Чугун для прокатных валков

 

Изобретение относится к металлургии Чугун по данному изобретению, содержащий углерод кремний, марганец, хром, никель, азот и железо, дополнительно содержит сульфид марганца и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 2,6 - 3,6, кремний 02 - 0.8; марганец 0,5 - 2.7; сульфид марганца 0.1 - 1,0, фосфор 02 - 1.0; хром 02 - 0,9; никель 2,4 - 42, азот 0.005 - 0,03. железо остальное. Введение сульфида Мп и Р позволяет повысить стрелу прогиба при повышенных температурах и технологические свойства при сохранении высокого уровня твердости и износостойкости . 2 табл

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5022460/02 (22) 130192 (46) 30.1093 Бюп Ма 39-40 (71) Украинский государственный научно-исследовательский институт металлов; Кушвинский завод прокатных валков; Металлургический завод имАКСе рова (72) Вихров АВ„Коробейник В.В.. Вишнякова Ен.;

Компяков ВИ„Памюв С.П.; Касьян ВИ.; Амерханов

С.З.; Соляников Б.Г; Кириллов В.С. (73) Украинский государственный научно-исследовательский институт металлов; Кушвинский завод прокатных валков; Металлургический завод имАКСе рова (в) RU - (ii) 2001964 С1 (51) 5 С22С37 08 (54) ЧУГУН ДЛЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ (57) Изобретение относится к металлургии. Чугун по данному изобретению, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот и железо, дополнительно содержит сульфид марганца и фосфор лри следующем соотношении компонентов, мас%: углерод 2,6 — 3,6; кремний 02 — 0,8; марганец 0,5 — 2,7; сульфид марганца 0,1 — 1,0; фосфор

02 — 1,0; хром 02 — 0,9; никель 2,4 — 42, азот 0,005 — 0,03; железо остальное. Введение сульфида Мп и P позволяет повысить стрелу прогиба при повышенных температурах и технологические свойства при сохранении высокого уровня твердости и износостойкости. 2 табл.

2001964

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для отливки прокатных валков, в том числе двухслойных.

Известен чугун, используемый при отливке прокатных валков следующего состава, мас. $.

Углерод 2,7-3,9

Кремний 0,35-2,0

Марганец 0,2-1,2

Хром 0,05-2,0

Никель 0,05-3,6

Ванадий 0,03-0,5

Азот 0,005-0,035

Медь 0,02-2,0

Молибден 0,01-0,6

Кальций 0.0001-0,01

Железо Остальное

Сплав обладает высоким уровнем прочности и износостойкости, однако не технологичен при производстве, поскольку введение практически нерастворимого в чугуне кальция представляет большие трудности, сопровождается большим дымо- и газовыделением, пироэффектом и характеризуется нестабильностью результатов.

Известен также чугун следующего состава, мас, о :

Углерод 1,8-3.5

Кремний 0.5-0,9

Марганец 1,0-6,0

Хром 1,0-3,0

Никель 1,0-6,0

Ванадий 0,1-4,0

Молибден 0,2-1,0

Титан 0,05-0,2

Церий 0.05-0,2

Медь 0,2-1,2

Железо Остальное

Чугун обладает низкими литейными свойствами, поскольку содержит большое количество пленообразующих элементов: хрома, марганца, ванадия и титана.

Известен также чугун следующего состава, мас, :

Углерод 2,7-3,1

Кремний 0,3-0,6

Марганец 0,6-1,0

Фосфор 0,3-0,5

Хром 0,7-1,0

Никель 2,2-3,0

Медь 0,8-2.0

Молибден 0,3-0.6

Железо Остальное

Известный чугун обладает высокими показателями твердости и иэносостойкости, однако склонен к образованию холодных (волосовидных) трещин, поскольку содержит большое количество элементов, приводящих к образованию игольчатых структур (никель, медь, молибден), что сопровождается сильными искажениями кристаллической решетки железа и нарастанием внутренних напряжений в отливке.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун следующего состава, мас.

