RU2075531C1

RU2075531C1 - Cast iron for working layer of flour-grinding rolls

Info

Publication number: RU2075531C1
Application number: RU94019258A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Клипов; Л.П. Орлов; С.П. Сорокин; Н.П. Чугунов; К.Е. Мичурин; И.М. Кишеневский
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1994-05-25
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, particular, devising of cast iron composition applicable for working layers of two-layer flour-grinding rolls. SUBSTANCE: cast iron for working layer of flour-grinding rolls contains, mas.%: carbon, 3.40-3.70; silicon, 0.10-0.50; manganese, 0.80-1.20; nickel, 0.30-0.50; phosphorus, 0.40- 0.70; aluminum, 0.1-0.10; chromium, 0.20-0.40; titanium, 0.20-0.40; sulfur, 0.005-0.05; iron, the balance. EFFECT: higher wear resistance, stable microstructure and capability of working layer material of flour-grinding rolls to maintain their relief of rough surface and its reconditioning under the action of grains and grain products. 2 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к разработке состава чугуна, применяемого для изготовления рабочего слоя двухслойных мукомольных валков. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the development of the composition of cast iron used for the manufacture of the working layer of two-layer milling rolls.

Известен чугун следующего химического состава, мас. Known cast iron of the following chemical composition, wt.

углерод 3,40 3,80
никель 1,70 2,50
кремний 0,25 0,45
фосфор до 0,30
марганец 0,20 0,35
сера до 0,15
хром 0,30 0,45
железо остальное
(авторское свидетельство СССР N 216955, кл. C 22C 37/08, 1968).carbon 3.40 3.80
nickel 1.70 2.50
silicon 0.25 0.45
phosphorus up to 0.30
manganese 0.20 0.35
sulfur up to 0.15
chrome 0.30 0.45
iron rest
(USSR copyright certificate N 216955, class C 22C 37/08, 1968).

Для известного чугуна характерны недостаточная износостойкость, низкая способность материала к поддержанию предварительно сформированного рельефа шероховатой поверхности мельничных валков и самовосстановление ее в процессе эксплуатации под воздействием зерна и зернопродуктов, что обуславливает сокращение межремонтных периодов и в целом снижение эксплуатационной долговечности валков и технико-экономических показателей работы мельзаводов. The known cast iron is characterized by insufficient wear resistance, low ability of the material to maintain a previously formed relief of the rough surface of the mill rolls and its self-healing during operation under the influence of grain and grain products, which leads to a reduction in the overhaul periods and in general a decrease in the operational durability of the rolls and technical and economic performance indicators of the mill .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является чугун следующего химического состава, мас. Closest to the technical nature of the proposed is cast iron of the following chemical composition, wt.

углерод 3,40 3,70
фосфор 0,40 0,70
кремний 0,10 0,50
титан 0,40 1,20
марганец 0,80 1,20
никель 0,30 0,50
железо остальное
(авторское свидетельство СССР N 1726551, кл. C 22C 37/10, 1992).carbon 3.40 3.70
phosphorus 0.40 0.70
silicon 0.10 0.50
titanium 0.40 1.20
Manganese 0.80 1.20
nickel 0.30 0.50
iron rest
(USSR copyright certificate N 1726551, class C 22C 37/10, 1992).

В качестве примесей чугун содержит до 0,4% хрома и до 0,05% серы. Cast iron contains up to 0.4% chromium and up to 0.05% sulfur as impurities.

Известный чугун имеет недостаточную стабильность микроструктуры, в частности дисперсности перлитной матрицы по сечению и длине, вследствие чего снижается износостойкость и эксплуатационная долговечность мельничных валков. Known cast iron has insufficient stability of the microstructure, in particular the dispersion of the pearlite matrix in cross-section and length, resulting in reduced wear resistance and operational life of the mill rolls.

