Чугун для изложниц

( 9) 7 А 22 С 37/10 НИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРМ 550454, кл. С 22 С 37/10, 1975,Авторское свидетельство СССРМ 380736, кл. С 22 С 37(04, 1968. Изобретениев частности к ра а 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 относится к металлургии зработке составов чугун(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; 31 1,5 - 1,9; Мп 0,81 - 1,1; А 0,01 - 0,1; М 9 0,005 - 0,009; Ре остальное, Изменение в чугуне предложенного состава содержания Мп и М 9 позволяет повысить его термостойкость в 1,12 - 1,47 раза при сохранении высоких уровней окалиностойкости, ростоустойчивости и циклической вязкости. 2 табл. на жаростоикость 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 из 1675377ложниц, Кроме того, увеличение концентрации магния более 0,009 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 1,9 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 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. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 ЕеА 20 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 0,01 оь,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 0,1,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 1,1 ф 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 0,03 и фосфора выше 0,1 ф способствует увеличению количества сульфидов и включений фосфидной эвтектики, располагающихся по границам5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зерен, что повышает окисляемость чугуна иснижает его жаростойкость. При увеличении количества сульфидов и фосфидной эвтектики повышается также хрупкостьметалла и опасность образования трещинна ранней стадии эксплуатации,Чугун оптимального состава содержит,мас. : углерод 3,8; кремний 1.7; марганец0,9; алюминий 0,05; магний 0,007; железоостальное, и примеси: сера до 0,03; фосфордо О.1,Чугун предлагаемого состава можетбыть получен путем переплава в вагранкедоменного передельного чугуна, расчетногоколичества ферромарганца и алюминия споследующей обработкой полученного полупродукта в разливочном ковше желеэокремний - магниевой лигатурой типа ЖКМг вколичестве, обеспечивающем требуемое остаточное содержание в чугуне магния икремния.П р и м е р. Серый чугун при выпуске извагранки 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 до0,1; сера до 0,1. Чугун выпускают в разогретый разливочный ковш, на дно которогопредварительно 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;4 к массе жидкого чугуна. Лигатуру свер, ху покрывают молотым коксом илиграфитом.Сравнительные испытания эксплуатационных свойств чугуна предлагаемого иизвестного составов проводят на образцах,вырезанных из специально отлитых в песчано-глинистые формы массивных проб размером 120 х 150 х 250 мм. Чугун плавят виндукционной печи ИСТ 060. В качествешихты используют доменный предельныйчугун, ферромарганец (ФМн 75) и алюминий,Полученный полупродукт обрабатываютрасчетным кОличеством железо - кремниймагниевой лигатуры типа ЖКМг (фракция 1 -2 мм), которую подают на дно разливочногоковша перед наполнением его металлом.Лигатуру покрывают смесью коксика и плавикового шпата. Температура модифицирования 1300 С. Химический состав опытногочугуна приведен в табл. 1.Окалиностойкость исследуют на кубических шлифовальных образцах со стороной 15 мм. Образцы перед испытаниемпромывают авиационным бензином. Послеизмерения сторон с точностью до 0,05 ммобразцы помещают в предварительно прокаленные фарфоровые тигли, взвешиваютна аналитических весах ВАКг-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 образцов 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 Я. Испытывают 5 образцов по каждому варианту, Скорость окисления рассчитывают по формулеЧ = (яо яо)/эт,где Ч - массовый показатель коррозии, г/м ч;Я, - начальная масса образца, г;я - масса образца после и - го количества циклов, г;э - 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 количествуциклов 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.1675377 Формула изобретения Тблица 1 Таблица 2 5-4,2;Содержание встальных элементов во всех чугун,5-1,9;Мп 0,7-0,8; А 0,03-0,1; М 9 0,01-0,02 одится в интервалах Составитель Н. КостоТехред М,Моргентал й Корректор Э. Лончакова,Редактор И. Дерба аз 2978 Тираж 312 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 дственно-издательский комбинат "П 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. :Углерод 3,5 - 4,2Кремний 1,5-1,95 Марганец 0,81-1,1Алюминий 0,01-0,1Магний 0,005 - 0,009Железо Остальное