Высокопрочный чугун

(22) Заявлено 01. 10. 80 (2 ) 2988981/22-02 1)М. Кл С 22 С 37/1 23)Приорит еударстюей квинтет СССР в делам наебретеннй н открытий(53) УДК 669.15- - 196.018.2 (0888)бюллетень рй опубликовани нсання 09 .-и М,.А. БудагьянцН,Н,рсного Знатт металлов мени научно краинский ордена Трудового исследовательский инс) ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН с присоединением заявки Изобретение относится к металлур- гии, в частности к производству чугуна с шаровидным графитом, обладающего высокой твердостью и термостойкостью в литом состояниии предназначейо для использования при изготовлении валков ф горячей прокатки.Известен чугун 1 1 для отливки прокатных валков следующего химического состава, вес.3:Углерод . 3,3-35Кремний 2,0" 2,2Марганец О, -0,6Хром О, 2- 0,6Никель 3,0-3,8Молибден 0 3-05Магний 0,03-0,06Железо ОстальноеОсновным недостатком этого чугуна является невысокий уровень его термостойкости (150-200 термоцм клов) из-за наличия в структуре рабочего слоя валков грубого конгломерата .фаэ - эвтектйческих карбидов (25-30) и перлита, а также значительного количест ва крупных включений графита неправильной шаровидной формы; Поэтому впроцессе эксплуатации валки из такого чугуна часто выходят иэ строя иэ"за выкрашивания рабочего слоя.Известен также чугун 21 следующего химического состава, вес.3:Углерод 2,2-3,4Кремний 1,5-3,5Марганец 3,5"6,0Хром 0.,05-0,25 Медь 0 5-2 5Магний 0,03-0,12Железо ОстальноеНизкий уровень его термической стойкости (15-20 термоциклов) обусловлен наличием в структуре отливок мартенсита и карбидов, расположенных по границам зерен, Поэтому, несмотря на достаточный уровень прочности (550-580 МРа) и твердости (350 НВ), рн не может быть использован для отливки валков горячей прокатки.926058 1введением в чугун 0,3-0,53 молибдена, о-3,54 никеля и 1,6-2,5 меди призаданном содержании элементов-графитизаторов.Состав предлагаемого чугуна сбалансирован таким образом, что присуммарном содержании элементов-графитизаторов (меди, никеля и кремния),находящемся в пределах от 6,0 до1 О 6,9 (см. табл. 1), не происходит обеднение твердого раствора углеродом и .выделение структурно свободного цементита, значительно снижающего термОстойкость чугуна, При этом количество графита в чугуне не превышает0,5-0,8 вес.Ф и является оптимальнымдля достижения высокого уровня еготермической стойкости (см. табл, 2). а) В тех случаях, когда содержание гра 20 фитизирующих элементов превышает оптимальное (более 6,9) структура чугуна состоит из верхнего бейнита ибольшого количества графита, а твердость, термостойкость чугуна снижают 3Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаем му результату является чугун следую щего химического состава, вес,3:Углерод 3,4-3,7Кремний 2,4-2,8Марганец 0,8-1,2Никель 1,2-1,5. Хром 0,35-0,8Молибден 0,6-1, 1Магний 0,03-0,1Медь 0,3 0,9Церий 0,001-0,01Железо ОстальноеВ качестве примесей чугун содержит, вес.4: сера до 0,03, фосфор до 0,1.В литом состоянии он обладает вы соким уровнем прочности (710-715 МР и вязкости (150-300 кДж/м )3Однако этот чугун также не может быть использован для отливки валков так как имеет низкую твердость ( 260 280 НВ) и термостойкость (140-160 т моциклов ) из-за наличия в структуре 25 отливок сечением более 200 мм до 50 среднепластинчатого перлита и феррита, расположенного вокруг глобулей графита.Цель изобретения - повышение твер- ЗО рости и термостойкости чугунаПоставленная цель достигается тем, что чугун, содержащий углеродкремний, марганец, никель, хром, молибден, магний, медь, церий и железо, имеет следующее соотношение компонентов, вес.Ф:Углерод 2,2-2,4Кремний 1,2-1, 8Марганец 0,1-.0,340Никель 3,0-3,5Хром 0,1" 0,3Молибден 0,3-05Магний 0,03-0,05Медь 1,6-2,545Церий 0,01-0, 02Железо Остальное При этом сумма элементов - графитизаторов кремния, никеля, меди равна 6,0-6,950 Технология выплавки предлагаемого чугуна не изменяется по сравнению с используемой для известного сплава.