Углерод 2,7-3,4

Кремний 0,4-1,0

Марганец 1,6-3,0

Хром 0,6-1,2

Никель 2,4-3.4

Ванадий 0,2-0,5

Азот 0.01-0,03

Железо Остальное

Известный чугун характеризуется повышенной твердостью и износостойкостью, в также устойчивостью к образованию холодных трещин, поскольку содержит повышен20 ное количество марганца (взамен молибдена). способствующего сохранению в структуре чугуна вязкого аустенита (остаточного), компенсирующего, благодаря своей пластичности, внутренние напряжения. возникающие при образовании игольчатых структур. Однако чугун данного состава обладает недостаточной стрелой прогиба и низкими технологическими свойствами.

30 Прокатные валки при их эксплуатации на станах горячей прокатки испытывают большое механическое давление в поперечном направлении со стороны прокатываемого металла. Это давление столь велико, 35 что имеют место поперечные поломки валков, даже крупных (диаметром до 1000 мм), приводящие к остановке стана, производственным авариям, браку проката и потерям производительности. Поломки валков (хруп40 кие) происходят вследствие недостаточной стрелы прогиба материала валков, в структуре которых содержится большое количество высокотвердых фаз: цементита, мартенсита. бейнита.

45 Исследованиями авторов установлено, что материал валков характеризуется высоким уровнем анизотропности: стрела прогиба образцов чугуна, вырезанных из бочки валка в продольном направлении(перпен50 дикулярном действующим нагрузкам), на

30-50 ниже по сравнению с образцами, вырезанными в поперечном направлении.

Это является следствием транскристалличности, т. е. направленного роста кристаллов

55 в направлении. обратном теплоотводу. Марганец, ванадий и, в некоторой степени, хром усиливают транскристалличность чугуна, способствуя образованию крупнопластинчатого ледебурита и длинных кристаллов первичного аустенита, растущих от поверх2001964 ности валка к центру. Поэтому известный чугун характеризуется низким уровнем стрелы прогиба. Кроме того, он обладает низкой жидкотекучестью вследствие высокого содержания пленообразующих эле- 5 ментов (хрома, марганца, ванадия) и плохой обрабатываемостью, поскольку содержащийся в его структуре остаточный аустенит обладает способностью к самозакаливанию в процессе мехобработки сплава. 10

Целью изобретения является повышение стрелы прогиба при повышенных температурах и технологических свойств при сохранении высокого уровня твердости и иэносостойкости. 15

Указанная цель достиГО -ся т>-л! Т0 ч;гун, содержащий углерод, кремний, марга. нец. хром, никель, азо и же;<е .с. дополнительно содержи г сульфид мар(анца и фосфор при следующем соотношении 20 компонентов, мас. .

Углерод 2,6-3.6

Кремний 0,2-0 8

Марганец 0,5-2,7

Сульфид марганца 0,1-1,0 25

Фосфор 0,2-1,0

Хром 0,2-0.9

Никель 2.4 Г»2

Азот 0.005-0,03

Железо Ос)а,>)ьное 30

Повышение стрелы прогиба до.-.(11! )уто благодаря снижению транскри(.т>3>)j-.t:ì ;)ости отливки введен>)е>1 О соста(3 чугуна суль. фида ма рганца и фосфс ра, а ) ак)):е снижением среднего содержа>)ия марганца 3 ) и хрома и удале>)ием из нее ()зн;)д«;!.

Фосфор B чугуне образуе) j;t(hо()гввную фосфидную эвтектику; которая располагается по границам;.epe:i, О(:>)ззу>3 сплошную сетку, Поскольку фосф(:,(()(3>1 ОО 40 тектика имеет температуру пл. Олс! )и» о> о>>о

950 С, близкую к TQ>100р турам Орячей прокатки стали (800 — 1000" С), 0>>а размл! ч,.)ется и стрела прогиба чугу <а у(1<,:",ичиьается, Сульфид марганца име r 0<рл>(! и))>ную -15 растворимость в жидком чу:уне и образуе!

