RU2017854C1

RU2017854C1 - Cast iron for rolls

Info

Publication number: RU2017854C1
Application number: RU93033664A
Authority: RU
Inventors: Г.С. Мирзоян; А.С. Бармыков; В.В. Жебровский; Д.М. Гурков; В.Ф. Ощепков; Н.К. Асямолов
Original assignee: Акционерное общество "Буммаш"
Priority date: 1993-06-09
Filing date: 1993-06-09
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: cast iron has the following components, wt. -% : carbon 3.4-3.8; silicon 0.3-0.6; manganese 0.3-0.8; nickel 0.8-1.5; copper 0.5-1.0; calcium 0.01-0.03; barium 0.01- 0.03; rare-earth metals 0.01-0.03; zirconium 0.03-0.06; titanium 0.03- 0.06; niobium 0.03-0.06, and chrome 0.4-1.0. Content ratio of niobium to titanium is 1:(1-1.2), and that of chrome to silicon is 1:(1.3-1.7). Use of proposed cast iron ensures to make roll ingots without cracks, with high hardness level and working properties. EFFECT: enhanced quality of cast iron. 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для отливок валков сменного металлургического, строительного и мукомольного оборудования, работающих в условиях повышенного износа и знакопеременных нагрузок. The invention relates to metallurgy, in particular to the development of cast iron compositions for casting rolls of replaceable metallurgical, construction and flour milling equipment operating in conditions of increased wear and alternating loads.

Известен чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 3,2-3,6; кремний 1,8-2,5; марганец 0,1-0,4; никель 0,6-0,8; медь 0,5-0,8; магний 0,01-0,015; кальций 0,06-0,10; барий 0,02-0,10; РЗМ 0,03-0,06; цирконий 0,02-0,10 (авт. св. N 1458416, 1989). Known cast iron containing components in the following ratio, wt.%: Carbon 3.2-3.6; silicon 1.8-2.5; manganese 0.1-0.4; nickel 0.6-0.8; copper 0.5-0.8; magnesium 0.01-0.015; calcium 0.06-0.10; barium 0.02-0.10; REM 0.03-0.06; zirconium 0.02-0.10 (ed. St. N 1458416, 1989).

Данный состав чугуна не обеспечивает необходимого уровня эксплуатационных характеристик отливок вследствие их повышенного износа в процессе эксплуатации. This composition of cast iron does not provide the necessary level of operational characteristics of castings due to their increased wear during operation.

Наиболее близким к заявляемому по количественному и качественному составу является чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 3,5-4,0; кремний 2,0-2,8; марганец 0,01-0,4; никель 0,2-0,4; медь 0,2-0,4; магний 0,03-0,08; кальций 0,03-0,06; барий 0,03-0,06; РЗМ 0,01-0,03; цирконий 0,03-0,06; алюминий 0,03-0,06; титан 0,03-0,04, (авт. св. N 1765237, 1992). Closest to the claimed in quantitative and qualitative composition is cast iron containing components in the following ratio, wt.%: Carbon 3,5-4,0; silicon 2.0-2.8; manganese 0.01-0.4; nickel 0.2-0.4; copper 0.2-0.4; magnesium 0.03-0.08; calcium 0.03-0.06; barium 0.03-0.06; REM 0.01-0.03; zirconium 0.03-0.06; aluminum 0.03-0.06; titanium 0.03-0.04, (ed. St. N 1765237, 1992).

Применение данного состава чугуна в качестве материала валков приводит к их повышенному выходу из строя в процессе изготовления и эксплуатации вследствие образования трещин на наружной поверхности. The use of this composition of cast iron as the material of the rolls leads to their increased failure during manufacturing and operation due to the formation of cracks on the outer surface.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационной стойкости валков и снижение брака при их производстве за счет повышения трещиностойкости чугуна. The aim of the invention is to improve the operational stability of the rolls and reduce rejects during their production by increasing the crack resistance of cast iron.

