RU1786144C - Способ термической обработки калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : валок нагревают до АКС1 + 180-250°С и охлаждают до 150- 100°С со бкоростью V О/К°С/ч, где D - диаметр валка, мм; К - концентраци  меди в чугуне, %. Повторно нагревают до температуры Т (600-3,3 К)°С и окончательно охлаждают на воздухе.

Description

.. Изобретение относитс  к термической обработке изделий из преимущественно легированных медью чугунов с шаровидным графитом и предназначено дл  использовани  в черной металлургии при изготовлении валков гор чей прокатки, а также в т желом и транспортном машиностроении.

Целью изобретени   вл етс  повышение прочности, твердости, .термостойкости и сокращение процесса.

Предложенный способ обеспечивает получение в процессе аустенитизации гомогенного аустенита при нагреве до температуры Акс1 + 180-250°С, что позвол ет одновременно повысить прочность и термическую стойкость материала. Охлаждение с критической скоростью, равной величине

отношени  -тг , до 100-150°С создает перенасыщенность феррита медью, котора  при последующем дисперсионном твердении материала способствует значительному повышению его твердости при нагреве до 600°С-33,ЗК. Использование охлаждени  на воздухе после нагрева до температур дисперсионного твердени , а также возможность исключени  .об зательного регулированного охлаждени  с целью сн ти  осТаточнгых напр жений , которое предусматриваетс  в известных технических решени х, позвол ют существенно сократить длительность процесса термической обработки. Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при нагреве до температуры на 180-250°С превышающий AKci, происходит полное растворение структурно свободного цементита и 30-50% графитовых включений, что обеспечивает максимально возможное насыщение аустенита углеродом и легирующими элементами . В процессе нагрева до этой темле- ратуры достигаетс  наиболее полное выравнивание концентрации углерода и легирующих элементов по объему зерен аустенита , что  вл етс  недостижимым из-за непрерывного растворени  графитам эвтектических карбидов при нагреве до температуры ниже оптимальной. Увеличение температуры нагрева выше оптимальной приводит к интенсивному росту зерна и локальному оплавлению матрицы вокруг гло- булей графита, при котором выравнивание концентрации углерода в матрице чугуна также не достигаетс . Следовательно, тер

у

И

3

о

Ј

мообработка с нагревом до температур выше и ниже оптимальной не только не устран ет, но даже усиливает концентрационную, а вместе с ней и структурную микронеоднородность чугуна и не позвол ет обеспечить высокий комплекс его свойств - одновременное повышение прочности и термической стойкости чугуна. -; -Охлаждениеё оЪ к Ьростью , равной отношению диаметра валка к концентрации меди в сплаве, позвол ет обеспечить охлаждение заготовки валка с критической скоростью, при которой достигаетс  максимальна  степень пересыщени  феррита эв- тектоида медью. При скорости охлаждени ,

превышающей величину отношени  -тг ,

степень пересыщений медью твердого раствора , обеспечивающа  вторичное твердение и повышение Твердости материала калибра при повторном нагреве, дополнительно не увеличиваетс . Кроме того, возникает опасность по влени  трещин из-за высокого уровн  остаточных термических напр жений. Охлаждение со скоростью

- . D меньшей, чем величина отношени  -гг , не

1ч ,

позвол ет обеспечить достаточную степень пересыщени  медью твердого раствора, поэтому твердость материала дна калибра в процессе вторичного твердени  повышаетс  незначительно.

Охлаждение до температуры, превышающей 150°С, вызывает выделение меди на межфазной поверхности и также, как и уменьшение скорости охлаждени , снижает степень пересыщени  медью ферритной составл ющей . Это отрицательно сказываетс  на эффективности вторичного твердени  при последующем нагреве и уровне твердости материала калибра. Охлаждение до температуры менее 100°С дополнительного положительного вли ни  не оказывает, вы- зы ва  л и шь увёл ичен ие п родолжйтёл ь ности обработки.

Нагрев заготовки валка до температуры 600°е - 33,ЗК необходим дл  проведени  искусственного старени , вызывающего значительное повышение твердости мате- р иала. Необходимо отметить; что материал дна калибра по сравнению с поверхностью бочки упрочн етс  в значительно большей степени. Это достигаетс  за счет более высокой Скорости охлаждени  этих участков валка, обеспечивающей большую перенасыщенность твердого раствора медью. Поэтому выделение меди в виде дисперсной фазы при нагреве до температур 600°С -. ЗЗ.ЗК в различной степени повышает твердость материала поверхности бочки и дни

калибра. При нагреве до температур менее 600°С - 33,3К степень упрочнени  не достигает максимально возможной величины. Повышение температуры более 600°С - 33,ЗК

приводит к коагул ции медистой фазы и разупрочнению материала.

