RU2001964C1 - Чугун дл прокатных валков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии Чугун по данному изобретению, содержащий углерод кремний, марганец, хром, никель, азот и железо, дополнительно содержит сульфид марганца и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,6 - 3,6, кремний 02 - 0.8; марганец 0,5 - 2.7; сульфид марганца 0.1 - 1,0, фосфор 02 - 1.0; хром 02 - 0,9; никель 2,4 - 42, азот 0.005 - 0,03. железо остальное. Введение сульфида Мп и Р позвол ет повысить стрелу прогиба при повышенных температурах и технологические свойства при сохранении высокого уровн  твердости и износостойкости . 2 табл

Description

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано дл  отливки прокатных валков, в том числе двухслойных.

Известен чугун, используемый при отливке прокатных валков следующего соста- ва, мае. %.

Углерод2.7-3,9

Кремний0,35-2,0

Марганец0,2-1,2

Хром0,05-2,0

Никель0,05-3,6

Ванадий0,03-0,5

Азот0.005-0,035

Медь0,02-2,0

Молибден0,01-0,6

Кальций0,0001-0,01

ЖелезоОстальное

Сплав обладает высоким уровнем прочности и износостойкости, однако не технологичен при производстве, поскольку введение практически нерастворимого в чугуне кальци  представл ет большие трудности , сопровождаетс  большим дымо- и газооыделением, пироэффектом и характеризуетс  нестабильностью результатов.

Известен также чугун следующего состава , мае. %:

Углеродt,8-3.5

Кремний0,5-0,9

Марганец1.0-6,0

Хром1,0-3.0

Никель1,0-6,0

Ванадий0,1-4.0

Молибден0,2-1,0

Титан0,05-0,2

Церий0,05-0,2

Медь0,2-1,2

ЖелезоОстальное

Чугун обладает низкими литейными свойствами, поскольку содержит большое количество пленообразующих элементов: хрома, марганца, ванади  и титана.

Известен также чугун следующего состава , мае. %:

Углерод2,7-3,1

Кремний0,3-0,6

Марганец0,6-1,0

Фосфор0,3-0,5

Хром0,7-1,0

Никель2,2-3,0

Медь0,8-2,0

Молибден0,3-0,6

ЖелезоОстальное

Известный чугун обладает высокими показател ми твердости и износостойкости, однако склонен к образованию холодных (волосовидных) трещин, поскольку содержит большое количество элементов, привод щих к образованию игольчатых структур (никель, медь, молибден), что сопровождаетс  сильными искажени ми кристаллической решетки железа и нарастанием внутренних напр жений в отливке.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  чугун следующего состава, мае. %

Углерод2,7-3,4

Кремний0,4-1,0

Марганец1,6-3,0

Хром0.6-1,2

Никель2,4-3.4

Ванадий0,2-0,5

Азот0.01-0,03

ЖелезоОстальное

Известный чугун характеризуетс  повышенной твердостью и износостойкостью, а также устойчивостью к образованию холодных трещин, поскольку содержит повышенное количество марганца (взамен молибдена), способствующего сохранению в структуре чугуна в зкого аустенита (остаточного ), компенсирующего, благодар  своей пластичности, внутренние напр жени , возникающие при образовании игольчатых структур. Однако чугун данного состава обладает недостаточной стрелой прогиба и низкими технологическими свойствами .

Прокатные валки при их эксплуатации на станах гор чей прокатки испытывают большое механическое давление в поперечном направлении со стороны прокатываемого металла. Это давление столь велико, что имеют место поперечные поломки валков , даже крупных (диаметром до 1000 мм), привод щие к остановке стана, производственным авари м, браку проката и потер м производительности. Поломки валков (хрупкие ) происход т вследствие недостаточной стрелы прогиба материала валков, в структуре которых содержитс  большое количество высокотвердых фаз: цементита, мартенсита, бейнита.

