RU2451101C1 - Высокопрочный чугун с шаровидным графитом - Google Patents
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451101C1 RU2451101C1 RU2011109332/02A RU2011109332A RU2451101C1 RU 2451101 C1 RU2451101 C1 RU 2451101C1 RU 2011109332/02 A RU2011109332/02 A RU 2011109332/02A RU 2011109332 A RU2011109332 A RU 2011109332A RU 2451101 C1 RU2451101 C1 RU 2451101C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cast iron
- iron
- graphite
- strength
- boron
- Prior art date
Links
Landscapes
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиационностойким чугунам для промышленного производства отливок корпусов контейнеров, предназначенных для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом содержит, в мас.%: углерод 3,3-3,8; кремний 1,4-2,4; марганец 0,1-0,4; никель 0,6-1,4; хром 0,005-0,15; медь 0,05-0,15; фосфор 0,005-0,04; сера 0,005-0,01; магний 0,04-0,08; ванадий 0,02-0,08; бор 0,006-0,15; РЗМ 0,006-0,02; кальций 0,002-0,06; барий 0,01-0,15; железо остальное. Чугун обладает высокими механическими характеристиками в крупнотоннажных (до 150 т) отливках за счет измельчения зерна и повышения до 90% доли включений графита правильной шаровидной формы. 3 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к разработке высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, используемого для изготовления отливок корпусов контейнеров, предназначенных для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива.
Известна кованая легированная сталь марки Х18Н10Т [1], используемая для изготовления корпусов ТУК.
Недостатками этой стали являются высокая себестоимость изготовления из нее корпусов контейнеров и высокий остаточный уровень излучения изделий после окончания их срока эксплуатации. В связи с этим невозможно вторично использовать эту сталь после окончания срока эксплуатации в металлургическом переплаве.
В большинстве индустриально развитых стран наиболее перспективным материалом по безопасности и технико-экономическим показателям для корпусов ТУК признан высокопрочный чугун с шаровидным графитом и ферритной металлической основой (ВЧШГ). Наличие в высокопрочном чугуне графита обеспечивает дополнительную защиту от радиоактивных излучений.
В настоящее время наиболее перспективной конструкцией ТУК, предназначенных для перевозки и хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС) и других объектов, использующих ядерное топливо, в мире признаны контейнеры типа "CASTOR" немецкой фирмы GNS с корпусом контейнера, изготовленным из чугуна марки GGG40 (DIN 1693). Российский аналог такого чугуна ВЧ40 ГОСТ 7293-85 [2].
Известен высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ТУ 41 1130 6-025-00212179-2006) [3], выбранный в качестве прототипа и имеющий следующий химический состав (мас.%): углерод 3,3…3,8; кремний 1,8…2,6; марганец менее 0,35; никель 0,5…1,4; медь менее 0,15; хром менее 0,15; кобальт менее 0,12; фосфор менее 0,04; сера менее 0,015; магний 0,04…0,09; железо - остальное.
Аттестационные испытания ВЧШГ в отливке корпуса контейнера массой 40 т, проведенные в ОАО НПО «ЦНИИТМАШ» и ЗАО «Петрозаводскмаш», показали высокое качество чугуна марки ВЧ40 и его полное соответствие по структуре и свойствам чугуну GGG40.
Недостатком указанного высокопрочного чугуна является то, что он не обеспечивает необходимый уровень механических свойств и однородной структуры в отливках с толщиной стенки более 400 мм.
