PL139262B1 - Method of heat treating the pipes made of nodular cast iron - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki cieplnej rur z zeliwa sferoidalnego, zwlaszcza kanalizacyjnych, odlewanych odsrodkowo w kokili obrotowej z wykladzina zaroodporna, chlodzona woda, z zeliwa zawierajacego wagowo wegiel 2,5 do 4%, krzem 2 do 4,0%, mangan 0,1 do 0,6%, fosfor max. 0,06%, siarke max. 0,01%, magnez do 0,596, nikiel 0,3 do 3,5%, miedz 0,3 do 11% oraz reszte zelazo.Obecnie stosowane zeliwo sferoidalne posiada po odsrodkowym odlaniu i odpowiedniej obrób¬ ce termicznej strukture ferrytyczna, która posiada zalety polegajace na tym, ze z jednej stro¬ ny daje dobre charakterystyki mechaniczne, jak sprezystosc i ciagliwosc, z drugiej zas strony struktury ferrytyczna moze byc latwo otrzymywana przez obróbke cieplna, wykonana po odsrodko¬ wym odlaniu badz w kokili z gruba wewnetrzna powloka, badz tez w kokili zupelnie pozbawionej warstwy zaroodpornej. Natomiast bainityczna struktura zeliwa z grafitem sferoidalnym byla juz stosowana w elementach zeliwnych odlewanych w kokilach, zwlaszcza do mechanicznych czesci sa¬ mochodowych, jak to ujawnione zostalo przykladowo w patencie francuskim nr 1 056 330, szczegól¬ nie ze wzgledu na dobra charakterystyke mechaniczna, wykazywana przez te strukture.W artykule w przegladzie "Hommes et Fonderie" (Ludzie i odlewnia) nr 84 z kwietnia 1978 r. jest opisana z kolei obróbka termiczna dla otrzymywania struktury bainitycznej. Podana obrób¬ ka termiczna nazywa sie hartowaniem stopniowym i pozwala osiagnac strukture bainityczna, prze¬ chodzac przez strukture austenityczna poprzez fazy sukcesywnego chlodzenia o róznej predkosci, z których jedna, a mianowicie hartowanie jest wykonywane na goracym odlewie, zaraz po odla¬ niu. Ta obróbka ma te zalete, ze omija koniecznosc nagrzewania, inicjujacego austenityzacje.Jednak wedlug techniki opisanej w tym artykule, przy zalozeniu slabej zdolnosci hartowania sie zeliwa z grafitem sferoidalnym, nie tylko nalezy kontrolowac bardzo dokladnie zawartosc wegla, krzemu i manganu w tym zeliwie, ale ponadto jezeli chce sie otrzymac odlewy, na przy¬ klad rury wzglednie grube, trzeba dodac, w celu powiekszenia zdolnosci do hartowania zeliwa, drogie elementy stopowe takie jak molibden, który jest szczególnie wydatny nawet w niewiel-2 139 262 kich ilosciach, lecz wystarczajacych aby hartowanie stopniowe ominelo formacje perlityczna i doprowadzilo do formacji bainitycznej • Celem wiec niniejszego wynalazku jest opracowanie obróbki termicznej zeliwa o strukturze bainitycznej w ten sposób, aby nie istniala koniecznosc dodawania skladników specjalnych, uciaz¬ liwych w stosowaniu nawet w malych ilosciach, na przyklad takich jak molibden* Cel ten zostal osiagniety dzieki rozwiazaniu technicznego procesu obróbki termicznej rur z zeliwa sferoidalnego zgodnie z niniejszym wynalazkiem, a którego istota polega na tym, ze po odlaniu rury ochladza sie ja powoli w kokili do temperatury 800 do 1000°C, doprowadzajac czynnik chlodzacy poprzez zewnetrzne scianki obracajacej sie kokili, nastepnie rozpylona wode lub mieszanke wodno-powietrzna doprowadza sie do wnetrza kokili, ochladzajac rure energicznie i równomiernie do temperatury 250 do 400°C, po czym rure umieszcza sie w piecu tunelowym, w którym utrzymuje sie temperature 250 do 450°C, wytrzymujac rure przez 5 do 20 minut, po czym wyjmuje sie ja z pieca i dalej chlodzi na powietrzu* Wyniki otrzymane w przypadku zastosowania takiej obróbki cieplnej rury z zeliwa sfero- idalnego, korzystnie rury kanalizacyjnej o duzej srednicy, potwierdzaja w sposób jednoznaczny, ze rura taka posiada w stosunku do rur znanych znacznie mniejszy ciezar, wyzsze nominalne cis¬ nienie robocze oraz inne zalety, lecz osiagniete kosztem nieco wiekszej owalizacji wywolanej wlasnym ciezarem, mieszczacej sie pomimo tego w dozwolonych granicach.Sklad zeliwa zostal zmieniony w stosunku do tego, który normalnie byl dotychczas stosowa¬ ny przy wykonywaniu rur o duzej srednicy z zeliwa sferoidalnego o strukturze ferrytyczno-per- litycznej przez zastosowanie dodatkowych