Этот параметр микроструктуры определяет склонность материала к поддерживанию и самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности мельничных волков в процессе эксплуатации под воздействием зерна и зернопродуктов за счет дифференциального износа мягких и твердых составляющих структуры. Оптимальные значения дисперсности перлита находятся в пределах П_д 1,0-1,4 (расстояние между пластинами цементита в перлите 0,8-1,6 мкм). При меньших значениях наблюдаются зашлифовывание рабочей поверхности валков и резкое снижение технико-экономических показателей работы вальцовых станков, что приводит к преждевременному снятию валков с эксплуатации. При больших значениях этого параметра снижаются твердость и износостойкость рабочего слоя валков, что также сокращает межремонтные периоды их работы.This parameter of the microstructure determines the tendency of the material to maintain and self-repair the relief of the rough surface of mill wolves during operation under the influence of grain and grain products due to the differential wear of soft and hard components of the structure. The optimal dispersion of perlite is in the range P _d 1.0-1.4 (the distance between the plates of cementite in perlite 0.8-1.6 microns). At lower values, grinding of the working surface of the rolls and a sharp decrease in the technical and economic performance of the roller machines are observed, which leads to premature removal of the rolls from service. With large values of this parameter, the hardness and wear resistance of the working layer of the rolls are reduced, which also reduces the overhaul periods of their work.

Целью изобретения является повышение износостойкости чугуна, стабильности микроструктуры и способности материала рабочего слоя мельничных валков к поддержанию и самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности под воздействием зерна и зернопродуктов. The aim of the invention is to increase the wear resistance of cast iron, the stability of the microstructure and the ability of the material of the working layer of the mill rolls to maintain and self-healing the relief of the rough surface under the influence of grain and grain products.

Поставленная цель достигается тем, что износостойкий чугун дополнительно содержит алюминий, а компоненты его взяты при следующих соотношениях, мас. This goal is achieved in that the wear-resistant cast iron additionally contains aluminum, and its components are taken at the following ratios, wt.

углерод 3,40 3,70
никель 0,30 0,50
кремний 0,10 0,50
хром 0,01 0,40
марганец 0,80 1,20
фосфор 0,40 0,70
титан 0,20 0,40
сера 0,005 0,05
алюминий 0,01 0,10
железо остальное
Положительный эффект повышения уровня износостойкости и способности материала рабочего слоя к поддерживанию и самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности "матированных" (гладких) мельничных валков при сохранении требуемой твердости и прочности материала достигается в результате микролегирования сплава алюминием.carbon 3.40 3.70
nickel 0.30 0.50
silicon 0.10 0.50
chrome 0.01 0.40
Manganese 0.80 1.20
phosphorus 0.40 0.70
titanium 0.20 0.40
sulfur 0.005 0.05
aluminum 0.01 0.10
iron rest
The positive effect of increasing the level of wear resistance and the ability of the material of the working layer to maintain and self-repair the relief of the rough surface of the “matted” (smooth) mill rolls while maintaining the required hardness and strength of the material is achieved by microalloying the alloy with aluminum.

Микролегирование сплава алюминием приводит к измельчению первичных зерен и способствует формированию направляющей структуры рабочего слоя, образованию необходимого количества твердых составляющих (цементит, тройная фосфидная эвтектика) в структуре. Microalloying the alloy with aluminum leads to grinding of the primary grains and contributes to the formation of the guide structure of the working layer, the formation of the required amount of solid components (cementite, triple phosphide eutectic) in the structure.

Кроме того, ввод в сплав одновременно с алюминием титана сопровождается образованием спецкарбидов титана, ростом числа эвтектических колоний (карбид+перлит), уменьшением площади, занимаемой цементитом, за счет цементита перлита, так как карбид титана практически не растворяется в цементите, в результате чего формируется определенная дисперсность перлитной матрицы чугуна. In addition, the introduction of titanium into the alloy simultaneously with aluminum is accompanied by the formation of titanium special carbides, an increase in the number of eutectic colonies (carbide + perlite), a decrease in the area occupied by cementite, due to cementite perlite, since titanium carbide practically does not dissolve in cementite, as a result of which a certain dispersion of the pearlite matrix of cast iron.