Исследовани ми авторов установлено, что материал валков характеризуетс  высоким уровнем анизотропности: стрела прогиба образцов чугуна, вырезанных из бочки валка в продольном направлении (перпендикул рном действующим нагрузкам), на 30-50% ниже по сравнению с образцами, вырезанными в поперечном направлении. Это  вл етс  следствием транскристалличности , т. е. направленного роста кристаллов в направлении, обратном теплоотводу. Марганец , ванадий и, в некоторой степени, хром усиливают транскристалличность чугуна, способству  образованию крупнопластинчатого ледебурита и длинных кристаллов первичного аустенита, растущих от поверхмости валка к центру. Поэтому известный чугун характеризуетс  низким уровнем стрелы прогиба. Кроме того, он обладает низкой жидкотекучестью вследствие высокого содержани  пленообразующих элементов (хрома, марганца, ванади ) и плохой обрабатываемостью, поскольку содержащийс  в его структуре остаточный аустенит обладает способностью к самозакаливанию в процессе мехобработки сплава.

Целью изобретени   вл етс  повышение стрелы прогиба при повышенных температурах и технологических свойств при сохранении высокого уровн  твердости и износостойкости.

Указанна  цель дос гиглота ггм i-m чугун , содержащий углерод, кремнии, марганец , хром, никель, азо и желобе дополнительно содержит сульфид марганца и фосфор при следующем соотношении компонентов, м с. %.

Углерод2636

Кремний0.2-0 8

Марганец0 5-2 7

Сульфид марганца0,1-1,0

Фосфор0,2-1.0

Хром02-09

Никепь2А 4 2

Азот0 005-0,03

ЖелезоОстальное

Повышение стрелы прогиба доспиiiy го благодар  снижению транскрист.) т.иччо- сти отливки введением в состав чу| уна сульфида марганца и фосфора, а снижением среднего содержанич марганца и хрома и удалением из нее опнлдил

Фосфор в чугуне образует ле(чоп-ов- ную фосфидную эвтектику, котора  pac.m лагаетс  по границам , сплошную сетку. Поскольку фол,Хдч m JP тектика имеет температуру пллзлоин  сп оло 950°С, близкую к темпсрртурам прокатки стали (800-1000иС) ома ргммчч -м етс  и стрела прогиба чугуна у е-итшаетс  Сульфид марганца имев г ограниченную растворимость в жидком чугуне и оброз-.чч в нем платную взвесь частиц, прспчтстг-ую- щих росту направленных фмогапмсв С повышением температуры рзсч оримос ь сульфида марганца увеличив. гг  и содер жание несв занного, рлстг.орениого марганца в расплаве увеличиваетс  Пси пльку марганец в доэвтектичзеком чугуне про вл ет пр мую ликпацию. т. р концентрирует с , главным обрчзом, в эвтектике, всего в цементите адендрити аустени ia им обеднены, то упс лчение его концепт р,ции в расплаве в пег Д выделени  предэотск- .тического аустен га способствует лучшем1, насыщению денд иов марганцем чго улучшает равномерность его распределени  в структуре чугунэ и повышает его эффективность как легирующего элемента. Благодар  этому по вилась возможность снизить содержание марганца в составе чугуна при сохранении твердости и доли в зкого остаточного аустенита в его структуре.

Однако, снижение в чугуне суммарного содержани  карбидообразующих элементов С, V и Мп приводит к некоторому уменьшению твердости за счет снижени  в его структуре доли цементита. Дл  предотвращени  этого в составе чугуна понижено среднее содержание кремни  и увеличено

среднее содержание никел , который повы- п -г чп рог.-г с i продупои распада аустоншз. Фосфор также спосоОстпует повышению 1ьсфдос1и Кроме того, фосфор г-ч о новы ьл г .L.V, лоч . ,;3, чеiv , тк-ке вует сним р.ш с соде,ржа- мм .1 HLM п; ,).,ующих o/itJi..emoB. (.) it UV.L-I :.4ir чз обладают пребольшой т1 j и о, от.юс т L t, { i /CMJ) no cpoo- .:i -| inj i , 1 и в процессе ею

NK jr pc.& ч. и r.u.iO i.iPk i pj-ib смазки, бда- i ,,pv- чег- у j |учи,,|0точ обрчбатываемооь

fV Tff i 1 П р пчоп

Г н и с1 ,,,-, -. ч-ч f iq данным о

м-ii гни ре i ICTTVK i признаки,

, г i)i-ii , -. .(.)i, 4 отличают

П, I , Mv , pOl , П| H OTOI. iM ЧТО ПО . ,/ .V/i.j , Ь О К Д С (Ч-.) I 1ЧО1 Ь(ЧЧ 1 ПИИ I f .l 1 , J . hi ill О LI | Ч fj I,., ГИ ypCPO lb.

