Чугун для изложниц

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве изложниц из серого чугуна. Цель изобретения - повышение термостойкости при сохранении уровня окалиностойкости, ростоустойчивости и циклической вязкости. Чугун содержит компоненты при следующем соотношении , мас.%: С 3.5 - 4,2; SI 1,5 - 1,9; Мп 0,81 - 1,1; AI 0,01 - 0.1; Мд 0,005 - 0.009; Fe остальное. Изменение в чугуне предложенного состава содержания Мп и Мд позволяет повысить его термостойкость в 1,12 - 1,47 раза при сохранении высоких уровней окалиностойкости . ростоустойчивости и циклической вязкости.2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я}s С 22 С 37/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0с V (Л

GQ 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4474001/02 (22) 15.08.88 (46) 07.09,91. Бюл. hk 33 (71) Донецкий научно — исследовательский институт черной металлургии (72) В.В, Лесовой, Л.А. Краузе, А.А. Федорко, В.А. Курганов, Б.Ф. Антипов, Б.Л. Кравцов, Н.П. Кукушкин, Г.А. Матвеевский, А,И. Щербаков. Л.Н. Фомичев, П.И. Шулика и Ю.А. Тря пиц ы н (53) 669.15 — 196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 550454, кл. С 22 С 37/10, 1975, Авторское свидетельство СССР

N 380736, кл. С 22 С 37/04, 1968.

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для изложниц, Цель изобретения — повышение термостойкости при сохранении уровня окалиностойкости, ростоустойчивости и циклической вязкости.

Положительное действие мь-ния в указанных концентрациях заключается в следующем. Благодаря высокой активности к кислороду и сере магний связывывает их в химические соединения (окислы, сул ьфиды), которые интинсивно удаляются из расплава в результате барботажа, сопровождающего его ввод в жидкий чугун. Это обеспечивает глубокое рафинирование металла, очищение границ зерен, понижает его газонасыщенность и увеличивает плотность, что задерживает развитие окислительных процессов и оказывает благоприятное действие

„„Я3„„1675377 А1 (54) ЧУГУН ДЛЯ ИЗЛОЖНИЦ (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве изложниц иэ серого чугуна. Цель изобретения — повышение термостойкости при сохранении уровня окалиностойкости, ростоустойчивости и циклической вязкости. Чугун содержит компоненты при следующем соотношении, мас. : С 3,5 — 4,2; Sl 1,5 — 1,9; Мп

0,81 — 1,1; Al 0,01 — 0,1; Mg 0,005 — 0,009; Fe остальное. Изменение в чугуне предложенного состава содержания Мп и Mg позволяет повысить его термостойкость в 1,12 — 1,47 раза при сохранении высоких уровней окалиностойкости, ростоустойчивости и циклической вязкости. 2 табл. на жаростойкость чугуна. Положительное воздействие на жаростойкость оказывает также карбидообразующая и стабилизирующая способность магния, которая не только способствует перлитизации металлической основы, но и в результате микролегирования задерживает процессы графитизации, распад перлита и карбидов при термоциклировании. Увеличение концентрации магния более 0,009 в сером чугуне с пластинчатым графитом, применяемом для производства изложниц. нежелательно, так как зто приводит к иэмельчению графита вплотЬ до образования междендритного пластинчатого и точечного, что сопровождается не только снижением его жаростойкости, но также понихкает значения теплопроводности и циклической вязкости, которые в свою очередь в большой степени определяют пригодность чугуна для производства из1675377 ложниц. Кроме того, увеличение концентрации магния более 0,009ф в данном случае способствует образованию в структуре чугуна включений свободного цементитэ, распад которого ускоряет процессы графитизации при теплосменах. Наличие цементита в структуре чугуна изложниц увеличивает также склонность к трещинообразованию, в результате чего понижается термостойкость.

Дальнейшее увеличение концентрации магния (более 0,03 ) способствует образованию в чугуне шаровидной формы графита и переводит его в класс ВЧШГ.

Уменьшение концентрации магния менее 0,005 (не обеспечивает достаточной степени рафинирования чугуна и стабилизации его металлической основы при термоциклировании, что приводит к снижению жаростойкости, Нижний предел по содержанию углерода 3,5 обусловлен благоприятным сочетанием жаростойкости и таких важных свойств как теплопроводность и циклическая вязкосгь.

