Чугун для ферросплавных мульд

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве ферросплавных мульд Цель изобретения - повышение термостойкости и окалиностойкости в условиях повышенных температур и теплосмен, а также увеличение коэффициента линейного расширения. Предложенный чугун содержит, мас.%: С 3- 4,5; Si 2,2-3.0; Мп 0,2-1,0; Сг 0.4-0,8; NI 0,2-1,0; Ti 0,05-0.3; AI 0,3-0,7; Са 0.05-0,20; Си 1.0-2,0; N 0,05-0,10; Се 0,05-0,10; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Се, а также изменение в нем содержания Si и Си позволяют повысить окалиностойкость в 1,01-1,05 раза , термостойкость в 1,03-1,18 раза и коэффициент термического расширения в 10-14,7 раза. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 4695020/02 (22) 19,05,89 (46) 07.05.92. Бюл. М 17 (71) Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов (72) О.Ю. Столяр, Б.Ф. Величко, В.В. Перешеин, АМ. Мельниченко и С.Н. Килессо (53) 669. 5-196(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 785376, кл. С 22 С 37/10. 1978;

Авторское свидетельство СССР

М 933781, кл. С 22 С 37/10, 1980. (54) ЧУГУН ДЛЯ ФЕРРОСПЛАВНЫХ

МУЛЬД

{57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстИзобретение относится к металлургии, именно к металлургии сплавов, используемых для изготовления изложниц для разливочных машин.

Известны чугуны, содержащие углерод, . кремний, марганец,. хром, никель, титан, алюминий и кальций, применяемые для изготовления деталей, работающих в условиях теплосмен.

Однако эти чугуны имеют недостаточную стойкость в условиях повышенных температур и теплосмен, а также малый коэффициен линейного расширения.

Наиболее близким к изобретению является чугун следующего химического состава, мас. $: углерод 3,2-3,5; кремний 1,7-2,1; марганец 0,4-0,7; хром 0,4-0,8; никель 0,20,4; алюминий 0,35-0,7: кальций 0,05-0,15; титан 0,05-0,3; медь 0,6-0,9; азот 0,05-0,1; железо остальное.,, Ы,, 1731856А1 ве ферросплавных мульд. Цель изобретения — повышение термостойкости и окалиностойкости в условиях повышенных температур и теплосмен, а также увеличение коэффициента линейного расширения.

Предложенный чугун содержит, мас,%: С 3—

4,5; Si 2,2 — 3,0; Мп 0,2 — 1,0; Cr 0,4-0,8; Ni

0,2-1,0; Tt 0,05 — 0,3; Al 0,3 — 0,7; Са 0,05 — 0,20;

Си 1,0 — 2,0; N 0,05 — 0,10; Се 0,05 — 0,10; Fe остальное. Дополнительный ввод в состав предложенного чугуна Се, а также изменение в нем содержания Si и Си позволяют повысить окалиностойкость в 1,01-1,05 ра- за, термостойкость в 1,03-1,18 раза и коэффициент термического расширения в

10-14,7 раза. 1 табл.

Недостатками сплава являются низкие 2 показатели термостойкости и окалиностойкости при теплосменах, в области высоких температур(выше 800 С) и низкий коэффициент линейного расширения при повышенных температурах примерно 250 С.

Цель изобретения — повышение термостойкости и окалиностойкости в условиях CO повышенных температур и теплосмен, а так- (Я же увеличение коэффициента линейного 0с, .расширения.

Поставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганЕц, хром, никель, титан, алюминий, кальций, медь, азот и железо, дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 3,0-4,5; кремний 2,2 — 3,0; марганец 0,2 — 1,0; никель

0,2-1,0; титан 0,05-0,3; кальций 0,05-0.2;. медь 1,0-2,0; хром 0,4 — 0,8: азот 0,05-0,1;

1731856

10

20

50 алюминий 0,3-0,7; церий 0,05-0,1; железо

QQTBfibHO8.

Установлено, что углерод в сплаве в пределах 3,0 — 4,5 мас.% обеспечивает оптимальный комплекс свойств, но при содержании углерода менее 3 мас,% по химическому составу он не соответствует типу чугунов. Увеличение содержания его в сплаве(более 4,5 мас,%) приводит к выделению его в свободную фазу, что резко снижает механические свойства сплава.

В обычном сером чугуне влияние кремния на свойства обусловлено его воздействием на процессы структурообразования. В чугунах. с повышенным содержанием кремния (более 3 мас,%) графит выделяется в виде самостоятельной фазы и наслаивается на расположенные вблизи ранее образовавшиеся включения. что приводит к значительному понижению прочности. Кроме того, введение кремния более 3 мас.% приводит к значительной ликвации фосфора.

Содержание кремния 2,2-3 мас.% в чугуне способствует увеличению числа эвтектических колоний, уменьшению их размеров, что в значительной мере упрочняет сплав, При содержании кремния менее 2,2, мас.% отсутствует такой фактор улучшения структуры как измельчение эвтектических колоний, что не улучшает свойства чугуна.

Кремний, кальций, углерод, алюминий, вводимые в чугун, являются инокулирующими модификаторами: инициируют зарождение графита при кристаллизации, увеличивают число и уменьшают в размерах эвтектические колонии. Все указанные элементы повышают термодинамическую активность углерода.

Марганец в количестве менее 0,2 мас.% не оказывает влияние на процессы структурообразования, а при содержании его более

3 мас.% снижается склонность чугуна к увеличению эвтектических колоний.

Хром при содержании менее 0,4 мас.% практически не влияет на строение графитоаустенитных колоний. При содержаниях более 0,8 мас.% он становится причиной получения тонкодифференцированной матрицы, что ухудшает эксплуатационные характеристики сплава.

