Способ модифицирования чугуна

 

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в , частности к технологии изготовления крупных прокатных валков. Цель изобретения - расширение технологических возможностей, повышение прочности, ударной вязкости и сокращение расхода кремнийсодержащих ферросплавов. Способ модифицирования чугуна включает обработкупорции чугуна магнием и последующее смешивание порции обработанного чугуна с необработанным с получением содержания магния в чугуне 0,03-0,06%, 50-70% общей массы чугуна, содержащего 2,8-3,4% углерода и 0,8-1,3% кремния, обрабатывают металлическим магнием, а в необработанной металлическим магнием порции чугуна перед смешиванием повышают содержание кремния до 2,4-3,6% присадкой ферросилиция. Применение способа модифицирования чугуна позволяет повысить предел прочности чугуна на 27-30% и ударную вязкость на 28- 33% и сократить расход ферросилиция на 35-50%. 1 ил., 3 табл. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1371974 (51) 4 С 21 С 1/10

ВГГГ )

13, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4105531/31-02 (22) 04.06.86 (46) 07.02.88. Бюл. У 5 (71) Днепропетровский металлургический институт им. JI.È.Áðåæíåâà (72) О.В.Пузырьков-Уваров, Н,А.Николаев, А.Н.Слюсарь, H.Ñ.Êîçà÷åíêî, Е.С.Макрицкий, А.В.Вихров и Д.Д.Мешко (53) 621.745(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К - 123543, кл. С 21 С 1/10, 1959.

Авторское свидетельство СССР

М 10 13488, кл. С 21 С 1/ 10, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М- 711103, кл. С 21 С 1/10, 1978. (54) СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУНА (57) Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в, частности к технологии изготовления крупных прокатных валков. Цель иэобретения — расширение технологических воэможностей, повышение прочности, ударной вязкости и сокращение расхода кремнийсодержащих ферросплавов.

Способ модифицирования чугуна включает обработку порции чугуна магнием и последующее смешивание порции обработанного чугуна с необработанным с получением содержания магния в чугуне 0,03-0,06%, 50-707 общей массы чугуна, содержащего 2,8-3,4% углерода и 0,8-1,3% кремния, обрабатывают металлическим магнием, а в необработанной металлическим магнием порции чугуна перед смешиванием повышают содержание кремния до 2,4-3,67 присадкой ферросилиция. Применение способа модифицирования чугуна позволяет повысить предел прочности чугуна на 27-30Х и ударную вязкость на 28337 и сократить расход ферросилиция на 35-50%, 1 ил., 3 табл.

1371974

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к технологии изготовления крупных прокатных валков.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей, повышение прочности, ударной вязкости и сокращение расхода кремнийсодержащих ферросплавов. 10

На чертеже показана монограмма для определения конечного содержания кремния в чугуне (Si ) по известным значениям до его содержания в основной части металла, обрабатывае- 15 мой металлическим магнием (Si "" ), и высококремнистом чугуне (Si * ). а также количеству последнего (m до6

Поставленная цель достигается тем, что 50-70 общей массы чугуна, 20 содержащего 2,8-3,4 углерода и 0,91,3 кремния, обрабатывают металлическим магнием, а в необработанной металлическим магнием порции чугуна перед смешиванием повышают содержа- 25 ние кремния до 2,4-3,6 присадкой ферросилиция.

Такая обработка чугуна позволяет ффективно использовать графитизирующее влияние кремния на обработанный магнием расплав, исключает интенсификацию,испарения магния иэ-за экзотермичности процесса растворения кремния в металле, обеспечивает повышение прочности и ударной вязкости 35 чугуна.

В отличие от низкокремнистого (0,9-1,3 . Si) чугуна, расплав, содержащий 2,40-3,60 кремния, имеет большее число микрогруппировок углерода. 40

Поверхностноактивные элементы — сера и кислород — стабилизируют такие микрогруппировки, а поэтому ввод в расплав магния после графитизирующих модификаторов в соответствии с изве- 45 стной технологией приводит к дезактивации за счет раскисляющего и десульфурирующего действия магния и к их распаду в результате интенсивного перемешивания металла при модифицировании магнием. В отличие от известного в предлагаемом способе высококремнистый чугун (2,40-3,60% Si) в жидком состоянии смешивается в ковше с уже обработанным магнием расплавом непосредственно перед заливкой форм. Поэтому находящиеся в высококремнистом чугуне микрогруппировки углерода переносятся в магниевый расплав и в дальнейшем при,кристаллизации чугуна в форме являются центрами зарождения кристаллов графита. При этом магний, соединяясь с кислородом и серой, адсорбированными на поверхности углеродных микрогруппировок, образует нерастворимые сульфиды и оксиды, которые служат подложками для кристаллизации шаровидного графита и очищакгт фронт перед растущими кристаллами графита от поверхностноактивных десфероидиэирующих примесей.

