SU1696129A1

SU1696129A1 - Method of manufacture of cast-in slabs

Info

Publication number: SU1696129A1
Application number: SU904798388A
Authority: SU
Inventors: Юлий Семенович Олейник; Владимир Михайлович Боревский; Николай Федорович Яковлев; Олег Игоревич Гаревских; Виктор Андреевич ЛАЗОРКИН; Виль Андреевич Ляной; Валерий Владимирович Фролочкин; Олег Григорьевич Уланов; Юрий Александрович Зорин
Original assignee: Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1991-12-07

Abstract

Изобретение относитс к черной металлургии , конкретно к способам отливки деталей в металлические охлаждаемые и неохлаждаемые кокили, и может быть использовано в цветной металлургии. Цель изобретени - увеличение срока службы литых заготовок за счет повышени износостойкости. На рабочую поверхность литейной формы или Стержн с температурой 20-35&deg;С нанос т металлошлаковую смесь, содержащую, %: легирующий материал 40-65; шлаковый компонент 20-26; натриевые и калиевые соли кремниевой кислоты остальное, выдерживают в течение 40-60 мин/мм толщины наносимого сло , а затем нагревают поверхность кокил или стержн до 50-80&deg;С со скоростью 0,5-1,5&deg;С/мин. В качестве легирующего материала используют карбиды кремни . В качестве шлакового компонента в составе смеси используют фториды магни . 3 з.п. ф-лы, 2 табл.The invention relates to ferrous metallurgy, specifically to methods for casting parts into metal cooled and uncooled chill molds, and can be used in non-ferrous metallurgy. The purpose of the invention is to increase the service life of cast billets by increasing wear resistance. A metal slag mixture containing, in%: alloying material 40-65; is applied to the working surface of the mold or rod with a temperature of 20-35 ° C; slag component 20-26; sodium and potassium salts of silicic acid the rest, incubated for 40-60 min / mm of the thickness of the applied layer, and then the surface of the chill mold or rod is heated to 50-80 ° C at a rate of 0.5-1.5 ° C / min Silicon carbides are used as the alloying material. Magnesium fluoride is used as a slag component in the mixture. 3 hp f-ly, 2 tab.

Description

(Л(L

СWITH

Изобретение относитс к области черной металлургии, конкретно к способам отливки деталей в металлические охлаждаемые и неохлаждаемые кокили, и может быть использовано в цветной металлургии .The invention relates to the field of ferrous metallurgy, specifically to methods for casting parts into metal cooled and uncooled chill molds, and can be used in non-ferrous metallurgy.

Цель изобретени - увеличение срока службы литых заготовок за счет повышени износостойкости.The purpose of the invention is to increase the service life of cast billets by increasing wear resistance.

На рабочую поверхность литейной формы или стержн с температурой 20-35°С нанос т металлошлаковое покрытие, содержащее 40-65 мас.% легирующего ком-, понента, 20-26 мас.% шлакообразующего компонента, остальное 9-40 мас.% натриевые или калиевые соли кремниевой кислоты в качестве св зующего компонента, выдерживают 40-60 мин/мм толщины сло покрыти , а затем нагревают поверхность кокил или стержн до температуры 50-80°С со скоростью 0,5-1,5°С/мин.A metal-slag coating containing 40-65 wt.% Alloying component, 20-26 wt.% Slag-forming component, the rest 9-40 wt.% Sodium or metal is applied to the working surface of the mold or rod with a temperature of 20-35 ° C. potassium salts of silicic acid as a binder component, withstand 40-60 min / mm of the coating layer thickness, and then the surface of the chill mold or rod is heated to a temperature of 50-80 ° C at a rate of 0.5-1.5 ° C / min.

Наиболее высокие результаты достигаютс при использовании в качестве легирующего материала карбидов кремни , а в качестве шлакообразующего компонента - фторидов магни .The best results are achieved when using silicon carbides as the alloying material, and magnesium fluoride as the slag-forming component.

Нанесение защитного покрыти по предлагаемому способу на поверхность металлического кокил позвол ет исключить опасность приваривани отливки к его поверхности .The application of a protective coating according to the proposed method on the surface of a metal chill prevents the danger of welding the casting to its surface.

Шлакообразующий компонент, вход щий в состав покрыти , в ходе заливки жидкого металла подплавл етс и образует гарниссажную пленку перед фронтом под- плавл ющегос в кокиле расплава, что обеспечивает высокое качество поверхности отливки .The slag-forming component included in the composition of the coating, during the pouring of the liquid metal, melts and forms a skull film in front of the front of the melt chilled in the metal, which ensures high quality of the casting surface.

