SU1440948A1 - Чугун дл прокатных валков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано при производстве прокатных валков. Цель изобретени  - повышение iexaничecкиx свойств, твердости на глубине -вреза калибра, а также увеличение термостойкости Новый чугун содержит, мас.%: С 2,8 - 3,5; Si 1,0 - 1,4; Мп 0,4 - 0,7; Сг 0,1 - 0,3; Ni 1,8 - 3,5; Mo 0,2 - 0,5; Си 0,2 - 1,2; Се 0,005 - 0,02; Mg 0,02 - 0,05; V 0,01 0,2; Ва.0,005 - 0,02; N 0,005 0 ,01 и Fe - остальное. Дополнительный ввод в.состав чугуна V, Ва и N обеспечивает повышение предела прочности GU в 1,8 - 2,1 раза, ударной в зкости с1н в 1,4 - 1,7 раза, термостойкости в 2,4 - 2,9 раза, а также увели-§ чение твердости на глубине вреза .калибра в 1,07 - 1,21 раза. 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к металлур- гни, в частности к разработке состл- ВОВ чугуна дл  прокатных валков.

Цель изобретени  повышение меха нических свойств, твердости на бине вреза калибра, а также увеличение термостойкости.

Выбор граничных пределов компонентов в чугуне предложенного состава обусловлен следзлощим.

Дополнительное введение ванади , бари  и азота в за вл емый состав чугуна приводит к новым свойствам. Так, в частности, ванадий совместно с азотом способствует увеличению центров графитизации чугуна с такой (.степенью эвтектичности ( о 0,72 - 0,91), которую обеспечивает за вл емое содержание основных элементов, а ванадий с никелем регулируют не только размер включений графита, но и первичных зерен аустенита. Совместное действие азота с церием приводит к снижению температурь эвтектического превращени , что способствует измельчению эвтектических зерен.

Введение бари  в присутствии никел  повышает растворимость бари  в чугуне , возрастает интенсивность взаимо действи  с серой с образованием комплексных сульфидов, что оказывает рафинирующее воздействие на чугун.

, Наличие цери  и бари  приводит к усилению графитизирующего и сфероиди- зирующего вли ний последнего, так как ц ерий, повыша  адсорбцию водорода, создает услови  дл  увеличени  поверхностного нат жени  на границе графит - расплав, приводит к. переохлаж- дению, что и способствует сфероидиза- ции графит.а. Сфероидизирующее вли ние усиливаетс  также совместным воздействием бари  с магнием за счет повышени  температуры диссоциации их интер- металлических соединений.

Выбранное соотношение ванади  и азота в присутствии хрома, кремни , способствует формированию равномерно распределенных стабильных карбидов, обогащенных легирующими элементами.

При содержании углерода и кремни  менее 2,8 и 1,0% соответственно в структуре отливок по вл ютс  грубые включени  эвтектического карбида, рас полагающиес  по границам зерен, что снижает пластические характеристики и термическуи) выносливость, способст-

о

с о 5

0

5

вует выкрашиванию рабочего сло  валка в процессе эксплуатации. Повышение содержани  углерода более 3,5% приводит к флотации графита, что особенно характерно дп  массивных отливок, в результате чего будет иметь место неравномерное распределение твердости по сечению валка. Такой металл будет иметь пониженные значени  пластичности и терм1гческой выносливости . Кроме того, повышение содержани  кремни  (1,А%) вследствие его склонности к ликвации ухудшает прочностные характеристики.

Марганец, хром и молибден  вл ютс  карбидообразующими элементами. Однако .в за вл емом составе в результате воздействи  графитообразующих элемен тов (кремни , никел  и меди) происходит обеднение аустенита углеродом, в результате чего марганец, хром и молибден в выбранных количествах идут в основном не на образование избыточной карбидной фазы, а на легирование, что обеспечивает повышение механических свойств чугуна и повышает стабильность карбидной фазы в услови х термоциклировани , которое имеет место при эксплуатации валков.

Установлено, что оптимальным со-i держанием марганца  вл етс  0,4 - 0,7%. Содержание марганца -iO,4% мо жет привести к по влению ферритной составл ющей , снижению твердос;ти и существенной неоднородной структуры,что способствует интенсивному износу при эксплуатации . Содержание марганца выше 0,7% приводит к снижению активности углерода и уменьшению числа зародьг шей графита, т.е. создает услови  к формированию избыточного цементита и снижению пластичности.

Введение хрома в количестве менее 0,1% недостаточно дл  повы1иени  прочности и твердости чугуна, а повышение его содержани  более 0,5%, особенно в присутствии других карбидообра- зующих элементов (Мо, V), способствует формированию более грубой карбидной фазы, склонной к выкра11;иванию при термоциклическом воздействии и высоких удельных давлени х.

Повышению прочностных свойств, твердости, термической вмипслигюсти и увеличению стабильности кпрбидной фазы способствует нвединие foлибдeнa в количестве 0,2 - 0,, lb..rio; ;nTi: nf.ное действие молибдена заключаетс  в измельчении включений графита и продуктов распада аустенита в промежу точной области, что  вл етс  результатом переохлаждени  сплавов в процессе кристаллизации по сравнению с равно- весными температурами.

Введение молибдена в количестве менее 0,2% малоэффективно с точки зре ни  не только упрочн ющего вли ни  на металлическую основу чугуна, но и увеличени  стабильности карбидной фазы, С увеличением его содержани  более 0,5% нару1 аетс  оптимальное со отношение графитизирующих и карбидо- образующих элементов, что вызывает выделение эвтектических карбидов по границам зерен и снижение механичес ких свойств чугуна. Кроме того, повьгшение содержани  молибдена 0,5% удорожает стоимость чугуна и эконо мически нецелесообразно.

