RU2194790C1

RU2194790C1 - Cast iron for rolls

Info

Publication number: RU2194790C1
Application number: RU2001123515/02A
Authority: RU
Inventors: А.А. Филиппенков; Е.И. Голуб; Л.М. Панфилова; н В.И. Кась; В.И. Касьян; Н.В. Метелев; А.А. Коростелева; С.Н. Глушков; Г.И. Ильиных; А.А. Загайнов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие ФАН"
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: metallurgy and foundry. SUBSTANCE: cast iron for rolls comprises, wt%: carbon 2.70-3.80; silicon 0.30-0.90; manganese 0.30-0.90; nickel 1.20-2.50; chromium 0.50-1.30; rare-earth metals 0.05-0.10; sulfur 0.05-0.15; vanadium 0.01-0.10; titanium 0.005-0.02; copper 0.08-0.50; iron the balance. Content of vanadium and titanium is within the range 0.015-0.10%. Cast iron has increased resistance to micro cracking and chipping of working surface limed layer. EFFECT: improved operating characteristics of articles. 2 cl, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано для изготовления прокатных валков. The invention relates to metallurgy and foundry and can be used for the manufacture of rolling rolls.

Известны составы чугунов для производства литых прокатных валков, основными легирующими элементами которых являются марганец, хром, никель, микролегирующие и модифицирующие элементы совместно или в отдельности: ванадий, ниобий, титан, кальций, РЗМ [1, 2]. Прокатные валки, изготовленные из известных составов чугунов, имеют высокую прочность, износостойкость, устойчивость против горячеломкости. Known compositions of cast iron for the production of cast rolling rolls, the main alloying elements of which are manganese, chromium, nickel, microalloying and modifying elements together or separately: vanadium, niobium, titanium, calcium, rare-earth metals [1, 2]. Rolling rolls made of known cast iron compositions have high strength, wear resistance, resistance to heat resistance.

Однако практика эксплуатации прокатных валков из известных чугунов в производстве холоднокатаной и горячекатаной металлопродукции выявила ряд существенных недостатков: преждевременный выход их из эксплуатации по причине поверхностных сколов, образованию микро- и макротрещин. However, the practice of operating rolls of known cast irons in the production of cold-rolled and hot-rolled metal products revealed a number of significant drawbacks: their premature decommissioning due to surface chips, the formation of micro- and macrocracks.

Анализ показывает, что причины указанных дефектов связаны с наличием по сечению валка неглубокой зоны отбеленного слоя и широкой переходной зоны с разнофазной микроструктурой между участком отбела и однородной структурой распада аустенита в центральной части, формируемых в процессе кристаллизации отливок и термообработки. The analysis shows that the causes of these defects are associated with the presence of a shallow zone of the bleached layer and a wide transition zone with a different-phase microstructure between the bleached section and the uniform structure of austenite decomposition in the central part formed during crystallization of the castings and heat treatment over the roll section.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является чугун [3], содержащий, мас.%: углерод 3,10-3,50; кремний 0,20-0,60; марганец 0,10-0,50; хром 0,80-1,50; никель 1,5-4,50; молибден 0,20-0,60, РЗМ 0,07-0,15; железо - остальное. The closest in technical essence and the achieved result is cast iron [3], containing, wt.%: Carbon 3.10-3.50; silicon 0.20-0.60; manganese 0.10-0.50; chrome 0.80-1.50; nickel 1.5-4.50; molybdenum 0.20-0.60, REM 0.07-0.15; iron is the rest.

Однако и валкам, изготовленным из чугуна указанного состава, присущи отмеченные выше недостатки. However, the rolls made of cast iron of the specified composition, inherent in the above disadvantages.

В настоящей заявке поставлена задача разработать состав чугуна со стабильной глубокой зоной отбеленного слоя, повышенному сопротивлению микросколу (R_мс) отбеленного слоя при сохранении высокого уровня прочности.In this application, the task is to develop a composition of cast iron with a stable deep zone of the bleached layer, increased resistance to micro-chips (R _ms ) of the bleached layer while maintaining a high level of strength.