Углерод, как сильный графитизатор, способствует образованию крупного пластинчатого изолированного графита. сообщающего чугуну высокую теплопроводность и циклическую вязкость, что в большой степени определяет долговечность изложниц. Однако, при концентрациях углерода более 4.2 усиливаются процессы грэфитизации, появляется спель. Это ухудшает показатели ростоустойчивости и окалиностойкости.

Пределы концентрации кремния выбраны из соображений получения однородной перлитной структуры чугуна изложниц беэ феррита и включений цементитэ. Увеличение кремния более 1,9 приводит к получению неоднородной металлической основы, увеличивая долю ферритэ, что снижает показатели жаростойкости и повышает склонность чугуна к приварам и Остаточным деформациям (короблению). Некоторое понижение жидкотекучести чугуна при уменьшении концентрации кремния ниже 1,9ф> в данном случае. компенсируется, благодаря обессериванию чугуна магнием, которое повышает жидкотекучесть. В результате, жидкотекучесть предлагаемого чугуна находится на уровне известного (420 — 450 мм).

При концентрации кремния менее 1,5 JL в структуре предлагаемого чугуна изложниц появляются включения свободного цементита, распад которого усиливает рост чугуна. Кроме того, наличие цементита увеличивает хрупкость чугуна и опасность образования сквозных трещин на ранней стадии эксплуатации изложниц.

Третьим графитизирующим элементом, входящим в состав предлагаемого чугуна, является алюминий. Положительное влияние алюминия на жаростойкость чугуна проявляется в его сильной раскисляющей способности, способствующей очищению границ зерен, а также в образовании прочных защитных пленок FeAlzO< на поверхности графита, что задерживает диффузионные и окислительные процессы, В присутствии алюминия увеличивается растворимость магния в железе, что способствует усилению легирующего воздействия последнего. В связи с этим содержание алюминия в сером чугуне изложниц не должно быть ниже 0,01ф,, Уменьшение концентрации алюминия ниже установленного предела способствует снижению значений окалиностойкости и ростоустойчивости, При увеличении содержания алюминия более 0,1 увеличивается опасность образования в отливках газовой пористости. По известным данным алюминий при концентрации более 0,1 вызывает неравномерное распределение включений графита в микрообъемах сплава, появление гнездообраэного графита, плен кообразоваиие, что влечет за собой ухудшение качества чугуна, в том числе снижение жаростойкости, теплопроводности и т, д. Все это в совокупности с тем, что алюминий является сильным графитизатором и способствует увеличению доли ферритной составляющей в структуре, свидетельствует о нецелесообразности увеличения концентрации алюминия в сером чугуне, применяемом для производства изложниц. более 0,17,, При выборе граничных концентраций марганца исходят из тех соображений, что и для кремния, т, е. необходимости получения в чугуне изложниц однородной перлитной структуры без цементита. Марганец, особенно в присутствии магния, является сильным карбидообраэующим элементом и оказывает стабилизирующее действие, задерживая распад перлита при термоциклировании и повышая ростоустойчивость и окэлиностойкость. Для этого содержание марганца в чугуне не должно быть ниже

0,81 . При содержании марганца более

1,17(, в чугуне изложниц появляется цементит, что понижает термостойкость, Граничные концентрации вредных примесей (сера и фосфор) в предлагаемом чугуне обусловлены необходимостью обеспечения чистоты границ зерен. Повышение концентрации серы выше 0,037ь и фосфора выше 0,17(, способствует увеличению количества сульфидов и включений фосфидной эвтектики, располагающихся по границам

16 5377

V = (gn go)/s<

55 зерен, что повышает окисляемость «yr yea u

- снижает его жаростойкость. При увеличении количества сульфидов и фосфидной эвтектики повышается также хрупкость металла и опасность образования трещин на ранней стадии эксплуатации.

Чугун оптимального состава содержит, мас. : углерод 3,8; кремний 1.7; марганец

0,9; алюминий 0,05; магний 0,007; железо остальное, и примеси: сера до 0,03; фосфор до О.1.

Чугун предлагаемого состава может быть получен путем переплава s вагранке доменного передельного чугуна, расчетного количества ферромарганца и алюминия с последующей обработкой полученного полупродукта в разливочном ковше желеэокремний — магниевой лигатурой типа ЖКМг в количестве, обеспечивающем требуемое остаточное содержание в чугуне магния и кремния.

