливки нужной детали последняя может быть подвергнута термической обработке при температуре, которая может превышать температуру формирования волокон. Целью настоящего изобретения является также предложение способа изготовления изделия методом литья из сплавов, описанных выше, в качестве предмета настоящего изобретения. Способ может включать в себя по меньшей мере один этап охлаждения изделия после его отливки и/или после или во время термической обработки, например, методом охлаждения на воздухе, в частности, вплоть до его достижения температуры окружающей среды. Сплавы, являющиеся предметом настоящего изобретения, могут использоваться для изготовления любого типа деталей, подвергаемых в процессе эксплуатации воздействию механических нагрузок в условиях воздействия высоких температур и/или работающих в окисляющей или коррозионной среде. Предметом изобретения также являются изделия, изготавливаемые из сплава согласно настоящему изобретению, в частности, методом литья. К таким видам применения относится, в частности, изготовление изделий, используемых при выплавке или обработке в горячем состоянии массы расплава стекла, например тарелок для формирования волокон для изготовления минеральной ваты. Другим предметом изобретения является способ изготовления минеральной ваты методом внутреннего центрифугирования, в котором внутрь тарелки для формирования волокна непрерывно подают рас-4 017210 плавленное минеральное вещество, причем периферийная полоса указанной тарелки содержит множество отверстий, через которые выходят нити расплавленного минерального вещества, которые затем под действием газа вытягиваются, приобретая форму волокна, при этом температура минерального вещества внутри тарелки для формирования волокна равна по меньшей мере 1200C, а сама тарелка для формирования волокна изготовлена из сплава, который описан выше. Сплавы, соответствующие настоящему изобретению, позволяют, таким образом, формировать волокна из массы расплава стекла или другого подобного соединения минерального происхождения,имеющего температуру ликвидуса Tlig около 1130C или даже превышающую ее, например находящуюся в диапазоне от 1130 до 1200C, в частности равную 1170C или выше. Как правило, формирование волокон из указанных расплавленных соединений минерального происхождения может быть реализовано в диапазоне температур (для массы расплава, поступающей в тарелку) от Tlig до Tlog2,5, где Tlog2,5 представляет собой температуру, при которой масса расплава имеет вязкость 102,5 П (dPa.s), как правило, равную около 1200C или выше, например находящуюся в диапазоне от 1240 до 1250C или выше. Среди указанных минеральных составов предпочтительными являются те из них, которые содержат значительные количества железа и которые менее агрессивны с точки зрения коррозии по отношению к конструкционному металлу, из которого изготовлены элементы для формирования волокон. Таким образом, в способе, соответствующем настоящему изобретению, преимущественно применяется состав минерального вещества, воздействующего как окислитель, в частности, по отношению к хрому, способного исправлять или восстанавливать защитный слой окисла Cr2O3 который образуется на поверхности. В этой связи предпочтительными являются составы, содержащие железо преимущественно в трехвалентном виде (окисел Fe2O3), a именно с молярным отношением степеней окисления II и III, вы, находящемся в пределах от около 0,1 до 0,3, в частражаемом отношением FeO к FeO+Fe2O3 ности в пределах от 0,15 до 0,20. Наиболее предпочтительно, чтобы минеральный состав имел повышенное содержание железа, позволяющее быстро восстанавливать окисел хрома, с процентным содержанием окисла железа (имеется ввиду процентное содержание так называемого общего железа, соответствующее общему содержанию железа, условно выражаемому в виде эквивалентного Fe2O3), равным по меньшей мере 3%, предпочтительно по меньшей мере 4%, а именно находящемуся в пределах от около 4 до 12% и, в частности, по меньшей мере 5%. В рамках указанного выше диапазона редокса это будет соответствовать содержанию одного только трехвалентного железа Fe2O3, равному по меньшей мере 2,7%, предпочтительно равному по меньшей мере 3,6%. Подобные соединения описаны, в частности, в заявке WO 99/56525 и предпочтительно содержат следующие компоненты:SiO2 - 38-52%, предпочтительно 40-48%,Al2O3 - 17-23%,SiO2+Al2O3 - 56-75%, предпочтительно 62-72%,RO(CaO+MgO) - 9-26%, предпочтительно 12-25%,MgO - 4-20%, предпочтительно 7-16%,MgO/CaO - 0,8, предпочтительно 1,0 или 1,15,R2O(Na2O+K2O) - 2%,P2O5 - 0-5%,Общее железо (Fe2O3) - 1,7%, предпочтительно 2%,B2O3 - 0-5%,MnO - 0-4%,TiO2 - 0-3%. Другие соединения, известные из заявки WO 00/17117, показали себя в качестве хорошо подходящих для применения в способе, соответствующем настоящему изобретению. Они характеризуются следующими содержанием, вес.