Указанная цель достигается тем, что чугун для валков, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, кальций, барий, РЗМ, цирконий и титан, дополнительно содержит ниобий и хром при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,4-3,8; кремний 0,3-0,6; марганец 0,3-0,8; никель 0,8-1,5; медь 0,5-1,0; кальций 0,01-0,03; барий 0,01-0,03; РЗМ 0,01-0,03; цирконий 0,03-0,06; титан 0,03-0,06; ниобий 0,03-0,06; хром 0,4-1,0, причем соотношение содержания ниобия к титану составляет 1:1,2-1,0, а соотношение содержания хрома к кремнию составляет 1:1,3-1,7. This goal is achieved by the fact that cast iron for rolls containing carbon, silicon, manganese, nickel, copper, calcium, barium, rare-earth metals, zirconium and titanium, additionally contains niobium and chromium in the following ratio, wt.%: Carbon 3,4- 3.8; silicon 0.3-0.6; manganese 0.3-0.8; nickel 0.8-1.5; copper 0.5-1.0; calcium 0.01-0.03; barium 0.01-0.03; REM 0.01-0.03; zirconium 0.03-0.06; titanium 0.03-0.06; niobium 0.03-0.06; chromium 0.4-1.0, and the ratio of niobium to titanium is 1: 1.2-1.0, and the ratio of chromium to silicon is 1: 1.3-1.7.

Дополнительный ввод в состав чугуна ниобия и хрома в указанных количественных соотношениях обеспечивает повышение эксплуатационной стойкости отливок за счет получения более равномерной мелкозернистой структуры матрицы, способствующей меньшему выкрашиванию структурных составляющих в процессе эксплуатации отливок. Кроме того, за счет уменьшения этими элементами предусадочного расширения чугуна, снижается уровень литейных напряжений, что способствует улучшению трещиностойкости отливок как в процессе их производства, так и при их эксплуатации. An additional introduction of niobium and chromium into the composition of cast iron in the indicated quantitative ratios provides an increase in the operational resistance of castings by obtaining a more uniform fine-grained structure of the matrix, which contributes to less chipping of the structural components during operation of the castings. In addition, due to the reduction of the pre-expansion expansion of cast iron by these elements, the level of foundry stresses is reduced, which contributes to the improvement of crack resistance of castings both during their production and during their operation.

При вводе в состав чугуна этих компонентов в количестве ниже предложенных пределов (соответственно, менее 0,03% ниобия и менее 0,4% хрома) их указанное действие на структуру и свойства отливок не проявляется. При их вводе в чугун выше предложенных пределов (соответственно, более 0,06% ниобия и более 1% хрома) повышается хрупкость валков в процессе их производства и эксплуатации за счет выделения по границам зерен крупных карбидов ниобия и хрома. When these components are introduced into the composition of cast iron in an amount below the proposed limits (respectively, less than 0.03% niobium and less than 0.4% chromium), their indicated effect on the structure and properties of the castings does not appear. When they are introduced into cast iron above the proposed limits (respectively, more than 0.06% niobium and more than 1% chromium), the brittleness of the rolls increases during their production and operation due to the separation of large niobium and chromium carbides along the grain boundaries.