Задачей предложенного изобретения является создание марки высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, обеспечивающего в отливках с толщиной стенки более 400 мм требуемый уровень прочностных характеристик за счет стабильного получения правильной шаровидной формы графита в толстых сечениях отливки, измельчения литого зерна и повышения однородности микроструктуры.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, состоит в повышении структурной однородности и механических характеристик высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в крупнотоннажных и толстостенных отливках (до 150 т) за счет стабильности получения более 90% правильной шаровидной формы графита.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в предложенном высокопрочном чугуне с шаровидным графитом, содержащем углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, фосфор, серу, магний и железо, дополнительно введены ванадий, бор, редкоземельные металлы (РЗМ), кальций и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод, | 3,3-3,8 |
кремний | 1,4-2,4 |
марганец | 0,1-0,4 |
никель | 0,6-1,4 |
медь | 0,05-0,15 |
хром | 0,005-0,15 |
сера | 0,005-0,01 |
фосфор | 0,005-0,04 |
магний | 0,04-0,08 |
ванадий | 0,02-0,08 |
бор | 0,006-0,15 |
РЗМ | 0,006-0,02 |
кальций | 0,002-0,06 |
барий | 0,01-0,15 |
железо | остальное |
Введение в состав высокопрочного чугуна бора в количестве 0,006…0,15% способствует упрочнению матрицы дисперсными карбонитроборидами, которые являются активными поглотителями радиационного излучения. В результате резко возрастают защитные свойства чугуна от вредного влияния отработавшего ядерного топлива, снижается остаточное излучение корпуса контейнера до уровня, который позволяет отправлять использованные корпуса на металлургический переплав без дезактивации.
Добавка бора менее 0,006% бора не влияет на повышение защитных свойств чугуна от излучения. При содержании бора свыше 0,15% образуются стабильные карбиды, существенно ухудшающие пластические характеристики высокопрочного чугуна.
Введение в состав высокопрочного чугуна 0,02…0,08% ванадия способствует измельчению литого зерна и повышению структурной однородности литого металла. Добавка ванадия менее 0,02% не обеспечивает повышение механических свойств литого металла, содержание ванадия более 0,08% вызывает образование самостоятельных карбидов ванадия, что снижает пластические свойства чугуна.
Введение в состав высокопрочного чугуна 0,006…0,02% РЗМ способствует образованию более правильной шаровидной формы графита за счет нейтрализации вредного влияния неконтролируемых поступающих из шихты примесных цветных металлов, как свинец, сурьма, олово, связывая их в устойчивые интерметаллические соединения. Добавка РЗМ менее 0,006% не достаточна для повышения доли правильных шаровидных включений графита. Концентрация РЗМ более 0,02% способствует перемодифицированию чугуна с ухудшением формы графита и образованием включений цементита, что влияет отрицательно на пластические характеристики чугуна.
Кальций в составе высокопрочного чугуна в количестве 0,002…0,06% очищает границы зерен от таких вредных примесей, как сера и фосфор, которые приводят к ослаблению межатомных сил сцепления между литыми зернами металлической основы, и тем самым повышает прочностные и особенно пластические свойства чугуна. Добавка кальция менее 0,002% не достаточна для полного удаления с границ зерен вредных примесей, а концентрация кальция свыше 0,06% приводит к ухудшению формы графита из-за эффекта перемодифицирования и проявления его свойств как поверхностно-активного элемента, что снижает прочностные и особенно пластические характеристики высокопрочного чугуна.
Введение в состав высокопрочного чугуна 0,01…0,15% бария способствует значительному увеличению продолжительности эффекта графитизирующего модифицирования и формированию более мелких включений шаровидного графита правильной формы, что повышает пластические свойства литого металла. Добавка бария менее 0,01% не обеспечивает увеличения эффекта графитизирующего модифицирования и устранения отбела чугуна. Содержание бария более 0,15% экономически нецелесообразно.
Получение заявленного чугуна произведено следующим образом.
Плавку чугуна проводят в индукционных или дуговых электропечах с использованием стандартных шихтовых материалов. После расплавления шихты перегревают чугун до 1450-1470°С и на зеркало расплава вводят ванадий и бор. Никель-магниевую (14…17% Mg) лигатуру кладут на дно разливочного ковша перед выпуском жидкого металла из печи. После сфероидизирующей обработки магнием и скачивания образовавшегося шлака проводят графитизирующее модифицирование жидкого чугуна ферросиликобарием марки ФС65Ба22 в количестве 0,1% от массы обрабатываемого расплава.
После выбивки отливок производилось удаление литниковой системы и зачистка мест подвода металла к отливке, удаление стержня и возможных мест пригара на внутренней поверхности отливки.