В НЕМ ПЛОТН) 10 ОЗОЕСЬ ЧОСТИЦ, Ili)(-I)f()CT(",f>0 щих росту направле>(нь(х «j.t;f;r; ii.)ОО. С повышением температуры j);.c(. .0;> lh!0c f I, Сульфид>) марГанца увели (иО. >>-c:я и содер 0 жание несвязанного. pacT(:nate>I)I0(0 л)>)Г)ганца в расплаве увеличивается. Пссi Г.льку марганец в доэвтектич .cKÎ>4 чугун((lj)o>I(3ляет прямую ликвацию. т. (. . Kf) (ц l< рируеT. ся, главным образом, О э()тектике, Г)олен 55 всего в цементи е. а дендриты аус)Они I а им обеднены, то ув< -lче« е(0 hо><центрац(н! в расплаве в пег )д Выделения предзвтск.тического аустен .а способствует луч)дему насыщению денл: <тов >ëàð(àilöå> I. I To улучшает равномерность его распределения в структуре чугуна и повышает его эффективность как легирующего элемента. Благодаря этому появилась возможность снизить содержание марганца в составе чугуна при сохранении твердости и доли вязкого остаточного аустенита в его структуре.

Однако, снижение в чугуне суммарного содержания карбидообразующих элементов С, V и Мп приводит к некоторому уменьшению твердости за счет снижения в его структуре доли цементита. Для предотвращения этого в составе чугуна понижено среднее содержание кремния и увеличено среднее содержание никеля, который повы-!

i -с - . к1)ог -,- .;.. С,(Г>роду>100 распада аус)они(а, %0cfot) также способствует по(>>,); снию ) ьердос! t, <.рол<е тсГО, фосфор

1;! .! 0 по!> . ы 3»!,.1),» . к>Гчсс i ь )УГУI>l! >fe л> >> 3 л !, е с Г l 0 (! Г> с ) О у > т с >» и >< . е > 1 е с 0 1 (. >) ж а"

>>ИЛ >I> >! Гi 1 I>,)>>()>> > . >у><)>Ц)1Х З))С .< )ЕН (OB (>, )ь ь«>ь> !: j (,":i !(3 011л,>да>{)! !«»юльшои ! i t,:,. С >..:, Il Г;-ОТ:)ОС1. 10 (1 f /LM ) r.О Срав-!

»н )О 1; м )-;, 1; (:."! у(у;)а и (i ) роцесс» ol0 л!» >Г,(1, :fi > > !! !>; .); i )! !»>10! Г» fb с м>>з> t> бла

ГГ, „-.1 >е!".:), Г>у Il.;j!Ð.TC>I 0.)раба) I><>1&,h

f » > т 1 j, i > r>, ) ii r! ii 0> f

1 > 1 И> л; >» > ), («>. 1; >» -1; », i i,i" i) >I;i j) ) f t < > g + (;:! (. (>f>.!), 1.>е:.1>;1>i : > Г, тст(" >Г> .:! l, 1,3>-IÇK11, <;Г .,,:: " >":),>. >, ...;,1, ко) (:>»;(. Отличают > )1,!,,i:; 1i >) 1;<3! . » " Р!,it (111. )>Г<. ч>О по .,",(" 1 Ь В .l!. ..,, С l. I д l!. 0! О< C i О>IИ

);1!1 ):-! >! i ю 1 1.>(. >>1 » > 1. .> ., .1 .11 >» j>cР> < ь

j; f,-, » (!,>,;,:. i :.". "„ °; Л Ь> 3 ° О>Г) <>О 10<0 ) >, Ь l,"., 1>)1 . -1>., . f 11: РЬ:)t(,$, t ЕЛЬ(. 3 ) . С .=1 " i . .,, > 1О))>> )ГО !

