Чугун для прокатных валков

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве прокатных валков. Цель изобретения - 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 вязкости 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 а9,SU(, (5!) 4 С 22 С 37 06. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4177544/23-02 (22) 09.01.87 .(46) 30.11.88. Бюл. NI 44 (71) Украинский научно-исследовательский институт металлов (72) Т.С.Скобло, Л.А.Малашенко, В.И.Караваева, Н.А.Вудагьянц, А.А.Сирота, N.В.Дьяченко, В.П.Саушкин, В.С.Сапелкин О.Д.Малыгин и В.Н .Гуров (53) 669.15-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 375315, кл. С 22 С 37/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР

В 1157113, кл. С 22 С 37/08, 1982. (54) ЧУГУН ДЛЯ ПРОКАТНЬИ ВАЛКОВ (57) Изобретение относится к металлур. гии и может быть использовано при производстве прокатных валков. Цель изобретения - повьппение механических свойств, твердости на глубине вреза калибра, а также увеличение термостойкости. Новый чугун содержит, мас.Х: С 2,8 — 3,5; Si 1,0 — 1,4;

Мп 0,4 — 0,7; Cr 0,1 — 0 5; Ni 1,8

3,5; Мо 0,2 — 0,5; Си 0,2 — 1, 2; Ge

0,005 — 0,02; MG 0,02 — 0,05; V О,О!

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 повьппение предела прочности

Gg в 1,8 2,1 раза, ударной вязкости dä в 1,4 - 1,7 раза, термостойкости в 2,4 2,9 раза, а также увели-g чение твердости на глубине вреза калибра в 1,07 - 1,21 раза. 2 табл.

14«0948

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для прокатных валков.

Цель изобретения - повышение меха- 5 нических свойств, твердости ня глубине вреза калибра, а также увеличение термостойкости.

Выбор граничных пределов компонентов в чугуне предложенного состава 10 обусловлен следующим.

Дополнительное ннедение ванадия, бария и азота н заявляемый состав чугуна приводит к новым свойствам.

Так, н частности, ванадий совместно f5 с азотом способствует увеличению центров графитизации чугуна с такой .степенью энтектичности (8э = 0,72

0,91), которую обеспечивает заявляемое содержание основных элементов, а 20 ванадий с никелем регулируют не только размер включений графита, но и первичных зерен аустенита. Совместное действие азота с церием приводит к снижению температурь) эвтектического превращения, что способствует измельчению эвтектических зерен.

Введение бария в присутствии нике» ля повышает растворимость бария в чугуне, возрастает интенсивность взаимо-30 действия с серой с образованием комплексных сульфидон, что оказывает рафинирующее воздействие на чугун.

Наличие церия и бария приводит к усилению графитизирующего и сфероиди- 35 зирующего влияний последнего, так как церий, повышая адсорбцию водорода, создает условия для увеличения поверхностного натяжения на границе графит - расплав, приводит к,переохлаж-, 40 дению, что и способствует сфероидиза- ции графита. Сфероидизирующее влияние усиливается также совместным воздействием бария с магнием за счет повышения температуры диссоциации их интер» 45 металлических соединений.

Выбранное соотношение ванадия и азота в присутствии хрома, кремния, способствует формированию равномерно

50 распределенных стабильных карбидов, обогащенных легирующими элементами.

При содержании углерода и кремния менее 2,8 и 1,0% соответственно в структуре отливок появляются грубые включения энтектического карбида, рас55 полагающиеся по границам зерен, что снижает пластические характеристики и термичес кую выносливость, способст вует BbtêðяшивяниK) ряГ>очего слоя валка н процессе эксплуатации. Повьпиение содержания углерода более 3,5% приводит к флотяции графита, что особенно характерно для массивных отливок, и результате чего будет иметь место неравномерное распределение твердости по сечению валка. Такой металл будет иметь пониженные значения пластичности и термической выносливости. Кроме того, повышение со". держания кремния ()1,4 ) вследствие его склонности к ликвации ухудшает прочностные характеристики.

