SU1371974A1 - Способ модифицировани чугуна - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и литейному производству, в , частности к технологии изготовлени  крупных прокатных валков. Цель изобретени  - расширение технологических возможностей, повышение прочности, ударной в зкости и сокращение расхода кремнийсодержащих ферросплавов. Способ модифицировани  чугуна включает обработку- порции чугуна магнием и последующее смешивание порции обработанного чугуна с необработанным с получением содержани  магни  в чугуне 0,03-0,06%, 50-70% общей массы чугуна, содержащего 2,8-3,4% углерода и 0,8-1,3% кремни , обрабатывают металлическим магнием, а в необработанной металлическим магнием порции чугуна перед смешиванием повышают содержание кремни  до 2,4-3,6% присадкой ферросилици . Применение способа модифицировани  чугуна позвол ет повысить предел прочности чугуна на 27-30% и ударную в зкость на 28- 33% и сократить расход ферросилици  на 35-50%. 1 ил., 3 табл. I (Л

Description

00

со

Изобретение относитс  к металлургии и литейному производству, в частности к технологии изготовлени  крупных прокатных валков.

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей, повышение прочности, ударной в зкости и сокращение расхода кремнийсодержащих ферросплавов .

На чертеже показана монограмма дл  определени  конечного содержани  кремни  в чугуне ( ) по извест- ньи значени м до его содержани  в основной части металла, обрабатываемой металлическим магнием (Si ), и высококремнистом чугуне (Si). а также количеству последнего (т ) .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что 50-70% общей массы чугуна, содержащего 2,8-3,4% углерода и 0,9- 1,3% кремни , обрабатывают металлическим магнием, а в необработанной металлическим магнием порции чугуна перед смешиванием повышают содержание кремни  до 2,4-3,6% присадкой ферросилици .

Така  обработка чугуна позвол ет ффективно использовать графитизирую- 1дее вли ние кремни  на обработанный магнием расплав, исключает интенсификацию .испарени  магни  из-за экзо- термичности процесса растворени  кремни  в металле, обеспечивает повышение прочности и ударной в зкости чугуна.

В отличие от низкокремнистого (0,9-1,3% Si) чугуна, расплав, содержащий 2,40-3,60% кремни , имеет большее число микрогруппировок углерода. Поверхностноактивные элементы - сера и кислород - стабилизируют такие микрогруппировки , а поэтому ввод в расплав магни  после графитизирующих модификаторов в соответствии с известной технологией приводит к дезактивации за счет раскисл ющего и десуль- фурирующего действи  магни  и к их распаду в результате интенсивного перемешивани  металла при модифицировании магнием. В отличие от известного в предлагаемом способе высококремнистый чугун (2,40-3,60% Si) в жидком состо нии смешиваетс  в ковше с уже обработанным магнием расплавом непосредственно перед заливкой форм. Поэтому наход щиес  в высококремнистом чугуне микрогруппировки углерода перенос тс  в магниевый расплав и в

дальнейшем при.кристаллизации чугуна в форме  вл ютс  центрами зарождени  кристаллов графита. При этом магний, соеди}   сь с кислородом и серой, адсорбированными на поверхности углеродных микрогруппировок, образует нерастворимые сульфиды и оксиды, которые служат подложками дл  кристалли- 0 зации шаровидного графита и очищают фронт перед растущими кристаллами графита от поверхностноактивных дес- фероидизирующих примесей.

Такой механизм модифицировани  5 обуславливает получение в затвердевшем чугуне, отлитом по предлагаемому способу значительно большего количества шаровидных включений графита и большую степень их сфероидизации. 0 Мелкие шаровидные включени  графита меньше ослабл ют матрицу чугуна, чем крупные, и поэтому чугун имеет более высокие механические характеристики (прочность, ударную в зкость). 5 Поскольку при модифицировании чугуна по предлагаемому способу за- родышеобразование графита при затвердевании облегчаетс , чугун имеет большую графитизирующую способность, 0 т.е. содержит в структуре меньше

цементита и больше графита. Это позвол ет получить необходимую твердость рабочего сло  отливок,  вл ющуюс  важнейшей эксплуатационной 5 характеристикой валков и определ ющуюс  основным регул тором твердости. По сравнению с известной технологией заметно снижаетс  расход кремнийсодержащих ферросплавов.

Q Предлагаемый способ модифицировани  чугуна не требует специальных автоклавов дл  ввода магни  в чугун, поскольку не требуетс  высокое (0,45- 2,0%) насьщ1ение чугуна магнием. Пое этому изобретение имеет более широкую область применени  и может быть внедрено в любом литейном цехе, производ щем высокопрочный чугун дл  отливок.

