Способ получения двухслойных прокатных валков

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения двухслойных прокатных валков. Цель изобретения - улучшение механических и служебных свойств валков. Литейную форму заполняют низкокремистым чугуном,в него в качестве отбеливающей добавки вводят азот, выдерживают этот чугун до образования однородного по глубине белого рабочего слоя, затем "промывают" серым чугуном, в который вводят один из элементов группы TI, BA, B, AL в количестве, определяемом по формуле: K=(0,8-1,2){M[N<SB POS="POST">р.с</SB>(M<SB POS="POST">1</SB>-M<SB POS="POST">2</SB>+N<SB POS="POST">пр</SB>-M<SB POS="POST">3</SB>]}/14 M<SB POS="POST">3</SB>, где M - молекулярный вес вводимого химического элемента

N<SB POS="POST">р.с</SB> - содержание азота в рабочем слое, @ мас.%

N<SB POS="POST">пр</SB> - содержание азота в чугуне для промывки мас.%

M<SB POS="POST">1</SB>-масса отбеленного хромоникелевого чугуна с низким содержанием кремния, кг

M<SB POS="POST">2</SB>-масса рабочего слоя валка, кг

M<SB POS="POST">3</SB> - масса чугуна для "промывки", кг. Содержание никеля в отбеленном низкокремистом чугуне устанавливают по зависимости: NI = 4,0-(10-20)N<SB POS="POST">р.с</SB>, мас.%. Примщество. Использование феррованадиевого шлака позволяет ускорить процесс затвердевания шлака, повысить прочность и текучесть смеси, улучшить ее выбиваемость и санитарно-гигиенические условия труда из-за отсу

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (51)5 В 22 D 27 00

"М"

t

i. > ." з чу%4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ(С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

:. 1г.

Л г"

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

1 (2 t ) 4338353/23-02 (22) 08. 12.87 (46) 07.02.90. Бюп. Р 5 (71) Днепропетровский металлургический институт (72) В.И. Комляков, О.В. ПузырьковУваров, В.А. Рямов, А.В. Вихров, P.Õ. Гималетдинов, В.Т. Калинин, В.Д. Китайгородский и Н.Я. Денисенко (53) 621.74.046(088.8) (56) Будагьянц Н.А., Карский В.Е.

Литые прокатные валки. — М.: Металлургия, 1983, с. 113,114.

Авторское свидетельство СССР

У 1337191, кл. В 22 D 27/20, 1986. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ

ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения двухслойных прокатных валков. Цель изобретения — улучшение механических и служебных свойств валков.

Литейную форму заполняют низкокремнистым чугуном, в него в качестве отбеливающей добавки вводят азот, выдерг

Изобретение относится к литейному . -производству, а именно к,способам получения двухслойных прокатных валков, имеющих рабочий слой из белого хромоникелевого чугуна, методом промывки литейной формы высококремнистым чугуном.

Цель изобретения — улучшение механических и служебных свойств валков.

Заполняют литейную форму низкокремнистым чугуном, в него в качестве отбеливающей добавки вводят азот в ко.2, живают этот чугун до образования од- ,нородного по глубине белого рабочего слоя, затем промывают серым чугуном, в который вводят один из элементов группы Ti, Ва, В, А1 в количестве, определяемом по формуле: К (0,81 в 2) It(N<. (m,-» )+ N >m»))/14», где М вЂ” мол.м. вводимого химического элемента; N — содержание азота в рабочем слое, мас. Х; N - содержание азота в чугуне для промывки, мас. Ж; ш — масса отбеленного хромоникелевого чугуна с низким содержанием кремния, кг; m — масса рабочего слоя валка, кг; m — масса чугуна для промывки, кг. Содержание никеля в C отбеленном низкокремнистом чугуне устанавливают по зависимости: N< 4,0†(10-20) N мас. 7. Применение способа обеспечивает снижение критерия С® износа валков на 27-41Х при сохранении низкого спада твердости, повышение стрелы прогиба в 2,7-3,3 раза и циклической вязкости в 2 ° 3-3 ° 2 раза.

