SU1696561A1

SU1696561A1 - Heat-resistant cast iron

Info

Publication number: SU1696561A1
Application number: SU894774102A
Authority: SU
Inventors: Николай Григорьевич Шарков; Михаил Иванович Карпенко; Олег Андреевич Тихонович; Евгений Игнатьевич Марукович; Владимир Иванович Шпаковский; Анатолий Вульфович Симкин
Original assignee: Могилевский Лифтостроительный Завод
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1991-12-07

Abstract

Изобретение относитс к жаростойким чугунамдл отливок. Цель- повышение окалиностойкости и эксплуатационных свойств. Чугун дополнительно содержит ванадий , азот, кальций и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,7-3,5; кремний 4,5-5,5; марганец 0,3-0,7; медь 0,7-1,5; никель 0,05-0,8; хром 0,12- 0,35; ванадий 0,03-0,12; алюминий 0,11- 0,33; азот 0,02-0,17; кальций 0,01-0,05; бор 0,002-0,02; магний 0,012-0,05 и железо остальное . При этом чугун имеет ав 320-345 МПа, ударную в зкость 32-39 Дж/см2, скорость окалинообразовани при 800&deg;С 10,6- 11,5 мг/м2. ч; удароустойчивость 3740-4060 циклов, эксплуатационную стойкость литой стенки в отопительных котлах 17,5-19,8 тыс.ч 2 табл.This invention relates to heat-resistant cast iron castings. The goal is to increase the scaling resistance and performance properties. Cast iron additionally contains vanadium, nitrogen, calcium and boron in the following ratio of components, wt.%: Carbon 2.7-3.5; silicon 4.5-5.5; manganese 0.3-0.7; copper 0.7-1.5; nickel 0.05-0.8; chromium 0.12-0.35; vanadium 0.03-0.12; aluminum 0.11-0.33; nitrogen 0.02-0.17; calcium 0.01-0.05; boron 0.002-0.02; magnesium 0,012-0,05 and iron else. Here, the cast iron has an ab of 320-345 MPa, a impact strength of 32-39 J / cm2, a scaling rate at 800 ° C 10.6-1.5 mg / m2. h; impact resistance of 3740-4060 cycles, operational durability of the cast wall in heating boilers 17.5-19.8 thousand hours 2 table.

Description

Изобретение относитс к металлургии, а именно к жаростойким низколегированным чугунам дл отливок.The invention relates to metallurgy, namely, heat-resistant low-alloy cast irons for castings.

Цель изобретени - повышение окали- ностойкости и эксплуатационных свойств,The purpose of the invention is to increase the scaling resistance and operational properties,

Поставленна цель достигаетс тем, что жаростойкий чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, медь, магний , алюминий и железо, дополнительно содержит ванадий, азот, кальций и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,7-3,5; кремний 4,5-5,5; марганец 0,3-0,7; медь 0,7-1,5; никель 0,05-0,8; хром 0,12-0,35; ванадий 0,03-0,12; алюминий 0,11-0,33; азот 0,02-0,17; кальций 0,01-0,05; бор 0,002-0,02; магний 0,012-0,05; железо остальное.The goal is achieved by the fact that heat-resistant cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, copper, magnesium, aluminum and iron, additionally contains vanadium, nitrogen, calcium and boron in the following ratio of components, wt.%: Carbon 2.7 -3.5; silicon 4.5-5.5; manganese 0.3-0.7; copper 0.7-1.5; nickel 0.05-0.8; chromium 0.12-0.35; vanadium 0.03-0.12; aluminum 0.11-0.33; nitrogen 0.02-0.17; calcium 0.01-0.05; boron 0.002-0.02; magnesium 0,012-0,05; iron else.

В качестве технологических примесей предлагаемый жаростойкий чугун может содержать до 0,1 мас.% фосфора и до 0,07 мас.% серы.As process impurities, the proposed heat-resistant cast iron can contain up to 0.1% by weight of phosphorus and up to 0.07% by weight of sulfur.