%:SiO2 - 39-55%, предпочтительно 40-52%,Al2O3 -16-27%, предпочтительно 16-25%,СаО - 3-35%, предпочтительно 10-25%,MgO - 0-15%, предпочтительно 0-10%,Na2O - 0-15%, предпочтительно 6-12%,K2O - 0-15%, предпочтительно 3-12%,R2O(Na2O+K2O) - 10-17%, предпочтительно 12-17%,Р 2 О 5 - 0-3%, предпочтительно 0-2%,Общее железо (Fe2O3) - 0-15%, предпочтительно 4-12%,B2O3 - 0-8%, предпочтительно 0-4%,TiO2 - 0-3%. Содержание MgO находится в диапазоне от 0 до 5%, а именно в диапазоне от 0 до 2% в тех случаях,-5 017210 когда R2O 13,0%. В соответствии со одним вариантом реализации изобретения составы содержат окисел железа в диапазоне от 5 до 12%, а именно в диапазоне от 5 до 8%, что позволит обеспечить жаростойкость матов,изготовленных из минеральной ваты, полученной из данных составов. Несмотря на то, что рассматриваемое изобретение было описано главным образом в отношении его использования при изготовлении минеральной ваты, оно может также применяться и в стекольной промышленности, как правило, при изготовлении элементов или аксессуаров печей, фильер или фидеров, а именно при производстве текстильного стекла (нитей или пряжи) и упаковочного стекла. Помимо стекольной промышленности, рассматриваемое изобретение может применяться и при изготовлении самых разных изделий, в тех случаях, когда последние должны обладать повышенной механической стойкостью к воздействию окисляющей и/или коррозионной среды, в частности, когда они должны работать в условиях воздействия высоких температур. Как правило, указанные сплавы могут использоваться и для изготовления любых типов подвижных или стационарно установленных деталей, применяемых при работе или эксплуатации печей термической обработки каких-либо изделий в условиях воздействия высоких температур (превышающих 1200C),теплообменников или реакторов, применяемых в химической промышленности. Речь может идти и о лопастях вентилятора, работающего в горячей атмосфере, об опорах устройств обжига, о загрузочных устройствах печи и т.д. Указанные сплавы могут применяться и при изготовлении любого типа нагревательных элементов, предназначенных для работы в условиях воздействия горячей окисляющей атмосферы и при изготовлении элементов турбин, входящих в состав конструкций двигателей наземного, морского или воздушного транспорта или в применяться в любой другой области, не относящейся к транспорту, например на станциях по производству электроэнергии. Предметом рассматриваемого изобретения может таким образом являться и применение изделий,изготовленных из сплава, описанного выше, в условиях воздействия окисляющей среды при температуре, равной по меньшей мере 1200C. Не носящие ни в коей мере какого-либо ограничительного характера нижеприведенные примеры составов, соответствующих настоящему изобретению, или условий использования тарелок для формирования волокон, соответствующих настоящему изобретению, иллюстрируют преимущества настоящего изобретения. Пример 1. В соответствии с техникой индукционного плавления, проводимого в атмосфере инертного газа (а именно, в атмосфере аргона), был приготовлен загрузочный расплав следующего состава, который затем был сформован путем простого литья в песчаную форму:Cr - 27,83%,Ni - 1,33%,C - 0,36%,Ta - 3,08%,T - 1,34%,Fe - 2,00%,Mn - 0,5%,Si - 0, 3%,Zr - 0,1%,общее количество других примесей - 1%,кобальт - остальное. После литья проведена термическая обработка, включающая этап растворения в течение 2 ч при температуре 1200C и этап дисперсных выделений вторичных карбидов, продолжающийся в течение 10 ч при температуре 1000C, причем каждая из указанных температурных выдержек заканчивается этапом охлаждения на воздухе до температуры окружающей среды. В результате была получена тарелка для формирования волокна диаметром 400 мм классической формы. Пример 2. В соответствии со способом изготовления, идентичным тому, который был описан в примере 1, изготовлена вторая тарелка для формирования волокна также диаметром 400 мм и с теми же самыми остальными характеристиками, но уже на основе загрузочного расплава следующего состава:Si - 0,3%,Zr - 0,1%,общее количество других