Чугун для прокатных валков

. ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРУ 375315, кл. С 22 С 37/00, 1970.Авторское свидетельство СССРВ 157113, кл, С 22 С 37/08, 1982.(54) ЧУГУН ДЛЯ ПРОКАТНЬИ ВАЛКОВ(57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве прокатных валков. Цель изобретения - повьппение механических свойств, твердости на глубине вреза калибра, а также увеличение термостойкости. Новый чугун содержит, мас.Х: С 2,8 - 3,5; Я 1 1,0 - 1,4; Мп 0,4 - 0,7; Сг 0,1 - 0,5; М 1,8 3,5; Мо 0,2 - 0,5; Сц 0,2 - 1, 2; Се 0,005 - 0,02; Мп 0,02 - 0,05; Ч 0,01 0,2; Ва 0,005 - 0,02; М 0,0050,01 и Ре - остальное. Дополнительный ввод в.состав чугуна 7, Ва и И обеспечивает повьппение предела прочности бц в 1,8 2,1 раза, ударной вязкости си в 1,4 - 1,7 раза, термостойкости в 2,4 2,9 раза, а также увели Б чение твердости на глубине вреза калибра в 1,07 - 1,21 раза, 2 табл.Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для прокатных валков.Цель изобретения - повышение механических свойств, твердости ня глубине вреза калибра, а также увеличение термостойкости,Выбор граничных пределов компонентов в чугуне предложенного состава 10обусловлен следующим.Дополнительное ннедение ванадия,бария и азота н заявляемый составчугуна приводит к новьм свойствам.Так, н частности, ванадий совместно 15с азотом способствует увеличениюцентров графитизации чугуна с такой.степенью энтектичности ( 8 э = 0,720,91), которую обеспечивает заявляемое содержание основных элементов, а 20ванадий с никелем регулируют не только размер включений графита, но ипервичных зерен аустенита. Совместноедействие азота с церием приводит кснижению температурь 1 эвтектическогопревращения, что способствует измельчению эвтектических зерен,Введение бария в присутствии никеля повышает растворимость бария в чугуне, возрастает интенсивность взаимо-З 0действия с серой с образованием комплексных сульфидон, что оказывает рафинирующее воздействие на чугун.Наличие церия и бария приводит кусилению графитизирующего и сфероиди- З 5зирующего влияний последнего, так какцерий, повышая адсорбцию водорода,создает условия для увеличения поверхностного натяжения на границе графит расплав, приводит к,переохлаждению, что и способствует сфероидиза-ции графита. Сфероидизирующее влияниеусиливается также совместным воздействием бария с магнием за счет повышения температуры диссоциации их интер 45металлических соединений,Выбранное соотношение ванадия иазота в присутствии хрома, кремния,способствует формированию равномерно50распределенных стабильных карбидов,обогащенных легирующими элементами.При содержании углерода и кремнияменее 2,8 и 1,0% соответственно вструктуре отливок появляются грубыевключения энтектического карбида, рас 55полагающиеся по границам зерен, чтоснижает пластические характеристикии термическую выносливость, способст вует выкряиивдник ряГочего слоя валка н процессе эксплуатации. Повьпцение содержания углерода более 3,57,приводит к Флотднии графита, чтосоГенно характерно для массивныхотливок, и результате чего будетиметь место неравномерное распределение твердости по сеченин вдлкя, Такойметалл будет иметь пониженные значения пластичности и термической выносливости, Кроме того, повышение со"держания кремния 1,4%) вследствиеего склонности к ликвации ухудшаетпрочностные характеристики.Марганец, хром и молибден являютсякарбидообразующими элементами. Однако .н заявляемом составе в результатевоздействия графитообрязующих элементов (кремния, никеля и меди) происходит обеднение аустенита углеродом,в результате чего марганец, хром имолибден в выбранных количествах идутв основном не на образование избыточной карбидной Фазы, а на легирование,что обеспечивает повышение механических свойств чугуна и повьнцает стабильность карбидной Фазы в условияхтермоциклировяния, которое имеетместо при эксплуатации валков.