RU2495133C2 - Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent - Google Patents

Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent Download PDF

Info

Publication number
RU2495133C2
RU2495133C2 RU2011151040/02A RU2011151040A RU2495133C2 RU 2495133 C2 RU2495133 C2 RU 2495133C2 RU 2011151040/02 A RU2011151040/02 A RU 2011151040/02A RU 2011151040 A RU2011151040 A RU 2011151040A RU 2495133 C2 RU2495133 C2 RU 2495133C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
modification
nanostructured
carried out
graphite
Prior art date
Application number
RU2011151040/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011151040A (en
Inventor
Эдуард Владимирович Панфилов
Владимир Иванович Абрамов
Ирек Флорович Гумеров
Сергей Павлович Королев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "КАМАЗ" filed Critical Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority to RU2011151040/02A priority Critical patent/RU2495133C2/en
Publication of RU2011151040A publication Critical patent/RU2011151040A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2495133C2 publication Critical patent/RU2495133C2/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: proposed method involves melting of a charge in a melting unit, heat treatment of the melt at 1300…1650°C; at that, when obtaining cast-iron with ball-shaped graphite, primary modification is performed with nanostructured recarburising agent in the quantity of 0.10…0.25% of the melt weight, and secondary spheroidising modification is performed by means of a modifying agent containing 5…7% of magnesium, in the quantity of 1.2…2.0% of the melt weight, and when obtaining cast-iron with compacted graphite, primary modification is performed with nanostructured recarburising agent in the quantity of 0.10…0.25% of the melt weight, and secondary compacting modification is performed with a modifying agent containing 3…5% of magnesium and 3…6% of rare-earth elements in the quantity of 0.3…0.8% of the melt weight.
EFFECT: invention allows obtaining high-strength cast-iron for mass casting of items with increased physic and mechanical properties.
4 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, к литейному производству, к способам производства высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом на основе первичной обработки расплава наноструктурированным науглероживателем.The invention relates to metallurgy, to foundry, to methods for the production of high-strength cast iron with spherical and vermicular graphite based on the primary processing of the melt with a nanostructured carburizer.

Известен способ рафинирования и модифицирования железоуглеродистого расплава (патент RU №2192479), включающий введение в него рафинирующей и модифицирующей смеси, состоящей из материалов, содержащих оксиды бария, кальция, магния, редкоземельных металлов, кремния, а так же боратовую руду и алюминий. Смесь вводят при температуре расплава не менее 1300°C в количестве 0,5…5 кг/т при содержании компонентов, мас.%: оксиды бария, кальция, магния - 50…70; оксиды редкоземельных металлов - 1…10; боратовая руда - 2…5; алюминий - 5…20; кремний - 20…35.A known method of refining and modifying an iron-carbon melt (patent RU No. 2192479), comprising introducing into it a refining and modifying mixture consisting of materials containing oxides of barium, calcium, magnesium, rare earth metals, silicon, as well as borate ore and aluminum. The mixture is introduced at a melt temperature of at least 1300 ° C in an amount of 0.5 ... 5 kg / t with a content of components, wt.%: Oxides of barium, calcium, magnesium - 50 ... 70; rare earth metal oxides - 1 ... 10; borate ore - 2 ... 5; aluminum - 5 ... 20; silicon - 20 ... 35.

Недостатками известного способа являются обильное шлакообразование при обработке расплава и повышенная загрязненность расплава неметаллическими включениями оксидного происхождения, а это снижает стабильность и устойчивость процесса получения высоких физико-механических свойств сплава.The disadvantages of this method are abundant slag formation during melt processing and increased contamination of the melt with non-metallic inclusions of oxide origin, and this reduces the stability and stability of the process of obtaining high physical and mechanical properties of the alloy.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ измельчения графитных включений в высокопрочном чугуне (патент RU №2402617), включающий расплавление шихты в плавильном агрегате, доводку температуры расплава до 1440…1450°C, первичное модифицирование мелкофракционным ферросилицием ФС75 в количестве 0,15…0,20% от массы расплава и вторичное модифицирование комплексной лигатурой из 70% ФСМг-7 и 30% SIBAR22 фракцией 4…8 мм. Выдержка между первичным и вторичным модифицированием не превышает 3 минут, а выдержку и модифицирование расплава осуществляют до достижения чугуном эвтектического состава, мас.%: углерод 3,10…3,25; кремний 3,7…4,00; марганец 0,20…0,25; медь 1,00…1,50; фосфор 0,02…0,03; сера 0,01…0,012; магний 0,04…0,07; железо - остальное.. Однако данный способ имеет ряд недостатков:Closest to the claimed technical solution is a method of grinding graphite inclusions in ductile iron (patent RU No. 2402617), including melting the charge in the melting unit, adjusting the melt temperature to 1440 ... 1450 ° C, primary modification with fine-grained ferrosilicon FS75 in the amount of 0.15 ... 0 , 20% by weight of the melt and secondary modification with a complex alloy of 70% FSMg-7 and 30% SIBAR22 with a fraction of 4 ... 8 mm. The exposure between primary and secondary modification does not exceed 3 minutes, and the exposure and modification of the melt is carried out until cast iron reaches the eutectic composition, wt.%: Carbon 3.10 ... 3.25; silicon 3.7 ... 4.00; manganese 0.20 ... 0.25; copper 1.00 ... 1.50; phosphorus 0.02 ... 0.03; sulfur 0.01 ... 0.012; magnesium 0.04 ... 0.07; iron - the rest .. However, this method has several disadvantages:

- неустойчивость и нестабильность первой стадии обработки расплава мелкофракционным ФС75, поскольку обработка на желобе при сливе металла не обеспечивает равномерность усвоения по объему расплава, а введение ФС75 в ковш сопровождается возгонкой мелкой фракции тепловыми потоками, что также снижает эффективность обработки;- instability and instability of the first stage of processing the melt with fine-grained FS75, since the processing on the trough during the discharge of the metal does not ensure uniform assimilation in the volume of the melt, and the introduction of FS75 into the ladle is accompanied by sublimation of the fine fraction by heat fluxes, which also reduces the processing efficiency;

- применение комплексной лигатуры (70% ФСМг-7 и 30% SIBAR22) не обеспечивает повторяемость модифицирования в массовом производстве литья, так как присутствующая естественная вибрация в литейном цехе приводит к естественному расслоению комплексной лигатуры по плотностям и затрудняет физическое соблюдение пропорции масс между ФСМг-7 и SIBAR22, что приводит к эффектам недомодифицирования чугуна и, следовательно, к нестабильности процесса;- the use of complex ligatures (70% FSMg-7 and 30% SIBAR22) does not provide repeatability of modification in mass production of castings, since the natural vibration present in the foundry leads to the natural separation of the complex ligature in density and makes it difficult to physically observe the mass ratio between FSMg-7 and SIBAR22, which leads to the effects of undermodification of cast iron and, consequently, to the instability of the process;

- узкий временной интервал между первичным и вторичным модифицированием не позволяет обеспечить стабильное производство отливок необходимого качества.- a narrow time interval between primary and secondary modification does not allow for stable production of castings of the required quality.

Заявляемое изобретение направлено на получение способа стабильного производства высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом для массового изготовления литья с повышенными физико-механическими свойствами.The claimed invention is directed to a method for the stable production of high-strength cast irons with spherical and vermicular graphite for mass production of castings with enhanced physical and mechanical properties.

Для достижения поставленной цели в части получения высокопрочных чугунов с шаровидным графитом в способе производства высокопрочных чугунов с шаровидным графитом на основе наноструктурированного науглероживателя, включающем расплавление шихты в плавильном агрегате, температурную обработку расплава, первичное и вторичное модифицирование с выдержкой между ними, температурная обработка расплава составляет 1300…1650°C, в первичном модифицировании проводят науглероживание наноструктурированным науглероживателем в количестве 0,10…0,25% от массы расплава методом вдувания под зеркало расплава, а вторичное модифицирование заключается в сфероидизирующем модифицировании с расходными характеристиками модификатора, содержащего 5…7% магния в количестве 1,2…2,0% от массы расплава, при этом время выдержки между науглероживанием и сфероидизирующим модифицированием не превышает 24 часов, а выдержку и модифицирование осуществляют до достижения чугуном с шаровидным графитом следующего эвтектического состава, мас.%: углерод 2,80…4,30; кремний 1,60…4,20; марганец 0,01…1,20; медь 0,001…10,0; фосфор 0,005…0,80; сера 0,001…0,80; магний 0,025…0,09; железо - остальное.To achieve this goal in terms of producing high-strength spheroidal graphite cast iron in a method for the production of high-strength spherical graphite cast iron based on a nanostructured carburizer, including melting the charge in the melting unit, temperature processing of the melt, primary and secondary modification with an exposure between them, the temperature processing of the melt is 13 ... 1650 ° C, in the initial modification, carburization is carried out with a nanostructured carburizer in an amount of 0.10 ... 0.25% of the mass of the melt by injection under the mirror of the melt, and the secondary modification consists in spheroidizing modification with the flow characteristics of a modifier containing 5 ... 7% magnesium in an amount of 1.2 ... 2.0% of the mass of the melt, while the exposure time between carburization and spheroidizing modification is not exceeds 24 hours, and aging and modification is carried out until cast iron with spherical graphite reaches the following eutectic composition, wt.%: carbon 2.80 ... 4.30; silicon 1.60 ... 4.20; manganese 0.01 ... 1.20; copper 0.001 to 10.0; phosphorus 0.005 ... 0.80; sulfur 0.001 ... 0.80; magnesium 0.025 ... 0.09; iron is the rest.

Заявляемый способ включает следующие операции.The inventive method includes the following operations.

Расплавление шихты в плавильном агрегате, температурная обработка расплава, первичное и вторичное модифицирование с выдержкой между ними. При этом в первичном модифицировании проводят науглероживание наноструктурированным науглероживателем методом вдувания под зеркало расплава, а вторичное модифицирование заключается в сфероидизирующем модифицировании с расходными характеристиками модификатора, содержащего 5…7% магния в количестве 1,2…2,0% от массы расплава. Время выдержки между науглероживанием и сфероидизирующим модифицированием не превышает 24 часов. Выдержку и модифицирование осуществляют до достижения чугуном с шаровидным графитом следующего эвтектического состава, мас.%: углерод 2,80…4,30; кремний 1,60…4,20; марганец 0,01…1,20; медь 0,001…10,0; фосфор 0,005…0,80; сера 0,001…0,80; магний 0,025…0,09; железо - остальное.Melting the charge in the melting unit, heat treatment of the melt, primary and secondary modification with exposure between them. At the same time, in the primary modification, carburization is carried out by a nanostructured carburizer by injection under a melt mirror, and the secondary modification consists in spheroidizing modification with consumable characteristics of a modifier containing 5 ... 7% magnesium in an amount of 1.2 ... 2.0% of the mass of the melt. The exposure time between carburization and spheroidizing modification does not exceed 24 hours. Exposure and modification is carried out until cast iron with spherical graphite following eutectic composition, wt.%: Carbon 2.80 ... 4.30; silicon 1.60 ... 4.20; manganese 0.01 ... 1.20; copper 0.001 to 10.0; phosphorus 0.005 ... 0.80; sulfur 0.001 ... 0.80; magnesium 0.025 ... 0.09; iron is the rest.