Марганец, хром и молибден являются карбидообразующими элементами. Однако .н заявляемом составе в результате воздействия графитообрязующих элемен тов (кремния, никеля и меди) происходит обеднение аустенита углеродом, в результате чего марганец, хром и молибден в выбранных количествах идут в основном не на образование и>збыточной карбидной фазы, а на легирование, что обеспечивает повышение механических свойств чугуна и повышает стабильность карбидной фазы в условиях термоциклировяния, которое имеет место при эксплуатации валков.

Установлено, что оптимальным содержанием марганца является 0,40,7%. Содержание марганца «0,4% может привести к появлению ферритной сос тавляющей,снижению твердости и существенной неоднородной структуры,что способствует интенсивному износу при эксплуатации. Содержание марганца выше

0,7/ приводит к снижению активности углерода и уменьшению числа зародышей графита, т.е. создадут условия к формированию избыточного цементита и снижению пластичности.

Введение хрома в количестве менее

0,1/ недостаточно для повышения прочности и твердости чугуна, а повышение его содержания более 0,5%, особенно в присутствии других карбидообразующих элементов (Мо, V), способству" ет формированию более грубой карбидной фазы,. склонной к выкряшиванию при термоциклическом воздействии и высоких удельных давлениях.

Повышению прочностных свойств, твердости, термической пын >сливости и увеличению стабильности к;>рбидной фазы способствует ввел> пис л) >>1иб>дена в количестве 0,2 - (),. .>/, i! л «.:итель" з

1 4409 ное действие молибдена заключается в измельчении включений графита и продуктов распада яустенитя в промежуточной области, что является результя-5 том переохлаждения сплавов в процессе кристаллизации по сравнению с равновесными температурами.

Введение молибдена в количестве менее 0,2Х малоэффективно с точки эре- 0 ния не только упрочняющего влияния на металлическую основу чугуна, но и . увеличения стабильности карбидной фазы. С увеличением его содержания более 0,5Х наруняется оптимальное со- 1 отношение графитизирующих и карбидообразующих элементов, что вызывает выделение эвтектических карбидов по границам зерен и снижение механических свойств чугуна. Кроме того, повы- 20 шение содержания молибдена )0,5/ удорожает стоимость чугуна и экономически нецелесообразно.

Никель и медь, уменьшая свободную энергию смеси аустенита и графита, способствуют повышению термодинамического потенциала для прямого выделения графита. Кроме того, введение ни келя и меди обеспечивает формирование стабильной структуры в промежуточной 30 области. Наличие никеля и меди в ко личествах менее 1,8 и 0,2Х соответственно приводит к формированию в отливках структуры, которая состоит из грубых продуктов распада аустенита различной степени дисперсности и ледебуритной сетки, которая существенно охрупчивает метариал, снижает уровень механических свойств, увеличивает анизотропию и уменьшает термическую 40 выносливость. При этом спад твердости по сечению отливок возрастает да 3035Х на расстоянии 40 мм от поверхности, что не обеспечивает однородности по глубине калибра и приводит к 45 неравномерному износу.

Наличие в,чугуне никеля и меди в предлагаемых количествах повышает твердость, прочность, термическую выносливость за счет формирования металлической основы, состоящей из дисперсных продуктоВ распада аустенита и равномерно распределенных включений шаровидного графита. При увели- 56 чении содержания никеля более 3,5Х, меди — более 1,2Х в материале рабочего слоя таких валков появля ются участки мартенсита, что приводит

48

4 к снижению прочности и термической выносливости чугуна. Кроме того, при таких содержаниях никеля и меди происходит ухудшение формы включений графита: они укрупняются и разветвляются, что также отрицательно сказывается на термической выносливости.

Для получения шаровидного графита чугун модифицируют магнием и церием.

В чугуне с 0,02 - 0,05Х магния церий в количестве 0,005 - 0,02Х является гряфитизирующим модификатором и рафинирует расплав. При содержании менее

0,02Х магния и 0,005Х церия происходит нарунение наровидной формы графита и появляются плястинчятые выделения. Повыиение содержания магния и церия выше граничных значений способствует повышению устойчивости структурно свободного цементита и ухуднает форму и характер распределения неметаллических включений, не оказывая положительного влияния ня свойства чугуна.