Обобщенные данные результатов испытаний по предлагаемому и известному способам приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, чугун, полученный по предлагаемому способу, имеет предел прочности при изгибе в среднем на 35% и ударную в зкость на 42% вьш1е, чем чугун, полученный по известному способу. При этом расход ферросилици  сокращаетс  примерно

0

5

на 50%. Содержание углерода в чугуне 2,8-3,4% обусловлено получением максимальных механических свойств отливок. При уменьшении содержани  углерода ниже 2,8% резко возрастает склонность чугуна к отбелу и образованию усадочных дефектов, а при содержании его более 3,4% прочность чугуна снижаетс  вследствие увеличе- ни  количества графита, ослабл ющего матрицу чугуна.

Оптимальные механические свойства чугуна наблюдаютс  при содержании кремни  в основной массе чугуна 0,9- 1,3%. При содержании в расплаве кремни  менее 0,9% существенно возрастает в нем содержание кислорода и других газов, что снижает эффективность обработки чугуна магнием и влечет за собой снижение сфероидальности графита и падение механических свойств чугуна . Увеличение содержани  кремни  в основной массе чугуна более 1,3% приводит к уменьшению дифференциро- ванности перлита и по влению в структуре чугуна феррита, что снижает прочность чугуна.

Содержание кремни  в высококремнистом чугуне 2,4-3,6% обусловлено необходимостью получени  расплава с максимальным количеством микрогруппировок углерода. С понижением содержани  кремни  ниже 2,4% в расплаве уменьшаетс  число микрогруппировок углерода и модифицирующий эффект ослабл етс . В структуре чугуна возрастает количество цементита, а степень графитизации графита и число его включений уменьшаютс . При содержании кремни  более 3,6% в структуре чугуна по вл етс  силикоферрит, что снижает его прочностные характеристики .

Оптимальное количество высококремнистого чугуна находитс  в пределах 30-50% от общей массы металла (табл. 1 и 2). При уменьшении этого количества ниже 30% модифицирующий эффект ослабл етс , что приводит к увеличению количества цементита в структуре чугуна и снижению его механических свойств. При увеличении количества высококремнистого чугуна более 50% наблюдаетс  падение модифицирующего эффекта, поскольку в основной металл вноситс  большое количество деглобулизаторов - S и Oj, в результате чего снижаетс  степень

Q

0 5

Q

0

5

0

сфероидизации графита. Кроме того, увеличиваетс  содержание кремни  в окончательном составе чугуна, что способствует ферритизации структуры чугуна и уменьшению его механических свойств.

В табл. 2 приведены данные изменени  содержани  кремни  в чугуне и расхода ферросилици , в табл. 3 - результаты исследовани  вли ни  количества металла, обрабатываемого магнием , на механические свойства и структуру чугуна с шаровидным графитом .

Как видно из табл. 3, оптимальные механические свойства и характеристики микроструктуры имеют место, когда магнием обрабатывают 50-70% общего веса металла. При увеличении количества обрабатываемого магнием чугуна выше 70% модифицирующий эффект ослабл етс , что приводит к увеличению количества цементита в структуре чугуна , десфероидизации графита и снижению механических свойств металла.

Пример. В пламенной печи выплавл ют 35 т чугуна состава, мас.%: С 3, 1; Si 1,0; S 0,04; Р 0,15; Сг 0,12 и Ni 0,21. После расплавлени  и доводки металл сливают в ковш и обрабатывают кальцинированной содой в количестве 2% от общей массы металла. После удалени  шлака в отдельный ковш отбирают 15 т чугуна и довод т в нем содержание кремни  до 3,0% путем ввода 400 кг 75%-ного ферросилици . Остальной чугун обрабатывают магнием при 1370°С. Расход магни  составл ет 6,5 кг на тонну обрабатываемого чугуна . После удалени  шлака высококрем- нистый чугун (3% Si) смешивают с модифицированным магнием чугуном. Окончательное содержание кремни  во всей массе чугуна определ етс  по монограмме (чертеж) и составл ет 1,85%. Содержание магни  определ етс  спектральным методом и составл ет 0,04%. Полученный таким образом чугун используют дл  получени  отливок листопрокатных валков ЛШ 42.

Применение способа модифицировани  чугуна позволит повысить предел прочности чугуна на 27-30% и ударную в зкость на 28-33%, сократить расход ферросилици  на 35-50%, уменьшить брак отливок по дефектам черные п тна и твердости, а также значительно улучшить эксплуатационную стойкость

5137

прокатных валков, работаюищх в листопрокатных станах и черновых клет х сортопрокатных станов.