Установлено, что оптимальным содержанием марганца является 0,40,7 Е. Содержание марганца0,47 мо"жет привести к появлению Ферритной составляющей,снижению твердости и существенной неоднородной структуры,что способствует интенсивному износу при эксплуатации. Содержание марганца выше0,7% приводит к снижению активностиуглерода и уменьшению числа зародышей графита, т,е. создадут условия кформированию избыточного цементита иснижению пластичности.Введение хрома в количестве менее0,1/ недостаточно для повышения прочности и твердости чугуна, а повышение его содержания более 0,5%, особенно в присутствии других карбидообразующих элементов (Мо, Ч), спосоГству"ет формированию более грубой карбидной Фазы, склонной к выкряшиванию притермоциклнческом воздействии и высоких удельных давлениях,Повышению прочностных свойств,твердости, термической выносливостии увеличению стабильности карбиднойфазы способствует введени млиГдендв количестве 0,2 - 1),.7, 11 . и;:итель"з14409 ное действие молибдена заключается в измельчении включений графита и продуктов распада яустец в промежуточной области, что является результатом переохлаждения сплавов в процессе кристаллизации по сравнению с равновесными температурами.Введение молибдена в количестве менее 0,2/ малоэффективно с точки эрения не только упрочняющего влияния на металлическую основу чугуна, но и . увеличения стабильности карбидной фазы, С увеличением его содержания более 0,5/ наруняется оптимальное со Б отношение графитизирующих и карбидообразующих элементов, что вызывает выделение эвтектических карбидов по границам зерен и снижение механических свойств чугуна. Кроме того, повы шение содержания молибдена )0,5 Х удорожает стоимость чугуна и экономически нецелесообразно.Никель и медь, уменьшая свободную энергию смеси аустенита и граФита, 25 способствуют повьнцению термодинамического потенциала для прямого выделения графита, Кроме того, введение ни келя и меди обеспечивает формирование стабильной структуры в промежуточной 30 области. Наличие никеля и меди в ко личествах менее 1,8 и 0,2 Х соответственно приводит к формированию в отливках структуры, которая состоит из грубых продуктов распада аустенита различной степени дисперсности и ледебуритной сетки, которая существенно охрупчивает метариал, снижает уровеньгмеханических свойств, увеличивает анизотропию и уменьшает термическую 40 выносливость. При этом спад твердости по сечению отливок возрастает да 30- 35 Х на расстоянии 40 мм от поверхности, что не обеспечивает однородности по глубине калибра и приводит к 45 неравномерному износу. Наличие в,чугуне никеля и меди в предлагаемых количествах повышает твердость, прочность, термическую выносливость за счет Формирования металлической основы, состоящей из дисперсных продуктоВ распада аустенита и равномерно распределенных включений шаровидного графита. При увели чении содержания никеля более 3,5 Х, меди - более 1,2 Х в материалерабочего слоя таких валков появля ютсяучастки мартенсита, что приводит 484к снижению прочности и термической выносливости чугуна. Кроме того, при таких содержаниях никеля и меди происходит ухудшение Формы включений графита: они укрупняются и разветвляются, что также отрицательно сказывается на термической выносливости,Для получения шаровидного графита чугун модифицируют магнием и церием, В чугуне с 0,02 - 0,05 Х магния церий в количестве 0,005 - 0,02 Х является гряфитизирующим модификатором и рафинирует расплав. При содержании менее 0,02 Х магния и 0,005 Х церия происходит нарунение наровидной формы графита и появляются плястинчятые выделения. Повыиение содержания магния и церия выше граничных значений способствует повышению устойчивости структурно свободного цементита и ухуднает Форму и характер распределения неметаллических включений, не оказывая положительного влияния ня свойства чугуна.