Применение ванадия, бария и азота в количестве меньше заявляемого (0,01, 0,05 и 0,005 соответственно) недостаточно для улучшения свойств чугуна. Введение этих элементов в количестве, превышающем заявляемое (0,2Х Ч, 0,02Х Ва, )0,01X N), ухудшает структуру — появляются грубые включения карбидов по границе зерен, увеличивается количество неметалличе ских включений, снижается ударная вязкость, прочность, термическая выносли вость,что в.целом отрицательно сказывается на эксплуатационной надежности прокатных валков.

Пример. Сплавы готовили путем выплавки в индукционной печи (200 кг) с кислой футеровкой. 1Чихта состояла из стального лома (5560X), чушкового чугуна, марки ЛК-2 (ЗЗХ), электродного боя (1 ).

Для легирования чугуна испольэовали никель (H3), ферромарганец (FeMn-45), ферромолибден (ФМ-1), катодную медь, ферросилиций (ФС-45), феррованадий (ВД-2).

Иодифицирование осуществляли никель-магниевой лигатурой (17Х Мд), ферроцерием (45Х) и ферросиликобарием (ФС65Ба 4) в ковше. Чугун заливали в сухие земляные формы. Температура эао ливки составляла 1330-1340 С. /1иаметр отливок - 150 мм, высота - 500 мм.

t 44.0948

Формула изобретения

Химические составы известного и

Чугун для прокатных валков, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, церий, магний и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения механических свойств, твердости на глубине вреза калибра валка, а также увеличения термостойкости, он дополнительно содержит ванадий, барий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Молибден

Медь

Церий

Магний

Ванадий

Барий

Азот

Железо

Таблица!

Хитючесвие составы известного н предловенного чугуна

Массовая доля элемента, 2

Bi ??л Сг Ni Mo Cu Се . Mg U Ba и Fe

Предлоненны?? чугун

I 2,80 I,O 0,4 0,? ?,80 0,20 0,2 0,005 0,02 0,0! 0,005 0,005 Ост.

2 3,20 ?,2 0,6 0,3 3;О 0,40 0,95 0,0? 0,03 0,1 0,0I2 О,ООУ

3 350 ?4. О,У OS 35 05

0 02 0 05 0 2 О 02 О О!

l,2

??звестный чугун

2,60 I,! 0,5 0,2 2 ° 9 0,2

2,5

0,03 0,04 предложенного чугуна приведены в табл.1.

Результаты проведенных испытаний полученных сплавов (значения мехаНических свойств, термической выносливости, спад твердости, микроструктура и состав карбидной фазы) приведе ны в табл.2, 10

Механические свойства отлитых чугунов рпределяли по стандартным методикам. Испытания на термическую выносли.вость проводили путем термоциклирования образцов с использованием индукци?5 онного нагрева до 600 С и спрейерного охлаждения водой до 20 С, что соот ветствует условиям эксплуатации валков горячей прокатки.

Как следует из данных табл. 1 и 2, дополнительное введение в состав чугуна ванадия,, бария и азота обеспечивает повышение (7„ в 1,8 - 2,1 раза, à g в 1,4 - 1,7 раза, термостойкостн в 2,4 2,9 раза, а также увеличение твердости на глубине вреза калибра в

1,07 - 1,21 раза.

2,8-3, 5

1,0-1,4

0,4-0,7

0,1-0,5

1,8-З,5

О, 2-0,5

0,2-1,2

0,005-0,02

О,!)2-0,05

0,01-0,2

0 005-0,02

0 005-0,01

Остальное

1440948

Таблица 2

Сравнительный анализ свойств чугуна известного и предложенного составов

Чугун

Предло— женный

Варианты:

1 950

2 900

3 850

1950

350

388

9,8

368

2350

402

10,7

2050

394

436

8,9

Известный (прототип) 450

325,0

800

500

6,3

Составитель Н.Косторной

Текред М.Дидык

Редактор А,Маковская

Корректор М.Пожо

Заказ 6145/30 Тираж 595

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Произв цн твенно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4