Формула

изобретени 

Способ модифицировани  чугуна преимущественно дл  отливки прокатных валков, включающий обработку порции чугуна магнием и последующее смепш- вание порции обработанного чугуна с необработанным с получением содержани  магни  в чугуне 0,03-0,06%,

6

отличающийс  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей, повьшени  прочности, ударной в зкости и сокращени  расхода кремнийсодержащих ферросплавов, 50-70% общей массы чугуна, содержащего 2,8-3,4% углерода и 0,9-1,3% кремни , обрабатывают металлическим магнием, а в необработанной металлическим магнием порции чугуна перед

смешиванием повьппают содержание крем- ни  до 2,4-3,6% присадкой ферросилици  .

т а в л R а а t

Таблица2

2,8 3,3

1 4,1

1 3,3 3,3 3,3

А,1

3,55

3,4

3,25

3,1

2,95

2,8

2,65

2,5

0,7 0,5 0,9 0,5 0,5 0,9 0,9 0,5 0,9 0,8 0,9 1,0

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Получение валков по известному способу. Получение валков по предлагаемому способу.

Продолжение табл.2

-

20

15

15

15

25

15

25

25

25

25

30

35

40

45

50

55

60

30,1 3,7 3,7 3,9 4,0 4,6 4,1 4,7 4,9 4,4 6,0 7,5 9,6 12,7 15,7 18,3 20,4

чГ

ОО

}

vO (N

f

ч CSI

m m

03

г

LO

чО ОО

ON ОО

чО 00

00

А

о

LTl

94

1Л

чО

СУ1

CNI

чО

г (

г

чО

г-

Ti

4D

чО Г (Т. г

чО

г

rsl чО

О

ш

о

-cf

о

 

го

о

со

о

vt

fO

in

Гч|

о

«t

го

о о о о с о

Z о

ш m U се

о

1Л

о

чО

го

о г

ш г

ф о,

о

rt

X

.

U

.

S

 

01

у ,

(N

к

го

20 30W5D 60 70

Claims (3)

1. Формула изобретения $

   Способ модифицирования чугуна преимущественно для отливки прокатных валков, включающий обработку порции чугуна магнием и последующее смеши- Ί0 вание порции обработанного чугуна с необработанным с получением содержания магния в чугуне 0,03-0,06%, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, повышения прочности, ударной вязкости и сокращения расхода кремнийсодержащих ферросплавов, 50-70% общей массы чугуна, содержащего 2,8-3,4% углерода и 0,9-1,3% кремния, обрабатывают металлическим магнием, а в необработанной металлическим магнием порции чугуна перед* смешиванием повышают содержание кремния до 2,4-3,6% присадкой ферросилиция .

   Таблиц· 1

   ——— ————— — —————— .. ——————— Способ Содержа- Содер- Содер- Колмче- Параметр Проч- Ударная Содер- Расход Степень Средний Твердость кие у г- жание жание ство оптмми- ЯОСТЬ вяэ- жание 75Х сфере- диаметр бочки валки, леродя, жрем- крем- высоко- эацмм» чугуна кость кремния ферро- идиэа- графит- ед.Н· X яия в мня в крем- д прн чугуна. в окон- силн- цин НЫЛ основ- ВМС о- нистого изгибе, хгм/мм* чатель- ЦИЯ, графита включе- ном крем- чугуна, кг/мм¹ ном сос- кг/т НИЙ, метал- ямстон X таве чу- МКН ле, X чугуне,! гуна.Х

   Из- 3.* 1.3 20 . 5 вестят з,1 0,9 16 10 2,8 0,7 12 20 Сред- нее значе- ние Пред- 3,55 0,8 2.1 25 0,60 лагаема 3,4 0,9 2,4 30 0,76 3,1 1,1 3,0 40 0,79 2,8 1,3 3,6 50 0,75’ 2,65 1,4 3,9 55 0,61

   Срид-

   МВ •Кача- ние 0,77

   60,1 0,48 2,24 12,52 0,71 148,7 47 64,6 0,51 2.41 20,1 0,76 121,6 44 65,5 0,53 2,96 30,1 0,79 96,5 40 64,7 0,52 2.54 20,9 0,77 110,7. 44 80,4 0,62 1.13 4,4 0,82 58,6 51 90,2 0,73 1,6 6,0 0,86 35,3 47 91,3 0,76 1,86 9,6 0.89 21,4 44 87,4 0,74 2,45 15,7. 0,85 24,7 40 22,5 0,69 2,80 18,3 0,76 49,4 37 89,6 0,74 1,97 10,3 0,87 22,1 44

   Т а б л и ц а 2 Плавка Содержание Содержание Содержание Количе- Расход углерода кремния в кремния в ство ферро- в чугуне, основном высоко- высоко- сили- мае. % металле, кремнистом крем- ЦИЯ мае. % чугуне, нисто- ФС-75, мае. % го чу- кг/т гуна, аб.% 1 3 4 5 1* 3,4 1,3 20 5 12,5
2. 2*
3. 3,1