Поставленная задача решается тем, что по сравнению с известным заявленный состав чугуна дополнительно содержит серу, ванадий, титан и медь при следующем соотношении химических элементов, мас.%: углерод 2,70-3,80; кремний 0,30-0,90; марганец 0,30-0,90; никель 1,20-2,50; хром 0,50-1,30; РЗМ 0,05-0,10; сера 0,05-0,20; ванадий 0,01-0,10; титан 0,005-0,02; медь 0,08-0,50; железо - остальное, причем суммарное содержание ванадия и титана составляет 0,015-0,10%. The problem is solved in that in comparison with the known claimed composition of cast iron additionally contains sulfur, vanadium, titanium and copper in the following ratio of chemical elements, wt.%: Carbon 2,70-3,80; silicon 0.30-0.90; manganese 0.30-0.90; nickel 1.20-2.50; chrome 0.50-1.30; REM 0.05-0.10; sulfur 0.05-0.20; vanadium 0.01-0.10; titanium 0.005-0.02; copper 0.08-0.50; iron - the rest, and the total content of vanadium and titanium is 0.015-0.10%.

Выбор интервала содержания компонентов предлагаемого чугуна связан с благоприятным с точки зрения получения высокого уровня прочности и повышенного сопротивления микросколу формированием микро- и макроструктуры сердцевины прокатного валка, высокой глубины отбеленного рабочего слоя, уменьшения переходной зоны. The choice of the interval for the content of the components of the proposed cast iron is associated with the formation of micro- and macrostructures of the core of the rolling roll, a high depth of the bleached working layer, and a decrease in the transition zone, which is favorable from the point of view of obtaining a high level of strength and increased resistance to a micro-chip.

Для увеличения глубины отбела, его стабилизации в состав чугуна введена сера. Так, например, сера в несколько раз сильнее действует на глубину отбела, чем углерод, хром, повышая устойчивость цементитной фазы. Кроме того, сера оказывает значительное влияние на сокращение переходной зоны, которая, при ее увеличении, отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах валков из-за повышения числа выходов из строя по поломкам вследствие низкой трещиностойкости. Это происходит по причине разницы между коэффициентами линейного расширения при нагреве валка отбеленного слоя снаружи и серого чугуна в сердцевине. Сера увеличивает коэффициент линейного расширения белого чугуна и уменьшает эту величину у серого чугуна, т.е. происходит уменьшение внутренних напряжений. Введение серы в чугун практически в 1,5 раза сокращает протяженность переходной зоны. To increase the depth of bleached, its stabilization in the composition of cast iron introduced sulfur. So, for example, sulfur is several times stronger at bleaching depth than carbon and chromium, increasing the stability of the cementite phase. In addition, sulfur has a significant effect on reducing the transition zone, which, when it is increased, negatively affects the operational properties of the rolls due to an increase in the number of breakdowns due to breakdowns due to low crack resistance. This is due to the difference between the linear expansion coefficients when heating the roll of the bleached layer outside and gray cast iron in the core. Sulfur increases the linear expansion coefficient of white cast iron and decreases this value for gray cast iron, i.e. there is a decrease in internal stresses. The introduction of sulfur in cast iron almost 1.5 times reduces the length of the transition zone.

Повышение прочности рабочего слоя обеспечивается дополнительным легированием чугуна медью. При концентрации меди менее 0,08% происходит снижение прочностных характеристик в связи с возможным выделением феррита, в то же время увеличение содержания меди свыше 0,5% не улучшает свойства сплава, а только удорожает его. Increasing the strength of the working layer is provided by additional alloying of cast iron with copper. When the copper concentration is less than 0.08%, the strength characteristics decrease due to the possible release of ferrite, at the same time, an increase in copper content above 0.5% does not improve the properties of the alloy, but only increases its cost.

Ванадий и титан при заявленном качественном и количественном сочетании основных легирующих компонентов, а также серы и РЗМ, способствуют измельчению зерна фазовых составляющих и упрочняют твердый раствор за счет дисперсионного выделения карбидов, тем самым увеличивают сопротивление микросколу. Установлено оптимальное суммарное количество ванадия и титана (0,015-0,10), способствующих релаксации остаточных напряжений, возникающих в изделиях с различными структурными образованиями. Vanadium and titanium, with the claimed qualitative and quantitative combination of the main alloying components, as well as sulfur and rare-earth metals, contribute to the grinding of the phase component grains and strengthen the solid solution due to the dispersion precipitation of carbides, thereby increasing the resistance to microcracking. The optimum total amount of vanadium and titanium (0.015-0.10) was established, which promotes relaxation of residual stresses arising in products with various structural formations.

Углерод является основным элементом, определяющим количество карбидной фазы, а также структуру металлической матрицы. Увеличение его содержания свыше 3,8% приводит к выделению графитных включений и, как следствие, к снижению прочности, износостойкости и стойкости к сколам. Carbon is the main element that determines the amount of the carbide phase, as well as the structure of the metal matrix. An increase in its content over 3.8% leads to the release of graphite inclusions and, as a result, to a decrease in strength, wear resistance, and resistance to chips.

