Чугун
Иллюстрации
Реферат
8,È,Âàíóëà, С.И.Рудюк, В.Н.Рябко, В.К.Парфенюк,i
Е.К,Барсуков, В.С Окищор, Н.Н.Овчинников ° В,А,Рвмоа и И.A.6óäàãüÿíö (72) Авторы изобретения
Украинский ордена Трудового Красного 3нам исследовательский институт металлов (21) Заявитель (54) ЧУГУН
Известен чугун (1) для отливки прокатных валков следукнцего химического состава, вес. 4:
<о
Углерод 3 3-3 5
Кремний 2,0-2,2
Марганец 0,4-0,6
Хром 0,2-0,6
Никель 3,0-3,8
Молибден 0,3 0>5
Магний,0,03-0,06 фосфор . До 0;.15 Сера До 0,02
Недостатком этого чугуна являет20 ся невысокий уровень его термостой кости (150-200 термоциклов) из-за на-. личия- в структуре рабочего слоя валИзвестен также чугун $2j для отливки прокатных валков состава, вес.Ф
Углерод 3 3-3,6. Марганец 1 0 -1,2 . Кремний 1,4-1,7 Хром 0 2-0,3
Никель . 2,1-2 3.
Молибден 0,9-1,1 °
Медь 1,0-1,2
Магний 0,04-0,08 фосфор 0,1
Сера 0,08
Железо . Остальное
Твердость поверхности бочки вал,ка, отлитого иэ такого чугуна состав1
Изобретение относится к металлургии, в частности, к производст- . ву чугуна с ааровидным графитом, об ладающего высокой прочностью и. термостойкостью в литом состоянии, и предназначено для использования при иэ" готовлении валков горячей прокатки, 2 ков грубого конгломерата фаэ - эвтектических карбидов (25-303) и перлита, а также значительного количества крупных включений графита неправильной иаровидной формы. Поэтому, в процессе эксплуатации валки иэ такого чугуна часто выходят из строя из-за выкрааивания рабочего слоя, 3 986954 ляет 350-420 НВ, а чугун имеет бвйнито-цементитную матрицу с незначительным количествои включений шаровидного графита. Причиндй выхода таких валков из строя являетвя выкалывание рабочей поверхности бочки, связанное с недостаточно высокой прочностью (450-500 МПа) и термостойко-. стью (1500 термоциклов) материала ра-. бочего слоя. 1О
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чугун 1 33 следующего. химического состава, вес.4:
Углерод 3,4-3,7 м
Кремний 2,4-2,8
Марганец 0,8-1,2
Никель l 2-1,5
Хром 0,35-0,8
Молибден 0,6-1,1 го
Магний 0 03 0 1
Медь 0,3-0.9
Церий 0,001-0,01
Железо Остальное
В качестве примесей чугун содер- рз жит, вес.3:
Сера До 0,03 фосфор До 0,1
В питом состоянии ои обладает высоким сопротивлением разрыву (710- g
715 ИПа), изгибу (852-870 ИПа), однако не может врыть использоваВ для отливки прокатных валков, так как имеет низкую твердость 260-280 НВ и термостойкость (140-160 термоциклов) из-за наличия в структуре отливок сечением более 200 мм до 50 ь среднепластинчатого перлита и феррита, расположенного вокруг глобулей графита.
<в
Целью изобретения является повышение прочности, твердости и термостойкости чугуна, I
Цель достигается тем, что чугун, содержащий .углерод, кремний, марга".. 4 нец, никель, хром, магний, медь, церий, молибден и железо, имеет следующее соотношение компонентов, вес,3
Углерод 3,3-3,8
Кремний 1,5-2.,2
Марганец 0,1-0,3
Никель 2,0-2,8
Хром 0,1"0.3
Магний 0,03-0,05
Медь 1,5 2i5
Церий О,01-O,04
Молибден О> 3 0,5
Железо Остальное
При этом суммарное содержание никеля и меди находится в пределах от
4,0 до:4,5 вес,4.
Технология выплавки предлагаемого чугуна не изиеняется по сравнению с используемой для известного сплава.
Значительное повышение твердости и термостойкости предлагаемого сплава достигается за счет формирования бейнито-графитной структуры по всему сечению отливки и обеспечивается введением в чугун 0,3-0,54 молибдена, 2,0-2,83 никеля и 1,5-2,53 меди при заданном соотношении никеля .и меди.