Проведенный анализ за вл емого способа изготовлени  калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом свидетельствует о том, .что положительный зф- фект при осуществлении изобретени  будет получен благодар  тому, что одновременному повышению прочности и термической стойкости материала сопутствует и повышейие твёрдости материала калибра за счет структурных превращений, описанных выше . .

По за вл емому способу заготовку валка с калибрами медленно нагревают со скоростью не более 30-50°С/ч до температуры Акс1 + 180-250°С, выдерживают при этой температуре не более 1 ч и охлаждают от 100- 150°С со скоростью, измен ющийс  в зависимости от диаметра валка и концентрации .в чугуне меди, определ емой из соотношени  V

у °С/ч, где D - диаметр валка,

мм; К-концентраци  в сплаве меди, %. Затем валок нагревают с произвольной скоростью

до температуры-, определ емой с учетом кон- центрации меди по формуле Т 600°С - 33,3 К, и охлаждают на воздухе.

Дл  определени  механических и эксплуатационных свойств материала валков,

термообработанных по предлагаемому способу , были изготовлены 8 валков размером мм химического состава, %: 3,7-3,8 углерода, 1,3-1,4 кремни , 0,5-0,6 марганца, 0,3-0,4 хрома, 1,7-1,8 никел , 1,5-1,6 меди,

до 0,15 фосфора, до 0,02 серы. Дл  обеспечени  сопоставительного анализа были изготовлены также 3 валка аналогичного состава и размера, которые обрабатывались по способу прототипа. Чугун дл  изготовлени  валков-выплавл ли в индукционной печи Й.ЧТ-6 в вальцелитейном цехе

Кушвинского завода прокатных валков. Шихта состо ла из чугуна Л К, полупродукта, лома валков СШХН и стали, чугунной стружки . Необходимый уровень содержани  рс- новных и легирующих элементов обеспечивали введением FeS (65), FeMn (45), FeCr (72), никел  гранулированного, FeMo (60), меди. Модифицирование осуществл ли металлическим магнием при 1370 110°С. Вторичную инокулирующуга обработку проводили порошкоструйным способом путем подачи сжатым воздухом с помощью установки молотого FeSi (65) зернистостью до 1,5 мм на струю заливаемого металла.

Расход FeSi 1,5-2,0. кг/т. Температура заливки 1320 ± 10°С. Валки заливали в кокиль с покраской. Врем  выдержки валков в форме до ее разборки 12-16 ч. Материал заготовок ва ков подвергалс  термической обработке, Изтермообработанного металла были изготовлены образцы, которые испытывались по стандартным методикам на прочность и твердость. Испытани  на термостойкость проводили на установке дл  термоциклировани  с нагревом образцов до 600°С и последующим охлаждением водой до 20°С.

Так, например, при термической обработке заготовки валка с размерами бочки мм из чугуна состава, %: 3,8 углерода , 1,37 кремни ; 0,54 марганца; 0,48 хрома; 1,77 никел ; 1,62 меди, менее 0,15 фосфора; менее 0,02 серы (Aci 820°C), наилучший уровень свойств достигнут при нагреве до температуры аустенитизации 1000-1070°С, охлаждении от температуры аустенитизации со скоростью 360° с/ч до температуры 100-150°С, последующего нагрева с произвольной скоростью до температуры дисперсионного твердени  550°Си охлаждении на воздухе. После такой обработки материал валка характеризовалс  следующим уровнем свойств; предел прочности при изгибе 1190-1230 МПа, термостойкость 3720-3920 циклов, твердость поверхности бочки 62-63 HSD, дна калибра 58:60 HSD.

Нагрев до оптимальной температуры аустенитизации 1000-1070°С обеспечивает наиболее полную гомогенизацию аустени- та, при охлаждении до 100-150°С со скоростью ЗбО°С/ч достигаетс  максимальна  степень пересыщени  медью феррита; эв- тектоида, а в процессе последующего нагрева заготовки валка до 550°С происходит повышение твердости материала за счет искусственного старени  чугуна и выделени  дисперсной медистой фазы в металлической основе материала.

