SU742034A1 - Способ обработки рабочей поверхности чугунной изложницы - Google Patents

Description

Изобретение относится к металлургии ЙГ7ГИ тейиому производству, в частности к способу повышения долговечности чугунных отливок, преимущественно с пластинчатой формой графита, в том числе изложниц любого развеса, кокилей, поддонов.

Известен способ повышения долговечности чугунных изложниц, состоящий в том, что для получения шаровидной формы графита в поверхностном рабочем слое стенок изложниц, обеспечивающей повышение их эксплуатационной стойкости, на. литейную форму наносят краски, содержащие модификаторы, и заливают немодифицированным жидким чугуном 11].

Недостатком этого способа является его низкая эффективность вследствие незначительного насыщения, особенно по глубине, поверхностного слоя изложниц' сферойдизаторами графита. Вследствие этого образуется слой чугуна с шаровидным и компактным графитом на небольшую глубину - до 0,4=0,8 мм. Это объясняется кратковременностью процесса взаимодействия жидкого немодифицированного чугуна и сфероидизирующих элементов. Кроме

того, в процессе эксплуатации изложниц, кокилей при термоциклировании происходит обезуглероживание поверхностного слоя и выгорание модификаторов, что приводит к ухудшению форм графита, понижению физико-меха⁵ нических свойств поверхностного слоя, а также к резкому падению сопротивляемости трещинообразованию и ускоряет выход из строя указанных деталей. В связи с тем, что данный способ применим только в период изготовле⁰ ния изложниц и эффективен лишь на первых наливах при разливке стали, он не позволяет осуществлять многократное повторение процесса поверхностного модифицирования с целью повторного повышения ‘физико¹ механических ¹⁵ свойств поверхностного слоя и увеличения общей эксплуатации стойкости таких изделий. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обработки рабочей поверхности чугунной изложницы, включающий поверхностное модифицирование (алитирование) ее в твердом состоянии добавками в виде пасты, наносимой на рабочую поверхность изложницы с последующим нагре вом последней до температуры протекания диффузионных процессов (700° С) путем залив· ки в полость изложницы расплавленного металла. При нагреве диффузионно-активные элементы насыщают поверхностный рабочий слой изложницы (алитируют), что позволяет предохранять ее от неблагоприятного воздействия термических ударов [2].

Однако известный способ не обеспечивает прочности, пластичности и других фйзико-механических свойств, которые зависят от глубины диффузионного слоя на рабочей поверхности изложницы, а это, в свою очередь, отрицательно сказывается на сроке службы изложницы.

Цель изобретения — повышение физико-механических свойств поверхностного рабочего слоя стенок изложниц за счет улучшения качества структуры на максимальную глубину до ввода их в эксплуатацию, а также восстановление этих свойств в поверхностном слое стенок изложниц после определенной степени их эксплуатации для дополнительного увеличения общей долговечности изложниц.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно вводят экзотермические смеси, причем диффузионноактивные добавки и экзотермические смеси вводят в виде расплава при содержании в нем диффузионноактивных добавок в количестве 10-70% и выдерживают 3—20 мин. В качестве диффузионноактивных добавок используют сфероидизирующие графит элементы, при этом нагрев изложницы производят до 800-1030° С.

Способ осуществляют следующим образом.

Расплав добавок при 1100—1250° С заливают в подогретую и герметически закрытую с одной стороны изложницу. При указанных температурах расплава и поверхности изложницы осуществляется диффузия сфероидизирующих графит элементов Mg, Са, РЗМ, Ва и др. из расплава вглубь поверхностного слоя стенок изложницы. В этом слое образуются карбиды магния, кальция, железа, бария, а их распад при охлаждении/нагреве приводит к образованию слоя высокопрочного чугуна с графитом шаровидной и компактной формы. Кроме того, имеющийся в экзотермической смеси алюминий при 675—850° С образует пленки, состоящие из соединений AI₃Fe, AI₂Fe₅, которые существенно препятствуют окислению поверхности изложницы при термоциклировании. Таким образом, получают чугун с различной структурой: во внутреннем поверхностном, рабочем слое — структуру высокопрочного чугуна с шаровидной и компактной формой графита, что обеспечивает высокие физико-механические свойства чугуна и повышенную сопротивляемость развитию сетки трещин разгара, а, следовательно, существенное увеличение срока службы из ложниц, в остальной же части по сечению стенки — структуру серого чугуна с пластинчатой формой графита, имеющую высокую теплопроводность, низкий модуль упругости, а также высокую сопротивляемость необратимым процессам формоизменения, являющегося основным препятствием применения высокопрочного чугуна в качестве материала для крупных изложниц.