Существенными отличи ми предлагаемого технического решени вл ютс микролегирование чугуна ванадием и азотом и введение модифицирующих компонентов - кальци и бора, что существенно повышает сопротивл емость окалинообразованию и эксплуатационную стойкость.The essential differences of the proposed technical solution are the microalloying of cast iron by vanadium and nitrogen and the introduction of the modifying components calcium and boron, which significantly increases the resistance to scaling and the operational durability.

Дополнительное введение ванади упрочн ет матрицу, повышает термическую стойкость и сопротивл емость окалинообразованию , что повышает эксплуатационную стойкость. При концентрации ванади до 0,03 мас.% его микролегирующий эффект пройвл етс слабо и эксплуатационные свойства недостаточны. При увеличении концентрации ванади более 0,12 мас.% снижаютс однородность структуры, удароустойчивость , динамическа прочность и эксплуатационна стойкость.The additional introduction of vanadium hardens the matrix, increases thermal resistance and resistance to scaling, which increases operational durability. When the concentration of vanadium is up to 0.03 wt.%, Its microalloying effect appears to be weak and its operational properties are insufficient. As the vanadium concentration increases to more than 0.12 wt.%, The structure homogeneity, impact resistance, dynamic strength and operational durability decrease.

Введение азота св зано с его эффективным микролегирующим вли нием на струкСПNitrogen incorporation is associated with its effective micro-doping effect on strukSP

сwith

оabout

Ч)H)

о елabout ate

OsOs

туру, способностью образовывать тугоплавкие нитриды, что способствует повышению жаростойкости и эксплуатационных свойств. Микролегирующее вли ние азота начинает сказыватьс с концентрации 0,02 мас,%, а при увеличении его содержани более 0,17 мас.% снижаетс однородность структуры, удароустойчивость и эксплуатационна стойкость.tour, the ability to form refractory nitrides, which contributes to the improvement of heat resistance and performance properties. The microalloying effect of nitrogen begins to show up from a concentration of 0.02 mass%, and with an increase in its content of more than 0.17 mass%, the homogeneity of the structure, impact resistance and operational durability decrease.

Введение кальци и бора обусловлено эффективным раскисл ющим и модифицирующим вли нием на структуру, способностью очищать границы зерен и повышать окалиностойкость и эксплуатационные свойства. Верхний передел концентрации кальци св зан с его низкой растворимостью , а бора - с ухудшением удароустойчи- вости и ударной в зкости при более высоких концентраци х. При содержани х меньших, чем нижние, их концентраций модифицирующий эффект и эксплуатационные свойства снижаютс ,The introduction of calcium and boron is due to the effective deoxidizing and modifying effect on the structure, the ability to clean the grain boundaries and increase the scaling resistance and performance properties. The upper level of calcium concentration is associated with its low solubility, and boron - with the deterioration of impact resistance and toughness at higher concentrations. At concentrations lower than their lower concentrations, the modifying effect and performance properties are reduced,

Хром отбеливает, измельчает структуру, повышает механические свойства, поверхностную прочность, износостойкость и эксплуатационные свойства. При концентрации хрома до 0,12 мас.% его микролегирующий эффект, повышение поверхностной прочности и эксплуатационной стойкости сказываютс незначительно, а при концентрации хрома более 0,35 мас,% увеличиваютс хрупкость чугуна, содержание неметаллических включений по границам зерен, снижаютс пластические свойства, стойкость против окалинообразовани .Chromium bleaches, crushes the structure, improves mechanical properties, surface strength, wear resistance and performance properties. When the chromium concentration is up to 0.12 wt.%, Its microalloying effect, increase in surface strength and operational durability are not significant, and when the chromium concentration is more than 0.35 wt.%, The brittleness of cast iron increases, the content of non-metallic inclusions at the grain boundaries decreases plasticity, durability against scaling.