« ",;,, ° > t,ложит . > ><ыи зф

i1 i! h i 3-:> Г! 1> . .>ци,,с 1 (; ". >! <ц)е; !)1« .тj)f .jiië ! > >1 ij:,,);!)i!i»> i!i)> ii ) е< lпе>) 31",Г,">,)х и

), 1)ОГ)с(,i i лих с, г;.:, 1)у;(е. получен (! i> :!) "!, >Г ii!0 )>Уji:11 >)(C>!» Е>! ))ООЫИ, :, .)». ... -. ГЛЮ ;; Ь".! IC× О ПОЛ у )1 »,; ;:> !i>i!i !\ 1, > C > I!i .(>!, ) ji! фИдов

«, 1, 1 л > > 1 (» 1>;,) >1 л» >,и> Г)(3 j >C (» ; )> !» >,) >{-,! ) >, > У)<ГЗ

», 11:3! i l> >L >i 1!,,". 11, >i i> l )Р С >/» 1»1 «Д ><

;>;.1 !,1) i:1 >!у,0 д(> ), ) (il 1> )i >3 С(сii 11 ) 11 Г(ЕГ

ЛО,>,,," >ji,i r,» f; I,И . 1 >> >,;,,, (- > l! i i I>) i 1) . iltl -> > » 1 i, 1, > l j)(»>>! )>1)л >,,! >, I Ã ;>. 1 ОГ, ОО .1,)1 с>);>:.у>с)(>,(л<. У! j>r (.,„), I> ч>,i g;)0 д >1>lf (О

Г i, .. а (i (! )О> (> 3 Г 1. T : ) Л С Л i 3 0 <.1 (l Ы С О л 0 Т О» ",) >) Ю к. », ()<,ю .1Оз), (;с>lcl!1!!T, ОГ>есГ)с ill(:0õ.(,! > !,;C0ht,й У) 0I)Cli 1всj)r>)0C(> !1 ИЗ>>ОСО

С i () i » i " 1 11 С Г! Л Г>!3 а, Г

j .;)>! сод<.1)лка><ии углерода н);же 2,(> ), ре.l ){! j 1! Одл> 1 тве1 />1{) с) ь и из )1000сто>1 кпст ь уi у>iа за c>3<.T уM»>iьшенllл h0 )и:!cci>а Kilj— (-«„ной фа3LI, а при с{)держании более 3,6)%.2001964

20 обеспечивают получение дисперсной бей- 50 нито-мартенситной ме1алпической матрицы

55 увеличивается степень графитизации сплава, что ведет к уменьшению твердости.

Кремний обеспечивает защиту расплава от окисления и совместно с фосфором— высокий уровень жидкотекучести сплава.

При содержании кремния ниже 0,2% увеличивается газосодержание металла и снижаются его литейные свойства. При увеличении его содержания более 0,8% возрастает степень графитизации сплава и уменьшается его твердость, Марганец в количестве 0.5-2,7% повышает дисперсность и микротвердость продуктов распада аустенита и совместно с хромом, никелем и п>отом обеспечивает высокие IIol;аэатели чугуна. Прн содержании менее 0.5% его влияние незначительно, а при содержании более 2,7% ухудшается жидкотекучесть и обрабатываемость сплава.

Сульфид марганца обеспечивает устраНЕ11ИЕ тРаНСКРИСтаЛЛИЧНОСтИ ЧУГУНа И ВЫполняет роль смаэки в процессе его механической обработки. Если содержание

MnS в чугуне менее 0,1%, то увеличивается

Tp;нскристаппи1ность сплава, а при содержании бопео 1,0% имеет место козгуляция вклю.ения и всплыTие I x в шлак.

Фосфор о беспечивает высокие покаэатепи стрелы прогибэ при повышенных температурах 11 хорошую жидкотекучесть сплава, уменьшает усадку и пористость. При концентрации ь,енее 0.2% снижаются покаэвтеп"1 стрель! прогиба. поскольку в структуре чугуна отсутствует сппошная фосфидная сетка, а при содержании более 1,0% увеличивается рост чугуна в связи с ликвацивй фосфндной эвтектики в сердцевину отливки.

Хром в количестве 0,2-0,9% стэбилизирувт карбиды в чугуне. ITQ обеспечивает высокий урпве11ь из11осостойкости и твзрдос1и. При содвр,квнии хрома менее

0,2% он практически н» оказывает отбвпивеющего влияния. а при содержании болев

0,9% увеличивается микротвердость 1;арбидов, что приводит к понижению уровня стрелы прогиба.