Значительное повышение твердости и термостойкости предлагаемого сплава достигается за счет формирования бейнитографитной структуры по всему сечению отливки и обеспечивается ся, Пониженное же содержание этих элементов (менее 6,0) также приводит к ухудшению всех характеристик чугуна, что объясняется выделением по границам зерен цементитной сетки.Достаточная степень обогащения исходного аустенита предлагаемого чугуна углеродом (при прочих равных условиях) понижает температуру начала бейнитного превращения и позволяет значительно повысить твердость чугуна (см.табл. 2, составы 3-6), не снижая уровень его термостойкости. Это обусловлено тем, что увеличение содержания углерода в аустените приводит к формированию нижнего бейнита с большим количеством бейнитных карбидов, которые в отличие от карбидной фазы верхнего бейнита не выделяются по границам зерен и не имеют ориентационного соотношения с ферритными пластинами.Предлагаемый чугун имеет пониженное (по сравнению с известным) содержание углерода, что позволяет обеспе" чить однородность структуры металла по сечению отливки и дает возможность изготовления из него валков с глубокими ручьями, Износ таких валков впроцессе эксплуатации остается равномерным, а количество переточек уменьшается, При введении в сплав менее 2,2 углерода в металлической основе чугуна появляются участки перлита и верхнего бейнита, а его твердость и термостойкость понижаются, Введение92605 5же в чугун более 2,М углерода приводит к выделению вторичного цементитапо границам зерен и ухудшению всеххарактеристик. Этому также способст- "вует и уменьшение содержания кремнияменее 1,23. Увеличение же его концентрации более 1,8 интенсифицируетпроцесс графитообразования. Количество графита возрастает более 14, а чугун характеризуется пониженным уровнем 0твердости и термостойкости,Наличие в чу гуне молибдена и ни келя, стабилизирующих аустенит, повышает твердость, прочность и термостой-,кость чугуна. При содержании их в чугуне менее 0, 3 и 3, 04, соответственно,формирование бейнитной основы затруд-нено. Увеличение содержания никеляболее 3,5 приводит к появлению участков мартенсита и остаточного аусте" щнита и снижению уровня прочностныххарактеристик чугуна и термостойкости. Повышение же содержания молибденаболее 0,5 Г существенного влияния насвойства данного чугуна не оказывает ри является экономически нецелесообразным,За счет введения в чугун меди вколичестве 1,6-2,5 на 25-0 С понижается критическая точка А ,что позволяет уменьшить количество молибдена и никеля, необходимое для стабильного получения бейнитной структуры,и снижает стоимость валков. Кроме это"го, медь влияет на уменьшение включений фосфидной эвтектики и уменьшаетколичество дисперсных карбидов молибдена типа МоС и Мо,)С, связанных с эвтектикой и содержащих до 70-764 молибдена, Поэтому введение в чугун медив количестве 1,6-2,53 повышает содержание молибдена в металлической матрице и способствует получению бейнитной структуры в более широком интерЭвале концентраций легирующих элементов. Медь также положительно влияетна обрабатываемост.ь чугуна, несмотряна высокий уровень его твердости. Привведении меди менее 1,6 в структуречугуна появляется цементитная сетка.Прочностные свойства и термостойкостьчугуна при этом снижаются. Увеличениесодержания меди в низкоуглеродистомчугуне более 2,54 также понижает прочностные характеристики и уровень тер 55мической стойкости, так как наблюдается ухудшение ирмы графита и выделение меди в структурно свободном состоянии,8 6Влияние марганца и хрома сказывается при содержании их в чугуне не менее 0,14. За счет введения в чугун0,1-0,3 марганца и хрома повышаетсятвердость чугуна, его прочность и термостойкость, Растворяясь в феррите иувеличивая устойчивость карбидов бейнита, эти элементы упрочняют матрицу. Однако, при введении хрома и марганца в количестве, превышающем 0,3,не обеспечивается оптимальное соотношение графитизирующих и карбидооб"разующих элементо , что приводит квыделению эвтектических и вторичныхкарбидов по границам зерен и снижаетмеханические свойства чугуна,Для получения шаровидного графитав чугун вводят церий и магний. В чугуне с 0,03-0,053 магния церий в количестве 0,01-0,02 является графитизи.