Такой механизм модифицирования обуславливает получение в затвердевшем чугуне, отлитом по предлагаемому способу значительно большего количества шаровидных включений графита и большую степень их сфероидизации.

Мелкие шаровидные включения графита меньше ослабляют матрицу чугуна, чем крупные, и поэтому чугун имеет более высокие механические характеристики (прочность, ударную вязкость).

Поскольку при модифицировании чугуна по предлагаемому способу зародышеобразование графита при затвердевании облегчается, чугун имеет большую графитиэирующую способность, т.е. содержит в структуре меньше цементита и больше графита. Это позвочяет получить необходимую твердость рабочего слоя отливок, являющуюся важнейшей эксплуатационной характеристикой валков и определяющуюся основным регулятором твердости.

По сравнению с известной технологией заметно снижается расход кремнийсодержащих ферросплавов.

Предлагаемый способ модифицирования чугуна не требует специальных автоклавов для ввода магния в чугун, поскольку не требуется высокое (0,452,0/) насыщение чугуна магнием, Поэтому изобретение имеет более широкую область применения и может быть внедрено в любом литейном цехе, производящем высокопрочный чугун для отливок.

Обобщенные данные результатов испытаний по предлагаемому и известному способам приведены в табл. 1. Как видно иэ табл. 1, чугун, полученный по предлагаемому способу, имеет предел прочности при изгибе в среднем на 35 . и ударную вязкость на 42 . вьш е, чем чугун, полученный по известному способу. При этом расход ферросилиция сокращается примерно

1371974 на 507. Содержание углерода в чугуне

2,8-3,47. обусловлено получением максимальных механических свойств отливок. При уменьшении содержания

5 углерода ниже 2,87 резко возрастает склонность чугуна к отбелу и образованию усадочных дефектов, а при содержании его более 3,47 прочность чугуна снижается вследствие увеличения количества графита, ослабляющего матрицу чугуна.

Оптимальные механические свойства чугуна наблюдаются при содержании кремния в основной массе чугуна 0,91,37.. При содержании в расплаве кремния 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 содержания кремния в основной массе чугуна более 1,37 приводит к уменьшению дифференцированности перлита и появлению в структуре чугуна феррита, что снижает прочность чугуна.

Содержание кремния в высококремнистом чугуне 2,4-3,67 обусловлено 30 необходимостью получения расплава с максимальным количеством микрогруппировок углерода. С понижением содержания кремния ниже 2,4Ы в расплаве уменьшается число микрогруппировок углерода и модифицирующий эффект ослабляется. В структуре чугуна возрастает количество цементита, а степень графитизации графита и число его включений уменьшаются. При содержа40 нии кремния более 3,6Х в структуре чугуна появляется силикоферрит, что снижает его прочностные характеристики.

Оптимальное количество высококремнистого чугуна находится в пределах 30-507 от общей массы металла (табл. 1 и 2). При уменьшении этого количества ниже 307 модифицирующий эффект ослабляется, что приводит к увеличению количества цементита в

50 структуре чугуна и снижению его механических свойств. При увеличении количества высококремнистого чугуна более 507 наблюдается падение модифицирующего эффекта, поскольку в основ-55 ной металл вносится большое количество деглобулизаторов — S и 01, в результате чего снижается степень сфероидизации графита. Кроме того, увеличивается содержание кремния в окончательном составе чугуна, что способствует ферритизации структуры чугуна и уменьшению его механических своиств.

В табл. 2 приведены данные изменения содержания кремния в чугуне и расхода ферросилиция, в табл. 3 результаты исследования влияния 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 ослабляется, что приводит к увеличению количества цементита в структуре чугуна, десфероидизации графита и снижению механических свойств металла.

Пример. В пламенной печи выплавляют 35 т чугуна состава, мас.7:

С 3, 1; Si 1,0; S 0,04; P О, 15; Cr

0,12 и Ni 0,21. После расплавления и доводки металл сливают в ковш и обрабатывают кальцинированной содой в количестве 2Х от общей массы металла.

После удаления шлака в отдельный ковш отбирают 15 т чугуна и доводят в нем содержание кремния до З,OX путем ввода 400 кг 751 †íî ферросилиция.

Остальной чугун обрабатывают магнием при 1370 С. Расход магния составляет

6,5 кг на тонну обрабатываемого чугуна. После удаления шлака высококремнистый чугун (3% Б ) смешивают с модифицированным магнием чугуном. Окончательное содержание кремния во всей массе чугуна определяется по монограмме (чертеж) и составляет 1,857.

Содержание магния определяется спектральным методом и составляет 0,047.

Полученный таким образом чугун используют для получения отливок листопрокатных валков ЛШ 42.