Расплавление шихты осуществляют в плавильном агрегате, в качестве которого могут быть использованы вагранка, индукционная или электродуговая печь.The charge is melted in a melting unit, which can be used as cupola, induction or electric arc furnace.

Далее проводят температурную обработку расплава при 1300…1650°C и науглероживание наноструктурированным науглероживателем методом вдувания под зеркало расплава. При температуре ниже 1300°C из-за высокой вязкости жидкого металла не происходит эффективного вдувания науглероживателя в расплав, а температура свыше 1650°C приводит к трещинообразованию на огнеупорных трубах, через которые производят вдувание науглероживателя.Next, the melt is heated at 1300 ... 1650 ° C and carburized with a nanostructured carburizer by injection under a melt mirror. At temperatures below 1300 ° C, due to the high viscosity of the molten metal, the carburizer is not effectively injected into the melt, and temperatures above 1650 ° C cause cracking on the refractory pipes through which the carburizer is injected.

Количество науглероживателя составляет 0,10…0,25% от массы расплава. Наноструктуры графита, имеющиеся в науглероживателе, попадают в расплав чугуна и равномерно распределяются в жидком металле в виде нанокластеров фуллеренового строения размером до 100 Нм, что обеспечивает их устойчивость и инертность к газам, неметаллическим соединениям, находящимся в расплаве. Наноструктуры графита являются идеальными центрами кристаллизации графитных включений при последующем сфероидизирующем модифицировании. В таком состоянии Наноструктуры графита могут находится в расплаве чугуна в течение 24 часов, обеспечивая стабильность и устойчивость модифицирования.The amount of carburizer is 0.10 ... 0.25% of the mass of the melt. The graphite nanostructures available in the carburizer enter the molten iron and are evenly distributed in the liquid metal in the form of fullerene nanoclusters up to 100 Nm in size, which ensures their stability and inertness to gases and nonmetallic compounds in the melt. Graphite nanostructures are ideal centers of crystallization of graphite inclusions during subsequent spheroidizing modification. In this state, graphite nanostructures can be in the molten iron for 24 hours, providing stability and stability of the modification.

Равномерность распределения центров кристаллизации графитных включений обеспечивает высокие физико-механические свойства чугуна при кристаллизации и высокие технологические характеристики в жидком состоянии: жидкотекучесть и формозаполняемость.The uniform distribution of the centers of crystallization of graphite inclusions provides high physico-mechanical properties of cast iron during crystallization and high technological characteristics in the liquid state: fluidity and form filling.

При введении науглероживателя в количествах менее 0,10% от массы расплава происходит недостаточное образование центров кристаллизации графита, что выражается в образовании в структуре чугуна при последующем сфероидизирующем модифицировании включений цементита. При введении науглероживателя более 0,25% не происходит дальнейшего повышения физико-механических свойств и технологических характеристик, но в структуре чугуна при последующем модифицировании появляются включения графита междендритного распределения, что подтверждает переизбыток центров кристаллизации графита. Последующее сфероидизирующее модифицирование в течение 24 часов обеспечивает стабильное и устойчивое формирование шаровидного графита в чугуне с вермикулярным графитом. Временной перерыв более 24 часов между науглероживанием и модифицирующей обработкой расплава нежелателен, поскольку ведет к выгоранию входящих в состав чугуна основных элементов кремния и углерода, что недопустимо при производстве высокопрочных чугунов.With the introduction of a carburizer in amounts of less than 0.10% of the mass of the melt, the formation of centers of crystallization of graphite is insufficient, which is manifested in the formation of castite in the structure of cast iron with subsequent spheroidizing modification of cementite inclusions. With the introduction of a carburizer of more than 0.25%, there is no further increase in physicomechanical properties and technological characteristics, but graphite inclusions of the dendritic distribution appear in the structure of cast iron with subsequent modification, which confirms the excess of graphite crystallization centers. Subsequent spheroidizing modification within 24 hours provides stable and stable formation of spherical graphite in cast iron with vermicular graphite. A temporary break of more than 24 hours between the carburization and the modifying treatment of the melt is undesirable, since it leads to the burnout of the main elements of silicon and carbon, which is unacceptable in the production of high-strength cast irons.

Расходные характеристики сфероидизирующего модификатора, содержащего 5…7% магния, в количествах менее 1,2% приводит к появлению в структуре включений вермикулярного графита в отливках из чугуна с шаровидным графитом, что весьма нежелательно; свыше 2,0% приводит к образованию разорванного, то есть «вырожденного» графита, что снижает физико-механические свойства.Consumption characteristics of a spheroidizing modifier containing 5 ... 7% magnesium, in amounts of less than 1.2%, leads to the appearance of vermicular graphite inclusions in castings from nodular cast iron, which is highly undesirable; more than 2.0% leads to the formation of torn, that is, "degenerate" graphite, which reduces the physical and mechanical properties.

Содержание химических элементов в высокопрочных чугунах с шаровидным графитом представлено следующим эвтектическим составом, мас.%: углерод 2,80…4,30; кремний 1,60…4,20; марганец 0,01…1,20; медь 0,001…10,0; фосфор 0,005…0,80; сера 0,001…0,80; магний 0,025…0,09; железо - остальное; обусловлен следующим.The content of chemical elements in high-strength cast iron with spherical graphite is represented by the following eutectic composition, wt.%: Carbon 2.80 ... 4.30; silicon 1.60 ... 4.20; manganese 0.01 ... 1.20; copper 0.001 to 10.0; phosphorus 0.005 ... 0.80; sulfur 0.001 ... 0.80; magnesium 0.025 ... 0.09; iron - the rest; due to the following.