Иикель и азот совместно с марга11цем и в результате этого высокого уровня иэносостой кости чугуна, При понижении концентрации никеля ниже 2,4% в структуре чугуна появляется перлит, а при увеличении более

4,2% — избыточное количество оста1очного аустенитв. что снижает износостойкость сплава, Влияния азота при его содержании менее 0,005% не обнаруживается, а при уве25

40 личении его концентрации более 0,03% в отливках появляется газовая пористость.

Для определения оптимального состава заявляемого чугуна были приготовлены сплавы с граничными и оптимальными соотношениями всех компонентов и с выходящими за граничные соотношениями компонентов. а также сплавы известного состава (прототип и аналог). Выплавка сплавов и отливка из них прокатных валков производились в идентичных условиях.

Составы исследуемых сплавов приведены в табл. 1.

Из табл. 2 видно, что наибольший уровень стрелы прогиба, жидкотекучести и износостойкости обеспечивается при соблюдении заявляемых пределов содержания компонентов (М 2-4).

При снижении содержания компонентов ниже заявленных пределов (сплав М 1) увеличивается транскристалличность чугуна. уменьшается количество фосфидной звтектики и сульфидов марганца в его структуре, что приводит к понижению стрелы прогиба, обрабатываемости и жидкотекучести.

При увеличении содержания компонентов выше заявляемых пределов (сплав М 5) наблюдается коагуляция и флотация сульфидов, а также возрастают дисперсность и

;.1икротвердость продуктов распада аустенита, что ведет к снижению стрелы прогиба, жидкотекучести и ухудшению обрабатываемости сплава.

Пример. В индукционной печи ИЧТ-б выплавляли чугун следующего состава, мас.

%: С 3.1; Si 0,5; Мп 1,6; P 0,6; Мп $0,55; Cr

0,55: й!3.3; N 0,017.

В vý÷åñòâI. шихты использовали полупродукт ЧМЗ. сталь 40, ферросилиций Си75. фврромарганец Мп-7, феррофосфор

ЭФ-14, феррохром азотированный

ФХ100Н, гранулированнь|й никель Н-1.

Супь иды марганца в количестве 33 кг вводили в ковш перед выпусксм чугуна. Температура выпуска чугуна из печи 1400ОС, температура заливки форм 1320 С. Непосредственно персд заливкой форм прокатных валков размером бочки 620 х 800 мм из ковша отбирали могалл для заливки спиралеобразной пробы для определения жидкотекучести чугуна. Механическую обработку валков (токарную) осуществляли твердосппавным инструментом при подаче 1,0 мм/об. В процессе мехобработки от нижнего торца бочек валков отбирались темплеты для определения механических свойств «угуна, которое осуществляли по стандартным методикам.

2001964

Таблица 1 актеристика кимическото состава исследтемык сллаеое

Табл ица2

Показатель свойств полученных сплавов

Таким образом, применение чугуна заявляемого состава обеспечивает повышение по сравнению с прототипом стрелы прогиба при температуре 800 С в 2-2,4 раза, жидкотекучести в 1,7-1,9 раза и предельно допустимой скорости резания в 1,8-2,1 раза при сохранении высокого уровня твердости и износостойкости чугуна (см, акт испытаний). Это позволит повысить эксплуатационную стойкость прокатных валков на прокатных станах, сократить потери времени на перевалку валков и замену вышедших из строя, снизить расход металла и повысить производительность станов.

5 (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1025750, кл. С 22 С 37/08, 1983, Авторское свидетельство СССР

N840182,,кл. С 22 С 37/00, 1981.

10 Авторское свидетельство СССР

¹ 834188, кл. С 22 С 37/08, 1981.

2001964

Составитель А. Вихров

Техред М. Моргентал Корректор M. Куль

Редактор С. Кулакова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3157

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

ЧУГУН ДЛЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ. содержащий углерод, кремний, марганец, хром. никель. азот и железо, отличающий- 5 ся тем, что он дополнительно содержит сульфид марганца и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас. :

Углерод 2,6-3,6

Кремний

Марганец

Хром

Никель

Азот

Сульфид марганца

Фосфор

Железо

0,2-0,8

0,5- 2,7

0,2 -0,9

2,4 -4,2

0,005 - 0,03

0,1-1,0

0,2 - 1.0

Остальное