ri- ., мИ . , и . . j. ,IL з;. впчсмого

4,1/1-11 .v-n . -i,, fH Ou зид 1вльъ I i i . . ,;jr il Ц Л1Г|ШОГО

п:ч, i ч,-,--1 ,1 . -i i lo an- iibHt- ii Ji|,

I|I-KI ; т au i ,c i ,jui.mJt;,IPH мрглы

in; i -j . I n.vu. мни ici-int i di,рад и

TJ nr IL.IH IJLKH c« /- . f V-lp получен

i ТОсч/ ен новый

0 i, ibN iVl| lCn П ПОЛri Oi fTc i- 1-. сульфидов м , i i , s t., , i ч i, /.к; и ,,) ih jr;испеpCit . ,., Я TLi i , ; P (.0 .1 i / уНгЭ.

. i.i Г (1ЦОЙ II l-.-rl -- Ни I 10 CV i i фИДМ

л. nit t нуо до i. i , ii i VM .- ;r/ гьм 11 ) и легко , yk1 /О , j и . v v .:-. HIV in rptiiinL , 11. H

It , i р. п И щи j;i -M г; ч of ,, лоо ifh /lOl i .iM V. /iCI . J , I ДЧ.НОГО Г . L 5 (if pji чуОТ С ,sL /и ЗОМ HUCONHT ЬСр ДУЮ

н ч iir,O |njl, цсмсншт, обеспгмрлк4Щ , tv. i.OM .H pObCli . ТС .СрДОСТИ И lUHOfO

с i о, i i i ii

Г(,и содержании углерода 2,0% ре Ж , (мдл-м и износостойкость i/iviui за счет уменьшени  кп.апссть-э ка| - ( } азы. а при собери -тнии Полое 3,0%

увеличиваетс  степень графитизации сплава , что ведет к уменьшению твердости.

Кремний обеспечивает защиту расплава от окислени  и совместно с фосфором - высокий уровень жидкотекучести сплава. При содержании кремни  ниже 0,2% увеличиваетс  газосодержание металла и снижаютс  его литейные свойства. При увеличении его содержани  более 0,8% возрастает степень графитизации сплава и уменьшаетс  его твердость.

Марганец в количестве 0,5-2,7% повышает дисперсность и микротвердость продуктов распада аустенита и совместно с хромом, никелем и обеспечивает высокие показатели чугуна. При содержании менее 0.5% его вли ние незначительно, а при содержании более 2,7% ухудшаетс  жидкотекучесть и обрабатываемость сплава .

Сульфид марганца обеспечивает устранение транскристалличности чугуна и выполн ет роль смазки в процессе его механической обработки. Если содержание MnS в чугуне менее 0,1%, то увеличиваетс  тронскристалличность сплава, а при содержании более 1.0% имеет место коагул ци  рключпни  и всплыти  их в шлак.

Фосфор обеспечивает высокие показатели стрелы прогиба при повышенных температурах и хорошую жидкотекучесть сплава, уменьшает усадку и пористость. При концентрации г/енее 02% снижаютс  гюка- зэтеп1/ стрелы прогиба поскольку в структуре чугуна отсутствует сплошна  фосфидна  сетка, а при содпрж ии более 1,0% увеличиваетс  рост чугуна а сп зи с ликвлцией фосфидной эвтектики о сердцевину отливке .

Хром в количеств 0,2-0,9% г.гчбилизи- руэт карбида о чугуне, что обеспечивает высокий уровень износостойкости и тигрдос.ги. При содержании хрома менее 0,2% он практически мк оказыиант отГшли- оающего сли ни , з при подержании более 0,9% уееличивэетс  микротнсрдость карбидов , что приводит к понижению уровн  стрелы прогиба.