Содержание углерода ниже 2,80% приводит к низкой жидкотекучести чугуна и недостаточному количеству для формирования необходимой графитной фазы; выше 4,30% углерода приводит к образованию заэвтектического чугуна с пониженными технологическими характеристиками и с пониженным относительным удлинением.A carbon content below 2.80% leads to a low fluidity of the cast iron and an insufficient amount to form the necessary graphite phase; above 4.30% carbon leads to the formation of hypereutectic iron with reduced technological characteristics and with a reduced elongation.

Содержание кремния ниже 1,60% ведет к образованию химических соединений типа Fe3C (цементит); свыше 4,20% кремния способствует повышенной хрупкости чугуна и снижает технологические свойства.A silicon content below 1.60% leads to the formation of chemical compounds such as Fe 3 C (cementite); over 4.20% silicon contributes to increased brittleness of cast iron and reduces technological properties.

Наличие марганца менее 0,01% способствует формированию ферритной металлической матрицы в чугуне, что приемлемо в ограниченных вариантах производства отливок, но и при плавке требует использования сверхчистых шихтовых материалов, снижая рентабельность производства чугунных отливок; свыше 1,20% марганца способствует образованию сложных карбидов и, следовательно, ухудшает последующую механическую обработку отливок, что нежелательно для производства машиностроительного литья.The presence of manganese of less than 0.01% promotes the formation of a ferritic metal matrix in cast iron, which is acceptable in limited casting production options, but also requires the use of ultra-pure charge materials during smelting, reducing the profitability of the production of cast iron castings; over 1.20% manganese contributes to the formation of complex carbides and, therefore, worsens the subsequent machining of castings, which is undesirable for the production of engineering castings.

Наличие меди менее 0,001% требует использования чистых шихтовых материалов, что является нецелесообразным; свыше 10,0% меди - не происходит повышения прочностных свойств чугуна.The presence of copper less than 0.001% requires the use of pure charge materials, which is impractical; over 10.0% copper - there is no increase in the strength properties of cast iron.

Содержание фосфора ниже 0,005% сложно обеспечить технически, ввиду удорожания шихтовых материалов; свыше 0,80% фосфора приводит к формированию фосфидной эвтектики, что приводит к повышению хрупкости и твердости.The phosphorus content below 0.005% is difficult to provide technically, due to the increase in the cost of charge materials; over 0.80% of phosphorus leads to the formation of a phosphide eutectic, which leads to an increase in fragility and hardness.

Содержание серы до 0,01% требует повышенных расходов модификаторов, при этом нет влияния на физико-механические и технологические свойства чугуна; свыше 0,80% серы препятствует образованию шаровидного графита, что недопустимо при производстве высокопрочных чугунов.Sulfur content up to 0.01% requires increased costs of modifiers, while there is no effect on the physicomechanical and technological properties of cast iron; over 0.80% sulfur prevents the formation of spherical graphite, which is unacceptable in the production of high-strength cast irons.

Наличие магния менее 0,025% не обеспечивает формирование необходимой формы графита в чугуне; свыше 0,90% магния приводит к эффекту «перемодифицирования» и вырождению требуемой формы графита.The presence of magnesium of less than 0.025% does not provide the formation of the necessary form of graphite in cast iron; over 0.90% of magnesium leads to the effect of "overmodification" and degeneration of the desired form of graphite.

Для достижения поставленной цели в части получения высокопрочных чугунов с вермикулярным графитом в способе производства высокопрочных чугунов с вермикулярным графитом на основе наноструктурированного науглероживателя, включающем расплавление шихты в плавильном агрегате, температурную обработку расплава, первичное и вторичное модифицирование, температурная обработка расплава составляет 1300…1650°C, в первичном модифицировании проводят науглероживание наноструктурированным науглероживателем методом вдувания под зеркало расплава, а вторичное модифицирование заключается в вермикуляризирующем модифицировании с расходными характеристиками модификатора, содержащего 3…5% магния и 3...6% редкоземельных элементов в количестве 0,3…0,8% от массы расплава для получения чугуна с вермикулярным графитом следующего эвтектического состава, мас.%: углерод 2,80…4,50; кремний 1,60…4,50; марганец 0,01…1,50; медь 0,001…10,0; фосфор 0,001…0,80; сера 0,001…1,00; магний 0,01…0,06; железо - остальное.To achieve this goal in terms of producing high-strength cast iron with vermicular graphite in a method for the production of high-strength cast iron with vermicular graphite based on nanostructured carburizer, including melting the charge in the melting unit, the temperature treatment of the melt, primary and secondary modification, the temperature treatment of the melt is 1350 ... 1650 ... , in the initial modification, carburization is carried out by a nanostructured carburizer by injection under a melt mirror, and secondary modification consists of vermicularizing modification with the flow characteristics of a modifier containing 3 ... 5% magnesium and 3 ... 6% rare earth elements in an amount of 0.3 ... 0.8% by weight of the melt to produce cast iron with vermicular graphite of the following eutectic composition, wt.%: carbon 2.80 ... 4.50; silicon 1.60 ... 4.50; manganese 0.01 ... 1.50; copper 0.001 to 10.0; phosphorus 0.001 ... 0.80; sulfur 0.001 to 1.00; magnesium 0.01 ... 0.06; iron is the rest.

Способ заключается в следующем.The method is as follows.