Введение никел упрочн ет матрицу, повышает ее коррозионную стойкость, увеличивает термическую стойкость, стабильную структуры, что обеспечивает повышение хрупкой прочности и эксплуатационной стойкости, а также ударно-усталостной долговечности . Понижение нижнего предела концентрации никел менее 0,05 мас.% приводит к резкому снижению хрупкой прочности, коррозионной стойкости и эксплуатационной стойкости, а при концентрации никел более 0,8 мас.% снижаетс стабильность структуры, повышаетс содержание неметаллических включений по границам зерен, что приводит к снижению ударно-усталостной долговечности и эксплуатационной стойкости.The introduction of nickel strengthens the matrix, increases its corrosion resistance, increases thermal resistance, stable structure, which provides an increase in brittle strength and service resistance, as well as impact-fatigue durability. Lowering the lower limit of the nickel concentration to less than 0.05 wt.% Leads to a sharp decrease in brittle strength, corrosion resistance and operational durability, and at a nickel concentration of more than 0.8 wt. to reduce impact fatigue life and operational durability.

Медь обеспечивает высокую коррозионную и термическую стойкость, твердость матрицы, что обеспечивает высокие характеристики эксплуатационной стойкости. При увеличении содержани меди более 1,5 мас.% снижаетс трещиностойкость, эксплуатационна и ударно-усталостна долговечность . Содержание меди ограничено 0,7Copper provides high corrosion and thermal resistance, matrix hardness, which ensures high performance resistance characteristics. With an increase in the copper content of more than 1.5 wt.%, The crack resistance decreases, the operational and impact fatigue durability. Copper content is limited to 0.7

мас.% на нижнем пределе, так как при более низком содержании ее снижаютс однородность структуры, механические и эксплуатационные свойства. Содержаниеwt.% at the lower limit, since its lower content reduces its structure homogeneity, mechanical and operational properties. Content

магни прин то в количестве 0,012-0,5Magni accepted in the amount of 0,012-0,5

мас.%, что способствует улучшению формыwt.%, which contributes to improved shape

графита, коррозионной стойкости и окалиностойкости при высоких температурахgraphite, corrosion resistance and scaling resistance at high temperatures

Содержание основных компонентов (углерода 2,7-3,5 кремни 4,5-5,5 и марганца 0,3-0,7 мас.%) в отливках обеспечивает повышение стабильности структуры и свойств, оптимальную окалиностойкость и высокие эксплуатационные свойства. Их концентраци дл низколегированных жаростойких чугунов прин та в обычных пределах и ограничена концентраци ми, выше и ниже кото- рых снижаютс ударна в зкость и эксплуатационные свойстваThe content of the main components (carbon 2.7-3.5 silicon 4.5-5.5 and manganese 0.3-0.7 wt.%) In the castings provides increased structure stability and properties, optimum oxidation resistance and high performance properties. Their concentrations for low alloyed heat resistant cast irons are within the normal limits and are limited to concentrations above and below which the toughness and performance properties are reduced.

Алюминий модифицирует и раскисл етAluminum modifies and deoxidizes

чугун, повыша плотность и монолитность матрицы, очищает границы зерен, что обеспечивает существенное повышение стабильности герметичности и стойкости кcast iron, increasing the density and solidity of the matrix, cleans the grain boundaries, which provides a significant increase in the stability of tightness and resistance to

окалинообразованию. При концентрации алюмини до 0,11 мас.% модифицирующий и раскисл ющий эффекты недостаточны, а герметичность чугуна в отливках и окалиностойкость низкие, а при концентрации алюмини более 0,33 мас.% повышаетс содержание неметаллических включений и снижаетс стабильность структуры и служебных свойств.scaling. At an aluminum concentration of up to 0.11 wt.%, The modifying and deoxidizing effects are insufficient, and the tightness of cast iron in castings and scaling resistance are low, and at an aluminum concentration of more than 0.33 wt.%, The content of non-metallic inclusions increases and the stability of the structure and service properties decreases.

