Способ получения двухслойных прокатных валков

,)г.л га 8 ИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМ 5 0,01-0,07ун до обине белают сет один Изобретен производству лучения двух имеющих рабо никелевого ч литейной фор мас. Х, выдержина-, разования однородого рабочего слоя, ым чугуном, в коз элементов груп- количестве К, мас. ест ие относится к литейномуа именно кф,способам послойных прокатных валков, чий слой из белого хромоугуна, методом промывки мы высококремнистым чугуют этот чуг ного по глу затем промыв торый вводя пы Т 1. мас.7 А 1 всно за сим гл н учшение м йств валк рму низко х ретения - у лужебных св литейную ф ном, в него обавки ввод Цель изоических и Заполняю 1,с (ш -шс)+Бш4 М 0,8 в.рем де М - моэл.м. вводимого химическогомента; то.ачест тым чугуивающей аэо ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОТКРытиямПРИ ГКНТ СССР(71) Днепропетровский металлургический институт( 6) Будагьянц Н,А., Карский В.Е. Литые прокатные валки. - М.: Металлургия, 1983, с. 113,114.Авторское свидетельство СССР У 1337191, кл. В 22 Э 27/20, 1986. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ(57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения двухслойных прокатных валков. Цель изобретения - улучшение механических и служебных свойств валков Литейную форму заполняют низкокремнистым чугуном, в него в качестве отбеливающей добавки вводят азот, выдерживают этот чугун до образования од-,нородного по глубине белого рабочегослоя, затем промывают серым чугуном,в который вводят один из элементовгруппы Т 1, Ва, В, А 1 в количестве,определяемом по формуле: К(0,81,2) МЫр(т,-н )+ тЯ/14 в,где М - мол.м. вводимого химическогоэлемента; И с - содержание азота врабочем слое, мас. Е; 1)1 - содержание азота в чугуне для промывки,мас. 7; ш- масса отбеленного хромоникелевого чугуна с низким содержанием кремния, кг; ш - масса рабочегослоя валка, кг; ш - масса чугуна дляпромывки, кг. Содержание никеля вотбеленном низкокремнистом чугуне устанавливают по зависимости: Б 4,0-(10-20) Бмас. 7. Применение спо"соба обеспечивает снижение критерияизноса валков на 27-417 при сохранении низкого спада твердости, повышение стрелы прогиба в 2,7-3,3 раза ициклической вязкости в 23-32 раза.1 з.п. ф-лы.содержание азота в чугуне белого рабочего слоя, мас.К; содержание азота в чугуне для промывки, мас. Х;масса отбеленного хромоникелевого чугуна с низким со-держанием кремния, кг;масса рабочего слоя валка, кгпв 1 О масса чугуна для промывки, кгПри этом содержание никеля, мас.7,в отбеленном низкокремнистом чугунеустанавливают в соответствии с зави 15симостьюН = 4,0 - (10-20) Ир, .Необходимость разработки новогоспособа получения двухслойных валков,вызвана интенсификацией в последнеевремя процесса прокатки на листовыхстанах страны путем увеличения скорости прокатки, применением более высоких давлений, а также расширениемсортамента и объемов проката из труднодеформируемых марок легированныхсталей. Увеличение динамических циклических нагрузок на валки привелок возрастанию выкрашиваний в рабочемслое, повышению случаев поломок шееки трефов,Анализ, валков текущего производства показал, что при использованииизвестного способа применение в качестве отбеливающей добавки теллурапозволяет расширить глубину отбелен"ного слоя за счет подавления графитизации в его частях, удаленных от литой поверхности бочки, снизив тем самым спад твердости. Однако введениетеллура сопровождается изменением вструктуре рабочего слоя строенияаустенито-карбидной эвтектики, кристаллизация которой переходит от кооперативного роста эвтектических фазк их раздельному росту и вместо ледебурита сотового строения в рабочемслое валков появляется грубый конгломерат эвтектических фаз с массивнымикристаллитами цементита. Это приводит к снижению прочности и возрастанию хрупкости белого рабочего слоя.