Термообработку (низкотемпературный отжиг для снятия напряжений) отливки корпуса контейнера проводили по следующему режиму:
- нагрев отливок в печи до температуры 540…560°С, выдержка при этой температуре 8…12 часов;
- охлаждение отливок с печью до температуры окружающей среды.
В таблице 1 приведен химический состав известного (прототип) и предложенного чугунов.
Согласно ТУ 41 1130 6-025-00212179-2006 [3] механические свойства высокопрочного чугуна в отливке с толщиной стенки 300 мм должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 2.
Механические свойства известного и предложенного чугунов в отливках с толщиной стенки 500 мм приведены в таблице 3.
Таблица 2 | ||||
Температура испытания, °С | Механические свойства | |||
временное сопротивление разрыву при растяжении - σв, Н/мм2 | условный предел текучести - σ0,2, Н/мм2 | относительное удлинение, σ,% | ударная вязкость, KCV, Дж/см2 | |
не менее | ||||
20 | 270 | 210 | 6 | 12 |
Минус 40 | 290 | 220 | 5 | 4 |
Таблица 3 | ||||||
Температура испытания, °С | Номер образца, № | Механические свойства | К*ф | |||
σв, Н/мм2 | σ0,2, Н/мм2 | δ, % | KCV, Дж/см2 | |||
не менее | ||||||
Плюс 20 | 1 | 270 | 212 | 6,0 | 12,5 | 0,90 |
2 | 272 | 215 | 6,2 | 13 | 0,94 | |
3 | 275 | 218 | 6,5 | 13 | 0,96 | |
4 (прототип) | 255 | 200 | 5 | 10 | 0,75 | |
Минус 40 | 1 | 292 | 222 | 5,0 | 4,3 | - |
2 | 295 | 228 | 5,2 | 4,8 | - | |
3 | 299 | 230 | 5,5 | 5 | - | |
4 | 280 | 205 | 4 | 9 | - | |
- Кф - коэффициент формы графита является усредненным значением формы многочисленных включений графита и определяется как двухмерный фактор по формуле: Фг=3,545F1/2P, где F - площадь отдельного включения графита; Р - периметр условного круга с равновеликой площадью включений графита |
Техническим результатом, как видно из данных таблицы 3, являются механические свойства предлагаемого высокопрочного чугуна в отливке с толщиной стенки 500 мм, уровень которых соответствует требованиям технических условий. Коэффициент формы (Кф) заявленного чугуна выше, чем у прототипа, а количество включений графита правильной шаровидной формы составляет во всех случаях не менее 90% от их общего числа.
Применение предлагаемого ферритного чугуна с шаровидным графитом позволит производить отливки корпусов контейнеров массой до 150 т с толщиной стенки до 500 мм.
Источники информации
1. Марочник стали и сплавов. «ЦНИИТМАШ», издание третье, М. - 1977, с. 516.
2. ГОСТ 7293-85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок» (марки). - М.: Госстандарт, 1985.
3. «Отливки корпусов контейнеров из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для транспортных упаковочных комплектов ТУК-128, ТУК 128/1 для перевозки ОТВС исследовательских реакторов», ТУ 41 1130 6-025-00212179-2006, ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», М., 2006.