Хииический состав исследованных чугунов. приведен в табл. 1.
Состав предлагаемого чугуна сбалансирован таким образом, что при суммарном содержании никеля и меди, находящемся в пределах от 4,0 до
4,53 (табл. 1) не происходит выделение структурно свободного цементита, снижающего прочность и термостойкость чугуна, а металлическая основа состоит из верхнего и нижнего бейнита и не содержит мартенситных и.перлитных участков, что имеет место при суммарном содержании никеля и меди более 4,5 менее 4,.04 соответственно, Наличие в чугуне иолибдена, никеля и иеди в предложенных количествах повышает твердость, прочность и термостойкость чугуна. Эти элементы стабилизируют аустенит, и при содержании их менее 0,3; 2,0 и 1,54 соответственно формирование бейнитной основы в валках диаметром 300600 мм затруднено. При увеличении содержания никеля более 2,8i, меди более 2,54 в материале рабочего слоя таких валков имеются участки мартенсита и аустенита остаточного, а прочность и термостойкость резко снижаются, что приводит к выкрашиванию и преждевременному выходу валков из строя. Повышение же содержания молибдена более 0,53 существенного влияния на свойства данного чугуна не оказывает и экономически нецелесообразно, Содержание углерода 3,3-3,8Ô и кремния 1,5-2,23 является оптимальныи для данного чугуна, так как при этом не происходит выделение структурно-свободного цементита, легированного никелем, молибденом и медью, 954
Каждый сплав приготавливают путем выплавки в 200 кг индукционной печи. В качестве шихтовых материалов используют стальной лом, чугун
AK-2, ГеИп (453), FeCr (723), никель гранулированный, медь электролиэную, ГеИо (603), FeSi (75ь), никель-магниевую лигатуру (17ь Ng)>
FeCe (453) .
1о Предлагаемый чугун в литом состоянии (диаметр отливки 200 мм, сухая песчаная форма) имеет Ы 875892 ИПа, бц 1008-1115 ИПа, твердость
332-341 Н8, термостойкость 2800
5 986 а следовательно, не ухудшаются прочностные характеристики сплава и не происходит обеднение твердого раствора элементами, обеспечивающими стабильное формирование бейнитной основы в литом состоянии.
При содержании углерода и кремния менее 3,3 и 1,5ь и более 3,8 и
2,23 соответственно по границам зерен выделяется сетка структурно свободного цементита, а в металлической основе появляются перлитные участки, несмотря на высокое содержание никеля, молибдена и меди. Прочность и термостойкость чугуна снижаются.
Влияние марганца и хрома сказывается при содержании их в чугуне более 0,14. Благодаря введению в чугун 0,1-0,33 марганца и хрома повышается стойкость бейнитной матрицы против отпуска, так как эти элементы упрочняют феррит и увеличивают устойчивость карбидов бейнита, Однако при введении хрома и марганца в ко- И личествах, превышающих 0,33 наблюдается стабилизация и структурно свободного цементита, что приводит к увеличению их общего количества, а механические свойства чугуна снижа- зв ,ются.
Для получения шаровидного графита в сплав вводят церий и магний. В чугуне с 0,03-0,054 магния церий в количестве 0,01-0,043 является графитизирующим модификатором и рафинирует расплав. При введении в чугун не менее 0,033 магния и 0,014 церия нарушение формы шаровидного графита
H появление пластинчатых выделений, характерное для чугунов с содержанием меди более 24, не наблюдается.
Иагний и церий, введенные в сплав в количествах, превышающих оптимальные, повышают устойчивость структурно свободного цементита, ухудшают форму и характер распределения неметаллических включений и не оказывают положительного влияния на свойства чугуна.
Для определения механических свойств (БВ, б;, твердости, НВ) и термостойкости заявляемого чугуна приготавливают 7 сплавов предлагаемого чугуна и два сплава, имеющих состав прототипа (табл. 1), Иеханические свойства исследованных чугунов в литом состоянии приведены в табл. 2.