skladników jak Ni oraz Cu, które nie byly stosowane or.az przez wprowadzenie znacznego dodatku Mn, którego zeliwo o znanym skladzie zawiera nie wie¬ cej niz 0,1 do 0,2%. Skladniki Ni, Cu, Mn maja wlasnosci polepszajace hartownosc. Zeliwo sfero- idalne o podanym wyzej skladzie odlewa sie odsrodkowo w maszynie do odlewania odsrodkowego.Po zakonceniu odlewania rure poddaje sie obróbce termicznej, która polega na stopniowym hartowaniu, wykonywanym partiami wewnatrz odsrodkowej kokili, a nastepnie w piecu wyrównawczym w celu otrzymania i stabilizacji bainitu oraz unikniecia powstawania perlitu.W pierwszej fazie tej obróbki termicznej odlana rure pozostawia sie wewnatrz odsrodkowej kokili i dokonuje sie jej chlodzenia w celu otrzymania bainitu poprzez przemiane austenitu bez grzania, gdyz wykorzystuje sie cieplo zeliwa. Tak wiec odlana rura jest skrzepnieta i ma jesz¬ cze temperature rzedu 1150°C. Poniewaz odsrodkowa kokila jest chlodzona z zewnatrz i pozosta¬ wia sie ja obracajaca dookola swej osi rura chlodzi sie powoli, to znaczy od 1300 do 1150°C i i od 1150 do 1000°C w sposób praktycznie jednorodny. Rura o jednolitej temperaturze osiaga w pewnym momencie strukture austenityczna bez doprowadzania dodatkowego ciepla. Poczawszy od tego homogenicznego stanu temperatury i struktury austenitycznej, dokonuje sie obróbki termicznej polegajacej na zraszaniu, to znaczy gwaltownym chlodzeniu od wewnatrz odsrodkowej kokili przy pomocy przewodu nawilzajacego i dysz natryskowych. Czynnikiem chlodzacym jest rozpylona woda lub mieszanina powietrza i wody. Natryskiwana woda .paruje wewnatrz obracajacej sie rury i jest stamtad usuwana przy pomocy odpowiedniego urzadzenia. Temperature przy koncu zraszania ustala sie na 250-450°C. W tym obszarze temperatur, umiejscowionym nieco nizej lub nieco wyzej 350°C, rura ma juz dostateczna sztywnosc, zapobiegajaca owalizacji po wyjeciu jej z kokili. Rura dzie¬ ki jej polewaniu uzyskuje strukture perlitu.Druga faza obróbki termicznej polega na podtrzymaniu odpowiedniej temperatury, aby usta¬ bilizowac strukture bainityczna. W tym celu po fazie gwaltownego chlodzenia, czyli nawilzania, rure wyjmuje sie z odsrodkowej kokili i wprowadza do pieca tunelowego, zaopatrzonego w regulo¬ wane dysze grzejne. W tym piecu rura jest utrzymywana w stalej temperaturze w granicach 250 - 450°C, przykladowo 350°C podczas 15-20 minut. Czas pobytu rury w piecu tunelowym jest w przy¬ blizeniu jednakowy dla rur wszystkich srednic i wynosi okolo 10 minut. Czas utrzymywania tem¬ peratury jest wystarczajacy, aby spowodowac powstanie Jednolitej struktury bainitycznej, daja¬ cej optymalne charakerystyki mechaniczne*139 262 3 Ostatnia faza obróbki termicznej polega na szybkim oziebieniu rury na wolnym powietrzu.Oziebienie to wykonuje sie po uplywie czasu utworzenia sie bainitu i wyjecia rury z pieca tu¬ nelowego. Na wolnym powietrzu chlodzenie jest intensywne i trwa okolo 10 minut az do osiagnie¬ cia temperatury otoczenia.Struktura bainityczna ze wzgledu na doskonale wlasciwosci mechaniczne pozwala na znaczne zmniejszenie grubosci scianek rur, a wiec przede wszystkim ich ciezaru. Zmniejszenie grubosci scianki rury wplywa ponadto korzystnie na jednorodne jej stygniecie, a w szczególnosci na zdol¬ nosc hartowania przy wyzarzaniu, co zapewnia skutecznosc tego wyzarzania na calej grubosci od¬ lanej odsrodkowo rury bez potrzeby dodawania do skladu zeliwa drogich dodatków metalicznych ulatwiajacych wyzarzanie, takich Jak molibden. Tak wiec znaczne zmniejszenie grubosci rur odle¬ wanych odsrodkowo przy zastosowaniu obróbki termicznej wedlug wynalazku przynosi dodatkowe oszczednosci w ilosci zuzytego zeliwa.Zastosowanie sposobu obróbki termicznej zeliwa sferoidalnego wedlug wynalazku poznala na powiekszenie czestotliwosci wytwarzania rur odlewanych odsrodkowo z zeliwa, zawierajacego gra¬ fit sferoidalny o strukturze bainitu, bowiem natryskiwanie wnetrza wirujacej rury podczas fazy hartowania zmniejsza czas przebywania rury w kokili odsrodkowej.Rura odlana odsrodkowo przy zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku mimo