Наличие защитного покрыти уменьшает тепловой напор на стенку кокил , что предотвращает его коробление и удлин ет срок службы. Присутствующий в покрытии легирующий элемент переходит в поверхностный слой металла отливки.The presence of a protective coating reduces the thermal pressure on the wall of the chill mold, which prevents its distortion and prolongs its service life. The alloying element present in the coating passes into the surface layer of the metal of the casting.

Особенность предложенного способа заключаетс в том, что готов т покрытие в виде металлошлаковой смеси из порошка легирующего и шлакообразующего компонента , например фторида магни , в растворе натриевых или калиевых солей кремниевой кислоты. При этом состав смеси стараютс подобрать таким образом, чтобы ее динамическа .в зкость находилась в пределах 0,4-0,5 Н i с/м2.A feature of the proposed method is that a coating is prepared in the form of a metal-slag mixture from a powder of an alloying and slag-forming component, for example, magnesium fluoride, in a solution of sodium or potassium salts of silicic acid. In so doing, the composition of the mixture is tried to be adjusted in such a way that its dynamic viscosity is in the range of 0.4-0.5 N i c / m2.

Полученную смесь нанос т на рабочую поверхность литейной формы или стержн при температуре 20-35°С. В зависимости от массы отливки, температуры заливаемого металла или требуемой концентрации легирующего материала в поверхностном слое отливки корректируют толщину наносимого сло . После нанесени смеси на поверхность кокил или стержн кокиль выдерживают в течение 40-60 мин на каждый миллиметр толщины сло , а затем подогревают поверхность кокил до температуры 50-80°С со скоростью нагрева 0,5- 1,5°С/мин. Такой режим подготовки кокил обеспечивает равномерное затвердевание наносимой смеси без пузырей и отслаивани .The resulting mixture is applied to the working surface of the mold or rod at a temperature of 20-35 ° C. Depending on the weight of the casting, the temperature of the cast metal or the required concentration of the alloying material in the surface layer of the casting, the thickness of the applied layer is adjusted. After the mixture is applied to the surface of the chill mold or rod, the chill mold is kept for 40-60 minutes for each millimeter of the layer thickness, and then the surface of the mold is heated to a temperature of 50-80 ° C with a heating rate of 0.5-1.5 ° C / min. This mode of preparation of the chill mold ensures uniform hardening of the applied mixture without bubbles and peeling.

После окончани процесса сушки кокиль устанавливают на стенд и заливают жидкий металл при температуре расплава 1560-1590°С. Металл, поступа в кокиль, подплавл ет часть защитной обмазки, что обеспечивает легирование поверхностного сло отливки, а поскольку заливка металла производитс в охлаждаемый кокиль, то быстра ее кристаллизаци обеспечивает только поверхностное легирование отливки . В дальнейшем насыщение поверхности отливки заданным элементом происходит за счет диффузионного легировани .After the end of the drying process, the chill mold is installed on the stand and the liquid metal is poured at a melt temperature of 1560-1590 ° C. The metal entering the metal mold melts a part of the protective coating, which provides the alloying of the surface layer of the casting, and since the metal is cast into a cooled mold, its crystallization is rapid only with the surface alloying of the casting. Subsequently, the casting surface is saturated with a given element due to diffusion doping.

Начальна температура рабочей поверхности кокил оговорена пределами 20- 35°С в св зи с тем, что нанесение металлошлаковой смеси на более гор чую поверхность приведет к ее вспучиванию или растрескиванию. При более холодной поверхности кокил , т.е. ниже 20°С, металло- шлакова смесь плохо наноситс и закрепл етс на ее поверхности. Возможно образование на стенках отливки вод ного конденсата, что также ухудшает качество нанесенного сло .The initial temperature of the working surface of the chill mold is specified within the limits of 20-35 ° C due to the fact that applying the metal slag mixture to a hotter surface will lead to its expansion or cracking. When the surface is colder, chill, i.e. below 20 ° C, the metal-slag mixture is poorly applied and fixed on its surface. Water condensation may form on the walls of the casting, which also degrades the quality of the applied layer.