Claims (1)
- Высокопрочный чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, магний, фосфор, серу, кобальт и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, бор, РЗМ, кальций и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 3,3-3,8 кремний 1,4-2,4 марганец 0,1-0,4 ванадий 0,02-0,08 магний 0,04-0,08 кальций 0,002-0,06 сера 0,005-0,01 фосфор 0,005-0,04 никель 0,6-1,4 медь 0,05-0,15 хром 0,005-0,15 бор 0,006-0,15 РЗМ 0,006-0,02 барий 0,01-0,15 железо остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109332/02A RU2451101C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Высокопрочный чугун с шаровидным графитом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011109332/02A RU2451101C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Высокопрочный чугун с шаровидным графитом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2451101C1 true RU2451101C1 (ru) | 2012-05-20 |
Family
ID=46230751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109332/02A RU2451101C1 (ru) | 2011-03-11 | 2011-03-11 | Высокопрочный чугун с шаровидным графитом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2451101C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1029098B1 (en) * | 1997-10-14 | 2006-06-28 | Molycarbide International Ltd. | Spheroidal graphite cast iron alloy containing molybdenum and disc brake rotor therefrom |
RU2281982C1 (ru) * | 2005-04-05 | 2006-08-20 | Открытое акционерное общество "КАМАЗ-Металлургия" | Чугун |
JP2008156688A (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Jfe Steel Kk | 高強度球状黒鉛鋳鉄 |
EP1724370B1 (en) * | 2004-03-04 | 2010-01-27 | Hitachi Metals, Ltd. | Heat resisting cast iron and exhaust system part therefrom |
-
2011
- 2011-03-11 RU RU2011109332/02A patent/RU2451101C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1029098B1 (en) * | 1997-10-14 | 2006-06-28 | Molycarbide International Ltd. | Spheroidal graphite cast iron alloy containing molybdenum and disc brake rotor therefrom |
EP1724370B1 (en) * | 2004-03-04 | 2010-01-27 | Hitachi Metals, Ltd. | Heat resisting cast iron and exhaust system part therefrom |
RU2281982C1 (ru) * | 2005-04-05 | 2006-08-20 | Открытое акционерное общество "КАМАЗ-Металлургия" | Чугун |
JP2008156688A (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Jfe Steel Kk | 高強度球状黒鉛鋳鉄 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6079641B2 (ja) | 強度及び靭性に優れた球状黒鉛鋳鉄及びその製造方法 | |
CN103194664B (zh) | 一种高强度高韧性的卷扬机球墨铸铁卷筒及其铸造方法 | |
EP2835436B1 (en) | Aluminum alloy sheet for electric cell case, having excellent moldability, heat dissipation, and weldability | |
JP2014101541A (ja) | 高圧水素ガス容器用アルミニウム合金材とその製造方法 | |
CN101880837A (zh) | 制备钢的方法 | |
CN110592506A (zh) | 一种gh4780合金坯料和锻件及其制备方法 | |
JP2013514463A (ja) | 発火抵抗性と機械的特性に優れているマグネシウム合金及びその製造方法 | |
CN110565010B (zh) | 一种高放废物玻璃固化体产品容器用奥氏体耐热钢 | |
CN110914008A (zh) | 造型用的Fe基金属粉末 | |
CN101713489A (zh) | 锻造品和由该锻造品制造的曲轴 | |
ES2362241B1 (es) | Procedimiento de fabricación de piezas de fundición esferoidal. | |
JP5259515B2 (ja) | 中性子遮蔽材、その製造方法および使用済み燃料用キャスク | |
Razaq et al. | Influence of alloying elements Sn and Ti on the microstructure and mechanical properties of gray cast iron | |
RU2451101C1 (ru) | Высокопрочный чугун с шаровидным графитом | |
JPS649387B2 (ru) | ||
CN104630636A (zh) | 一种铸造低碳钢及其制备方法 | |
Wang et al. | Industrial Trials on Preparation of Cerium‐Treated H13 Steel by Electroslag Remelting with Cerium‐Oxide Containing Slag | |
CN112247396A (zh) | 一种奥氏体耐热钢焊丝及制备方法及应用 | |
EP2703510A1 (en) | Particle-reinforced steel with improved E-modulus and method for producing said steel | |
Yim et al. | Optimization of hot rolling process of gravity cast AZ31-xCa (x= 0∼ 2.0 mass%) alloys | |
RU2465363C1 (ru) | Радиационно стойкий аустенитный чугун с шаровидным графитом | |
Lichý et al. | Microstructure and thermomechanical properties of magnesium alloys castings | |
RU2233906C1 (ru) | Аустенитная сталь | |
JP6328547B2 (ja) | 大型鋳鋼品の製造方法及び大型鋳鋼品 | |
RU2241266C1 (ru) | Тепловыделяющий элемент ядерного реактора на быстрых нейтронах |