Пример. Серый чугун при выпуске из вагранки содержит, мас. : углерод 3,5—

4.2; кремний 0,6 — 1,0; марганец 0,81 - 1,1; алюминий 0,01 — 0,1, и примеси: фосфор до

0,1; сера до 0,1. Чугун выпускают в разогретый разливочный ковш, на дно которого предварительно загружают железо-кремний-магниевую лигатуру ЖКМг с содержанием магния 3-5 и кремния 55 — 60 .

Фракция лигатуры до 35 мм; расход 1.0—

1,5 к массе жидкого чугуна. Лигатуру свер. ху покрывают молотым коксом или графитом.

Сравнительные испытания эксплуатационных свойств чугуна предлагаемого и известного составов проводят на образцах, вырезанных из специально отлитых в песчано-глинистые формы массивных проб размером 120х150х250 мм. Чугун плавят в индукционной печи ИСТ 060. В качестве шихты используют доменный предельный чугун, ферромарганец (ФМн75) и алюминий, Полученный полупродукт обрабатывают расчетным кОличеством железо — кремниймагниевой лигатуры типа ЖКМг (фракция 1—

2 мм), которую подают на дно разливочного ковша перед наполнением его металлом.

Лигатуру покрывают смесью коксика и плавикового шпата. Температура модифицирования 1300 С. Химический состав опытного чугуна приведен в табл. 1.

Окалиностойкость исследуют на кубических шлифовальных образцах со стороной 15 мм. Образцы перед испытанием промывают авиационным бензином. После измерения сторон с точностью до 0,05 мм образцы помещают в предварительно прокаленные фарфоровые тигли, взвешивают на аналитических весах ВАК-200г-М и проводят термоциклирование, Ростоустойчивость исследуют на цилиндрических образцах длиной 100 мм и диаметром 20 мм. С целью предохранения от окисления производят гальваническое покрытие торцов обрезцов хромом.

При выборе температуры термоциклирования исходят иэ реальных условий работы изложниц, Внутренние слои стенки изложниц при наполнении ее сталью прогреваются до 800 — 900 С, поэтому испытания проводят при 850 С.

Режим термоциклирования обоих испытаний одинаков: нагрев до 850 С, выдержка при этой температуре в течение 2 ч с учетом того, что время пребывания слитка в изложнице составляет в среднем 1,5- 3,0 ч. Общее число циклов составляет 100, что примерно соответствует максимальному числу наливов стали в изложницы, За количественный показатель окалиностойкости принимают скорость окисления чугуна (V). Испытывают

5 образцов по каждому варианту. Скорость окисления рассчитывают по формуле где V — массовый показатель коррозии, г/м ч; о, — начальная масса образца, г;

gn — масса образца после и — го количества циклов, г;

s — полная поверхность образца, м; г, т — время, ч.

За количественный показатель роста принимают изменение линейных размеров образца в результате термоциклирования, выраженное в процентах. Результаты испытаний окалиностойкости и ростоустойчивости приведены в табл. 2.

Термостойкость испытывают на пустотелых цилиндрических образцах (наружный диаметр 20 мм, внутренний диаметр 5 мм, высота 40 мм) с надрезом. Образцы нагревают до 850 С, выдерживают 15 мин и охлаждают окунанием в воду. Термостойкость оценивают по количеству циклов нагрев— охлаждение до появления трещин. Испытывают 5 образцов по каждому варианту, Нагрев образцов в процессе испытания окалиностойкости, ростоустойчивости и термостойкости осуществляют в электропечи сопротивления.

Изменение в предлагаемом чугуне содержания марганца и магния позволят по сравнению с известным повысить термостойкость в 1,12 — 1,47 раза при сохранении уровня окалиностойкости ростоустойчивости и циклической вязкости.

1615377

Формула изобретения

Т ° блица 1

Таблица 2

* Содержание встальных элементов во всех чугунах находится в интервалах: $: С 3,5-4,2;

Sl 1,5-1,9;!4п 0,7-0,8; Al 0,03-0,1; Mg 0,01-0,02

Составитель Н. Косторный

Редактор И. Дербак Техред М,Моргентал Корректор Э. Лончакова, Заказ 2978 Тираж 372 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

Чугун для изложниц, содержащий углерод, кремний, марганец, алюминий, магнийижелезо, отличающийся тем,что, с целью повышения термостойкости при сохранении уровня окалиностойкости, ростоустойчивости, теплопроводности и циклической вязкости, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас. 7:

Углерод 3,5 — 4,2

Кремний 1,5-1,9

5 Марганец 0,81-1,1

Алюминий 0,01-0,1

Магний 0,005 — 0,009

Железо Остальное