Последующа выдержка кокил перед подогревом в течение 40-60 мин/мм толщины наносимого сло дает врем дл застывани солей кремниевой кислоты, вход щихSubsequent aging of the hot metal mold before heating for 40–60 min / mm of the thickness of the applied layer gives the time for solidification of the silicic acid salts

в состав смеси, и нагрев до температуры 50-80°С со скоростью 0,5-1,5°С/мин обеспечивает получение плотного, механически прочного сло смеси на стенках кокил или стержн .the composition of the mixture, and heating to a temperature of 50-80 ° C at a rate of 0.5-1.5 ° C / min provides a dense, mechanically strong layer of the mixture on the walls of the mold or rod.

00

Сокращение времени выдержки менее 40 мин/мм толщины наносимого сло приводит в ходе последующего нагрева к образованию трещин и снижению качества сло ,Reducing the exposure time to less than 40 min / mm of the thickness of the applied layer results in the subsequent heating to the formation of cracks and a decrease in the quality of the layer

5 его местному отслаиванию.5 his local exfoliation.

При увеличении времени выдержки более 60 мин/мм толщины сло снижаютс технико-экономические показатели процесса , падает производительность плавки, осо0 бенно при серийном производстве.With an increase in the exposure time of more than 60 min / mm of the thickness of the layer, the technical and economic indicators of the process decrease, the productivity of smelting decreases, especially during mass production.

Последующий нагрев поверхности кокил или стержн до температуры менее 50°С при скорости нагрева менееО,5°С/мин ухудшает технико-экономические показате5 ли процесса отливки и снижает прочность сформированного сло .Subsequent heating of the surface of the chill mold or rod to a temperature of less than 50 ° C at a heating rate of less than O, 5 ° C / min worsens the technical and economic indicators of the casting process and reduces the strength of the formed layer.

Увеличение температуры нагрева поверхности кокил более 80°С или увеличение скорости нагрева более 1,5°С/минIncreasing the heating temperature of the surface of the chill mold over 80 ° C or increasing the heating rate over 1.5 ° C / min

0 приводит к образованию вздутий и растрескиванию сло смеси, снижает качество поверхности отливки.0 leads to the formation of blisters and cracking of the layer of the mixture, reduces the quality of the surface of the casting.

Присутствие легирующего элемента в количестве 40-65 мас.% от общей массыThe presence of the alloying element in the amount of 40-65 wt.% Of the total mass

5 смеси обеспечивает требуемую его концентрацию в единице объема смеси и последующий быстрый переход элемента в поверхностный слой отливки.5 mixture provides the required concentration in a unit volume of the mixture and the subsequent rapid transition of the element in the surface layer of the casting.

Уменьшение содержани легирующегоReducing the content of doping

0 элемента менее 40 мас.% от общей массы используемой смеси требует увеличени толщины наносимого сло дл получени необходимой его концентрации в отливке, что усложн ет технологию его нанесени и0 element less than 40 wt.% Of the total mass of the mixture used requires an increase in the thickness of the applied layer to obtain the necessary concentration in the casting, which complicates the technology of its application and

5 сушки.5 drying.

Кроме того, в услови х быстрой кристаллизации и остывани отливки врем на переход легирующего элемента из расплава смеси в металл отливки сокращаетс , чтоIn addition, under the conditions of rapid crystallization and cooling of the casting, the time for the transition of the alloying element from the melt mixture to the casting metal is reduced, which

0 снижает эффективность самого процесса легировани .0 reduces the efficiency of the doping process itself.

При увеличении доли легирующего элемента более 65 мас.% массы смеси снижаетс механическа прочность наносимогоWith an increase in the proportion of the alloying element of more than 65 wt.% Of the mass of the mixture, the mechanical strength of the applied

5 на рабочую поверхность сло , повышаетс температура плавлени смеси вследствие уменьшени доли шлакового компонента, а значит и ухудшаютс услови легировани металла, затрудн етс технологи подготовки смеси.5 on the working surface of the layer, the melting point of the mixture rises due to a decrease in the proportion of the slag component, and hence the conditions of doping of the metal deteriorate, the preparation of the mixture is difficult.