Применение ванадия, бария и азота в количестве меньше заявляемого ( 0,01, 0,05 и 0,005 соответственно) недостаточно для улучшения свойств чугуна. Введение этих элементов в количестве, превышающем заявляемое (0,2% Ч, 0,02 Х Ва, )0,01 Х Б), ухудшает структуру - появляются грубые включения карбидов по границе зерен, увеличивается количество неметалличе ских включений, снижается ударная вязкость, прочность, термическая выносли вость,что в.целом отрицательно сказывается на эксплуатационной надежности прокатных валков. П р и м е р. Сплавы готовили путем выплавки в индукционной печи (200 кг) с кислой Футеровкой. 1 Чихта состояла из стального лома (55- 60 Х), чушкового чугуна, марки ЛК( ЗЗХ), электродного боя ( 1 ). Для легирования чугуна испольэовали никель (НЗ), Ферромарганец (ГеМп), ферромолибден (ФМ), катодную медь, ферросилиций (ФС), феррованадий (ВД).Модифицирование осуществляли никель-магниевой лигатурой (17 Х Мд), ферроцерием (45 Х) и ферросиликобарием (ФС 65 Ба 4) в ковше. Чугун заливали в сухие земляные формы. Температура эао ливки составляла 1330-1340 С. 1 иаметр отливок - 150 мм, высота - 500 мм.144.094 8 Формула изобретения Химические составы известного и Чугун для прокатных валков, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, церий, магний и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения механических свойств, твердости на глубине вреза калибра валка, а также увеличения термостойкости, он дополнительно содержит ванадий, барий и азот при следующем соотношении компонентов, мас.ХУглеродКремнийМарганецХромНикельМолибденМедьЦерийМагнийВанадийБарийАзотЖелезо Таблица 1 Хнечесвие составы известного н предловенного чугуна Массовая доля элемента 2 Яа ЪЬ Сг Ч. Ко Сц Се, И т Ва н е Предлоненный чугун230 1,0 0,4 0,1 1,80 0,20 0,2 0,005 0,02 0,0 0,005 0,005 Ост,2 3,20 1,2 0,6 0,3 3;0 0,40 0,95 0,0 0,03 0,1 0,02 О,ООУ 33,50 1,4, О,У 0,5 3,5 0,5 О 02 О 05 О 2 002 00 1,2 звестный чугун 2,60 1, 0,5 0,2 29 0,20,03 004 предложенного чугуна приведены втабл 1,Результаты проведенных испытанийполученных сплавов (значения мехаНических свойств, термической выносливости, спад твердости, микроструктура и состав карбидной Фазы) приведенЫ в табл.2, 10Механические свойства отлитых чугунов рпределяли по стандартным методикам. Испытания на термическую выносли.вость проводили путем термоциклирования образцов с использованием индукци 15онного нагрева до 600 С и спрейерногоохлаждения водой до 20 С, что соответствует условиям эксплуатации валков горячей прокатки.Как следует из данных табл, 1 и 2,дополнительное введение в состав чугуна ванадилз бария и азота обеспечивает повышение (7 в 1,8 - 2,1 раза,а 4 в 1,4 - 1,7 раза, термостойкостнв 2,4 2,9 раза, а также увеличениетвердости на глубине вреза калибра в1,07 - 1,21 раза. 2,8-3,51,0-1,40,4-0,70,1-0,51,8-3,50,2-0,50,2-1,20,005-0,020,02-0,050,01-0,2Оз 005-0020,005-0,01Остальное1440948 Таблица 2 Сравнительный анализ свойств чугуна известного и предложенного составов Чугу Предяо -женный нт 3 35 950 2 9 50 20 8,Изве- стный прото 3 5 325,ип Составите Текред М.Д,Маковская орректор М.Поко еда Подписно аказ 6145/304 ул. Проектная, 4 Пронзвцн твенно-полиграфическое предприятие, г, Ужг Ти ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж, раж 595ного комитета СССний и открытий Раушская наб., д