Пример. Плавку чугунов производ тExample. The smelting of cast iron is produced

в индукционных печах промышленной час- готы с использованием шихты из передельных чугунов, пакетированной стали, никел , буры, чугунного лома, 1угунной, медной иin industrial frequency induction furnaces using a mixture of pig iron, packaged steel, nickel, borax, cast iron, 1-iron, copper and

стальной стружки, кокса пекового возврата собственного производства, феррованади , магниевой лигатуры и ферросплавов. Присадку магниевой лигатуры, силикокальци , ферросилици производ т в раздаточныеsteel shavings, coke pitch return own production, ferrovanadium, magnesium ligature and ferroalloys. Additive of magnesium ligature, silicocalcium, ferrosilicon is produced in the dispensing

5 ковши. Перед вводом в металл ферросплавы и стружку меди прокаливают при 600°С. Карбюризатор (кокс пековый) размалывают в бегунах до фракции 10-15 мм, а ферросплавы , используемые дл модифицирова0 ни , дроб т в щековой дробилке и подвергают грохочению до следующих фракций: до 25 мм дл ввода в ковш емкостью 1,5 т и до 5 мм дл ввода в ковш емкостью 0,25 т5 buckets. Before entering into the metal ferroalloys and copper chips are calcined at 600 ° C. The carburetor (pitch coke) is ground in runners to a fraction of 10–15 mm, and the ferroalloys used for the modification are crushed in a jaw crusher and screened to the following fractions: up to 25 mm for entry into a 1.5 t bucket and up to 5 mm for entry into a 0.25 t bucket

5Химические составы чугунов опытных5Chemical compositions of cast iron experienced

плавок приведены в табл. 1 (1-3 - предлагаемые составы, 4 - известный).heats are given in table. 1 (1-3 - proposed formulations, 4 - known).

Из жаростойких чугунов отливают технологические пробы образцы, подовые плиты и стенки котловTechnological samples, bottom plates and walls of boilers are cast from heat-resistant cast irons

В табл. 2 приведены механические и эксплуатационные свойства чугунов опытных плавок.In tab. 2 shows the mechanical and operational properties of iron castings experienced heats.

Ударную в зкость определ ют на образцах по ГОСТ методом испытани на ударный изгиб, а испытание на раст жение - на цилиндрических образцах диаметром 10 мм с расчетной длиной 50 мм по ГОСТ. Образцы дл определени прочности при раст жении вырезают из отдельно отлитых брусков-проб по ГОСТ и отливок.The impact strength is determined on samples according to GOST by the method of impact bending, and the tensile test is determined on cylindrical samples with a diameter of 10 mm and a calculated length of 50 mm according to GOST. Samples to determine the tensile strength are cut from individually cast bar samples according to GOST and castings.

Сопротивление окалинообразованию определ ют при 1073 К в воздушной среде, а эксплуатационную стойкость оценивают по долговечности работы литой стенки в отопительных котлах.Resistance to scaling is determined at 1073 K in air, and operational durability is evaluated by the durability of the cast wall in heating boilers.

Как видно из табл. 2, предлагаемый чугун обладает более высокими характеристиками окалиностойкости и эксплуатацион0As can be seen from the table. 2, the proposed cast iron has higher scaling resistance and operating characteristics.

5five

00

ных свойств, чем известный жаростойкий чугун.properties than the famous heat-resistant cast iron.

Claims

Invention Formula

Heat-resistant cast iron containing carbon, silicon, manganese, chromium, copper, nickel, magnesium, aluminum, and iron, from l and h and with the fact that, in order to improve scaling resistance and operational properties, it additionally contains vanadium, nitrogen, calcium and boron in the following ratio, wt.%: carbon 2.7-3.5; silicon 4.5-5.5; manganese 0.3-0.7; copper 0.7-1.5; nickel 0.05-0.8; chromium .0.12-0.35; vanadium 0.03-0.12; aluminum 0.11-0.33; nitrogen 0.02-0.17; calcium 0.01-0.05; boron 0.002-0.02; magnesium 0,012-0,05; iron else.

f a b l and c a 1

table 2