примесей - 1%,кобальт - остальное. Пример 3 (сравнительный пример). Для сравнения в соответствии с теми же самыми условиями, что были приведены в примерах 1 и 2,были изготовлены две тарелки диаметром 400 мм, полностью идентичные в том, что касается характеристик формы, тем тарелкам, которые были описаны выше, но из сплава, состав которого приведен в примере 6 заявки на изобретение WO 2005/052208:Cr - 28,3%,Ni - 8,7%,C - 0,4%,Ta - 3,0%,Ti - 1,5%,Fe - 2%,Mn - 0,5%,Si - 0,3%,Zr - 0,1%,общее количество других примесей - 1%,кобальт - остальное. Производительность отформованных таким образом тарелок оценивалась на примере их использования для получения волокон из стекловолокна. Указанные тарелки были установлены на промышленную линию по производству волокон из массы расплава базальтового стекла следующего состава: В рассматриваемом случае речь идет об относительно окислительном стекле по сравнению с обычным стеклом ввиду повышенного содержания в нем железа и редокса 0,15. Его температура ликвидуса равна 1140C. Тарелки для формирования волокна использовались на производственных линиях мощностью 10 и 12,5 т в сутки, причем они работали до тех пор, пока линии не останавливались либо по причине разрушения тарелки, либо в силу ухудшения качества производимого волокна. Если не принимать во внимание колебания производительности, то условия производства волокна оставались у обеих тарелок идентичными: температура расплава минерального состава, поступающего на тарелку, находилась в диапазоне от 1200 до 1240C. Температура металла в зависимости от профиля тарелки находилась в диапазоне от 1160 и 1210C. Результаты проведенных испытаний, касающиеся сроков службы тарелок в зависимости от условий их использования, приведены в табл. 1. В указанной таблице для лучшей наглядности и облегчения возможности проведения моментального сравнения значения сроков службы, полученные для тарелок из сплава, соответствующих настоящему изобретению (примеры 1 и 2), размещены параллельно и напротив соответствующих значений сроков службы, полученных для контрольных тарелок (пример 3), причем все это при соблюдении одинаковых условий эксплуатации. Таблица 1 Как видно из табл. 1, тарелки из сплава, соответствующего настоящему изобретению, всегда имеют для одних и тех же условий их эксплуатации более длинные сроки службы. Затем посредством классического метода дифференциального теплового анализа (ATD) измеряется температура солидуса сплава, служащего конструкционным материалом тарелок, после их использования в указанном выше способе производства волокна. Под термином температура солидуса, в настоящем описании изобретения понимается точка плавления сплавов в стадии равновесия. Следует, однако,отметить, что по причине применения разных методов анализа, полученные значения температур солидуса, приведенные в табл. 2, несколько отличаются от тех, которые были до этого получены и отражены в заявке WO 2005/052208. Между тем, относительная разница температур плавления, отмеченная у сплавов с составом, соответствующим настоящему изобретению, и контрольного сплава, остаются идентич-7 017210 ными независимо от того, какой метод анализа использовался. Полученные результаты приведены в табл. 2. Таблица 2 Как это видно из представленной выше таблицы, температура солидуса сплавов с составом, соответствующим настоящему изобретению, превышает во всех случаях приблизительно на 10C аналогичную температуру сплавов, изготовляемых согласно уровню техники, что и объясняет их высокую жаропрочность. Одна уже относительная близость рабочей температуры тарелки, применяемой при реализации способа производства волокон, к температуре плавления сплава, служащего конструкционным материалом тарелки, свидетельствует о в высшей степени показательном улучшении ее характеристик и доказывает уже сама по себе более высокие ее характеристики в том, что касается механической прочности при ее работе в условиях воздействия высоких температур, как показали рассмотренные выше сплавы. Механическая прочность сплавов примера 1 с составом, соответствующим настоящему изобретению, и сплава примера 3 с составом, соответствующим уровню техники, в условиях воздействия на них высоких температур, была проверена в ходе испытаний на сопротивление ползучести при изгибе в трех точках при температуре 1250C и под нагрузкой 31 МПа на протяжении 200 ч. Испытаниям подвергался каждый сплав, для чего использовались образцы параллелепипедной формы, шириной 30 мм и толщиной 3 