Нагрев до температуры менее 1000°С не позвол ет получить достаточно высокий уровень прочностных характеристик, так как не обеспечивает достаточно полной гра- фитизации хрупких эвтектических карбидов , расположенных по границам зерен. При охлаждении от температуры аустенитизации со скоростью 350°С/ч, меньшей, чем

твердость материала дйа калибра снижаетс  с 59 HSD до 52 HSD, что значительно уменьЩает эффективность термической обработки, а длитель-. ность процесса увеличиваетс . Завершение охлаждени  при более низкой температуре (90°С) по сравнению с оптимальной не окавеличина отношени  -&

г.

зывает дополнительного положительного вли ни  на характеристики чугуна. Окончательный нагрев заготовки до температуры дисперсионного твердени  позвол ет зна5 чительно повысить уровень твердости по сравнению с литым состо нием. При нагрет ве до температуры менее 550°С снижаютс  все показатели прочностных свойств мате-, риала и термической стойкости. Таким обра10 зом, при проведении термической обработки, параметры которой наход тс  на более низком уровне по сравнению с оптимальным, качество материала ухудшаетс  (предел прочности при изгибе 975 МПа,

5 термостойкость 3040 циклов, твердость поверхности бочки 58 HSD дна калибра 56

HSD). ...-.;.

При превышении оптимального уровн  температуры аустенитизации прочностные

0 характеристики также снижаютс  из-за по-, вышенной структурной неоднородности материала валка. Кроме того, повышение температуры эустенйтизацйи увеличивает длительность термической обработки. Ох5 лаждение со скоростью 370°С/ч, превышающей оптимальную, не обеспечивает наилучшего сочетани  предела прочности чугуна при изгибе и твердости материала. Завершение охлаждени  при более высокой

0 температуре, например 160°С, вызывает снижение как прочностных характеристик, так и уровн  термической стойкости материала . Повышение температуры дисперсионного твердени  более 500°С приводит к

5 коагул ции упрочн ющей дисперсной медистой фазы и снижению уровн  твердости и термической стойкости. Уровень свойств после такой обработки: предел прочности при изгибе 1020 МПа; термостойкость 2980

0 циклов, твердость поверхности бочки 59 HSD, дна калибра 54 HSD.

Как показали данные проведенных испытаний , за вл емый способ термической обработки калиброванных валков из ч угу5 нов с шаровидным графитом обеспечил достижение следующего уровн  характеристики материала; предел прочности при изгибе 1190-1230 МПа; термостойкость 3720-3920 циклов до разрушени ,

0 твердости поверхности бочки 62-63 HSD, дна калибра - 58-60 HSD.

Согласно данным проведенных лабораторных испытаний за вл емое изобретение в сравнении с прототипом обладает следу5 ющими преимуществами: предел прочности при изгибе повысилс  в 1,4-1,5 раза (с 840 до 1190-1230 МПа), термостойкость в 1,8-1,9 раза ( с 2100 до 3720-3920 циклов), твердость поверхности бочки возросла дополни- тельно на 7-8 HSD (с 55 HSD до 62-63 HSD),

дна калибра - на 6-8 HSD (с 52 HSD до 58-60 HSD). Продолжительность термической обработки при этом сократилась на 27-30 часов . V- V:i .. - . ; . .

Кроме того, по сравнению с прототипом и известными аналогичными решени ми за вл емое изобретение обладает следующими преимуществами: име  более высокий уровень качества, прокатные валки, термо- обработанные по предлагаемому способу, обеспечивают более высокую производительность прокатных станов, повышаетс  выход годного более высоких сортов проката , сокращаетс  расход металла при производстве металлопродукции. При этом снижаетс  удельный расход валкового материала , так как износостойкость рабочего сло  валков, изготовленных по за вл емому способу, в 1,5-2 раза выше, чем у валков из чугунов с шаровидным графитом текущего производства. Сокращение процесса термической обработки позволит сэкономить электроэнергию, уменьшить численность обслуживающего термические печи персонала и повысить производительность термического оборудовани ,

За вленное изобретение не оказывает вредного вли ни  на окружающую среду.

. :::.,:W;-: - --.

Claims (1)

1. Формула изобретени   Способ термической обработки калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом, преимущественно легированных

   медью, включающий нагрев до заданной температуры, выдержку, промежуточное охлаждение , повторный нагрев до заданной температуры, выдержку и окончательное охлаждение , отличающий с   тем, что, с

   целью повышени  прочности, твердости, термостойкости и сокращени  процесса, нагрев ведут до AKCi+180-250°C, промежуточное охлаждение - до 150-100°С со скоростью V - 0/К°С/ч, где D - диаметр

   валка, мм; К - концентраци  меди, %. повторный нагрев осуществл ют до температуры , определ емой из соотношени  Т - (600-33,ЗК)°С, а окончательное охлаждение провод т на воздухе.