Экзотермические шлакообразующие смеси, содержащие легкоплавкие флюсы, например плавиковый шпат, натриевую селитру, повышают жидкотекучесть расплава и понижают его температуру плавления. Применение расплава с содержанием менее 10% суммы элементов — сфероидизаторов графита не обеспечивает значительную глубину и достаточно эффективную степень насыщения ими поверхностного слоя изложниц, а при содержании их свыше 70% незначительно увеличивается степень насыщения ими поверхностного слоя, вязкость же расплава существенно повышается.

Чем выше температура изложницы перед ее заливкой расплавом, тем интенсивнее, на большую глубину и за более короткий промежуток времени осуществляется процесс диффузии элементов — сфероидизаторов графита в поверхностный слой чугуна стенки изложницы. Однако повышение температуры изложницы свыше 1030° С обуславливает резкое понижение прочности свойств чугуна изложницы, а их большая масса может привести к нарушению геометрии. При более низких температурах изложницы (ниже 800° С) скорость диффузии Мд, Са, Ва, РЗМ в поверхностный слой чугуна стенок изложниц уменьшается и для достижения модифицированного слоя даже минимальной глубины (1—2 мм) необходимо значительно увеличить время выдержки расплава в изложнице. Поэтому оптимальной температурой изложниц перед их заливкой расплавом является 800-1030° С. Температура расплава при заливке в изложницы должна быть в пределах 1100-1250° С.

Длительность выдержки расплава в изложнице определяется необходимой глубиной модифицированного слоя и зависит от температуры изложницы перед ее заливкой расплавом, температуры расплава и процентного содержания сфероидизаторов графита в расплаве. При длительности выдержки расплава в изложнице до 3 мин глубина модифицированного слоя достигает значительной толщины (до 1-2 мм). Выдержка расплава в изложнице 3—20 мин обеспечивает глубину модифицированного слоя до 6—9 мм. Так как выдержка расплава в изложнице до 20 мин обеспечивает достаточную глубину модифицированного слоя, то более длительная выдержка является нецелесообраз ной. Кроме того, при длительности выдержки свыше 20 мин весьма незначительно увеличивается глубина поверхностно-модифицированного слоя, которая прямо пропорциональна температуре изложницы и расплава, процентному ₅ содержанию сфероидизаторов графита в расплаве, а также длительности выдержки расплава в изложнице.

Примером конкретного выполнения является поверхностное модифицирование в условиях щ завода ’’Днепроспецсталь” стенок сталеразливочных глуходонных изложниц типа ДСС 3, 4 массой 4 т, отлитых из доменного передельного чугуна с пластинчатым графитом, расплавом, состоящим из 56% суммы сфероидизирующих ₁₅ элементов (%: Мд 39, Са 18, РЗМ 16, остальное - кремний 21, сумма, железа, алюминия углерода и др, естественных примесей 6), и 44% экзотермических шлакообразующих смесей состава, %: алюминиевый порошок 11, алюмомаг- ₂θ ниевый порошок 6, натриевая селитра 10, марганцевая руда 20, плавиковый шпат 22, силикатная глыба 20, доменный шлак 11. После нагрева изложниц до 950—1000°С и закрытия отверстия кропкой, обеспечивающей герметич- ₂5 ность, заливают в ее полость приготовленный расплав при 1180°С, выдерживают 8 мин и выливают. Использованный расплав доводят до прежнего химического состава, подогревают и применяют для обработки последующих изложниц. При этом температура расплава поддерживается не ниже 1150° С. В результате при указанных температурах из расплава диффундируют вглубь стенки изложницы сфероидизирующие графит элементы - Мд, Са, РЗМ, образующие в этом слое глубиной до 6—9 мм карбиды, а их распад приводит к образованию графита шаровидной и компактной форм. Результаты анализа химического состава металла поверхностно-модифицированного слоя опытной изложницы показывают, что на глубине до 9 мм содержание магния находится в пределах от 0,01 до 0,25%, а кальция - от 0,03 до 1,2% и выше. Включения графита в этом слое имеют шаровидную и компактную формы. Результэты механических испытаний показывают, что ударная вязкость металла поверхностно-модифицированного слоя увеличивается в среднем в