Известно, что в условиях высокихдавлений и циклических нагрузок в рабочем слое валков возникают микротрещины, являющиеся причиной выкрашиваний, Зарождение и рост микротрещин происходит в хрупком цементе. Недостаточный уровень прочности на изгиб,предопределяющий высокие значениякритерия износа валков, связан такжеи с тем, что теллур является причинойпоявления в структуре металлическойматрицы большого количества включенийтеллуридов марганца и хрома на междендритных границах, а также повышениястепени аномальности продуктов эвтектоидного превращения аустенита. Всвязи с понижением уровня механических свойств рабочего слоя валков подвлиянием теллура решено исключить егоприменение при отливке прокатных валков.В связи с изложенным при разработке нового способа получения двухслойных валков методом промывки литейнойформы в качестве отбеливающей добавкивместо теллура применяют азот, обеспечивающий низкий спад твердости за счетповышения степени дисперсности продуктов эвтектоидного превращенияаустенита в удаленных от поверхностибочки областях рабочего слоя, В отличие от теллура азот не повышает склонность белого чугуна к раздельнойкристаллизации эвтектических фаз, апоэтому повышает твердость (износостойкость) без его охрупчивания. Однако применение азота связано с опасностью образования в медленно охлаждающихся частях отливок (сердцевине ишейках валков) газовой пористости.Для исключения этого негативного явления азот в чугуне необходимо связать в нерастворимые соединения (нитриды), Этого можно достигнуть ввелением в жидкий чугун Т, В или А 1. Устанбвлено, что для этой цели можнотакже использовать барий, который образует с азотом нерастворимые нитриды ВаН,Однако введение в металл, легированный азотом, Т, В, А 1 или Ва в стехиометрическом соотношении для образования нитридов приводит к нейтрализации азота как легирующего элемента и увеличению критерия износа чугуна рабочего слоя валков. Цель изобретения достигается, когда нитридообразующие элементы вводят в металл промывки так и в таком количестве, чтобы в рабочем слое валков азот находился в растворенном в матрице чугуна состоянии, а в сердцевине и шейках валков он был связан в нитриды.5 1540935 6Нейтрализация находящегося в мед- р, Пленно охлаждающихся частях отливок.ка, составляеткг (И - со 100азота нитридообразующими элементами держание азота в чугуне рабочегопозволяет применять для снижения кри- слоя, мас. 7.; ш - масса рабочеготерия износа чугуна рабочего слоя5слоя валка, кг), то в остальном левалков сверхравновесные по отношению гированном низкокремнистом чугуне,к пределу растворимости в жидком заливаемом в валковую форму, необчугуне (0,015-0,027) концентрации МРс(ш- ш)ходимо связать кг азоазота, поскольку в условиях ускоренного охлаждения поверхностного слоя . та (ш - масса легированного низкобочек валков избыточный азот фикси- кремнистого чугуна),руется в матрице чугуна в растворен- Кроме того, необходимо связать ещеном виде. ип фшзкг азота, (М - содержаниеПри смешивании заливаемых в форму 15ра плавов в процессе промывки он взаи- азота в пРомывном чУгУне мас. Х;модействует с введенными в соответст- ш - масса промывного высококремнисвии с формулой изобретения элементами того чугуна, кг), который присутстТ 1 э Ва 1 Ву А 1 Ф Образуя в жидком чугуне вует в промывном чугуне за счет. Погсердцевины и шеек дополнительные цент 20 лощения из атмосферы.тры графитиэации. Это приводит к уве Для того, чтобы связать весь этот. Мличению в структуре чугуна эвтекги- азот необходимо ввести - Ю кг нит-"14 йЯческих зерен и полной его графитиза- ридообразующего элемента (М - мол.м.