Содержание углерода, кремния, марганца, никеля, хрома, фосфора и серы выбирается на уровне известного сплава. The content of carbon, silicon, manganese, nickel, chromium, phosphorus and sulfur is selected at the level of the known alloy.

Алюминий при наличии в сплаве титана оказывает стабилизирующее воздействие на структуру и свойства белого чугуна при содержании его в пределах 0,01 0,10%
Указанные пределы обусловлены тем, что при содержании алюминия менее 0,01% влияние его на структуру и свойства чугуна практически не проявляется, при содержании более 0,10% существенно снижаются твердость и износостойкость белого чугуна из-за образования в структуре точечного междендритного графита.Aluminum in the presence of titanium in the alloy has a stabilizing effect on the structure and properties of white cast iron when its content is in the range of 0.01 0.10%
These limits are due to the fact that with an aluminum content of less than 0.01%, its effect on the structure and properties of cast iron is practically not manifested, with a content of more than 0.10%, the hardness and wear resistance of white cast iron are significantly reduced due to the formation of point interdendrite graphite in the structure.

Ввод в износостойкий чугун малых количеств алюминия сопровождается образованием высокодисперсных включений преимущественно нитридов алюминия и способствует отбелу. Putting small amounts of aluminum into wear-resistant cast iron is accompanied by the formation of highly dispersed inclusions of mainly aluminum nitrides and contributes to bleaching.

Учитывая склонность азота к зональной, дендритной и внутризеренной ликвации, многолегирование белого чугуна алюминием практически исключает расходование титана на образование нитридов этого элемента и обусловливает формирование перлитной матрицы с равномерной дисперсностью П_д 1,0 - 1,4 (0,8 1,6 мкм) по сечению и длине рабочего слоя валков, в результате чего обеспечиваются избирательный износ структурных составляющих белого чугуна, поддержание и самовосстановление рельефа шероховатой поверхности "матированных" мельничных валков в процессе эксплуатации под воздействием зерна и зернопродуктов.Taking into account the tendency of nitrogen to zonal, dendritic, and intragranular segregation, the multi-alloying of white cast iron with aluminum virtually eliminates the consumption of titanium for the formation of nitrides of this element and causes the formation of a pearlite matrix with uniform dispersion P _d 1.0 - 1.4 (0.8 1.6 μm) along the cross section and length of the working layer of the rolls, as a result of which selective wear of the structural components of white cast iron is ensured, maintenance and self-healing of the rough surface relief of the “frosted” mill rolls in the process e operation under the influence of grain and grain products.

Пределы содержания титана принимаются в этом случае 0,2 0,4% Эти пределы обусловлены тем, что формирование структуры, обеспечивающей дифференцированный износ структуры составляющих под воздействием абразива, имеет место при содержании титана 0,2% С увеличением содержания титана более 0,4% эффективность воздействия его на структуру уменьшается, одновременно усложняется технология выплавки чугуна и снижается качество отливок из-за резкого увеличения загрязненности неметаллическими включениями, в основном окислами титана, образующимися в результате вторичного окисления металла кислородом воздуха. The limits of titanium content are accepted in this case 0.2 to 0.4%. These limits are due to the fact that the formation of a structure that provides differential wear of the structure of the components under the influence of an abrasive occurs with a titanium content of 0.2%. With an increase in titanium content of more than 0.4% the effectiveness of its influence on the structure decreases, at the same time the technology of smelting cast iron is complicated and the quality of castings is reduced due to a sharp increase in contamination by non-metallic inclusions, mainly titanium oxides formed in result of secondary metal oxidation by atmospheric oxygen.

В таблице 1 представлены химические составы известного чугуна и предлагаемого, а в таблице 2 характеристика структуры и физико-механические свойства их. Table 1 presents the chemical compositions of the known cast iron and the proposed, and in table 2 the characteristics of the structure and their physical and mechanical properties.