При содержании никеля менее 0,2 мас,% никаких улучшений свойств не обнаружено, а при его содержании более 1,0 мас.% появляется примесная ликвация.

Содержание титана менее 0,05 мас.% не влияет на структурообразование, а при содержании титана в сплаве в предлагаемых пределах он способствует образованию нормального ледебурита, что обеспечивает высокое качество чугунов.

При его содержании более 0,3 мас.% никакого влияния на улучшение структурообразования не отмечено, в этом случае он может приводить к образованию самостоятельной фазы тугоплавкого карбида и не участвовать в формировании ледебурита.

При содержании алюминия менее 0,3 мас.% отсутствуют изменения числа и размеров эвтектических колоний, при более 0.7 мас.% алюминия отмечена ликвация в структуре чугуна.

При содержании кальция менее 0,05 мас.% отсутствуют изменения структуры, а при его содержании более 0,2 мас.% увеличивается степень пересыщенности раствора и склонность элементов к ликвации

Содержание менее 1 мас.% меди не влияет на процесс структурообразования, а при. содержании ее более 2 мас.% наблюдается активное влияние на кинетику и морфологические условия графитообразования,что отрицательно сказывается на свойствах чугунов, Влияние азота как самостоятельного элемента не может вызывать заметных изменений в структуре чугуна, Но при компановке элементов в. чугуне предлагаемого состава при менее 0,05 мас.% не влияет, а при более 0,1 мас.% не обеспечивает стабилизации решетки цементита.

Церий — эффективная сфероидезирующая присадка, обеспечивает образование шаровидного графита. При количестве менее 0,05 мас.% не обеспечивает влияние на процесс графитизации, а при более 0,1 мас.% экономически нецелесообразно.

Эти-присадки в указанных пределах способствуют увеличению прочности чугуна и повышению стойкости мульд при термоциклических нагрузках.

Образцы сплавов готовят в индукционной печи, в алундовых тиглях.

Полученные сплавы имеют равномернораспределенный крупнопластинчатый вермикулярный . графит, расчленяющий металлическую основу на отдельные элементы и образующий компенсационные швы.

При получении сплавов вместе с чугуном в алундовые тигли задают никель и медь. По расплавлению производят, обработку расплава газообразным азотом, если

его содержание в чугуне не превышает стандартной растворимости, а требуемое количество кремния, марганца, хрома, титана, алюминия, кальция и церия вводят соответствующими ферросплавами, Получение образцов с содержанием азота более 0,07 мас.% осуществляют с помощью комбинированного метода. Сначала производят про6

1731856!

Предел, длительКоэрр».

I цнент линейного расии-, рения при

25 C, i град в ° кгм/и* ростоустсйчивост пон

1000 С

Те рмостой-т,э кость при

1000 С, цикле

Окапнностойкость прм 100dC г/нтч

Содеркание компонентов, нас.е он. кгlнм

Сплав

Ьь

Се

Ж: Ст Ni

А! Са

Si нои прочности прн

ЕОО С в течение

100 г, кг н/нмэ

11 3 !0

Предлагаемьй

1 3,0

2 3,7

3 4,5

4 4,6

5 2,8

Иэвестньн

0,4

0,6

О,Е

1,0

0,3

1,13

1,13

57 0,94

62 0,92

65 0,9

63 О 91

63 О 92

4,2

4,5

4 ° 6

4 ° 1

4,t

62,1

63,6

65,2

62,0

60,9

27,0

29,5

Зйи 4

27,0

26,5

0,05 0,05

0,07 0,07

О,t 0il

0,03 0,12

0,15 0,15

0,05 1,0

0,1. 1,5

0,2 2,0

0,01 О,Е

0,23 2,2

0,2 0,05 0,3

0,6 0,17 0,5

l,0 0,3 0,7

1>2 0,4 0,2

0,! 0,02 О,Е

2,2 0,2

2,5 0,6

3,0 1,0

3,2 1,2

2,0 0.1

i3,2.16, 10,3.10

13,2 10

1,14

1,15 4,!5 55 0,95

1,2 0,9 10

04 0,2 0 35 0,7 0,15 0,9 О,! - . 61,9

26,0

1 ° 7 0,4

3,2 ь

Определение аэота осуществляют по COCT 12359-66.

Определение церня осуществляют по ГОСТ 12364-66.

Окалмностойкость и термостойкость определяют по ГОСТ 9.905-02 í ГОСТ 9,041-74.

Составитель Q.ÑToêÿð

Техред М,Моргентал Корректор И.Муска

Редактор О.Головач

Заказ 1559 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 дувку жидкой ванны газообразным азотом из расчета получения его остаточного содержания 0,05, а оставшееся количество вводят азотированным феррохромом и ферромарганцем. Азотированные ферросплавы подают в виде порошка на шлаковую ванну порциями 1,5 — 2,0 r через равные промежутки времени. Остальные компоненты вводят соответствующими ферросплавами.

Химические, механические свойства сплавов приведены в таблице.

Формула изобретения

Чугун для ферросплавных мульд, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, титан, алюминий, кальций, медь, азотижелезо, отличающийся тем, что, с целью повышения. термостойкости, окалиностойкости в условиях повышенных

5 температур и теплосмен, а также увеличения коэффициента линейного расширения, он дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас. : углерод 3-4,5; кремний 2,2-3,0: марганец

10 0,2-1,0; хром 0,4-0,8; никель 0,2-1,0; титан

0,05-0,3; алюминий 0,3-0,7; кальций 0,050,20; медь 1 — 2; азот 0,05-0,10; церий 0,050,10; железо остальное.