1 з.п. ф-лы. личестве 0,01-0,07 мас. X выдержива-, ют этот чугун до образования однородного по глубине белого рабочего слоя, затем промывают серым чугуном, в который вводят один из элементов группы Ti Ва, В, Al в количестве К, мас. мас.Ж, согласно зависимости

Ht,N.с (m -m )+N ° mД

14 ш

3 где М вЂ” мол.м. вводимого химического элемента;

1540935 1 р,с

"1 содержание азота в чугуне белого рабочего слоя, мас.Х; содержание азота в чугуне для промывки, мас. Х; масса отбеленного хромоникелевого чугуна с низким со- держанием кремния, кг; масса рабочего слоя валка, Kr %9 1О масса чугуна для промывки, кг °

При этом содержание никеля, мас.7, в отбеленном низкокремнистом чугуне устанавливают в соответствии с завиt5 симостью

N< = 4,0 — (10-20) Nt. .

Необходимость разработки нового способа получения двухслойных валков, вызвана интенсификацией в последнее время процесса прокатки на листовых станах страны путем увеличения скорости прокатки, применением более высоких давлений, а также расширением сортамента и объемов проката из труднодеформируемых марок легированных сталей. Увеличение динамических циклических нагрузок на валки привело к возрастанию выкрашиваний в рабочем слое, повышению случаев поломок шеек и трефов.

Анализ, валков текущего производства показал, что при использовании известного способа применение в качестве отбеливающей добавки теллура позволяет расширить глубину отбелен" ного слоя за счет подавления графитизации в его частях, удаленных от ли- 40 той поверхности бочки, снизив тем самым спад твердости. Однако введение теллура сопровождается изменением в структуре рабочего слоя строения аустенито-карбидной эвтектики, кристаллизация которой переходит от кооперативного роста эвтектических фаз к их раздельному росту и вместо ледебурита сотового строения в рабочем слое валков появляется грубый конгломерат эвтектических фаз с массивными кристаллитами цементита. Это приводит к снижению прочности и возрастанию хрупкости белого рабочего слоя.

Известно, что в условиях высоких давлений и циклических нагрузок в рабочем слое валков возникают микротрещины, являющиеся причиной выкрашиваний. Зарождение и рост микротрещин происходит в хрупком цементе. Недостаточный уровень прочности на изгиб, предопределяющий высокие значения критерия износа валков, связан также и с тем, что теллур является причиной появления в структуре металлической матрицы большого количества включений теллуридов марганца и хрома на междендритных границах, а также повышения степени аномальности продуктов эвтектоидного превращения аустенита. В связи с понижением уровня механических свойств рабочего слоя валков под влиянием теллура решено исключить его применение при отливке прокатных валков.

В связи с изложенным при разработке нового способа получения двухслойных валков методом промывки литейной формы в качестве отбеливающей добавки вместо теллура применяют азот, обеспечивающий низкий спад твердости за счет повышения степени дисперсности продуктов эвтектоидного превращения аустенита в удаленных от поверхности бочки областях рабочего слоя. В отличие от теллура азот не повышает склонность белого чугуна к раздельной кристаллизации эвтектических фаз, а поэтому повышает твердость (износостойкость) без его охрупчивания. Однако применение азота связано с опасностью образования в медленно охлаждающихся частях отливок (сердцевине и шейках валков) газовой пористости.

Для исключения этого негативного явления азот в чугуне необходимо связать в нерастворимые соединения (нитриды). Этого можно достигнуть ввелением в жидкий чугун Ti В или Al. Устанбвлено, что для этой цели можно также использовать барий, который образует с азотом нерастворимые нитриды BaN.

Однако введение в металл, легированный азотом, Ti В, Al или Ва в стехиометрическом соотношении для образования нитридов приводит к нейтрализации азота как легирующего элемента и увеличению критерия износа чугуна рабочего слоя валков. Цель изобретения достигается, когда нитридообразующие элементы вводят в металл промывки так и в таком количестве, чтобы в рабочем слое валков азот находился в растворенном в матрице чугуна состоянии, а в сердцевине и шейках валков он был связан в нитриды.