3,5 раза, термостойкость — в 2,8 раза, а окалиностойкость — в 3,3 раза по сравнению с ме- _м таллом немодифипнрованного слоя. Эксплуатационная стойкость опытных изложниц превышает стойкость изложниц из серого чугуна в среднем в 2,4 раза.

Способ применим как в черной металлургии ₅$ для повышения долговечности различного развеса изложниц, поддонов и других отливок из чугуна сталеразливочного назначения при получении стальных слитков разных марок, так и в цветной металлургии при получении отливок того же назначения. В литейном производстве этот способ можно использовать для повышения долговечности кокилей различного развеса, в том числе- применяемых для изготовления прокатных валков центробежных труб, а также для получения высокопрочного чугуна по всему сечению тонкостенных отливок. Способ повышения долговечности отливок за счет поверхностного модифицирования в твердом состоянии путем их нагрева и контактирования с расплавом, содержащим сфероидизаторы графита, может успешно заменить в ряде случаев широко применяемый в настоящее время способ повышения долговечности отливок путем жидкого модифицирования чугуна. При этом поверхностное модифицирование можно осуществлять также путем погружения предварительно нагретых отливок в приготовленный расплав, выдержки в этом расплаве, удаления из него и охлаждения их на воздухе или с последующим термоциклированием при 500— 850° С.

Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень насыщения, а также большую глубину (до 6-9 мм) поверхностного слоя чугуна стенок изложниц сфероидизирующими графит элементами и образование в этом слое высокопрочного чугуна; позволяет увеличить срок службы изложниц в 2—3,5 раза за счет увеличения общей толщины и повышения физикомеханических свойств поверхностно-модифицированного слоя изложниц до ввода их в эксплуатацию, а также за счет возобновления физико-механических свойств этого слоя при повторном процессе поверхностного модифицирования после определенной степени эксплуатации изложниц.

Claims (2)