Расплавление шихты в плавильном агрегате, температурная обработка расплава, первичное и вторичное модифицирование с выдержкой между ними. При этом в первичном модифицировании проводят науглероживание наноструктурированным науглероживателем методом вдувания под зеркало расплава, а вторичное модифицирование заключается в вермикуляризирующем модифицировании с расходными характеристиками модификатора, содержащего 3…5% магния и 3…6% редкоземельных элементов в количестве 0,3…0,8% от массы расплава, при этом время выдержки между науглероживанием и вермикуляризирующим модифицированием не превышает 24 часов, а выдержку и модифицирование осуществляют до достижения чугуном с вермикулярным графитом следующего эвтектического состава, мас.%: углерод 2,80…4,50; кремний 1,60…4,50; марганец 0,01…1,50; медь 0,001…10,0; фосфор 0,001…0,80; сера 0,001…1,00; магний 0,01…0,06; железо - остальное.Melting the charge in the melting unit, heat treatment of the melt, primary and secondary modification with exposure between them. Moreover, in the primary modification, carburization is carried out by a nanostructured carburizer by injection under a melt mirror, and secondary modification consists of vermicularizing modification with expendable characteristics of a modifier containing 3 ... 5% magnesium and 3 ... 6% rare earth elements in an amount of 0.3 ... 0.8% by weight of the melt, while the exposure time between carburization and vermicularizing modification does not exceed 24 hours, and the exposure and modification is carried out until it reaches cast iron with ver micular graphite of the following eutectic composition, wt.%: carbon 2.80 ... 4.50; silicon 1.60 ... 4.50; manganese 0.01 ... 1.50; copper 0.001 to 10.0; phosphorus 0.001 ... 0.80; sulfur 0.001 to 1.00; magnesium 0.01 ... 0.06; iron is the rest.

Расплавление шихты осуществляют в плавильном агрегате, в качестве которого могут быть использованы вагранка, индукционная или электродуговая печь.The charge is melted in a melting unit, which can be used as cupola, induction or electric arc furnace.

Далее проводят температурную обработку расплава при 1300…1650°C и науглероживание наноструктурированным науглероживателем методом вдувания под зеркало расплава. При температуре ниже 1300°C из-за высокой вязкости жидкого металла не происходит эффективного вдувания науглероживателя в расплав, а температура свыше 1650°C приводит к трещинообразованию на огнеупорных трубах, через которые производят вдувание науглероживателя.Next, the melt is heated at 1300 ... 1650 ° C and carburized with a nanostructured carburizer by injection under a melt mirror. At temperatures below 1300 ° C, due to the high viscosity of the molten metal, the carburizer is not effectively injected into the melt, and temperatures above 1650 ° C cause cracking on the refractory pipes through which the carburizer is injected.

Количество науглероживателя составляет 0,10…0,25% от массы расплава. Наноструктуры графита, имеющиеся в науглероживателе, попадают в расплав чугуна и равномерно распределяются в жидком металле в виде нанокластеров фуллеренового строения размером до 100 Нм, что обеспечивает их устойчивость и инертность к газам, неметаллическим соединениям, находящимся в расплаве. Наноструктуры графита являются идеальными центрами кристаллизации графитных включений при последующем вермикуляризирующем модифицировании. В таком состоянии Наноструктуры графита могут находится в расплаве чугуна в течение 24 часов, обеспечивая стабильность и устойчивость модифицирования.The amount of carburizer is 0.10 ... 0.25% of the mass of the melt. The graphite nanostructures available in the carburizer enter the molten iron and are evenly distributed in the liquid metal in the form of fullerene nanoclusters up to 100 Nm in size, which ensures their stability and inertness to gases and nonmetallic compounds in the melt. Graphite nanostructures are ideal crystallization centers for graphite inclusions during subsequent vermicularization modification. In this state, graphite nanostructures can be in the molten iron for 24 hours, providing stability and stability of the modification.

Равномерность распределения центров кристаллизации графитных включений обеспечивает высокие физико-механические свойства чугуна при кристаллизации и высокие технологические характеристики в жидком состоянии: жидкотекучесть и формозаполняемость.The uniform distribution of the centers of crystallization of graphite inclusions provides high physico-mechanical properties of cast iron during crystallization and high technological characteristics in the liquid state: fluidity and mold filling.

При введении науглероживателя в количествах менее 0,10% от массы расплава происходит недостаточное образование центров кристаллизации графита, что выражается в образовании в структуре чугуна при последующем вермикуляризирующем модифицировании включений цементита. При введении науглероживателя более 0,25% не происходит дальнейшего повышения физико-механических свойств и технологических характеристик, но в структуре чугуна при последующем модифицировании появляются включения графита междендритного распределения, что подтверждает переизбыток центров кристаллизации графита. Последующее вермикуляризирующее модифицирование в течение 24 часов обеспечивает стабильное и устойчивое формирование шаровидного графита чугуне с вермикулярным графитом. Временной перерыв более 24 часов между науглероживанием и модифицирующей обработкой расплава нежелателен, поскольку ведет к выгоранию входящих в состав чугуна основных элементов кремния и углерода, что недопустимо при производстве высокопрочных чугунов.With the introduction of a carburizing agent in amounts of less than 0.10% of the mass of the melt, insufficient formation of graphite crystallization centers occurs, which is manifested in the formation of castite inclusions in the structure of cast iron with subsequent vermicularization modification. With the introduction of a carburizer of more than 0.25%, there is no further increase in physicomechanical properties and technological characteristics, but graphite inclusions of the dendritic distribution appear in the structure of cast iron with subsequent modification, which confirms the excess of graphite crystallization centers. Subsequent vermicularization modification within 24 hours ensures stable and stable formation of spherical graphite in cast iron with vermicular graphite. A temporary break of more than 24 hours between the carburization and the modifying treatment of the melt is undesirable, since it leads to the burnout of the main elements of silicon and carbon, which is unacceptable in the production of high-strength cast irons.

Расходные характеристики вермикуляризирующего модификатора, содержащего 3…5% магния и 3…6% редкоземельных элементов, в количествах менее 0,3% приводит к образованию в структуре чугуна отдельных включений пластинчатой формы, что является недопустимым при производстве чугуна с вермикулярным графитом; свыше 0,8% приводит к образованию большого количества шаровидных включений, что является нежелательным при производстве чугунов с вермикулярным графитом.Consumption characteristics of a vermicularizing modifier containing 3 ... 5% magnesium and 3 ... 6% rare earth elements, in amounts of less than 0.3%, leads to the formation of individual plate-shaped inclusions in the structure of cast iron, which is unacceptable in the production of cast iron with vermicular graphite; over 0.8% leads to the formation of a large number of spherical inclusions, which is undesirable in the production of cast iron with vermicular graphite.