ции, результатом чего является повывводимого элемента; 14 - атомный весшение сТрелы прогиба и циклическойвязкости чугуна сердцевины и шеек азота) или 1002 по отношениюМНсвтвалков.14. М,к металлу промывки.Поскольку эти элементы связываютрастворенный в расплаве азот, то ониустраняют его отбеливающее влияние и ЗОТаким об азом костепень графитизапии чугуна повышает ф, обходимое для полИоэтому при Рарб изобрете ного свЯзываниЯ э в серДЦевинения, предусматривающего ввод в чугун и шейках валка, можно определить подля промывки элементов, имеющих высоформулекое химическое сродство с азотом, содержание их определяют в количествах, М И,(ш - ш) + И шДнеобходимых для связывания растворенного азота в нитриды и исключающих14 ш3присутствие свободного азота, отбе- Азот является подобно никелю элеливающего чугун. Таким образом, ввод 4 О ментом, повышающим устойчивость аусаэота в чугун для формирования рабо- тенита.чего слоя валков не только обеспечи- Поскольку азот является аналогомвает снижение спада твердости анало- , никеля, то содержание последнего можгично теллуру, но и в отличие от него но снизить на определенную величину,обеспечивает снижение комплексного 45 обеспечивающую получение бейнитнойкритерия износостойкогти валков, а , структуры и высокий критерий износаввод в чугун для формирования сердце-чугуна. Поскольку никель является довины и шеек одного из элементов груп- рогостоящим элементом, то снижениепы Тд, Ва, В, А 1 устраняет число эв- его содержания в чугуне приводит ктектических ячеек, что обеспечивает 5 О существенному удешевлению последнего.повышение стрелы прогиба и цикличес- .КРоме того, при снижении содержаниякой вязкости: Исключение применения ,никеля в низкокремнистом металле ав"теллура, который по нормам промсани- томатически уменьшается его содержаниетарии относится к высокоопасным .ток- в сердцевине валкоВ, а следовательно,сичным веществам, обеспечивает улуч и дисперсность продуктов распада аусшение санитарно-гигиенических условий тенита, т.е. дополнительно повышаюттруда. ся вязкость и пластичность металла.Учитывая то, что количество азота, Азот в чугуне действует как иаркоторый находится в рабочем слое вал- тенситообразующий элемент примернов 15 раз сильнее никеля и для обеспечения бейнитной структуры матрицы чугуна рабочего слоя валков, содержание этих элементов в нем должно быть связано зависимостью И, = 4,0 - (10-20) Ир 5 где И - содержание никеля в рабочем слое валков.10Снижение содержания никеля в чугу. не и связывание азота в сердцевине и шейках валков позволяют существенно понизить их твердость за счет повышения степени графитизации чугуна и ,снижения микратвердости (дисперсности) продуктов распада аустенита. Это позволяет уменьшить расход металла на промывку валков, снизить тем самым себестоимость литья. 20Пределы содержания азота в чугуне 0,01-0,07 мас. 7 определяются его количеством, необходимым для снижения критерия иэносостойкости валков и подавления графитизации в глубинных слоях рабочего слоя для получения низкого спада твердости. При содержании азота менее 0,01 мас.Е не обеспечивается подавление графитизации в удаленных от литой поверхности бочки участках рабочего слоя и возрастает спад твердости, а также возрастают значения комплексного критерия изно.состойкости в связи со .снижением степени дисперсности продуктов эвтектоидного превращения аустенита. Увеличение концентрации азота более 0,07 мас.7. приводит к увеличению содержания растворенного азота, что является причиной появления дефектов в 40 виде "азотистой пористости , и снижению стрелы прогиба и циклической вязкости ввиду образования большого количества нитридов.