1. BOM последней до температуры протекани  диффузионных процессов (700° С) путем залив ки в полость изложницы расплавленного металла . При нагреве диффузионно-активные элементы насыщают поверхностный рабочий слой изложницы (алитируют), что позвол ет предохран ть ее от неблагопри тного воздействи  термических ударов 2. Однако известный способ не обеспечивает прочности, пластргчности и других физико-механических свойств, которые завис т от глубины диффузионного сло  на рабочей поверхности изложницы, а это, в свою очередь, отрицательно сказываетс  на сроке службы изложницы. Цель изобретени  - повышение физико-механических свойств поверхностного рабочего сло  стенок изложниц за счет у лучшени  качества структуры на максимальную глубину до ввода их в эксплуатацию, а также восстаиовление этих свойств в поверхностном слое стенок изложниц после определенной степени их эксплуатации дл  дополнительного увеличени  общей долговечности изложниц. Указанна  цель достигаетс  тем, что дополнительно ввод т экзотермические смеси, причем диффузионноактивные добавки и экзотермические смеси ввод т в виде расплава при содержании в нем диффузионноактивных добавок в количестве 10-70% и выдерживают 3-20 ми В качестве диффузионноактивных добавок используют сфероидизирующие графит элементы, при этом нагрев изложницы производ т до 800-1030° С. Способ осуществл ют следующим образом. Расплав добавок при 1100-1250° С зашшают в подогретую и герметически закрытую с одно стороны изложницу. При указанных температурах расплава и поверхности излож1шцы осуществл етс  диффузи  сфероидизирующих графит элементов Мд, Са, РЗМ, Ва и др. из расплава вглубь поверхностного сло  стенок изложницы . В этом слое образуютс  карбиды мапш , кальци , железа, бари , а их распад при охлаждении/нагреве приводит к образованию сло  высокопрочного чугуна с графитом щаровидной и компактной формы. Кроме того имеющийс  в экзотермической смеси алюминий при 675-850°С образует пленки, состо щи из соединений AljFe, AljFes, которые существенно преп тствуют окислению поверхности изложницы при термоцик ированин. Таким образом , получают чугун с различной структурой во внутреннем поверхностном, рабочем слое - структуру высокопрочного чугуна с щаровидной и компактной формой графита, что обеспечивает высокие физико-механические свойства чугуна и повыщенную сопротивл емость развитию сетки трещин разгара, а, следовательно , существенное увеличение срока службы из7 4 ложниц, в остальной же части по сечению стенки - структуру серого чугуна с пластинчатой формой графита, имеющую высокую теплопроводность , низкий модуль упругости, а также высокую сопротивл емость необратимым процессам формоизменени ,  вл ющегос  основным преп тствием применени  высокопрочного чугуна в качестве материала дл  крупных изложниц. Экзотермические щлакообраэующие смеси, содержащие легкоплавкие флюсы, например плавиковый пшат, натриевую селитру, повыщают жидкотекучесть расплава и понижают его температуру плавлени . Применение расплава с содержанием менее 10% суммы элементов - сфероидизаторов графита не обеспечивает значительную глубину и достаточно эффективную степень насыщени  ими поверхностного сло  изложниц, а при содержании их свыше 70% незначительно увеличиваетс  степень насыщени  ими поверхностного сло , в зкость же расплава существенно повышаетс . Чем выше температура изложницы перед ее заливкой расплавом, тем интенсивнее, на большую глубину и за более короткий промежуток времени осуществл етс  процесс диффузии элементов - сфероидизаторов графита в поверхностный слой чзтуна стенки изложницы . Однако повышение температуры изложницы свыше 1030° С обуславливает резкое понижение прочности свойств чугуна изложницы, а их больша  масса может привести к нарушению геометрии. При более гшзких температурах изложницы (ниже 800° С) скорость диффузии Мд, Са, Ва, РЗМ в поверхностный слой чугуна стенок изложниц уменьшаетс  и дл  достижени  модифицированного сло  даже минимальной глубины (1-2 мм) необходимо значительно увеличить врем  вьщержки расплава в изложнице . Поэтому оптимальной температурой изложниц перед их заливкой расплавом  вл етс  800-1030° С. Температура расплава при заливке в изложницы должна быть в пределах 1100-1250° С. Длительность вьщержки расплава в изложнице определ етс  необходимой глубиной мо: дифицированного сло  и зависит от температуры изложницы перед ее заливкой расплавом, температуры расплава и процентного содержани  сфероидизаторов графита в расплаве. При длительности выдержки расплава в изложнице до 3 мин глубина модифицированного сло  достигает значительной толпданы (до 1-2 мм). Вьщержка расплава в изложнице 3-20 мин обеспечивает глубину модифицированного сло  до 6-9 мм. Так как выдержка расплава в изложнице до 20 мин обеспечивает достаточную глубину модифицированного сло , то более длительна  выдержка  вл етс  нецелесообразНОЙ . Кроме того, при