При содержании углерода менее 2,7% снижается прочность, твердость, а следовательно, износостойкость. When the carbon content is less than 2.7%, strength, hardness, and hence wear resistance, are reduced.

Кремний при заявленном составе чугуна уравновешивает действие карбидообразующих элементов. При содержании кремния менее 0,3% параметр графитизации низок и такой чугун теряет прочность, а при содержании кремния свыше 0,9% активизируется графитизация чугуна. Silicon with the claimed composition of cast iron balances the action of carbide-forming elements. With a silicon content of less than 0.3%, the graphitization parameter is low and such cast iron loses strength, and with a silicon content of more than 0.9%, graphitization of cast iron is activated.

Марганец при заявленном составе чугуна уравновешивает действие карбидообразующих элементов. При содержании марганца менее 0,3% эффективность влияния на указанные процессы снижается, а при содержании свыше 0,9% марганца наблюдается образование в структуре больших полей остаточного аустенита, не упрочненного карбидными фазами. Образуется неоднородная структура отбеленной части и сердцевины валков. Manganese with the claimed composition of cast iron balances the action of carbide-forming elements. With a manganese content of less than 0.3%, the effectiveness of the influence on these processes decreases, and with a content of more than 0.9% manganese, the formation of large fields of residual austenite, not hardened by carbide phases, is observed in the structure. An inhomogeneous structure of the bleached part and the core of the rolls is formed.

Никель, наряду с повышением прочности чугуна, обеспечивает вязкость и пластичность твердого раствора. Для достижения поставленной задачи в сочетании с качественным и количественным составом заявленного чугуна содержание никеля установлено в количестве 1,20-2,50%. Nickel, along with increasing the strength of cast iron, provides the viscosity and ductility of the solid solution. To achieve this goal, in combination with the qualitative and quantitative composition of the claimed cast iron, the nickel content is set in the amount of 1.20-2.50%.

Содержание хрома в чугуне определено пределами 0,50-1,30%. В таком количестве хром, являясь основным элементом, образующим эвтектические карбиды, обеспечивает получение требуемого количества карбидной фазы и последующего формирования фазовой структуры в готовом изделии. The chromium content in cast iron is determined by the limits of 0.50-1.30%. In such an amount, chromium, being the main element forming eutectic carbides, provides the required amount of the carbide phase and the subsequent formation of the phase structure in the finished product.

Количественный состав РЗМ в заявленном чугуне выбран как модифицирующий и сфероидизирующий компонент с целью получения определенной формы графита и формирования "плотной" структуры по толщине отбеленного слоя. Кроме этого, в пределах 0,05-0,10% РЗМ обеспечивают стабильность получения мелкодисперсной структуры с чистыми по неметаллическим включениями границами зерен. Эти обстоятельства способствуют повышению сопротивления микросколу, зарождению и распространению трещин, а в конечном итоге образованию микросколов на поверхности отбела. The quantitative composition of rare-earth metals in the declared cast iron is selected as a modifying and spheroidizing component in order to obtain a certain form of graphite and the formation of a "dense" structure along the thickness of the bleached layer. In addition, within the range of 0.05-0.10% of rare-earth metals, they ensure the stability of obtaining a finely dispersed structure with grain boundaries that are pure in non-metallic inclusions. These circumstances contribute to an increase in the resistance to micro-chips, the nucleation and propagation of cracks, and ultimately the formation of micro-chips on the surface bleached.

Пример выполнения. В печном агрегате ваграночного типа выплавлены три базовых составов чугуна по основным элементам заявленного состава (таблица 1, плавки 1, 2 и 3). Расплавы составов 1, 2 и 3 при разливке в отдельные слитки дополнительно легировали химическими элементами в количествах, необходимых для получения фракционного состава чугуна в пределах заявленного химического содержания компонентов. Плавка 4 соответствует химическому составу чугуна по прототипу. Execution example. In the furnace unit of the cupola type, three basic cast iron compositions are smelted according to the main elements of the claimed composition (table 1, swimming trunks 1, 2 and 3). The melts of compositions 1, 2 and 3, when casting into separate ingots, were additionally alloyed with chemical elements in the amounts necessary to obtain the fractional composition of cast iron within the stated chemical content of the components. Melting 4 corresponds to the chemical composition of cast iron according to the prototype.

Условия кристаллизации, формирования структуры для всех вариантов были одинаковыми. The conditions of crystallization and structure formation were the same for all variants.

