Чугун

 

8,È,Âàíóëà, С.И.Рудюк, В.Н.Рябко, В.К.Парфенюк,i

Е.К,Барсуков, В.С Окищор, Н.Н.Овчинников ° В,А,Рвмоа и И.A.6óäàãüÿíö (72) Авторы изобретения

Украинский ордена Трудового Красного 3нам исследовательский институт металлов (21) Заявитель (54) ЧУГУН

Известен чугун (1) для отливки прокатных валков следукнцего химического состава, вес. 4:

<о

Углерод 3 3-3 5

Кремний 2,0-2,2

Марганец 0,4-0,6

Хром 0,2-0,6

Никель 3,0-3,8

Молибден 0,3 0>5

Магний,0,03-0,06 фосфор . До 0;.15 Сера До 0,02

Недостатком этого чугуна являет20 ся невысокий уровень его термостой кости (150-200 термоциклов) из-за на-. личия- в структуре рабочего слоя валИзвестен также чугун $2j для отливки прокатных валков состава, вес.Ф

Углерод 3 3-3,6. Марганец 1 0 -1,2 . Кремний 1,4-1,7 Хром 0 2-0,3

Никель . 2,1-2 3.

Молибден 0,9-1,1 °

Медь 1,0-1,2

Магний 0,04-0,08 фосфор 0,1

Сера 0,08

Железо . Остальное

Твердость поверхности бочки вал,ка, отлитого иэ такого чугуна состав1

Изобретение относится к металлургии, в частности, к производст- . ву чугуна с ааровидным графитом, об ладающего высокой прочностью и. термостойкостью в литом состоянии, и предназначено для использования при иэ" готовлении валков горячей прокатки, 2 ков грубого конгломерата фаэ - эвтектических карбидов (25-303) и перлита, а также значительного количества крупных включений графита неправильной иаровидной формы. Поэтому, в процессе эксплуатации валки иэ такого чугуна часто выходят из строя из-за выкрааивания рабочего слоя, 3 986954 ляет 350-420 НВ, а чугун имеет бвйнито-цементитную матрицу с незначительным количествои включений шаровидного графита. Причиндй выхода таких валков из строя являетвя выкалывание рабочей поверхности бочки, связанное с недостаточно высокой прочностью (450-500 МПа) и термостойко-. стью (1500 термоциклов) материала ра-. бочего слоя. 1О

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является чугун 1 33 следующего. химического состава, вес.4:

Углерод 3,4-3,7 м

Кремний 2,4-2,8

Марганец 0,8-1,2

Никель l 2-1,5

Хром 0,35-0,8

Молибден 0,6-1,1 го

Магний 0 03 0 1

Медь 0,3-0.9

Церий 0,001-0,01

Железо Остальное

В качестве примесей чугун содер- рз жит, вес.3:

Сера До 0,03 фосфор До 0,1

В питом состоянии ои обладает высоким сопротивлением разрыву (710- g

715 ИПа), изгибу (852-870 ИПа), однако не может врыть использоваВ для отливки прокатных валков, так как имеет низкую твердость 260-280 НВ и термостойкость (140-160 термоциклов) из-за наличия в структуре отливок сечением более 200 мм до 50 ь среднепластинчатого перлита и феррита, расположенного вокруг глобулей графита.

<в

Целью изобретения является повышение прочности, твердости и термостойкости чугуна, I

Цель достигается тем, что чугун, содержащий .углерод, кремний, марга".. 4 нец, никель, хром, магний, медь, церий, молибден и железо, имеет следующее соотношение компонентов, вес,3

Углерод 3,3-3,8

Кремний 1,5-2.,2

Марганец 0,1-0,3

Никель 2,0-2,8

Хром 0,1"0.3

Магний 0,03-0,05

Медь 1,5 2i5

Церий О,01-O,04

Молибден О> 3 0,5

Железо Остальное

При этом суммарное содержание никеля и меди находится в пределах от

4,0 до:4,5 вес,4.

Технология выплавки предлагаемого чугуна не изиеняется по сравнению с используемой для известного сплава.

Значительное повышение твердости и термостойкости предлагаемого сплава достигается за счет формирования бейнито-графитной структуры по всему сечению отливки и обеспечивается введением в чугун 0,3-0,54 молибдена, 2,0-2,83 никеля и 1,5-2,53 меди при заданном соотношении никеля .и меди.