5 1540935 6

Нейтрализация находящегося в мед- Куд в ленно охлаждающихся частях отливок. ка, составляет кг (И вЂ” со100 $.С азота нитридообразующими элементами держание азота в чугуне рабочего позволяет применять для снижения кри- слоя, мас. 7.; m — масса рабочего терия износа чугуна рабочего слоя

5 слоя валка, кг), то в остальном левалков сверхравновесные по отношению гированном низкокремнистом чугуне, к пределу растворимости в жидком заливаемом в валковую форму, необчугуне (0,015-0,027) концентрации Np.c (m < — mq) ходимо связать кг азоазота, поскольку в условиях ускорен- 100 ного охлаждения поверхностного слоя . та (ш — масса легированного низко1 бочек валков избыточный азот фикси- кремнистого чугуна). руется в матрице чугуна в растворен- Кроме того, необходимо связать еще ном виде. Nn m кг азота, (N д — содержание

При смешивании заливаемых в форму 15 ра плавов в процессе промывки он взаи- азота в промывном чугуне мас. Х; модействует с введенными в соответст- ml — масса пРомывного высококремнис

Toro чугуна Kr) КОТОрыи присутсT

1 Ba B, А1 Образуя а жи, Kolф ч H вУет в пРомывном чугуне sa сче погсердцевины и шеек дополнительные цент @ тры графитизации. Это приводит к å ДлЯ того, чтобы свЯзать весь этот

l М личению в структуре чугуна эвтекги- азот необходимо ввести — N кг нит-"

14 э ческих зерен и полной его графитиза- ридообразующего элемента (М вЂ” мол.м. ции, результатом чего является повывводимого элемента; 14 — атомный вес шение сТрелы прогиба и циклической вязкости чугуна сердцевины и шеек азота} или 100Х по отношению

М Ncaa валков.

14- М, к металлу промывки.

Поскольку эти элементы связывают растворенный в расплаве азот, то они устраняют его отбеливающее влияние и 30

Таким об азом ко степень графитизации чугуна повьппается. Поэтому при разработке изобрете- ног СВЯзываниЯ азота в сеРДЦевине ния, предусматривающего ввод в чугун и шейках валка можно ОПРелелить по для промывки элементов, имеющих высоформуле кое химическое сродство с азотом, содержание их определяют в количествах, 1.И С (ш ш2) + % ш3 необходимых для связывания растворенного азота в нитриды и исключающих

14 m

9 присутствие свободного азота, отбе- Азот является подобно никелю элеливающего чугун. Таким образом, ввод 40 ментом, повышающим устойчивость аусазота в чугун для формирования рабо- тенита. чего слоя валков не только обеспечи- Поскольку азот является аналогом вает снижение спада твердости анало-, никеля, то содержание последнего можгично теллуру, но и в отличие от него но снизить на определенную величину, обеспечивает снижение комплексного 45 обеспечивающую получение бейнитной критерия износостойког ти валков, а -. структуры и выСокий критерий износа ввод в чугун для формирования сердце- чугуна. Поскольку никель является довины и шеек одного из элементов груп- Рогостоящим элементом, то снижение пы Ti, Ва, В, Al устраняет число эв- его содержания в чугуне приводит к тектических ячеек, что обеспечивает 50 существенному удешевлению последнего. повышение стрелы прогиба и цикличес- КРоме того, при снижении содержания кой вязкости: Исключение применения,никеля в низкокремнистом металле ав" теллура, который по нормам промсани- томатически уменьшается его содержание тарии относится к высокоопасным .ток- в сердцевине валкоВ, а следовательно, сичным веществам, обеспечивает улуч- 55 и дисперсность продуктов распада аус-. шение санитарно-гигиенических условий тенита, т.е. дополнительно повышают-. труда. ся вязкость и пластичность металла.

Учитывая то, что количество азота, Азот в чугуне действует как иаркоторый находится в рабочем слое вал- тенситообразующий элемент примерно

1540935 в 15 раз сильнее никеля и для обеспечения бейнитной структуры матрицы чугуна рабочего слоя валков, содержание этих элементов в нем должно быть связано зависимостью

N = 4 0 (10 20) N1I c > где N — содержание никеля в рабочем слое валков.

Снижение содержания никеля в чугуне и связывание азота в сердцевине и шейках валков позволяют существенно понизить их твердость за счет повышения степени графитизации чугуна и .снижения микратвердости (дисперсности) продуктов распада аустенита. Это позволяет уменьшить расход металла на промывку валков, снизить тем самым себестоимость литья.

Пределы содержания азота в чугуне

Q,01-О,07 мас. % определяются его количеством, необходимым для снижения критерия износостойкости валков и подавления графитизации в глубинных слоях рабочего слоя для получения низкого спада твердости. При содержании азота менее 0,01 мас.% не обеспечивается подавление графитизации в удаленных от литой поверхности бочки участках рабочего слоя и возрастает спад твердости, а также возрастают значения комплексного критерия изно.состойкости в связи со .снижением степени дисперсности продуктов эвтектоидного превращения аустенита. Увеличение концентрации азота более

0,07 мас.% приводит к увеличению содержания растворенного азота, что является причиной появления дефектов в виде "азотистой пористости, и снижению стрелы прогиба и циклической вязкости ввиду образования большого количества нитридов.