Содержание химических элементов в высокопрочных чугунах с вермикулярным графитом представлено следующим эвтектическим составом, мас.%: углерод 2,80…4,50; кремний 1,60…4,50; марганец 0,01…1,50; медь 0,001…10,0; фосфор 0,001…0,80; сера 0,001…1,00; магний 0,01…0,06; железо - остальное; обусловлен следующим.The content of chemical elements in high-strength cast iron with vermicular graphite is represented by the following eutectic composition, wt.%: Carbon 2.80 ... 4.50; silicon 1.60 ... 4.50; manganese 0.01 ... 1.50; copper 0.001 to 10.0; phosphorus 0.001 ... 0.80; sulfur 0.001 to 1.00; magnesium 0.01 ... 0.06; iron - the rest; due to the following.

Содержание углерода ниже 2,80% приводит к низкой жидкотекучести чугуна и недостаточному количеству для формирования необходимой графитной фазы; выше 4,50% углерода приводит к образованию заэвтектического чугуна с пониженными технологическими характеристиками и с пониженным относительным удлинением.A carbon content below 2.80% leads to a low fluidity of the cast iron and an insufficient amount to form the necessary graphite phase; above 4.50% carbon leads to the formation of hypereutectic iron with reduced technological characteristics and with a reduced elongation.

Содержание кремния ниже 1,60% ведет к образованию химических соединений типа Fe3C (цементит); свыше 4,50% кремния способствует повышенной хрупкости чугуна и снижает технологические свойства.A silicon content below 1.60% leads to the formation of chemical compounds such as Fe 3 C (cementite); over 4.50% silicon contributes to the increased brittleness of cast iron and reduces technological properties.

Наличие марганца менее 0,01% способствует формированию ферритной металлической матрицы в чугуне, что приемлемо в ограниченных вариантах производства отливок, но и при плавке требует использования сверхчистых шихтовых материалов, снижая рентабельность производства чугунных отливок; свыше 1,50% марганца способствует образованию сложных карбидов и, следовательно, ухудшает последующую механическую обработку отливок, что нежелательно для производства машиностроительного литья.The presence of manganese of less than 0.01% promotes the formation of a ferritic metal matrix in cast iron, which is acceptable in limited casting production options, but also requires the use of ultra-pure charge materials during smelting, reducing the profitability of the production of cast iron castings; over 1.50% manganese contributes to the formation of complex carbides and, therefore, worsens the subsequent machining of castings, which is undesirable for the production of engineering castings.

Наличие меди менее 0,001% требует использования чистых шихтовых материалов, что является нецелесообразным; свыше 10,0% меди - не происходит повышения прочностных свойств чугуна.The presence of copper less than 0.001% requires the use of pure charge materials, which is impractical; over 10.0% copper - there is no increase in the strength properties of cast iron.

Содержание фосфора ниже 0,001% сложно обеспечить технически, ввиду удорожания шихтовых материалов; свыше 0,80% фосфора приводит к формированию фосфидной эвтектики, что приводит к повышению хрупкости и твердости.The phosphorus content below 0.001% is difficult to provide technically, due to the increase in the cost of charge materials; over 0.80% of phosphorus leads to the formation of a phosphide eutectic, which leads to an increase in fragility and hardness.

Содержание серы до 0,01% требует повышенных расходов модификаторов, при этом нет влияния на физико-механические и технологические свойства чугуна; свыше 1,0% серы препятствует образованию вермикулярного графита, что недопустимо при производстве высокопрочных чугунов.Sulfur content up to 0.01% requires increased costs of modifiers, while there is no effect on the physicomechanical and technological properties of cast iron; over 1.0% sulfur prevents the formation of vermicular graphite, which is unacceptable in the production of high-strength cast irons.

Наличие магния менее 0,01% не обеспечивает формирование необходимой формы графита в чугуне; свыше 0,06% магния приводит к эффекту «перемодифицирования» и вырождению требуемой формы графита.The presence of magnesium of less than 0.01% does not provide the formation of the necessary form of graphite in cast iron; over 0.06% of magnesium leads to the effect of "overmodification" and degeneration of the desired form of graphite.

В производстве чугунного литья ОАО «КАМА3-Металлургия» проходили испытания материалов, произведенных заявляемым и известным способом, выбранным в качестве прототипа. На физико-механические свойства испытывали чугун с шаровидным и вермикулярным графитом (ЧШГ и ЧВГ).In the production of iron casting, KAMA-Metallurgy OJSC, tests were carried out on materials produced by the claimed and known method, selected as a prototype. On the physicomechanical properties, cast iron with spherical and vermicular graphite (BSH and CVG) was tested.