Хииический состав исследованных чугунов. приведен в табл. 1.

Состав предлагаемого чугуна сбалансирован таким образом, что при суммарном содержании никеля и меди, находящемся в пределах от 4,0 до

4,53 (табл. 1) не происходит выделение структурно свободного цементита, снижающего прочность и термостойкость чугуна, а металлическая основа состоит из верхнего и нижнего бейнита и не содержит мартенситных и.перлитных участков, что имеет место при суммарном содержании никеля и меди более 4,5 менее 4,.04 соответственно, Наличие в чугуне иолибдена, никеля и иеди в предложенных количествах повышает твердость, прочность и термостойкость чугуна. Эти элементы стабилизируют аустенит, и при содержании их менее 0,3; 2,0 и 1,54 соответственно формирование бейнитной основы в валках диаметром 300600 мм затруднено. При увеличении содержания никеля более 2,8i, меди более 2,54 в материале рабочего слоя таких валков имеются участки мартенсита и аустенита остаточного, а прочность и термостойкость резко снижаются, что приводит к выкрашиванию и преждевременному выходу валков из строя. Повышение же содержания молибдена более 0,53 существенного влияния на свойства данного чугуна не оказывает и экономически нецелесообразно, Содержание углерода 3,3-3,8Ô и кремния 1,5-2,23 является оптимальныи для данного чугуна, так как при этом не происходит выделение структурно-свободного цементита, легированного никелем, молибденом и медью, 954

Каждый сплав приготавливают путем выплавки в 200 кг индукционной печи. В качестве шихтовых материалов используют стальной лом, чугун

AK-2, ГеИп (453), FeCr (723), никель гранулированный, медь электролиэную, ГеИо (603), FeSi (75ь), никель-магниевую лигатуру (17ь Ng)>

FeCe (453) .

1о Предлагаемый чугун в литом состоянии (диаметр отливки 200 мм, сухая песчаная форма) имеет Ы 875892 ИПа, бц 1008-1115 ИПа, твердость

332-341 Н8, термостойкость 2800

5 986 а следовательно, не ухудшаются прочностные характеристики сплава и не происходит обеднение твердого раствора элементами, обеспечивающими стабильное формирование бейнитной основы в литом состоянии.

При содержании углерода и кремния менее 3,3 и 1,5ь и более 3,8 и

2,23 соответственно по границам зерен выделяется сетка структурно свободного цементита, а в металлической основе появляются перлитные участки, несмотря на высокое содержание никеля, молибдена и меди. Прочность и термостойкость чугуна снижаются.

Влияние марганца и хрома сказывается при содержании их в чугуне более 0,14. Благодаря введению в чугун 0,1-0,33 марганца и хрома повышается стойкость бейнитной матрицы против отпуска, так как эти элементы упрочняют феррит и увеличивают устойчивость карбидов бейнита, Однако при введении хрома и марганца в ко- И личествах, превышающих 0,33 наблюдается стабилизация и структурно свободного цементита, что приводит к увеличению их общего количества, а механические свойства чугуна снижа- зв ,ются.

Для получения шаровидного графита в сплав вводят церий и магний. В чугуне с 0,03-0,054 магния церий в количестве 0,01-0,043 является графитизирующим модификатором и рафинирует расплав. При введении в чугун не менее 0,033 магния и 0,014 церия нарушение формы шаровидного графита

H появление пластинчатых выделений, характерное для чугунов с содержанием меди более 24, не наблюдается.

Иагний и церий, введенные в сплав в количествах, превышающих оптимальные, повышают устойчивость структурно свободного цементита, ухудшают форму и характер распределения неметаллических включений и не оказывают положительного влияния на свойства чугуна.

Для определения механических свойств (БВ, б;, твердости, НВ) и термостойкости заявляемого чугуна приготавливают 7 сплавов предлагаемого чугуна и два сплава, имеющих состав прототипа (табл. 1), Иеханические свойства исследованных чугунов в литом состоянии приведены в табл. 2.