   0,9

   20, 1

   1 37 1974

   Продолжение табл.2

   1 1 3 4 5 ь 3* 2,8 0,7 12 20 30,1 4 з,з 0,5 1,4 15 3,7 5 4,1 0,9 1,4 15 3,7 6 4,1 0,5 2,2 15 3,9 7 4,1 0,5 1,4 25 4,0 8 3,3 0,9 2,2 15 4,6 9 3,3 0,9 1,4 25 4,1 10 3,3 0,5 2,2 25 4,7 11 4,1 0,9 2,2 25 4,9 12 3,55 0,8 2,1 25 4,4 13** 3,4 0,9 2,4 30 6,0 14** 3,25 1,0 2,7 35 7,5 15** 3,1 1,1 з,о 40 9,6 16** 2,95 1,2 з,з 45 12,7 17** 2,8 1,3 3,6 50 15,7 18 2,65 1,4 3,9 55 18,3 19 2,5 1,5 4,2 60 20,4

   * Получение валков по известному способу.

   **Получение валков по предлагаемому способу.

   1 л ч s ι сп ι μ 1 1 о m • 1 Ф 1 о ч 1 1 ч X ф 1 Я 1 о. 1 1 ф V »1 1 5 1 η о аЗ 1 00 м- со 1 н ю 1 m <г <т <г LH Ч 1- -------------------1

   1 >Х О. 1 1 1 1© 1 ь ф 1 1 ж ф S У 1 Ф 1 ч ж ·«· у 1 Г- СП <г 00 1 ф 03 03 bd ч >х 1 * * Н 1 а S а л X X 1 00 40 СП Г* 1 О ч См я CQ X 1 <t СМ СМ СП Ш 1 д 03 -ч 1 1 X 1 1 н 1 1 ф о 03 X 1 1 в а СП •е· 1 00 40 о> 40 W— 1 ф ф X X оЗ 1 г^· 00 оо 00 00 1 Θ· ч X а 1 * «ч «1, •ч 1 о о X я U 1 о О о о о 1 ч 1 1 1 о о 1 I 1 X 1 О о* X * Е* 1 — □Ί 40 1 и &4? U о. ti X 1 *· СМ 1 03 ΜΊ о ф s X ^u 1 СО ιΠι σ> * 1 Рй г-- я е> о Э ьй 1 — Ч— ч0

   г— Ударная вяз- * «ч “1 1 1 1 ι <г 1 40 1 * 1 о г*. »> О 40 г-·. * О г* О σ\ 40 ·» о КОСТЬ чугуна кгм/мм 1 л на 1 СП <ч 1 1 У h >> ф 1 Ш 40 сп г* см о О См X ю --Ч. 1 * ·« ft »< а о >> О. X См 1 — о оо о с X У X ц X 1 00 J 00 σ> 00 г- 1 03 а 1 X 1 03 *> п f 1 — 40 Οϊ 40 см а h t-¹ 0) X 1 40 Г» г^. Г·. 40 03 К ме оп i & 4t 1 * 1 о о о г. о * о ! 1 1 о Л 1 ; ф о См 03 1 1 У X 1 о X 1 X о о X ь >. 1 1 ч X и ф о См 1 1 о ь 3 а X 1 ю о О о ш о η а X ст 1 1/Ί L/Ί СП СМ 1 nJ 1 X 1 о 1 1 1 1 К о X >. I 1 а и X X я 1 1 ф о X 1 1 ч ф X и ф X Л 1 о о о о о 1 0 X X 3 а о ф 1 * V» 1 о X X X Ьй μ X 1 сп СП СП СП СП 1 1 03 1 X Σ О ф 1 1 1 1 * сх сх X X X 1 1 ф X о cd 1 1 ч ф « X е- 1 — г— Ψ— 1 о X X и ф 1 * •ч •ч «к •ч 1 U X X о X 1 — т— к, | 1 1 1 со ₍ * 1 1 № См 03 1 1 а >. ч 1 1 ф о 1 1 ч ф О. fr'S 1 — я— V— 1 о X ф 1 •ч •ч •к * I о X ч _1 О СП СП СП гп 1 1 1 *> 01 1 1 п 1 1 μ X 3 *ч ι Ч 1 1 Ф >> Е-· о X о Ф 03 1 1 Ф cd См ф О X h 1 | V >> ю о X Ф 1 | X я 0J X X н О X 1 1 ч а ф См о См 1 1 О О О 03 о) ф ф ф 1 ьп о о о LH 1 ixj X о X X S’ О Ч 1 <t 4© г-« 1 oj 1 1 1 1 Щ 1 са 1 1 1 * * * 1 d 1 — см сп <г ип

   Получение чугуна по предлагаемому способу.