Результаты сравнительных данных приведены в таблице 1.The results of the comparative data are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 № п/пNo. p / p Наименование материалаName of material Темпера
тура обработки, °C
Tempera
processing round, ° C
Тип графитаGraphite type Предел прочности, МПаTensile strength, MPa Относительное удлинение, %Relative extension, % Твердость, НВHardness, HB Жидкоте
кучесть, мм
Liquidcot
kuchnost, mm
1one Предлагаемый для ЧШГ (нижний уровень)Offered for ChSHG (lower level) 13001300 Шаровидный, равномерно распределенныйSpherical, evenly distributed 550550 9,89.8 187187 248248 22 Предлагаемый для ЧШГ (средний уровень)Offered for ChSHG (Intermediate Level) 14751475 Шаровидный, равномерно распределенныйSpherical, evenly distributed 740740 8,68.6 197197 266266 33 Предлагаемый для ЧШГ (верхний уровень)Offered for CSHG (upper level) 16501650 Шаровидный, равномерно распределенныйSpherical, evenly distributed 820820 7,57.5 212212 319319 4four Предлагаемый для ЧВГ (нижний уровень)Suggested for CVG (lower level) 13001300 Вермикулярный, равномерно распределенныйVermicular, evenly distributed 390390 4,54,5 176176 235235 55 Предлагаемый для ЧВГ (средний уровень)Suggested for CVG (Intermediate Level) 14751475 Вермикулярный, равномерно распределенныйVermicular, evenly distributed 420420 3,83.8 182182 249249 66 Предлагаемый для ЧВГ (верхний уровень)Suggested for CVG (upper level) 16501650 Вермикулярный, равномерно распределенныйVermicular, evenly distributed 460460 3,43.4 187187 265265 77 Прототип патент RU №2402617Prototype Patent RU No. 2402617 14451445 Шаровидный, вермикулярный, пластинчатый, неравномерное распределениеSpherical, vermicular, lamellar, uneven distribution 340340 1,71.7 197197 210210

По таблице сравнительных данных очевидно, что заявляемый способ позволяет получать чугуны с шаровидным (ЧШГ) и вермикулярным графитом (ЧВГ), обладающие:According to the table of comparative data, it is obvious that the claimed method allows to obtain cast iron with spherical (chshg) and vermicular graphite (chhvg) having:

- более высоким пределом прочности 550…820 МПа для ЧШГ и 390…460 МПа для ЧВГ против 340 МПа;- a higher tensile strength of 550 ... 820 MPa for chshg and 390 ... 460 MPa for chhvg against 340 MPa;

- более высокой жидкотекучестью 248…319 мм для ЧШГ и 235…265 мм для ЧВГ против 210 мм;- higher fluidity 248 ... 319 mm for chshg and 235 ... 265 mm for chvg against 210 mm;

- повышенным относительным удлинением 7,5…9,8% для ЧШГ и 3,4…4,5% для ЧВГ против 1,7%.- increased relative elongation of 7.5 ... 9.8% for chilogas and 3.4 ... 4.5% for chhvg against 1.7%.

Заявляемый способ производства высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом предполагает подготовку расплава одним из возможных способов дуплекс-процесса:The inventive method for the production of high-strength cast iron with spherical and vermicular graphite involves the preparation of the melt by one of the possible methods of the duplex process:

- индукционная печь - индукционная печь;- induction furnace - induction furnace;

- индукционная печь - электродуговая печь;- induction furnace - electric arc furnace;

- индукционная печь - вагранка;- induction furnace - cupola;

- электродуговая печь - индукционная печь;- electric arc furnace - induction furnace;

- электродуговая печь - электродуговая печь;- electric arc furnace - electric arc furnace;

- электродуговая печь - вагранка.- electric arc furnace - cupola.

Из всего вышесказанного очевидно, что заявляемый способ производства позволяет получать в различных плавильных агрегатах высокопрочные чугуны с шаровидным и вермикулярным графитом, обладающие повышенными физико-механическими свойствами за счет науглероживания наноструктурированным науглероживателем, содержащем наноструктуры графита, которые являются идеальными центрами кристаллизации графитных включений при последующем стабильном и устойчивом сфероидизирующем или вермикуляризирующем модифицировании.From all of the foregoing, it is obvious that the claimed production method allows to obtain high-strength cast iron with spherical and vermicular graphite in various melting units, which have enhanced physical and mechanical properties due to carburization with a nanostructured carburizer containing graphite nanostructures, which are ideal centers of crystallization of graphite inclusions and subsequently stable stable spheroidizing or vermicularizing modification.

Claims (4)