В качестве шихты для выплавки сплавов применяли линейный чугун, стальной лом и соответствующие ферросплавы. Для получения заданного содержания углерода использовали электродный бой. Linear cast iron, steel scrap and the corresponding ferroalloys were used as a charge for smelting alloys. To obtain a given carbon content, an electrode battle was used.

Выплавку металла проводили в индукционной печи емкостью 160 кг с основной футеровкой. The smelting of the metal was carried out in an induction furnace with a capacity of 160 kg with the main lining.

Жидкий металл разливали в металлическую изложницу центробежной машины модели 522-3 в полые заготовки с наружным диаметром 320 мм, внутренним 180 и длиной 450 мм. Температура жидкого чугуна перед заливкой составляла 1330 - 1350^oC.Liquid metal was poured into the metal mold of a centrifugal machine model 522-3 into hollow billets with an outer diameter of 320 mm, an inner 180, and a length of 450 mm. The temperature of liquid cast iron before pouring was 1330 - 1350 ^o C.

Наружный слой толщиной 20 мм заливали чугуном указанных в таблице 1 составов, внутренний слой серым чугуном. The outer layer with a thickness of 20 mm was cast in with cast iron of the compositions indicated in Table 1, and the inner layer with gray cast iron.

Количество структурных составляющих и дисперсность металлической матрицы оценивали по ГОСТ 3443-87. The number of structural components and the dispersion of the metal matrix was evaluated according to GOST 3443-87.

Износостойкость сплавов определяли по ГОСТ 23.208-79 и оценивали по потере веса образца размером 12х20х70 мм, трущегося об абразив (кварцевый песок фракций 0,2 0,4 мм) резиновым кругом шириной 8 мм по схеме Хаворта в течение 30 мин со скоростью 200 об/мин (140 м/мин) при удельной нагрузке 3,3 кг/см².The wear resistance of the alloys was determined according to GOST 23.208-79 and was estimated by the weight loss of a sample measuring 12x20x70 mm rubbing against abrasive (quartz sand fractions 0.2 0.4 mm) with a rubber circle 8 mm wide for 30 minutes at a speed of 200 rpm min (140 m / min) with a specific load of 3.3 kg / cm ² .

Предел прочности при изгибе и твердость HP C определяли по ГОСТ 27.208-87 и ГОСТ 9012-59 соответственно. Bending strength and hardness HP C were determined according to GOST 27.208-87 and GOST 9012-59, respectively.

Как следует из таблицы 2, предлагаемый износостойкий чугун обладает по сравнению с известным сплавом повышенной износостойкостью, прочностью и способностью к поддержанию и самовосстановлению рельефа шероховатой поверхности под воздействием абразивных частиц, при этом обеспечивается стабильность указанных характеристик по сечению и длине рабочего слоя валков. As follows from table 2, the proposed wear-resistant cast iron has increased wear resistance, strength and the ability to maintain and self-repair the surface roughness under the influence of abrasive particles compared to the known alloy, while ensuring the stability of these characteristics along the cross section and length of the working layer of the rolls.

Применение предлагаемого сплава для производства мельничных валков позволит повысить в 1,5 2,0 раза их эксплуатационную стойкость по сравнению с существующим сплавом. The use of the proposed alloy for the production of mill rolls will increase their operational resistance by 1.5 2.0 times in comparison with the existing alloy.

Claims

Cast iron for the working layer of milling rolls containing carbon, silicon, manganese, nickel, chromium, titanium, phosphorus, sulfur and iron, characterized in that it additionally contains aluminum in the following ratio of components, wt.

Carbon 3.4 3.7
Silicon 0.1 0.5
Manganese 0.8 1.2
Nickel 0.3 0.5
Phosphorus 0.4 0.7
Aluminum 0.01 0.10
Chrome 0.2 0.4
Titanium 0.2 0.4
Sulfur 0.005 0.05
Iron Rest