Соотношение содержаний ниобия к титану 1:1-1,2 и хрома к кремнию 1: 1,3-1,7 обеспечивает необходимый баланс карбидообразующих и графитизирующих компонентов в составе чугуна, что способствует получению мелкозернистой структуры матрицы с высоким уровнем твердости и износостойкости при минимальных напряжениях в отливке. При соотношении содержания ниобия к титану менее 1:1 и хрома к кремнию менее 1:1,3 вследствие преобладающего карбидообразующего действия ниобия и хрома в процессе кристаллизации чугуна, в отливке формируется грубая карбидо-ледебуритная структура, что приводит к повышенной хрупкости металла и снижению его эксплуатационной стойкости. При соотношении содержаний ниобия к титану более 1:1,2 и хрома к кремнию более 1:1,7 вследствие преобладающего графитизирующего действия титана и кремния в структуре чугуна появляются крупные включения графита, что приводит к снижению твердости, износостойкости и, как следствие, ухудшению эксплуатационных характеристик металла. The ratio of niobium to titanium 1: 1-1.2 and chromium to silicon 1: 1.3-1.7 provides the necessary balance of carbide-forming and graphitizing components in the composition of cast iron, which contributes to obtaining a fine-grained matrix structure with a high level of hardness and wear resistance at minimum stresses in the casting. When the ratio of niobium to titanium is less than 1: 1 and chromium to silicon is less than 1: 1.3 due to the predominant carbide-forming action of niobium and chromium during the crystallization of cast iron, a coarse carbide-ledeburite structure is formed in the casting, which leads to increased brittleness of the metal and its reduction operational stability. When the ratio of niobium to titanium is more than 1: 1.2 and chromium to silicon more than 1: 1.7, due to the prevailing graphitizing effect of titanium and silicon, large inclusions of graphite appear in the cast iron structure, which leads to a decrease in hardness, wear resistance and, as a result, deterioration operational characteristics of the metal.

Содержание основных компонентов чугуна обеспечивает получение оптимальной структуры металла и высоких эксплуатационных характеристик валков. The content of the main components of cast iron provides optimal metal structure and high performance rolls.

Базовыми элементами состава заявленного чугуна являются углерод (3,4-3,8% ), кремний (0,3-0,6%) и марганец (0,3-0,8%), обеспечивающие в предложенном соотношении высокую твердость и износостойкость матрицы чугуна. При содержании этих компонентов ниже предложенных пределов повышается хрупкость чугуна в процессе производства и эксплуатации отливок. При содержании этих компонентов выше предложенных пределов снижается твердость и однородность матрицы чугуна, ухудшаются эксплуатационные характеристики металла. The basic elements of the composition of the declared cast iron are carbon (3.4-3.8%), silicon (0.3-0.6%) and manganese (0.3-0.8%), which provide high hardness and wear resistance in the proposed ratio cast iron matrix. When the content of these components is below the proposed limits, the brittleness of cast iron increases during the production and operation of castings. When the content of these components is higher than the proposed limits, the hardness and uniformity of the cast iron matrix decreases, and the performance of the metal deteriorates.

Предложенные содержания никеля и меди препятствуют проявлению зернограничной сегрегации ниобия и хрома, вводимых в чугун, и их выделению в виде крупных карбидов по границам зерен, охрупчивающих металл. При содержании никеля и меди в чугуне ниже предложенных пределов их указанного действия недостаточно, а их ввод в состав чугуна выше предложенных пределов экономически нецелесообразен. The proposed nickel and copper contents hinder the manifestation of grain-boundary segregation of niobium and chromium introduced into cast iron and their precipitation in the form of large carbides along the grain boundaries that embrittle the metal. When the content of nickel and copper in cast iron below the proposed limits, their specified action is not enough, and their introduction into the composition of cast iron above the proposed limits is not economically feasible.

Совместный ввод в состав чугуна микродобавок кальция бария и РЗМ в предложенных количествах благотворно влияет на формирование мелкокристаллической структуры матрицы за счет адсорбционного воздействия атомов этих элементов на процессы зарождения фаз при кристаллизации. При содержании этих элементов менее 0,01%, их указанное действие не проявляется, а при их содержании более 0,03%, они формируют на границах зерен самостоятельные включения, охрупчивающие чугун. The combined introduction of barium calcium microadditives into the composition of pig iron in the proposed amounts favorably affects the formation of a fine-crystalline matrix structure due to the adsorption effect of the atoms of these elements on the nucleation of phases during crystallization. When the content of these elements is less than 0.01%, their indicated action is not manifested, and when they contain more than 0.03%, they form independent inclusions at the grain boundaries that embrittle cast iron.

