Чугун для прокатных валков

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ 4 й Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Украинский государственный научно-исследовательский институт металлов; Кушвинский заводпрокатных валков; Металлургический заводимАКСе рова(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 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 технопогические свойства при сохранении высокого уровня твердости и износостойкости. 2 табл.10 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 0,005-0,035Медь 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 техно- логичен 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 0,5-0,9Марганец 1,0-6,0Хром 1,0-3,0 Никель 1,0-6,0Ванадий 0.1-4,0 Молибден 0,2-1,0 Титан 0,05-0,2Церий 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 2,7-3,1Кремний 0,3-0,6Марганец 0,6-1,0 Фосфор 0,3-0,5 Хром 0,7-1,0 Никель 2,2-3,0Медь 0,8-2,0Молибден 0,3-0,6Железо ОстальноеИзвестный 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 сопровожда 5 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ется 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 0,6-1,2Никель 2,4-3,4 Ванадий 0,2-0,5Азот 0,01-0,03 Железо Остальное Известный чугун характеризуется повышенной твердостью и износостойкостью, в также устойчивостью к образованию холодных трещин, поскольку содержит повышенное 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.Прокатные валки при их эксплуатации на станах горячей прокатки испытывают большое механическое давление в поперечном направлении со стороны прокатываемого металла. Это давление столь велико, 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(хрупкие) происходят вследствие недостаточной стрелы прогиба материала валков, в структуре которых содержится большое количество высокотвердых фаз: цементита, мартенсита. бей нита.Исследованиями авторов установлено, что материал валков характеризуется высоким уровнем анизотропности: стрела прогиба образцов чугуна, вырезанных из бочки валка в продольном направлении(перпендикулярном действующим нагрузкам), на 30-50% ниже по сравнению с образцами, вырезанными в поперечном направлении. Это является следствием транскристалличности, т, е. направленного роста кристаллов 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 поверх 200195) 4ности валка к центру, Поэтому известный чугун характеризуется низким уровнем стрелы прогиба. Кроме того, он обладает низкой жидкотекучестью вследствие высокого содержания пленообразующих эле ментов(хрома, марганца, ванадия) и плохой обрабатываемостью, поскольку содержащийся в его структуре остаточный аустенит обладает способностью к самозакаливанию в процессе мехобработки сплава. 10Целью изобретения является повышение стрелы прогиба при повышенных температурах и технологических свойств при сохранении высокого уровня твердости и иэносостойкости. 15УКаэаННая цЕЛЬдОСтИГЛЕтсс) тг-Л что 1;- гун, содержащий углерод, кремний, марга. нец. хром, никель, а о и же;е.с дополнительно содержи г сульфид маранца и фосфор при следующем соотношении 20 компонентов, мас. .Углерод 2,Г)-3,Г)Кремний 0,2-0 8Марганец 0,5-2 сСульфид марганца 0,1-1,0 25 Фосфор 0,2- 1,0Хром 0,2-0 9Никель 2,4 с,2Азот 0 005-0,03Железо Ос 1 альное 30 Повышение стрелы прогиба достуто бЛаГОдаря СНИЖЕНИЮ траСКрС,тс) -,Ч С)- сти отливки введенем в состав чугуна суль фида марганца и фосфсра, а )ак)1;е снижением среднего содержа "я марганца 3 и хрома и удалеием из нее вэнлд;1.Фосфор в чугуне образует лелоГ)г,)- ную фосфидную эвтектику; которая с)с)с,Г)- ЛаГаЕтСЯ ПО ГРаНИЦаМ;,ЕРЕ;1, Г):са:)У)4 сплошную сетку, Поскольку фос )1,с)13 зв 4(0 тЕКтИКа ИМЕЕТ тЕМПЕРатУРУ ПЛ.ВЛС 1)с О ОО 950 С, близкую к тампортурам Горячей прокатки стали С 800 - 1000" С), Оа размл ч,. ется и стрела прогиба чугуса усс)л 4 с),)в ГсСульфид марганца имес) г пгрлсн;иную с 15 растворимость в жидком чууне и Образуе) в нем плотнуа взвесь частиц, пр1 ст ующих росту направле)ных яр 1);Г;,(1)ов С повышением температуры рассОр мось СуЛЬфИда МарГаНца уОЕЛИ 11 ВЭ) ГСя И Содвр 50 жаНИЕ НЕСВязаННОГО. раетгОрЕН)ОГО Л 4)Г)- ганца в расплаве увеличивается. Песс)льку марганец в доэвтектич.ском чугун )роявляет прямую ликвацию, т. 1) к ц)1; ррует ся, главным образом, в эвтектике, Г)оле; 55 всего в цементи)е адендриты аустениа им обеднены, то ув чение его ло)цетрац 1 в расплаве в пеГ эд выделения предэвтск.тического аустен а способствует луч)дему насыщению денд: тов арганце 1. ч ГО улуч. шает равномерность его распределения вструктуре чугуна и повышает его эффективность как легирующего элемента. Благодаряэтому появилась возможность снизить содержание марганца в составе чугуна присохранении твердости и доли вязкого остаточного аустенита в его структуре.