1. Способ производства высокопрочных чугунов с использованием наноструктурированного науглероживателя, включающий расплавление шихты в плавильном агрегате, температурную обработку расплава, первичное и вторичное модифицирование с выдержкой между ними, отличающийся тем, что температурную обработку расплава осуществляют при 1300-1650°С, в первичном модифицировании проводят науглероживание наноструктурированным науглероживателем в количестве 0,10-0,25% от массы расплава методом вдувания под зеркало расплава, а вторичное модифицирование проводят сфероидизирующим модификатором, содержащим 5-7% магния, в количестве 1,2-2,0% от массы расплава, при этом время выдержки между науглероживанием и сфероидизирующим модифицированием не превышает 24 ч, а выдержку и модифицирование осуществляют до достижения чугуном с шаровидным графитом следующего эвтектического состава, мас.%:
Углерод 2,80-4,30 Кремний 1,60-4,20 Марганец 0,01-1,20 Медь 0,001-10,0 Фосфор 0,005-0,80 Сера 0,001-0,80 Магний 0,025-0,09 Железо остальное
1. A method of manufacturing high-strength cast irons using a nanostructured carburizer, including melting the charge in a melting unit, heat treatment of the melt, primary and secondary modification with exposure between them, characterized in that the heat treatment of the melt is carried out at 1300-1650 ° C, in the primary modification is carried out carburization with a nanostructured carburizer in an amount of 0.10-0.25% of the mass of the melt by injection under a melt mirror, and secondary modification is carried out lead with a spheroidizing modifier containing 5-7% magnesium, in an amount of 1.2-2.0% by weight of the melt, while the exposure time between carburization and spheroidizing modification does not exceed 24 hours, and the exposure and modification is carried out until cast iron with spherical graphite the following eutectic composition, wt.%:
Carbon 2.80-4.30 Silicon 1,60-4,20 Manganese 0.01-1.20 Copper 0.001-10.0 Phosphorus 0.005-0.80 Sulfur 0.001-0.80 Magnesium 0,025-0,09 Iron rest
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве плавильного агрегата используют индукционную печь, электродуговую печь или вагранку.2. The method according to claim 1, characterized in that the induction furnace, electric arc furnace or cupola is used as the melting unit. 3. Способ производства высокопрочных чугунов с использованием наноструктурированного науглероживателя, включающий расплавление шихты в плавильном агрегате, температурную обработку расплава, первичное и вторичное модифицирование с выдержкой между ними, отличающийся тем, что температурную обработку расплава осуществляют при 1300-1650°С, в первичном модифицировании проводят науглероживание наноструктурированным науглероживателем в количестве 0,10-0,25% от массы расплава методом вдувания под зеркало расплава, а вторичное модифицирование проводят вермикуляризирующим модификатором, содержащим 3-5% магния и 3-6% редкоземельных элементов, в количестве 0,3-0,8% от массы расплава, при этом время выдержки между науглероживанием и вермикуляризирующим модифицированием не превышает 24 ч, а выдержку и модифицирование осуществляют до достижения чугуном с вермикулярным графитом следующего эвтектического состава, мас.%:
Углерод 2,80-4,50 Кремний 1,60-4,50 Марганец 0,01-1,50 Медь 0,001-10,0 Фосфор 0,001-0,80 Сера 0,001-1,00 Магний 0,01-0,06 Железо Остальное
3. A method for the production of high-strength cast irons using a nanostructured carburizer, including melting the charge in a melting unit, heat treatment of the melt, primary and secondary modification with exposure between them, characterized in that the heat treatment of the melt is carried out at 1300-1650 ° C, in the primary modification is carried out carburization with a nanostructured carburizer in an amount of 0.10-0.25% of the mass of the melt by injection under a melt mirror, and secondary modification is carried out lead vermicularizing modifier containing 3-5% magnesium and 3-6% rare earth elements, in an amount of 0.3-0.8% by weight of the melt, while the exposure time between carburization and vermicularizing modification does not exceed 24 hours, and exposure and modification carried out until the iron with vermicular graphite reaches the following eutectic composition, wt.%:
Carbon 2.80-4.50 Silicon 1,60-4,50 Manganese 0.01-1.50 Copper 0.001-10.0 Phosphorus 0.001-0.80 Sulfur 0.001-1.00 Magnesium 0.01-0.06 Iron Rest
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве плавильного агрегата используют индукционную печь, электродуговую печь или вагранку. 4. The method according to claim 3, characterized in that the induction furnace, electric arc furnace or cupola is used as the melting unit.
RU2011151040/02A 2011-12-14 2011-12-14 Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent RU2495133C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151040/02A RU2495133C2 (en) 2011-12-14 2011-12-14 Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151040/02A RU2495133C2 (en) 2011-12-14 2011-12-14 Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011151040A RU2011151040A (en) 2013-06-27
RU2495133C2 true RU2495133C2 (en) 2013-10-10

Family

ID=48700935

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011151040/02A RU2495133C2 (en) 2011-12-14 2011-12-14 Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2495133C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1552662A (en) * 1975-10-06 1979-09-19 Mercier Corp Method of fluidizing and conditioning a molten bath of ferrous metal and slag
JPS5713116A (en) * 1980-06-27 1982-01-23 Sumitomo Metal Ind Ltd Adding method for barium to molten steel
RU2192479C1 (en) * 2001-07-16 2002-11-10 ООО "НПП "Технология" Method of refining and modifying carbon-iron melt
RU2402617C2 (en) * 2008-10-02 2010-10-27 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" Procedure for crumbling graphite inclusions in high strength iron

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1552662A (en) * 1975-10-06 1979-09-19 Mercier Corp Method of fluidizing and conditioning a molten bath of ferrous metal and slag
JPS5713116A (en) * 1980-06-27 1982-01-23 Sumitomo Metal Ind Ltd Adding method for barium to molten steel
RU2192479C1 (en) * 2001-07-16 2002-11-10 ООО "НПП "Технология" Method of refining and modifying carbon-iron melt
RU2402617C2 (en) * 2008-10-02 2010-10-27 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" Procedure for crumbling graphite inclusions in high strength iron

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011151040A (en) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2451090C1 (en) Method for making structural steel of reduced and specified hardness penetration
KR20090033419A (en) Improved method of producing ductile iron
RU2380428C2 (en) Carburiser
CN104651729B (en) Steel for bucket teeth of construction machinery and preparation method of bucket teeth
US2855336A (en) Nodular iron process of manufacture
RU2495133C2 (en) Production method of high-strength cast-irons with ball-shaped or compacted graphite based on nanostructured recarburising agent
CN104651721B (en) Alloy steel for bucket teeth and preparation method of bucket teeth
RU2448184C2 (en) Wear-resistant cast iron
RU2620206C2 (en) Graphitizing modification method of iron
CN109468427B (en) Pretreating agent for cast iron and preparation method thereof
RU2376101C1 (en) Complex exothermal mixture
RU2315815C1 (en) Method for producing of vermiculate graphite cast-iron
RU2590772C1 (en) Method for production of aluminium cast iron
RU2040575C1 (en) Modifying agent for cast iron
EA009452B1 (en) Cast iron
RU2529148C1 (en) Addition alloy to produce casts from grey cast iron
RU2181775C1 (en) Method for making cast iron with different type of graphite
RU2588965C1 (en) Method for modification of cast iron
RU2177041C1 (en) Method of gray cast iron production
RU2631930C1 (en) Modifier
RU2402617C2 (en) Procedure for crumbling graphite inclusions in high strength iron
SU1705395A1 (en) Cast iron
RU2270266C2 (en) Addition alloy for inoculation and doping of alloys
SU765387A1 (en) Modifier
SU1239150A1 (en) Method of producing high-strength cast iron with globular graphite