Никель и медь, уменьша  свободную энергию смеси аустенита и графита, способствуют повышению термодинамического потенци-ала дл  пр мого выделе ни  графита. Кроме того, введение ни кал  и меди обеспечивает формирование стабильной структуры в промежуточной области. Наличие никел  и меди в личествах менее 1,8 и 0,2% соответственн приводит к формированию в отливках структуры, котора  состоит из грубых продуктов распада аустенита различ-- ной степени дисперсности и ледебурит ной сетки, котора  существенно охруп чивает метариал, снижает уровень механических свойств, увеличивает анизотропию и уменьшает термическую выносливость. При этом спад твердости по сечению отливок возрастает до 30 35% на рассто нии 40 мм от поверхности , что не обеспечивает однороднос

ти по глубине калибра и приводит к неравномерному износу.

Наличие в .чугуне никел  и меди в предлагаемых количествах повышает твердость, прочность, термическую выносливость за счет формировани  металлической осно вы, состо щей из дисперсных продуктов распада аустениМодифицирование осуществл ли ни- кель-магниевой лигатурой (17% Mg)j

та и равномерно распределенных включений шаровидного графита. При увели- gg ферроцерием (45%) и ферросиликобарием чении содержани  никел  более 3,5%, (ФСб5Ка 4) в ковше. Чугун заливали в меди - более 1,2% в материалесухие земл ные формы. Температура зарабочего сло  таких валков по вл - ливки Составл ла 1330-1340 С. Диаметр ютс  участки мартенсита, что приводит отливок - 150 мм, высота - 500 мм.

к снижению прочности н термической выносливости чугуна. Кроме того, при таких содержани х никел  и меди происходит ухудшение формы включений графита: они укрупн ютс  и разветвл ютс , что также отрицательно сказываетс  на термической выносливости.

Дл  получени  шаровидного графита чугун модифицируют магнием и церием. В чугуне с 0,02 - 0,05% магни  церий в количестве 0,005 - 0,02%  вл етс  графитизирующим модификатором и рафинирует расплав. При содержании менее 0,02% магни  и 0,005% цери  происходит нарушение шаровидной формь графита и по вл ютс  пластинчатые выделе- .ни . Повышение содержани  магни  и цери  выше граничных значений способствует повьаиенйю устойчивости структурно свободного цементита и ухудшает форму и характер распределени  неметаллических включений, не оказыва  положительного вли ни  на свой- , ства чугуна.

Применение ванади , бари  и азота в количестве меньше за вл емого С 0,01, 0,05 и 0,005 соответственно) недостаточно дл  улучшени  свойств чугуна. Введение этих элементов в . количестве, превышающем за вл емое (0,2% V, 0,02% Ва, 0,01% N), ухудшает структуру - по вл ютс  грубые включени  карбидов по границе зерен, увеличиваетс  количество неметалличе ских включений,снижаетс  ударна  в з- кость,прочность,термическа  выносливость ,что в..целом отрицательно сказываетс  на эксплуатационной надежности прокатных валков.

Пример. Сплавы готовили путем выплавки в индукционной печи (200 кг) с кислой футеровкой. Шихта состо ла из стального лома (55 - 60%), чушкового чугуна,марки ЛК-2 (38%), электродного бо  (). Дл  легировани  чугуна использовали никель (НЗ), ферромарганец (FeMn-45), ферромолибден (ФМ-1), катодную медь, ферросилиций (ФС-45), феррованадий (ВД-2).

Модифицирование осуществл ли ни- кель-магниевой лигатурой (17% Mg)j

ерроцерием (45%) и ферросиликобарием (ФСб5Ка 4) в ковше. Чугун заливали в сухие земл ные формы. Температура заХимические составы известного и предложенного чугуна приведены в табл.1.

Результаты проведенных испытаний полученных сплавов (значени  меха-- (шческих свойств, термической выносли . ворти, спад твердости, микроструктур- ра и состав карбидной фазы) приведе- .ны в табл. 2,

Механические свойства отлитых чугу- нов определ ли по стандартным методикам . Испытани  на термическую вьгносли- .вость проводили путем термоциклирова ни  образцов с использованием индукционного нагрева до и спрейерного охлаждени  водой до .0°С, что соответствует услови м эксплуатации валков гор чей прокатки.

Как следует из данных табл. 1 и 2, дополнительное введение в состав чугуна ванади , бари  и азота обеспечива- ет повышение 0, в 158-2,1 раза, а в Ij4 I,/ раза, термостойкости в 2,4 - 2,9 раза, а также увеличение твердости на глубине вреза калибра в 1,07 - 1,21 раза.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Чугун дл  прокатных валков, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, церий, магний и железо, отличат щий- с   тем, что, с целью повьпиени  механических свойств, твердости на глубине вреза калибра валка, а также увеличени  термостойкости, он дополнительно содержит ванадий, барий и азот при следующем соотношении компонентов , мас.%:

   2,8-3,5 1,0-1,4 0,4-0,7 0,1-0,5 1,8-3,5 0,2-0,5 0,2-1,2 0,005-0,02 0,02-0,05 0,01-0,2 0,005-0,02 0,005-0,01 Остальное

   Хдаамеские составы известного и предложенного чугуна

   12,801,0

   23.201,2 ,3 3,501,4

   2,601,Г

   Пред о ето 1й чугун

   0,4 1,80 0,20 0,2 .0,0050,020,0)0,0050,005Ост.

   0,6 0,3 3,-00,40 0,95 0,010,030,10,0120,007-

   0,7 0,5 3,50,5 1,2 0,020,050,20,020,01- Известный чугун

   0,5 0,2 2,9 0,2 2,5 0,030,04-- - Таблица I

   Сравнительный анализ свойств чугуна известного и предложенного составов

   Таблица 2