Согласно данным опытной проверки чугун по данному изобретению ho сраенению с известным имеет в среднем I1oвышение твердости в 1,2 раза, прочности в 1,3 раза, термостойкости боКроме того, по сравнению с известными аналогичными решениями предлагаемое изобретение обладает следующими преимуществами: имея более высокий уровень качества, прокатные валк+ из предлагаемого чугуна обеспечивают более высокую производительность, прокатных станов, повышается выход годного. более высоких сортов, сокращается расход металла при про- иэводстве металлопроката, объем ра.-бот, связанный с заменой иэноаенных валков новыми, повышается ритмичность и культура производства.
Ориентировочная годовая потребность народного хозяйства в валках, которые могут быть изготовлены из предложенного чугуна составляет 6000 т.
Годовой экономический эффект от максимального объема использования изобретения составляет 3,9 млн.руб.
986954
»
I» з х
Ю
I» в
М бм I»
+ ° +
Р Р ав аД
X б3 и»
О . 1
1 1 I
1 !
»
1 б
»
СФЪ
LA
СЪ О
Ю »
«Сб, У»
ФО CA
Ю » .СЧ, lA
» фГЪ
»
Ф Ъ
Ю
-Ф б
- Э
lA
CV
o o
В »
o o
CO
О»
a a
° ь » о о о
» о Ъ . о
Ф
О о
Ю
О о
Ю о о
».о а
В LA
Ю а
О О
МЪ
CV .
ЦЪ
СЧ
МЪ
СЧ ббЪ Ф Ъ о о
» »
О. О
lA lA о .а
Ю % о. о
ФЪ -Ф о о
Ю Ю
О О ббЪ о
Ю о
В X о о :!б, j1
lA о
X О
Ф иъ у о ! и
Щ МЪ
lA
Ю о
Ю о
LA СР
» Ю о о
ФЪ
Ю о
» о о е
IO к 4
4 n СЧ
» в о о
»»
О
ФО
» о
Ф Ъ
О
Ю
О 8 СЧ
»»
CV СЧ
Сб
СЧ
СО СЧ.
Ф Ю
СЧ СЧ
»
О
CV
Ю »
° Ю»
0Ъ
» Ю о
ФЪ
Ю о
СЧ в Ф о о
Ф Ъ
О
Ф Ъ
Ю о
° Ь о
Ю о
° « ю
СЧ CO
° Ь Ф
СЧ
lA б
» Ю
СЧ СЧ о
СЧ lA
О в
СЧ
IO з е
X
CL г
ФЪ IA
» », ФО С!Ъ
ФО а а
» »
ФО . Ф Ъ
Ю.
ФО
° Ь
НЪ
ФЪ
СФ\
ФО
Ф .
С Ъ
Ф lA Ф CO ФЪ
I»
iX
O! о з
% б»
1 X
X®
» 1
X I»
)ф ф I»
Е Iз а
X 9 а5
Э Г!
«
° 43
Я еь
» 3
I» X о
Э Ю с 11 О
cI-
X.Д:й 1 в
10.Таблица 2
986954 известный чугун $3 )
870 280
852 280
Предлагаемый чугун
141
710
159
715
2800
3"1
1008
875
2910
332
892
1110
2950
3"1
887
1115
363
2510
1920
685
32 1
790
2100
692
820
311
388
765
1730
590
Формула изобретения
1»5-2,5
0 01-0,04
Остальное о т л и ч ачто суммарное сомеди 4,0-4,5 вес.Ф.
Медь
Церий
Железо
2, Чугун по и. ю шийся тем, держание никеля и
Составитель Г.Дудин
Редактор М.Дылын Техред H. Гергель КорректорА. Гриценко
Тираж 25 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб«» д. 4/5
Филиал атент, г. жгород, ул, Проектная, 1, Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, молиб- з ден, магний, медь, церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повыаения прочности, твердости и термостойкости, он содержит компоненты в следующем соотновении, вес.3: 4в
Углерод 3,3-3,8
Кремний 1«5 2 ° 2
Марганец 0,1-0,3
Никель 2,0-2,8
Хром 0 1 0.3 4S
Молибден 0»3-0 5
Магний 0,03-0,05
Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе
1. ТУ 14-2-158-74, 2. Рачиньски 6. Литые опорные вальцы для стана прокатки тенколистевого железа. - "Miadoeosci Hutnicze", 1929, И 6, s. 209, 3. Авторское свидетельство:.СССР и 375315, кл. C 22 37/00, 1973,