Содержание элементов, имеющих высокое химическое сродство с азотом (Т ., Ва, В, Al), определяется их количеством, которое необходимо для нейтрализации отбеливающ го действия азота и обеспечения дополнительных центров графитизации (подложек для выделения графита) в сердцевине и шейках. При уменьшении их содержания в промывном чугуне меньше величины

К И(И .q(m -т )+И т®

0,8 П rPe II = 14

3 не обеспечивается повышение) стрелы прогиба и циклической вязкости. Увеличение их содержания до значений, превышающих величину 1,2 К/П, приводит к существенному возрастанию в чугуне количества нитридов, коагуляции их в крупные включения, что ведет к снижению циклической вязкости и стрелы прогиба чугуна шеек валков.

Если содержание никеля в чугуне увеличивается до значений, когда от4 О-Ni .с ношение становится меньше ф,c

10, то чугун приобретает мартенситную структуру, в результате чего уменьшается прочность, увеличиваются критерий износа чугуна, брак отливок по волосовидным трещинам и себестоимость, снижаются стрела прогиба и циклическая вязкость чугуна шеек.

Снижение содержания никеля в чугуне рабочего слоя до значений, когда

4 0-Ni отношение превышает 20, NР приводит к получению трооститной и сорбитной структуры, имеющих низкие

25 показатели прочности и твердости, в результате чего. увеличивается критерий износа чугуна рабочего слоя.

Пример. В 30-тонной мартеновской печи выплавляют чугун для рабо30 чего слоя -валков следующего состава, мас. %: C 2,71; Si 0,44; Мп 0,53;

Р 0,32; S 0,05; Cr 0,75; Ni 3,42;

N 0,04. Азот в чугуне получают добавлением в шихту азотированного ферро35 хрома марки ФХН 1 ООА (6, 4% N) в количестве 300 кг. Усвоение азота составляет 62%.

Из полученного чугуна заливают

4 валка весом 7,2 т каждый. В каче40 стве металла промывки используют ваграыочный чугун в количестве 2,4 т йа один валок. При проливке валков в чугун промывки поочередно вводят xr: ферробор марки ФБ20 10; алюминий 5; ферротитан 22 и ферросиликобарий 95..

Температура заливки хромоникелевого чугуна 1330-1350 С, ваграночного—

1270-1300 С.

В процессе механической обработки валков от бочек и шеек отбираются темплеты для определения физико-меха". нических свойств чугуна.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение критерия. износа валков на

27-41% при сохранении низкого спада

\ твердости, повышение стрелы прогиба в 2,7-3,3 раза и циклической вязкости в 2,3-3,2 раза, а также снижение где М

NAP

m — масса чугуна для промывки, 3 кг.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что содержание никеля в отбеленном низкокремнистом чугуне устанавливают в соответствии с зависимостью

Ni 4, 0 " (10-20) NIä, мас. X

Составитель И. Яковлев

Техред М.Дидык Корректор М. Кучерявая

Редактор И. Горная

Заказ 248 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

, Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101

9 1540935 стоимости валков на 10-277. и увеличеК=(0,8-1 ние санитарно-гигиенических условий.

Формул а изобретения

5 1 р.е

1. Способ получения двухслойных прокатных валков, включающий заполнение литейной формы низкокремнистым хромоникелевым чугуном, введение в него отбеливающей добавки, выдержку этого чугуна для формирования однородного по глубине белого рабочего слоя, последующую промывку серым чугуном, отличающийся тем, „ что,с целью. улучшения механических и

I служебных свойств валков,.в низкокремнистый хромоникелевый чугун вкачестве отбеливающей добавки вводят азот в количестве 0,01-0,07 мас. Ж, в чугун промывки вводят один из элементов группы Ti Ва, В, А1 в количестве К согласно зависимости

10 ,2)

N (N .q (m -mt) +N шй ,мас.й

14 т мол.м. вводимого химического элемента; содержание азота в рабочем слое, мас. Х; содержание азота в чугуне для промывки, мас. 7; масса отбеленного хромоникелевого чугуна с низким содержанием кремния, кг; масса рабочего слоя валка, кг;