рующим модификатором и одновременно,рафинирует расплав. При введении вчугун не менее 0,03 магния и 0,013церия нарушение формы шаровидногографита и появление пластинчатыхвключений (характерное для чугунов.с содержанием меди более 2 г,) не наблюдается. Магний и церий, введен"ные в чугун в количествах, превышающих оптимальные, повышают устойчи"вость структурно свободного цементита, ухудшают форму и характер распределения неметаллических включенийи не оказывают положительного влиянияна свойства чугуна,Для определения механическихсвойств р, Я, а НВ) и термо"стойкости чугуна по данному изобретению приготавливают 7 составов предлагаемого чугуна. и 2 сплава, имеющих известный состав (см. табл. 1). Каждый состав приготавливают путем выплавки в 200 кг индукционной печи. В качестве шихтовых материалов ис" пользуют стальной лом, чугун ЛК,РеМ(153), ЕеСт (723), никель, гранулированный, медь электролизную, РеМо (604), Ге 51 754 , никель-магниевую лигатуру (174 Мц), ГеСе Ь 53).Как показали данные проведенных испытаний, чугун по данному изобретению в литом состоянии (диаметр отливки 250 мм, сухая песчаная форма) имеет следующие показатели: о 725- 735 МРа; Ь870-885 МРа; а300- 320 кДж/м, твердост 388-397 НВ, термостойкост ь 1192-1 520 ци клов (см. табл. 21.У 926058 .8.Механические свойства исследован- печивает в среднем повышение твердосных чугунов в литом состоянии приве- ти в 1,4 раза, термостойкости прокатдены в табл. 2, . . йых валков в 10 раз.Механические свойства определяютпо стандартным методикам. Испытания 5 Кроме тогоу прокатные валки из на термостойкость производят на уста- предлагаемого чугуна обеспечивают боновке для термоциклирования нагревом лее высокую производительность прообраэцов до 600 фС и последующим ох- катных станов, повышается выход годлаждением водой до 20 фС, что отража- ного более высоких сортов, сокращаетет условия нагрева и охлаждения вал- о ся расход металла при производстве ков на станах горячей прокатки в про- металлопроката, сокращается объем рацессе их эксплуатации. бот, связанный с заменой изношенныхКак видно из данных, предлагаемый валков новыми, повышается ритмичность чугун по сравнению с известным обес- и культура производства.щЭз Фо Фо 33 Ъ СЧ 1 ф 3е1ф л й . в О ЪО 33 Ъ о о Эь Ю о о МЪ О (Ъ Ю Ф СЧ СЧй 3 СЪ о о Ф Ф о о 3 СфЪ Фо о СЧ ее . а о о 33 Ъ сч о ЮЬ СщЪ СщЪ СЧ СфЪ Ф В о оФФ СфЪ1 Ю СЧ СЧ О РфЪФ фЬ о. о926058 12 Таблица 2 ТвердостьНВ Составы чугунов Термостой" .кость количествоциклов анкДж/м Извест-ный 710 870 280 715 852 260 280 141 280 159 Предлагаемый 0,03-0,05 1,6-2,5 0,01-0,02 Остальное отли чаюсумма кремния, 6,0-6,9,МагнийМедьЦерийЖелезо2. Чугун по и. 1, щ и й с я тем, что никеля и меди равна Составитель Г, Дудик Ревактор В. Бобков Техрев Ж Кастелевич КорректоЕ М Коста Заказ 2893/11 Тираж о 57 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11)ОЯ Москва, Ж"Я Раушская наб., а. 4 Д филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с3 735 885 310 4 727 88 о 3 оо 5 731 870 320 6 725 874 300 7 690 786 210 8 705 795 190 9. 700 781 170,Формула изобретения1. Высокопрочный чугун, содержащий углерод, кремний, марганЕц, ни , кель, хром, молибден, магний, медь, церий и железо, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения твердости и термостойкости, он содержит компоненты в следующем соотношении, 40 вес.:Углерод 2,2-2,4Кремний 1,2-1,8Марганец 0,1-0,3Никель 3,0" 35 45 Хром 0,1-0,3Молибден 03-05 388 1520 388 1500 397 1497 397 1492 380 1120 363 1230 341 1180 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. ТУ 14-2-158-74,2. Авторское свидетельство СССРИ 487158, кл. С 22 С 37/ОО 1974.3. Авторское свидетельство СССРИ 375315, кл. С 22 С 37/00, 1970.