Никель и азот совместно с марганцем обеспечивают получение дисперсной бей- нию-мартенситной металлической матрицы и в результате этого оысокого уровни износостойкости чугуна. При понижении концентрации нике/ы ниже 2,4% о структуре чугуна по вл етс  перлит, а при увеличении более 4,2% - избыточное количество остаточного аустенита, что снижает износостойкость сплава. Вли ни  азота при его содержании менее 0,005% не обнаруживаетс , а при увеличении его концентрации более 0,03% в отливках по вл етс  газова  пористость.

Дл  определени  оптимального состава за вл емого чугуна были приготовлены

сплавы с граничными и оптимальными соотношени ми всех компонентов и с выход щими за граничные соотношени ми компонентов, а также сплавы известного состава (прототип и аналог). Выплавка сплаBOB и отливка из них прокатных валков производились в идентичных услови х.

Составы исследуемых сплавов приведены в табл. 1.

Из табл. 2 видно, что наибольший уровень стрелы прогиба, жидкотекучести и износостойкости обеспечиваетс  при соблюдении за вл емых пределов содержани  компонентов (ISb 2-4).

При снижении содержани  компонентов ниже за вленных пределов (сплав № 1) увеличиваетс  транскристалличность чугуна , уменьшаетс  количество фосфидной эвтектики и сульфидов марганца в его структуре, что приводит к понижению стрелы прогиба, обрабатываемости и жидкотекучести .

При увеличении содержани  компонентов выше за вл емых пределов (сплав N 5) наблюдаетс  коагул ци  и флотаци  сульфидов , а также возрастают дисперсность и микротвердость продуктов распада аустенита , что ведет к снижению стрелы прогиба, жидкотекучести и ухудшению обрабатываемости сплава.

П р и м е р. В индукционной печи ИЧТ-б

выплавл ли чугун следующего состава, мае. %: С 3.1: Si 0.5: Мп 1,6; Р 0,6; Mn S 0,55; Сг 0,55; Ni 3,3; N0,017,

В качестве шихты использовали полупродукт ЧМЗ. сталь 40, ферросилиций Си- 75 ферромарганец Мп-7, феррофосфор ФФ-14, феррохром азотированный ФХ100Н, гранулированный никель Н-1. Сульфиды марганца и количестве 33 кг вводили о ковш перед выпуском чугуна. Температура выпуска чугуна из печи 1400°С, температура заливки форм 1320°С. Непосредственно перед заливкой форм прокатных аалков размером бочки 620 х 800 ми из

ковша отбирали металл дл  заливки спиралеобразной пробы дл  определени  жидкотекучести чугуна. Механическую обработку валков (токарную) осуществл ли твердосплавным инструментом при подаче 1,0

мм/об. В процессе мехобработки от нижнего торца бочек валков отбирались темплеты дл  определени  механических свойств чугуна , которое осуществл ли по стандартным методикам.

Таким образом применение чугуна за вл емого состава обеспечивает повышение по сравнению с прототипом стрелы прогиба при температуре 800°С в 2-2,4 раза, жидкотекучести в 1.7-1,9 раза и предельно допустимой скорости резани  в 1,8-2,1 раза при сохранении высокого уровн  твердости и износостойкости чугуна (см акт испытаний ) Это позволит повысить эксплуатационную стойкость прокатных валков на прокатных станах, сократить по

тери времени на перевалку валков и замену вышедших из стро , снизить расход металла и повысить производительность станов

(56) Авторское свидетельство СССР № 1025750, кл. С 22 С 37/08, 1983,

Авторское свидетельство СССР № 840182, кл. С 22 С 37/00. 1981.

Авторское свидетельство СССР N- 834188, кл. С 22 С 37/08, 1981.

Характеристика химического состава исстедуемых сплавов

Показатель свойств полученных сплавов

Таблица

Таблица2

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Кремний0,2 - 0 8

   ЧУГУН ДЛЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ, со- Марганец0,5 - 2,7

   держащий углерод, кремний, марганец, Хром0,2 - 0,9

   хром, никель, азот и железо, отличающий- 5 Никель2,4 - 4,2

   с  тем, что он дополнительно содержит Азот0,005-0,03

   сульфид марганца и фосфор при следую- Сульфид марганца0,1-1.0

   щем соотношении компонентов, мас.%: Фосфор02 -10

   Углерод 2.6-3,6 Железоистальное

   10