Способ термической обработки калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом

(71) Украинскийинститут металлокатных валков.М 1научно-иссв и Кушвин довательский ий завод пров и Р,Х,ГимаИ,Комляк ии М 59-48850,8, 1984,Й ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Изобретение относится к термической обработке изделий из преимущественно легированных медью чугунов с шаровидным графитом и предназначено для использования в черной металлургии при изготовлении валков горячей прокатки, а также в тяжелом и транспортном машиностроении.Целью изобретения является повышение прочности, твердости,.термостойкости и сокращение процесса.Предложенный способ обеспечивает получение в процессе аустенитизации гомогенного аустенита при нагреве до температуры Ас 1 + 180-250 С, что позволяет одновременно повысить прочность и термическую стойкость материала. Охлаждение с критической скоростью, равной величине отношения - , до 100-150 С создает переО0насыщенность феррита медью, которая при последующем дисперсионном твердейии . материала способствует значительному повышению его твердости при нагреве до 600 С-ЗЗ,З К.Использование. охлаждения на воздухе после нагрева до температур дисперсионного твердения, а также возможность иск(54) СПОСОБ. ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КАЛИБРОВАННЫХ ВАЛКОВ ИЗ ЧУГУНОВ С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ(57) Сущность изобретения: валок нагревают до А с 1+ 180-250 С и охлаждают до 150- 100 С со скоростью ч = О/К С/ч, где О - . диаметр валка, мм; К - концентрация меди в чугуне, . Повторно нагревают до температуры Т - (600-3,3 К) С и окончательно охлаждают на воздухе. лючения обязательного регулированного охлаждения с целью снятия остаточйых на-пряжений, которое предусматривается в известных технических решениях, позволяют существенно сократить длительность процесса термической обработки, Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при нагреве до температуры на 180-250 С превышающий Ас 1, происходит полное растворение структурно свободного цементита и 30-500 графитовых включений, что обеспечивает максимально возможное насыщение аустенита углеродом и легирующими элементами. В процессе нагрева до этой температуры достигается наиболее полное выравнивание концентрации углерода и легирующих элементов по объему зерен аустенита, что является недостижимым из-за непрерывного растворения графита и эвтектических карбидов при нагреве до темпера- " туры ниже оптимальной, Увеличение температуры нагрева выше оптимальной приводит к интенсивному росту зерна и локальному оплавлению матрицы вокруг глобулей графита, при котором выравнивание концентрации углерода в матрице чугуна также не достигается. Следовательно, тер-.мообработка с нагревом до температур выше и ниже оптимальной не только не устраняет, но даже усиливает концентрационную, а вместе с ней и структурную микронеоднородность чугуна и не позволяет обеспечить 5 высокий комплекс его свойств - одновременное повышение прочности и термической стойкости чугуна, - " -Охлаждение соЪкоростью, равной отношению диаметра. валка к концентрации ме ди в сплаве, позволяет обеспечить охлаждение заготовки валка с критической скоростью, при которой достигается максимальная степень пересыщения феррита эв.тектоида медью. При скорости охлаждения, 15О превышающей величину отношенияК степень пересыщения медью твердого рас-: твора, обеспечивающая вторичное твердение и повышение твердости материала 20 калибра при повторном нагреве, дополнительно не-увеличивается. Кроме того, возникает опасность появления трещин из-за высокого уровня остаточных термических напряжений, Охлаждение со скоростью 25Оменьшей, чем величина отношения - , неКпозволяет обеспечйть достаточную степень пе ресыщения медью твердого раствора, поэтому твердость материала дна калибра в 30 процессе вторичного твердения повышается незначительно.Охлаждение до температуры, превышающей 150 С, вызывает выделение меди на межфазной поверхности и также, как и 35 уменьшение скорости охлаждения, снижает степень пересыщения медью ферритной составляющей. Это отрицательно сказывается.