Согласно данным опытной проверки чугун по данному изобретению ho сраенению с известным имеет в среднем I1oвышение твердости в 1,2 раза, прочности в 1,3 раза, термостойкости боКроме того, по сравнению с известными аналогичными решениями предлагаемое изобретение обладает следующими преимуществами: имея более высокий уровень качества, прокатные валк+ из предлагаемого чугуна обеспечивают более высокую производительность, прокатных станов, повышается выход годного. более высоких сортов, сокращается расход металла при про- иэводстве металлопроката, объем ра.-бот, связанный с заменой иэноаенных валков новыми, повышается ритмичность и культура производства.

Ориентировочная годовая потребность народного хозяйства в валках, которые могут быть изготовлены из предложенного чугуна составляет 6000 т.

Годовой экономический эффект от максимального объема использования изобретения составляет 3,9 млн.руб.

986954

»

I» з х

Ю

I» в

М бм I»

+ ° +

Р Р ав аД

X б3 и»

О . 1

1 1 I

1 !

»

1 б

»

СФЪ

LA

СЪ О

Ю »

«Сб, У»

ФО CA

Ю » .СЧ, lA

» фГЪ

»

Ф Ъ

Ю

-Ф б

- Э

lA

CV

o o

В »

o o

CO

О»

a a

° ь » о о о

» о Ъ . о

Ф

О о

Ю

О о

Ю о о

».о а

В LA

Ю а

О О

МЪ

CV .

ЦЪ

СЧ

МЪ

СЧ ббЪ Ф Ъ о о

» »

О. О

lA lA о .а

Ю % о. о

ФЪ -Ф о о

Ю Ю

О О ббЪ о

Ю о

В X о о :!б, j1

lA о

X О

Ф иъ у о ! и

Щ МЪ

lA

Ю о

Ю о

LA СР

» Ю о о

ФЪ

Ю о

» о о е

IO к 4

4 n СЧ

» в о о

»»

О

ФО

» о

Ф Ъ

О

Ю

О 8 СЧ

»»

CV СЧ

Сб

СЧ

СО СЧ.

Ф Ю

СЧ СЧ

»

О

CV

Ю »

° Ю»

0Ъ

» Ю о

ФЪ

Ю о

СЧ в Ф о о

Ф Ъ

О

Ф Ъ

Ю о

° Ь о

Ю о

° « ю

СЧ CO

° Ь Ф

СЧ

lA б

» Ю

СЧ СЧ о

СЧ lA

О в

СЧ

IO з е

X

CL г

ФЪ IA

» », ФО С!Ъ

ФО а а

» »

ФО . Ф Ъ

Ю.

ФО

° Ь

НЪ

ФЪ

СФ\

ФО

Ф .

С Ъ

Ф lA Ф CO ФЪ

I»

iX

O! о з

% б»

1 X

X®

» 1

X I»

)ф ф I»

Е Iз а

X 9 а5

Э Г!

«

° 43

Я еь

» 3

I» X о

Э Ю с 11 О

cI-

X.Д:й 1 в

10.Таблица 2

986954 известный чугун $3 )

870 280

852 280

Предлагаемый чугун

141

710

159

715

2800

3"1

1008

875

2910

332

892

1110

2950

3"1

887

1115

363

2510

1920

685

32 1

790

2100

692

820

311

388

765

1730

590

Формула изобретения

1»5-2,5

0 01-0,04

Остальное о т л и ч ачто суммарное сомеди 4,0-4,5 вес.Ф.

Медь

Церий

Железо

2, Чугун по и. ю шийся тем, держание никеля и

Составитель Г.Дудин

Редактор М.Дылын Техред H. Гергель КорректорА. Гриценко

Тираж 25 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб«» д. 4/5

Филиал атент, г. жгород, ул, Проектная, 1, Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, молиб- з ден, магний, медь, церий и железо, отличающийся тем, что, с целью повыаения прочности, твердости и термостойкости, он содержит компоненты в следующем соотновении, вес.3: 4в

Углерод 3,3-3,8

Кремний 1«5 2 ° 2

Марганец 0,1-0,3

Никель 2,0-2,8

Хром 0 1 0.3 4S

Молибден 0»3-0 5

Магний 0,03-0,05

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. ТУ 14-2-158-74, 2. Рачиньски 6. Литые опорные вальцы для стана прокатки тенколистевого железа. - "Miadoeosci Hutnicze", 1929, И 6, s. 209, 3. Авторское свидетельство:.СССР и 375315, кл. C 22 37/00, 1973,