znacznego zmniej¬ szenia jej grubosci scianki, co przynosi zmniejszenie ciezaru ulatwiajace manipulowanie, zacho¬ wuje charakterystyki mechaniczne równorzedne w stosunku do znanych rur ferrytycznyeh za cene wiekszej podatnosci na owalizacje, która miesci sie jednak w ganicach tolerancji ze wzgledu na to, ze rura nie jest tri-: • sportowana gdy posiada wysoka temperature, co jest przyczyna owalizacji.Odnosnie charakterystyk mechanicznych rur otrzymywanych przy zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku, to rury te w szczególnosci o duzych srednicach, to znaczy powyzej 700 mm, nadaja sie do ukladania na glebokosciach ponizej 4 m. Stwierdzic mozna równiez latwo, ze laczny spadek ciezaru, który pozwala osiagnac zastosowanie sposobu wedlug wynalazku, ma tym wieksze znacze¬ nie, im wieksza jest wymagana grubosc scianki rury.Porównanie wlasnosci mir o strukturze bainitycznej, wykonanych sposobem wedlug wynalazku przynosi w stosunku do rur, wykonanych sposobem znanym, znaczne korzysci, jak na przyklad gra- nica sprezystosci 55-75 dekaN/mm zamiast okolo 30 dla struktury ferrytycznej, przy czym wydlu- 2 zenie jest wieksze od 1096 czyli tak, jak dla rur ferrytycznyeh. Udamosc wynosi 70-110 dekaN/mc , podczas gdy dla rury ferrytycznej okolo 45 dekaN/mm • Sposób wedlug wynalazku ilustruje ponizszy przyklad wykonania. W kokili obrotowej z wykla¬ dzina zaroodporna odlano rure z zeliwa, zawierajacego wagowo: wegiel 3,196, krzem 3,296, mangan 0,4%, fosfor 0,0596, siarka 0,01%, magnez 0,496, nikiel 2,796, miedz 4,896 i reszte zelazo. Po od¬ laniu rure ochladzano powoli w kokili do temperatury 920°C, doprowadzajac wode chlodzaca po¬ przez zewnetrzne scianki obracajacej sie kokili. Po osiagnieciu tej temperatury do wnetrza ko¬ kili wprowadzono mieszanine wodno-powietrzna, ochladzajac rure energicznie do temperatury 315°C.Nastepnie rure, po wyjeciu z kokili, umieszczono w piecu tunelowym i wytrzymano przez okres 12 minut w temperaturze 310°C, po czym rure wyjeto i pozostawiono do dalszego powolnego chlo¬ dzenia na powietrzu.Zastrzezenie patentowe Sposób obróbki cieplnej rur z zeliwa sferoidalnego, zwlaszcza kanalizacyjnych, odlewanych odsrodkowo w kokili obrotowej z wykladzina zaroodporna, chlodzonej woda, z zeliwa zawierajace¬ go wagowo: wegiel 2,5 do 4,0%, krzem 2 do 4,096, mangan 0,1 do 0,696, fosfor max. 0,0696, siarke max, 0,0196, magnez do 0,596, nikiel 0,3 do 3,596, miedz 0,3 do 1196 i reszte zelazo, znamie¬ nny tym, ze po odlaniu rury ochladza sie ja powoli w kokili do temperatury 800 do 1C00°C doprowadzajac czynnik chlodzacy poprzez zewnetrzne scianki obracajacej sie kokili, nastepnie4 139 262 rozpyla sie wode lub mieszanine wodno-powietrzna i doprowadza do wnetrza kokili, ochladzajac rure energicznie i równomiernie do temperatury 250 do 4C0 C, po czym rure umieszcza sie w pie¬ cu tunelowym, w którym utrzymuje sie temperature 250 do 450°C, wytrzymujac rure przez 5 do 20 minut, po czym wyjmuje sie ja z pieca i dalej chlodzi na powietrzu.Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 130 zl PL PL PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób obróbki cieplnej rur z zeliwa sferoidalnego, zwlaszcza kanalizacyjnych, odlewanych odsrodkowo w kokili obrotowej z wykladzina zaroodporna, chlodzonej woda, z zeliwa zawierajace¬ go wagowo: wegiel 2,5 do 4,0%, krzem 2 do 4,096, mangan 0,1 do 0,696, fosfor max. 0,0696, siarke max, 0,0196, magnez do 0,596, nikiel 0,3 do 3,596, miedz 0,3 do 1196 i reszte zelazo, znamie¬ nny tym, ze po odlaniu rury ochladza sie ja powoli w kokili do temperatury 800 do 1C00°C doprowadzajac czynnik chlodzacy poprzez zewnetrzne scianki obracajacej sie kokili, nastepnie4 139 262 rozpyla sie wode lub mieszanine wodno-powietrzna i doprowadza do wnetrza kokili, ochladzajac rure energicznie i równomiernie do temperatury 250 do 4C0 C, po czym rure umieszcza sie w pie¬ cu tunelowym, w którym utrzymuje sie temperature 250 do 450°C, wytrzymujac rure przez 5 do 20 minut, po czym wyjmuje sie ja z pieca i dalej chlodzi na powietrzu. Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 130 zl PL PL PL PL