на эффективности вторичного твердения при последующем нагреве и уровне твердо сти материала калибра. Охлаждение до температуры менее 100 С дополнйтельного положительного влияния не оказывает, вызывая лйшь увеличение продолжительности обработки, , 45Нагрев заготовки валка до температуры 600 С - ЗЗ,ЗК необходим для проведенияискусственного старения, вызывающего значительное повышение твердости материала. Необходимо отметить; что материал 50дна калибра по сравнению с поверхностьюбочки упрочняется в значительно большейстепени. Это достигается за счет более высокой скорости охлаждения этих участковвалка, обеспечивающей большую перена сыщенность твердого раствора медью, Поэтому выделение меди в виде дисперсной фазы при нагреве до температур 600 С - . ЗЗ,ЗК в различной степени повышает твердость материала поверхности бочки и дна калибра, При нагреве до температур менее 600 С - ЗЗ,ЗК степень упрочнения не достигает максимально возможной величины. Повышение температуры более 600 С - ЗЗ,ЗК приводит к коагуляции медистой фазы и разупрочнению материала.Проведенный анализ заявляемого способа изготовления калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом свидетельствует о том, что положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря тому, что одновременному повышению прочности и термической стойкости материала сопутствует и повышение твердости материала калибра за счет структурных превращений, описанных выше.По заявляемому способу заготовку валка с калибрами медленно нагревают со скоростью не более 30-50 С/ч до температуры Ас 1+ 180-250 С, выдерживают при этой температуре не более 1 ч и охлаждают от 100- 150 С со скоростью, изменяющийся в зависимости от диаметра валка и концентрации в чугуне меди, определяемой из соотношения Ч = - С/ч, где Р - диаметр валка,О омм, К - концентрация в сплаве меди, %. Затем валок нагревают с произвольной скоростью до температуры; определяемой с учетом концентрации меди по формуле Т = 600 С -ЗЗ,ЗК, и охлаждают на воздухе.Для определения механических и эксплуатационйых свойств материала валков, термообработанных по предлагаемому способу, были изготовлены 8 валков размером 580 х 800 мм химического состава, %: 3,7-3,8 углерода, 1,3-1,4 кремния, 0,5-0,6 марганца, 0,3-0,4 хрома, 1,7-1,8 никеля, 1,5-1,6 меди, до 0,15 фосфора, до 0,02 серы. Для обеспечения сопоставительного анализа были изготовлены также 3 валка аналогичного состава и размера, которые обрабатывались по способу прототипа. Чугун для изготовления валков,выплавляли в индукционной печи ИЧТв вал ьцелитейном цехе Кушвинского завода прокатных валков, Шихта состояла из чугуна Л К, полупродукта, лома валков СШХН и стали, чугунной струкки, Необходимый уровень содержания рсновных и легирующих элементов обеспечивали введением ГеЯ (65), ГеМп (45), ГеСг (72), никеля гранулированного, ГеМо (60), меди, Модифицирование осуществляли металлическим магнием при 1370+ ф 10 С, Вторичную инокулирующую обработку проводили порошкоструйным способом путем подачи сжатым воздухом с помощью установки молотого Ге 31 (65) зернистостью до 1,5 мм на струю заливаемого металла.1786144Расход ГеЯ 1,5-2,0 кг/т, Температура за- зывает дополнительного полокительногоивки 1320 10 С. Валки заливали в ко- влияния на характеристики чугуна. Окончакиль с покраской, Время выдеркки валков в тельный нагрев заготовки до температурыформе до ее разборки 12-16 ч, Метериал дисперсионного твердения позволяет зназаготовок валкой подвергался термической 5 чительно повысить уровень твердости пообработке. Изтермообработанного металла сравнению с литым состоянием. При нагребыли изготовлены образцы, которые испы- ве до температуры менее 550 С снижаютсятывались по стандартным методикам на все показатели прочностных свойств матепрочность и твердость. Испытания на тер- риала итермической стойкости, Таким обрамостойкость проводили на установке для 10 зом, при проведении термическойтермоциклирования с нагревом"образцов обработки, параметры которой находятсядо 600 С и последующим охлаждением во- . нэ более низком уровне по сравнению сд до О С. оптимальным, качество материала ухудшаой о 20 С.Так, например, при термической обра- ется (предел прочности при изгибе 975 МПа,58ботке заготовки валка с размерами бочки 15 термостойкость 3040 циклов твердос0800 ммизчугунасостава,%:3,8 углеро- верхности бочки 58 НЯО дна калибра 56да, 1,37 кремния; 0,54 марганца; 0,48 хрома; НЯО).1,77 никеля; 1,62 меди, менее 0,15 фосфора; При превышении оптимального уровняменее 0,02 серы (Ас 1 = 820 С), наилучший температуры аустенитизации прочностныеуровень свойств достигнут при нагреве до 20 характеристики также снижаются из-за по- "температуры аустенитизации 1000-1070"С, вышенной структурной неоднородности маохлаждении от температуры аустенитиза- териала валка, Кроме того, повышениеции со скоростью 360 с/ч до температуры температуры аустенитизации увел ч100-150" Сои ивает- ,О С, последующего нагрева с произ- длительность термической обработки, Охвольной скоростью до температуры диспер лаждение со скоростью 370 С/ч, превышасионноготвердения 550 С и охлаждении на ющей оптимальную, не обеспечиваетвоздухе. После такой обработки материал наилучшего сочетания предела прочностивалка характеризовался следующим уров- чугуна при изгибе и твердости материала.