Изготовление образцов для механических испытаний, микроструктурного, спектрального анализов, а также определение глубины отбеленного слоя и прочности (таблица 2) осуществляли по принятым стандартам и методикам оценки сопротивления микросколу [4]. Samples for mechanical tests, microstructural, spectral analyzes, as well as the determination of the depth of the bleached layer and strength (table 2) were prepared according to the accepted standards and methods for assessing the resistance to micro-chips [4].

Анализ экспериментальных данных, приведенных в таблицах 1 и 2, подтверждает преимущества достигаемого уровня механических свойств предлагаемого чугуна по сравнению с известными. Имея высокий уровень твердости (55 ед. HRC) заявляемый состав чугуна имеет высокие значения сопротивления микросколу наряду с высоким уровнем прочности. Analysis of the experimental data shown in tables 1 and 2, confirms the advantages of the achieved level of mechanical properties of the proposed cast iron in comparison with the known. Having a high level of hardness (55 units of HRC), the inventive composition of cast iron has high values of micro-chip resistance along with a high level of strength.

Достижение поставленной цели при использовании чугуна заявленного состава для качественных валков подтверждается промышленными испытаниями. Achievement of the goal when using cast iron of the claimed composition for high-quality rolls is confirmed by industrial tests.

На металлургическом заводе им. А.К. Серова в литейном цехе проведена плавка чугуна заявленного состава в печи ДСП-10 для отливки прокатных валков для стана 320. Расплав чугуна (химический состав соответствовал средним значениям компонентов) разливали в подогретые кокили с объемом металла для получения валков размером 1 диаметром 460 х 1200 мм, 2 330 х 750 мм, 3 330 х 750 мм, 4 370 х 750 мм, 5 370 х 750 мм. At the metallurgical plant them. A.K. Serov in the foundry carried out the casting of cast iron of the claimed composition in a DSP-10 furnace for casting rolling rolls for mill 320. The molten cast iron (chemical composition corresponded to the average values of the components) was poured into heated molds with a metal volume to produce rolls with a diameter of 460 x 1200 mm in size 1, 2,330 x 750 mm, 3,330 x 750 mm, 4,370 x 750 mm, 5,370 x 750 mm.

Температура заливки 1285-1290^oC.Pouring temperature 1285-1290 ^o C.

Выдержка валков в кокилях 2-68 час. Extract rolls in chill molds 2-68 hours.

Продолжительность обработки валков 14-20 час. Полученные валки соответствовали всем требованиям стандартов. На глубине отбеленного слоя валков, равного 55 мм, сохраняется высокая прочность одинаковой величины. The processing time of the rolls is 14-20 hours. The resulting rolls met all the requirements of the standards. At a depth of the bleached layer of rolls equal to 55 mm, high strength of the same value is maintained.

Выплавка, изготовление валков до рабочего состояния затруднений не вызывает и осуществлена на существующем металлургическом оборудовании. Опытные валки эксплуатируются в рабочем режиме прокатного стана. Smelting, production of rolls to the operating state does not cause difficulties and is carried out on existing metallurgical equipment. Experienced rolls are operated in the operating mode of the rolling mill.

Источники информации
1. Авт. свид. СССР 1576591.Sources of information
1. Auth. testimonial. USSR 1576591.

2. Авт. свид. СССР 199408. 2. Auth. testimonial. USSR 199408.

3. Авт. свид. СССР 1583460. 3. Auth. testimonial. USSR 1583460.

4. Мешков Ю. Я., Пахаренко Г.А. Структура металла и хрупкость стальных изделий. Киев: - Наукова думка, 1985 г. 4. Meshkov Yu. Ya., Pakharenko G.A. The structure of the metal and the fragility of steel products. Kiev: - Naukova Dumka, 1985

Claims

Cast iron for rolling rolls containing carbon, silicon, manganese, nickel, chromium, rare-earth metals and iron, characterized in that it additionally contains sulfur, vanadium, titanium, copper in the following ratio, wt. %:
Carbon - 2.70 - 3.80
Silicon - 0.30 - 0.90
Manganese - 0.30 - 0.90
Nickel - 1.20 - 2.50
Chrome - 0.50 - 1.30
REM - 0.05 - 0.10
Sulfur - 0.05 - 0.15
Vanadium - 0.01 - 0.10
Titanium - 0.005 - 0.02
Copper - 0.08 - 0.50
Iron - Else
moreover, the content of the sum of vanadium and titanium should be 0.015-0.10%.