мм, что же касается нагрузки, то она была приложена по центру межосевого расстояния величиной в 37 мм. Результаты испытаний приведены в табл. 3. В табл. 3 показан и наклон кривых ползучести, проявляющийся при анализе трех точек, полученных для каждого сплава, причем указанный наклон характеризует собой скорость деформации (выражаемую в мкм/ч) образца в результате возникновения ползучести. В табл. 3 резюмированы все полученные в ходе испытаний результаты и предоставлена одновременно средняя величина скоростей ползучести, а также максимальное и минимальное значения этого параметра для всей серии образцов. Таблица 3 При сравнении данных испытаний, приведенных в табл. 3, можно заметить, что в случае сплава с составом, соответствующим настоящему изобретению, сопротивление ползучести под действием приложенных нагрузок и в условиях воздействия высоких температур значительно повысилось. В сочетании с увеличением температуры солидуса сплавов с составом, соответствующим настоящему изобретению, это улучшение сопротивления ползучести приводит к увеличению срока службы тарелки, изготовленной из сплава с составом, соответствующим настоящему изобретению, в тех случаях, когда эта тарелка применяется на промышленной линии производства базальтового волокна, как об этом говорилось выше. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сплав, характеризующийся тем, что он содержит следующие элементы, вес.%:Cr - от 23 до 34,Ti - от 0,2 до 5,Ta - от 0,5 до 7,C - от 0,2 до 1,2,Ni - менее 5,Fe - менее 3,Si - менее 1,Mn - менее 0,5,неизбежные примеси - менее 1,-8 017210 кобальт - остальное. 2. Сплав по п.1, характеризующийся тем, что он содержит менее 4 вес.% Ni. 3. Сплав по п.2, характеризующийся тем, что он содержит менее 3 вес.% Ni. 4. Сплав по п.3, характеризующийся тем, что он содержит менее 2 вес.% Ni. 5. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что он содержит по меньшей мере 0,2 вес.% углерода. 6. Сплав по п.5, характеризующийся тем, что он содержит по меньшей мере 0,6 вес.% углерода. 7. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что он содержит металлы Ti и Ta в молярном отношении к углероду (Ti+Ta)/C, находящемся в пределах от 0,9 до 2. 8. Сплав по п.7, характеризующийся тем, что он содержит металлы Ti и Та в молярном отношении к углероду (Ti+Ta)/C, находящемся в пределах от 0,9 до 1,5. 9. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что он содержит от 0,5 до 4 вес.% титана. 10. Сплав по п.9, характеризующийся тем, что он содержит от 0,6 до 3 вес.% титана. 11. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что содержание тантала в нем находится в пределах от 1 до 7%. 12. Сплав по п.11, характеризующийся тем, что содержание тантала в нем находится в пределах от 2 до 6%. 13. Сплав по любому из предыдущих пунктов, характеризующийся тем, что содержание хрома в нем находится в пределах от 26 до 32%. 14. Сплав по п.13, характеризующийся тем, что содержание хрома в нем находится в пределах от 27 до 30%. 15. Изделие для изготовления минеральной ваты, изготовленное из сплава по любому из пп.1-14,полученное методом литья. 16. Тарелка для формирования волокна для изготовления минеральной ваты, выполненная из сплава по любому из пп.1-14, полученная методом литья. 17. Способ изготовления минеральной ваты методом внутреннего центрифугирования, в котором поток расплавленного минерального вещества подают внутрь тарелки для формирования волокна по п.16, причем периферийная полоса указанной тарелки содержит множество отверстий, через которые выходят нити расплавленного минерального вещества, которые затем под действием газа вытягиваются,приобретая форму волокна, при этом температура минерального вещества внутри тарелки для формирования волокна равна по меньшей мере 1200C. 18. Способ по п.17, характеризующийся тем, что расплавленное минеральное вещество имеет температуру ликвидуса 1130C или выше. 19. Способ по п.18, характеризующийся тем, что расплавленное минеральное вещество имеет температуру ликвидуса 1170C или выше.

МПК / Метки

МПК: C22C 19/07

Метки: формирования, волокна, жаропрочный, ваты, тарелка, способ, сплав, изготовления, минеральной

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/10-17210-zharoprochnyjj-splav-tarelka-dlya-formirovaniya-volokna-i-sposob-izgotovleniya-mineralnojj-vaty.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Жаропрочный сплав, тарелка для формирования волокна и способ изготовления минеральной ваты</a>

Похожие патенты