нем свойств; предел прочности при изгибе Завершение охлаждения при более высокой1190-1230 МПа, термостойкость 3720-3920 30 температуре, например 160 С, вызываетциклов, твердость поверхности бочки 62-63 снижение как прочностных характеристик,ибра 58-60 НЯО так и уровня термической стойкости материНагрев до оптимальной температуры ала, Повышение температуры дисперсионаустенитизации 1000-1070 С обеспечивает ного твердения более 500 С приводит кнаибоЛее полную гомогенизацию аустени коагуляции упрочняющей дисперсной медита, при охлаждении до 100-150 С со скоро- стой фазы и снижению уровня тве д6 С/ч достигается максимальная термической стойкости. Уровень свойствстепень пересыщения медью феррита зв- после такой обработки: предел прочноститектоида, а в процессе последующего на- при изгибе 1020 МПа; термостойкость 2980грева заготовки валка до 550 С происходит 40 циклов, твердость поверхности бочки 59повышениетвердостиматериалазасчетис- . НЮ, дна калибра 54 НЮ.кусственного старения чугуна и выделения Как показали данные проведенных исдисперсной медистой фазы в металличе- пытаний, заявляемый способ термическойской основе материала. обработки калиброванных валков из чугуНагрев до температуры менее 1000 С 45 нов с шаровидным графитом обеспечил доне позволяет получить достаточно высокий стижение следую гуровень прочностных характеристик, так . характеристики материала; предел прочнокак не абеспечиваетдостаточно полной гра- сти при изгибе 1190-1230 МПа тфитиза ии х пкиховрупких звтектических карби- кость 3720-3920 циклов до разрушеа; термостойушения,д, располокенных по границам зерен. 50 твердости поверхности бочки 62-63 НЯО,При охлаждении от температуры аустенити- дна калибра - 58-60 НЯО.зации со скоростью 350 С/ч, меньшей, чем Согласно данным проведенных лаборавеличина отношения а твердость мате- торных испытаний заявляемое изобретениеК в сравнении с прототипом обладает следу 52 НЮ чториала дна калибра снижается с 59 НЯО до 55 ющими преимуществами: прм: редел прочности, что значительно уменьшаетзффек- при изгибе повысился в 1,4-1,5 аза (с 840тивностьтермической обработки, адлитель- до 1190-1230 МПа), термостойкость в 1,8-1,9ность процессаувеличивается. Завершение раза ( с 2100 до 3720-3920 циклов), тверохлакдения при более низкой температуре дость поверхности бочки возросла дополни(90 С) по сравнению с оптимальной не ока- тельно на 7-8 НЯО (с 55 НЯО до 62-63 НЯО),1786144 нала и повысить производительность термического оборудования.Заявленное изобретение не оказывает вредного влияния на окружающую среду. Составитель В,ВакулаТехред М,Моргентал Корректор М.Шароши Редактор Заказ 231 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат" Патент",г,ужгород,ул, Гагарина,101 дна калибра - на 6-8 НЯО(с 52 НЯО до 58-60 НЮ), Продолжительность термической обработки при этом сократилась на 27-30 часов.Кроме того, по сравнению с прототипом 5 и известными аналогичными решениями заявляемое изобретение обладает следующими преимуществами: имея более высокий. уровень качества, прокатные валки, термообработанные по предлагаемому способу, 10 обеспечивают более высокую пройзводительность прокатйых станов, .повышается выход годного более высоких сортов проката, сокращается расход металла при произ-водстве металлопродукции. При этом 15 снижается удельный расход валкового материала, так как износостойкость рабочего слоя валков, изготовленных по заявляемому способу, в 1,5-2 раза выше, чем у валков из чугунов с шаровидным графитом текущего 20 производства. Сокращение процесса термической обработки позволит сэкономить электроэнергию, уменьшить численность обслуживающего термические печи персо 25 Формула изобретения Способ термической обработки калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом, преимущественно легированных медью, включающий нагрев до заданной температуры, выдержку,промежуточноеохлаждение, повторный нагрев до заданной температуры, выдержку и окончательное охлаждение,отл и чающий с я тем,что, с целью повышения прочностй, твердости, термостойкости и сокращения процесса, нагрев ведут до А" С 1+ 180-250 С, промежуточное охлаждение - до 150-100 С со скоростью Ч - О/КС/ч, где О - диаметр валка. мм; К - концентрация меди, . по вторный нагрев осуществляют до температуры, определяемой иэ соотношения Т- (600-33,3 К) С, а окончательное охлаждение проводят на воздухе.