Наличие шлакообразующего компонента в пределах 20-26 мас.% смеси улучшает услови ее подготовки и нанесени на поверхность кокил или стержн . Смесь не подвергаетс растрескиванию в ходе суш- ки, а также довольно легко достигаетс образование твердожидкой фазы на поверхности контакта металл-смесь, что облегчает переход легирующего элемента в металл отливки. Снижение доли шлакового компонента в смеси менее 20 мас.% отрицательно сказываетс на услови х подготовки и сушки, снижает эффективность легировани и использовани легирующего элемента. При содержании шлакового ком- понента более 26 мас.% в смеси падает концентраци легирующего элемента и снижаетс эффект легировани отливки и износостойкости кокил .The presence of a slag-forming component in the range of 20-26 wt.% Of the mixture improves the conditions for its preparation and application to the surface of the mold or rod. The mixture is not subjected to cracking during drying, and the formation of a solid-liquid phase on the metal-mixture contact surface is quite easily achieved, which facilitates the transition of the alloying element to the casting metal. A decrease in the proportion of the slag component in the mixture of less than 20 wt.% Adversely affects the conditions of preparation and drying, and reduces the efficiency of the alloying and use of the alloying element. When the content of the slag component is more than 26 wt.%, The concentration of the alloying element in the mixture decreases and the effect of the alloying of the casting and the wear resistance of the chill mold decreases.

Натриевые или калиевые соли кремние- вой кислоты, вводимые в состав смеси, выполн ют роль св зующих компонентов, поэтому увеличение или уменьшение их доли в смеси более приведенного в изобретении нерационально, поскольку затрудн - етс технологи нанесени смеси на поверхность кокил , а при сушке происходит ее вспучивание.The sodium or potassium salts of silicic acid introduced into the mixture play the role of binding components, therefore, increasing or decreasing their proportion in the mixture more than that given in the invention is not rational, since the process of applying the mixture to the surface of the mold is difficult, and during drying her swelling.

Пример. Опробование предложенного способа производили при отливке про- шивных головок из стали 20Х2Н4А дл стана непрерывной прокатки труб. Масса отливок 25 кг, наружный диаметр 142 мм, диаметр закрытой полости 70 мм.Example. Testing of the proposed method was carried out when casting the cutting heads of steel 20X2H4A for a continuous tube rolling mill. The mass of castings is 25 kg, outer diameter is 142 mm, diameter of the closed cavity is 70 mm.

Металл расплавл ли в индукционной печи и.при температуре 1580°С заливали в металлический водоохлаждаемый кокиль рубашечного типа, на рабочую поверхность которого предварительно наносили предлагаемую металлошлаковую смесь.The metal was melted in an induction furnace and, at a temperature of 1580 ° C, was poured into a water-cooled metal chill mold of the jacket type, on the working surface of which the proposed metal slag mixture was preliminarily applied.

Кроме того, дл сравнени производили заливку металла аналогичного состава по известному способу, т.е. металл заливали в песчано-глинистую форму с нанесенной на ее поверхность легирующей смесью, содер- жащей порошок карбида бора, гидролизи- рованный этилсиликат и воду.In addition, for comparison, a metal of similar composition was poured by a known method, i.e. The metal was poured into a sand-clay form with a doping mixture deposited on its surface, containing boron carbide powder, hydrolyzed ethyl silicate and water.

Технико-экономические показатели опытных и сравнительных плавок приведены в табл.1.Technical and economic indicators of experimental and comparative heats are given in table 1.

Испытани отлитых головок проводили при прошивке заготовок из стали 20. Результаты представлены в табл. 2.The tests of the cast heads were carried out with the flashing of blanks from steel 20. The results are presented in table. 2

Внешний вид изношенных прошивных головок представл л собой гофрированную поверхность, образующуюс в результате пластического течени поверхностных слоев головки под действием температуры и усилий при прокатке.The appearance of the worn piercing heads was a corrugated surface resulting from the plastic flow of the surface layers of the head under the action of temperature and rolling forces.

Claims

1. A method for producing cast billets, comprising coating metal surfaces and cores with a coating in the form of alloying slag-forming and binder components on the working surface, curing and drying the coating, melt casting followed by crystallization, in order to increase the service life of cast billets due to the increase in wear resistance, the coating is used in the following ratio of components, wt.%:

Alloying component 40-65

Slag-forming

component 20-26

Binder component9-40,

when the working surface of the casting molds and rods reaches 20–35 ° C, after which they are aged for 40–60 min / mm of the thickness of the applied coating, and they are dried by heating the working surface of the casting molds and cores to 50–60 ° C. 80 ° C at a rate of 0.5-1.5 ° C / min.

2. A method according to claim 1, characterized in that sodium or / and potassium salts of silicic acid are used as the binder component.

3. A method according to claim 1, characterized in that magnesium fluoride is used as a slag-forming component.

4. A method according to claim 1, characterized in that silicon carbide is used as the alloying component.

Table 1