Содержание элементов, имеющих высокое химическое сродство с азотом (Тх, Ва, В, А 1), определяется их количеством, которое необходимо для нейтрализации отбеливающго действия азота и обеспечения дополнительных центров графитизации (подложек для выделения графита) в сердцевине и шейках. При уменьшении их содержания в промывном чугуне меньше величиныИИ .(ш -шп)+И шв 0,8 ПЭ гдеП - 14 ш Ы3 не обеспечивается повьппение стрелы прогиба и циклической вязкости. Увеличение их содержания до значений,превышающих величину 1,2 К/П, приводит к существенному возрастанию в чугуне количества нитридов, коагуляции их в крупные включения, что ведет к снижению циклической вязкости и стрелы прогиба чугуна шеек валков.Если содержание никеля в чугуне увеличивается до значений, когда от 4 О-И 1 .сношение становится меньше 10, то чугун приобретает мартенситную структуру, в результате чего уменьшается прочность, увеличиваются критерий износа чугуна, брак отливок по волосовидным трещинам и себестоимость, снижаются стрела прогиба и циклическая вязкость чугуна шеек.Снижение содержания никеля в чугуне рабочего слоя до значений, когда4 0-Ил.отношение превышает 20,Ирприводит к получению трооститной и сорбитной структуры, имеющих низкие показатели прочности и твердости, в результате чего. увеличивается критерий износа чугуна рабочего слоя.П р и м е р. В 30-тонной мартеновской печи выплавляют чугун для рабочего слоя -валков следующего состава, мас. 7: С 2,71; Бь 0,44; Ип 0,53; Р 0,32 Б 0,05; Сг 0,75; И 1 3,42 И 0,04. Азот в чугуне получают добавлением в шихту азотированного феррохрома марки ФХН 1 ООА (6,43 И) в количестве 300 кг. Усвоение азота составляет 62%.Из полученного чугуна заливают 4 валка весом 7,2 т каждый. В качестве металла промывки используют ваграыочный чугун в количестве 2,4 т йа один валок. При проливке валков в чугун промывки поочередно вводят кг: ферробор марки ФБ 20 1 О; алюминий 5; ферротитан 22 и ферросиликобарий 95,. Температура заливки хромоникелевого чугуна 1330-1350"С, ваграночного - 1270-1300 С.В процессе механической обработки валков от бочек и шеек отбираются темплеты для определения физико"меха". нических свойств чугуна. Предлагаемый способ обеспечивает снижение критерия износа валков на 27-417. при сохранении низкого спадатвердости, повьппение стрелы прогиба в 2,7-3,3 раза и циклической вязкости в 2,3-3,2 раза, а также снижениегде М ш - масса чугуна для промывки,3кг.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что содержание никеля в отбеленном низкокремнистом чугуне устанавливают в соответствии с зави- симостью 15 ф 1 4 0 " (10 20) Н,ф ма Составитель И, ЯковлевТехред М.Дидык Корректор М. Кучерявая Редактор И. Горная Заказ 248 Тираж 631ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5, Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10 9 1540935 стоимости валков на 10-277. и увеличеК=(0,8-1 ние санитарно-гигиенических условий. Формул а изобретения5Бре 1. Способ получения двухслойных прокатных валков, включающий заполнение литейной Формы низкокремнистым хромоникелевым чугуном, введение в него отбеливающей добавки, выдержку этого чугуна для формирования однородного по глубине белого рабочего слоя, последующую промывку серым чугуном, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что,с целью. улучшения механических и служебных свойств валков,.в низкокремнистый хромоникелевый чугун вкачестве отбеливающей добавки вводят азот в количестве 0,01-0,07 мас. 7, в чугун промывки вводят один из элементов группы Т, Ва, В, А 1 в количестве К согласно зависимости 10,мас.й14 шмол.м. вводимого химического элемента;содержание азота в рабочем слое, мас. Х;содержание азота в чугуне для промывки, мас. 7; масса отбеленного хромоникелевого чугуна с низким содержанием кремния, кг; масса рабочего слоявалка, кг;