Однако, снижение в чугуне суммарногосодержания карбидообразующих элементов С, )У и Мп приводит к некоторому уменьшению твердости за счет снижения в егоструктуре доли цементита. Для предотвращения этого в составе чугуна пониженосреднее содержание кремния и увеличеносреднее содержание никеля, который повы)1) С . К ОГ -,Г;. )С; Г)рОд,с 1 ОС) раСПд,ГИаус 1 ена, Фосфоп также способствует поСс,) СНИЮ 1 ЬС)РДС)стИ. Г,РОЛЕ ТОГО, фосфОР.,у)с) с а);елсит, ОГ)есГ)с г)1);)кЦ) с. с с).ОЛ) УС)1)Сс)с 1 С)С 1)гсОСГ И 1 ЗОСОСО,) с " .) )1 СГ 1 Ла 3 а,с.;)г со(1)лка 1 углерода н;же 2,6;) рв.)К; )с)Дг).) ТЕ)Е.АСЭС 1 Ь И 1310;ОСТО)КПСт Ь ,схп Эа СЧЕТ уМЬШЕНЛ ЛО,)И Сс;а К 1 - Г,(С)1 фаЗЫ, а ПрИ СодорКЛНИИ бОЛСЕ 3,Г),4обеспечивают получение дисперсной бейнито-мартеггситной лгег алпической матрицыи в результате этого высокого уроввгг иэносостой кости чугуна, При понижении концентрации никеля ниже 2,4% о структуре чугунапоявляется перлит, а при увеличении более4,2% - избыточное количество остагочного аустенитв. что снижает износостойкость сплава, Влияния азота при его содержании менее 0,005% не обнаруживается, а при увеувеличивается степень графитизации сплава, что ведет к уменьшению твердости.Кремний обеспечивает защиту расплава от окисления и совместно с фосфором - высокий урооень жидкотекучести сплава, При содержании кремния ниже 0,2% увеличивается газосодержание металла и снижаются его литейные свойства. Приувеличении 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, ггикепем и азотом обеспечиваетвысокие пог;аэатели чугуна. Прн содержании менее 0.5% его влияние незначительно, а при содержании более 2,7% ухудшается жидкотекучесть и обрабатываемость сплаСульфид марганца обеспечивает устранение транскристалличности чугуна и выполняет роль смазки в процессе егомеханической обработки, Если содержание МпЯ в чугуне менее 0,1%, то увеличивается трвнскристаппи гггость сплава, а при содержании бопео 1,0% имеет место коагуляция оклгочения и всплытие г;х в шлак.ФосФор обеспечивает высокие псгкаэатепи стрелы прогиба при повышенных температурах и хорошую жидкотекучесть сплава, уменьшает усадку и пористость. При коггцвггтрации ь,лгее 0.2% снижаются покаэотепг, стр пь прогиба, поскольку в структуре чугуна отсутстоуэт сппогвная фосфггдная сетка, а при содержании более 1,0% увелигг 1 ваетсгг рост чугуна о связи с ликвацивй фосфндной эвтектики в сердцевину отливХрипл о количеспге 0,2-0,9% стМилг 1 эирувт карбиды о чугуне, что обеспсчгоает высокий урпоеггь износостойкости и твгзрдосги. При содвс,каггии хрома менее 0,2% он практигвскгг нв оказывает отбвпивоющего влияния. а при содержзггии болев0,9% увеличивается микро пгердость г;арбидов, что приводит к понижению уровня стрелы прогиба.Иикелгь и азот совместно с маргаггцем 10 152025 30 35 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 износостой кости 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 ;.гикротвердость продуктов распада аустенита, что ведет к снижению стрелы прогиба, жидкотекучести и ухудшению обрабатываемости сплава,П р и м е р, В индукционной печи ИЧТ-б выплавляли чугун следующего состава, мас. %: С 3.1; Р 0,5; Мп 1,6; Р 0,6; Мп 3 0,55; Сг 0,55: йг 3,3; М 0,017.В качестве шихты использооали полупродукт ЧМЗ. сталь 40, ферросилиций Си фврромарганец Мп, феррофосфор ЭФ, феррохром азотированный ФХ 100 Н, гранулированньгй никель Н. Супьггды марганца в количестве 33 кг вводили о ковш перед выпусксм чугуна. Температура выпуска чугуна из печи 1400 ОС, температура заливки форм 1320 С. Непосредственно персд заливкой форм прокатных валкоо размером бочки 620 х 800 мм из ковша отбирали моголл для заливки спиралеобразной пробы для определения жидко- текучести чугуна. Механическую обработку валков (токарную) осуществляли твердосппаоным инструментом при подаче 1,0 мм/об. В процессе мехобработки от нижнего торца бочек валков отбирались темплеты для определения механических свойств чугуна, которое осуществляли по стандартным методикам,2001964 10 Таблица 1 актеристика кимическото состава исследтемык сллаеое Таблица 2 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 М 1025750, кл. С 22 С 37/08, 1983,Авторское свидетельство СССР М 840182, кл. С 22 С 37/00, 1981. 10 Авторское свидетельство СССР М 834188, кл. С 22 С 37/08, 1981.12 2001964 Составитель А. ВихровТехред М. Моргентал Корректор М. Куль Редактор С, Кулакова Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3157 Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Формула изобретенияЧУГУН ДЛЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ. содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, азот и железо, отличающий ся тем, что он дополнительно содержит сульфид марганца и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас. : Углерод 2,6-3,610 КремнийМарганецХромНикельАзотСульфид марганцаФосфорЖелезо 0,2-0,8 0,5 - 2,7 0,2 - 0,9 2,4 - 4,2 0,005 - 0,030,1-1,0 0,2 - 1,0 Остальное