длительности выдержки свыше 20 мин весьма незначительно увеличиваетс  глубина поверхностно-модифицированного сло , котора  пр мо пропорциональна тем пературе изложницы и расплава, процентному содержанию сфероидизаторов графита в распла ве, а также длительности выдержки расплава 3 изложнице. Примером конкрепюго вьтолнени   вл етс  поверхностное модифицирование в услови х завода Днепроспецсталь стенок ста лераз лив оч ных глуходонных изложниц типа ДСС 3, 4 мас сой 4 т, отлитых из доменного передельного чугуна с пластинчатым графитом, расплавом, состо щим из 56% суммы сфероидизирующих элементов (%: Мд 39, Са 18, РЗМ 16, остальное - кремний 21, сумма, железа, алюмини  углгрода и др. естественных примесей 6), и 44 экзотермических шлакообразующих смесей состава , %: алюминиевый порошок II, алюмомаг ниевый порошок 6, натриева  селитра 10, марганцева  руда 20, плавиковый шпат 22, силикатна  глыба 20, доменный шлак 11. После нагрева изложшц до 950-1000°С и закрыти  отверсти  кропкой, обеспечивающей герметичность , заливают в ее полость приготовленный расплав при 1180°С, выдерживают 8 мин и вы ливают. Использованный расплав довод т до прежнего химического состава, подогревают и примен ют дл  обработки последующих изложниц . При этом температура расплава поддерживаетс  не ниже 1150° С. В результате при указанных температурах из расплава диффундируют вглубь стенки изложницы сфероидизирующие графит элементы - Мд, Са, РЗМ, образунйцие в этом слое глубиной до 6-9 мм карбиды, а их распад приводит к образованию графита шаровидной и компактной форм. Результаты анализа химического состава металла поверхностно-модифицированного сло  опытной изложницы показывают, что на глубине до 9 содержание магни  находитс  в пределах от 0,01 до 0,25%, а кальци  - от 0,03 до 1,2% и выше. Включени  графита в этом слое имеют шаровидную и компактную формы. Результаты механических испытаний показывают, что ударна  в зкость металла поверхностно-модифицированного сло  увеличиваетс  в среднем в 3,5 раза, термостойкость - в 2,8 раза, а окали ностойкость - в 3,3 раза по сравнению с металлом немодифицированного сло . Эксплуатационна  стойкость опытных изложниц превышает стойкость изложниц из серого чугуна в среднем в 2,4 раза. Способ применим как в черной металлургии дл  повышени  долговечности различного развеса изложниц, поддонов и других отливок из чугуна сталеразливочного назначени  при получении стальных слитков разных марок, так и в цветной металлургии при получении отливок того же назначени . В литейном производстве этот способ можно использовать дл  повышени  долговечности кокилей различного развеса, в том числе- примен емых дл  ИЗГОТОВЛЕНИЯ прокатных валков центробежных труб, а также дл  получени  высокопрочного чугуна по всему сечению тонкостенных отливок. Способ повышени  долговечности отливок за счет поверхностного модифицировани  в твердом состо нии путем их нагрева и контактировани  с расплавом, содержгшщм сфероидизаторы графита , может успешно заменить в р де случаев широко примен емый в насто щее врем  способ повышени  долговечности отливок путем жидкого модифицировани  чугуна. При этом поверхностное модифицирование можно осуществл ть также путем погружени  предварительно нагретых отливок в приготовленный расплав, выдержки в этом расплаве, удалени  из него и охлаждени  их на воздухе или с последующим термоциклированием при 500- 850° С. Предлагаемый способ обеспечивает высокую степень насыщени , а также большую глубину (до 6-9 мм) поверхностного сло  чугуна стенок изложниц сфероидизирующими графит элементами и образование в этом слое высокопрочного чугуна; позвол ет увеличить срок службы изложниц в 2-3,5 раза за счет увеличени  общей толщины и повышени  физикомеханических свойсгв поверхностно-модифицированного сло  изложниц до ввода их в эксплуатацию , а также за счет возобновлени  физико-механических свойств этого сло  при повторном процессе поверхностного модифицировани  после определенной степени эксплуатации изложниц. Формула изобретени  1.Способ обработки рабочей поверхности чугунной изложниць;, включающий нагрев изложницы и введение диффузионноакгивных добавок, о тличающийс  тем, что, с целью улучшени  физико-механических свойств рабочей поверхности и повышени  срока службы изложницы, дополнительно ввод т экзотермические смеси, причем диффузионноактивные добавки и экзотермические смеси ввод т в виде расплава при содержании в нем диффузионноактивных (добавок в количестве 10-70% и вьщерживайт 3-20 мин.
2. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс   тем, что в качестве диффузионноактивных добавок используют сфероидизирукицие

   77420348

   элементы, при этом нагрев нзложницы 1. Акцептованна  за вка Японии

   производ т до 800-1030N 38-42429, кл. 11 А 221, 1970.

   Источникн информации.2. Авторское ( ндетельспо СССР N 251149,

   прин тые во внимание при экспертизекл. В 22 О 7/06, 1968.