Цирконий и титан в предложенных пределах повышают эксплуатационные свойства чугуна за счет микровыделений графита в центре эвтектических зерен чугуна. При этом повышается износостойкость чугуна, снижаются напряжения в отливках. При содержании этих элементов ниже предложенных пределов повышения эксплуатационных характеристик не наблюдается. При содержании этих элементов выше предложенных пределов проявляется их излишнее графитизирующее действие, снижаются твердость металла и служебные свойства чугуна. Zirconium and titanium within the proposed range increase the operational properties of cast iron due to microallocations of graphite in the center of the eutectic grains of cast iron. At the same time, the wear resistance of cast iron increases, and the stresses in the castings decrease. When the content of these elements is lower than the proposed limits, performance improvements are not observed. When these elements are contained above the proposed limits, their excessive graphitizing effect is manifested, the hardness of the metal and the service properties of cast iron are reduced.

Цель изобретения достигается путем взаимодействия в составе чугуна всех его компонентов, поэтому исключение из него любого из компонентов приводит к изменению структуры и свойств металла и, как следствие, ухудшению эксплуатационных характеристик отливок. The purpose of the invention is achieved by the interaction in the composition of cast iron of all its components, therefore, the exclusion from it of any of the components leads to a change in the structure and properties of the metal and, as a result, deterioration in the operational characteristics of castings.

П р и м е р. Чугун плавили в индукционной тигельной печи емкостью 150 кг. В качестве шихты использовали передельный чугун и стальные отходы, легирующие добавки (медь, никель, силикоцирконий, силикокальций, силикобарий, силикомишметалл, ферромарганец, ферротитан, феррониобий, феррохром) вводили в ковш при выпуске в него чугуна с учетом степени усвоения этих компонентов. Температура разливаемого чугуна составляла 1450^оС. Трещиностойкость, сопротивление усталости и твердость отливок оценивали на специальных коробчатых пробах размером 300 х 300 сечением 50 х 50 мм.PRI me R. Cast iron was smelted in an induction crucible furnace with a capacity of 150 kg. Concentrated cast iron and steel waste, alloying additives (copper, nickel, silicocirconium, silicocalcium, silicobarium, silicomishmetal, ferromanganese, ferrotitanium, ferroniobium, ferrochrome) were used as a charge, they were introduced into the ladle when cast iron was introduced into it taking into account the degree of absorption of these components. The temperature of the cast iron was 1450 ° ^C. Fracture toughness, fatigue resistance and hardness of the castings were evaluated for special box samples measuring 300 x 300 x 50 section of 50 mm.

В таблице представлены результаты испытаний предложенного состава чугуна в сравнении с известным чугуном и с чугуном с выходящими за предложенные пределы содержаниями элементов. The table shows the test results of the proposed composition of cast iron in comparison with the known cast iron and with cast iron with the contents of the elements beyond the proposed limits.

Как следует из результатов испытаний, представленных в таблице, чугун предложенного состава имеет более высокую трещиностойкость и твердость, и, как следствие, обеспечивает лучшие эксплуатационные характеристики отливок. As follows from the test results presented in the table, the cast iron of the proposed composition has a higher crack resistance and hardness, and, as a result, provides better casting performance.

Claims

IRON FOR FORKS, containing carbon, silicon, manganese, nickel, copper, calcium, barium, rare-earth metals, zirconium, titanium, characterized in that it additionally contains niobium and chromium in the following ratio, wt.%:
Carbon 3.4 - 3.8
Silicon 0.3 - 0.6
Manganese 0.3 - 0.8
Nickel 0.8 - 1.5
Copper 0.5 - 1.0
Calcium 0.01 - 0.03
Barium 0.01 - 0.03
REM 0.01 - 0.03
Zirconium 0.03 - 0.06
Titanium 0.03 - 0.06
Niobium 0.03 - 0.06
Chrome 0.4 - 1.0
moreover, the ratio of the content of niobium and titanium is 1: 1 - 1.2, and the ratio of the content of chromium and silicon is 1: 1.3 - 1.7.