Применение способа модифицирования чугуна позволит повысить предел прочности чугуна на 27-30% и ударную вязкость на 28-33Х, сократить расход ферросилиция на 35-507, уменьшить брак отливок по дефектам "черные пятна" и твердости, а также значительно улучшить эксплуатационную стойкость

Теплица!

Параметр оптннибации, П

Содервание кремния в окон» чательПрочность чугуна прн нвгиое кг/>а»>

КоличеУдарная вяакость

Расход

7SX ферроснлнция, кгlт

Степен сфероидиаации графит

Соде вани кремния осно яом нетал

Ild >

Снос дерwe емердость чки «алки, ° ПИ ство вмсокочугуна, к /w>

pew

NHcc0«о чугуна>

2 ия «

«ь>со» ремннс том

yryei1 лмче ном сос таве чу ид > и гуна,X

60,1 0,48 2,24 12,S2 0,71

64,Ь 0,51 2,41 20,1 0,76

65,5 0,53 2>96 ЭО, 1 0>79

1>3 20, 5

3,4

148> 7 47

121,6 44

96,5 40

Иб»

° ес твмй

16 10

12 20

3,1

0,9

0,7

2,8 среднее бначе° и«

64,7 0,$2 2,$4 20,9 0,77 110,7 44

О 60 80 4 0 62 l, 13 4>4 0 82 58 Ь 51

0>8 2,1 25

0,9 2,4 30

Пред" 3,55 лагаеwe 3,4

0,76 90,2 0,73 !>6 6,0 0,86 35,3 47

11 30 40 079 913 076 186 96 089 214 44

1, Э 3,6 50 0,7587,4 О, 74 2,45 1$,7 0,85 24, 7 40

1,4 3,9 55 0,61 77>S 0,69 2,80 18,3 0,7Ь 49,4 Э7

3,1

2>8

2,Ь5

Сред» иее биче нне

077 896 074 197 103 087 271 44

Таблица2

1* 3,4

12>5

1,3

10

0,9

20,1

5 137197 прокатных валков, работающих в листопрокатных станах и черновых клетях сортопрокатных станов. ормулаиз обретения

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

1371974

Продолжение табл.2

3* 2,8

4 3,3

0,7

12

30,1

0 5

1,4

3,7

4,1

1,4

0,9

3,7

4,1

0,5

2,2

3,9

1,4

4,1

4,0

0 5

4,6

2,2

0,9

3,3

4,1

1,4

3,3

0,9

0 5

10 3,3

11 4,1

12 3,55

13** 3,4

14** 3,25

4,7

2,2

0,9

4,9

2,2

0,8

4,4

2,1

2,4

0,9 ь,о

2,7

1,0

7,5

15**

3,1

3,0

9,6

1b** 2,95

17** 2,8

18 2,65

19 2,5

1,2

3,3

12,7

3,6

1,3

15,7

1,4

3,9

18,3

4,2

1,5

20,4

* Получение валков по известному способу. *Получение валков по предлагаемому способу. л с л со л Ю л

Со 4Р м Г 1 сч сч м л

1 о

4 о х в 1

Ц

4 а

4 X

Х с4 х

4 М

>Ъ

Л О О л

I о х х

1 х îo

О D О л л Ю м м м

D л м

D л м

Ю

Э х х о о

Сф л

}(4 (б а ц э о ц э а .о ох э

О Х в м л м м л м в

X o э о ж х

Э

> ( о

Э о

Э Ф td

Ч О О .Ф сО о л л

Ю л

0 Е}

v m о Й х

Э Р доэ

Ю "4

E Е ° х э Х

tf X 9 э х <б ах а

O Ц 4

Х 1 I э о <а а dl э э х

1. & }1

o v x с о

}с 1 о м а л р, л х

Э х л а 1 1"

cd 6) v цк о

Ф М

qI

1 A Х

Х 1»

О О 4 а о; и х

1 I э о

Х хоо цmv ое2

xvm

I

И Э а m

Х

Q) х охх

ОХХ

К Э а

t(Э о х и х

1 cd 1

Е х 2 о

Э

Ф » Ю х Р Ф

1: а ооо

ы m o

1 о

Э ,Я}

1 о х о

2

m о

4 о

Э

aI ф

<ч э1

4 Х о

4 о

Е»

v х х

OQ M CO м -- . -. л

00 О о О л со со со со

О О О О О сс1 о

В л с| л со л о о

-Ф О о о л л л о

Ф л л л

О О О О О л о м л сч л Ю Ф Ю л

ch — со О со со сп со л о ch о 4 о л л л о

° л л

D D D О О

}с сч м - ul

:>

IO о о о

И

X о

X и

1 3/1974

Ф

4, О у,8

У,Е

Z4

32

У,0

Г8

Го рф

22

ГО

Составитель А.11инаев

Редактор И.Горная Техред М.,яндык Корректор И.Эрдейи

Заказ 456/23 Тираж 544 Подписное

В11ИИПИ 1 осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производстненно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4