RU2697134C1 - Cast iron and method for its production - Google Patents
Cast iron and method for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697134C1 RU2697134C1 RU2018143714A RU2018143714A RU2697134C1 RU 2697134 C1 RU2697134 C1 RU 2697134C1 RU 2018143714 A RU2018143714 A RU 2018143714A RU 2018143714 A RU2018143714 A RU 2018143714A RU 2697134 C1 RU2697134 C1 RU 2697134C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- cast iron
- melt
- silicon
- manganese
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
- C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
- C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C37/00—Cast-iron alloys
- C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к области металлургии, в частности к составам и способам производства высокопрочных чугунов с шаровидным графитом, и могут быть использованы при производстве литых изделий, отличающихся высокими механическими свойствами, в том числе при динамическом нагружении, например валков прокатных станов. В современных условиях прокатного производства повышаются требования к качеству поверхности прокатной продукции и, соответственно, качеству прокатных валков. Индефинитные валки, работающие в чистовых клетях листопрокатных станов, должны обладать высокой износостойкостью и устойчивостью к образованию поверхностных микротрещин. Свойства рабочего слоя индефинитных валков определяются структурой индефинитного чугуна. Повысить свойства индефинитного чугуна можно посредством оптимизации его химического состава и структуры.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to compositions and methods for the production of high-strength cast iron with spherical graphite, and can be used in the manufacture of cast products with high mechanical properties, including dynamic loading, such as rolls of rolling mills. In modern conditions of rolling production, the requirements for the surface quality of rolling products and, accordingly, the quality of rolling rolls are increasing. Indefinite rolls working in finishing stands of sheet rolling mills should have high wear resistance and resistance to the formation of surface microcracks. The properties of the working layer of indefinite rolls are determined by the structure of indefinite cast iron. The properties of indefinite cast iron can be improved by optimizing its chemical composition and structure.
Из описания к RU 2403303 [1] известен сплав, который может быть использован для изготовления прокатных валков. Сплав содержит, мас. %: углерод 3,0-5,0; кремний 0,8-1,2; марганец 1,6-2,0; хром 22,0-24,0; никель 42,0-44,0; кобальт 21,2-25,2; железо 3,0-5,0. Недостатками известного сплава являются относительно высокая стоимость, обусловленная высоким содержанием дорогостоящих металлов (хром, никель, кобальт) и недостаточно высокие механические и эксплуатационные характеристики.From the description of RU 2403303 [1], an alloy is known that can be used for the manufacture of rolling rolls. The alloy contains, by weight. %: carbon 3.0-5.0; silicon 0.8-1.2; manganese 1.6-2.0; chrome 22.0-24.0; nickel 42.0-44.0; cobalt 21.2-25.2; iron 3.0-5.0. The disadvantages of the known alloy are the relatively high cost due to the high content of expensive metals (chromium, nickel, cobalt) and insufficiently high mechanical and operational characteristics.
Из описания к RU 2153536 [2] известен состав износостойкого чугуна для получения различных литых заготовок деталей, работающих в условиях повышенного износа, а именно двухслойные с рабочим износостойким слоем валки, прокатные станы, дробильное оборудование, строительной (дробилки) и пищевой промышленности, мукомольной, пивоваренной (мельница для размола солода). Чугун содержит компоненты при следующем соотношении мас. %: углерод 3,0-3,3; кремний 0,3-0,6; марганец 0,3-0,6; фосфор 0,3-0,8; ванадий 0,1-0,4; железо и примеси остальное, при этом отношение содержания ванадия к содержанию фосфора составляет 0,3-0,5. Чугун в качестве примесей содержит никель и хром до 0,4% каждого и серу до 0,02%. Недостатками известного сплава являются недостаточно высокие механические характеристики сплава - предел прочности на растяжение (временного сопротивления), предел прочности на изгиб и ударная вязкость рабочего слоя, не позволяющие достигать обусловленные этим увеличение производительности и эксплуатационной надежности валков чистовой группы станов горячей прокатки.From the description of RU 2153536 [2], the composition of wear-resistant cast iron is known for producing various cast billets of parts operating under conditions of increased wear, namely double-layer rolls with a working wear-resistant layer, rolling mills, crushing equipment, construction (crushers) and the food industry, flour milling, brewing (mill for grinding malt). Cast iron contains components in the following ratio by weight. %: carbon 3.0-3.3; silicon 0.3-0.6; manganese 0.3-0.6; phosphorus 0.3-0.8; vanadium 0.1-0.4; iron and impurities are the rest, while the ratio of the content of vanadium to the content of phosphorus is 0.3-0.5. Cast iron as impurities contains nickel and chromium up to 0.4% each and sulfur up to 0.02%. The disadvantages of the known alloy are the insufficiently high mechanical characteristics of the alloy — tensile strength (temporary resistance), flexural strength and impact strength of the working layer, which do not allow to achieve the resulting increase in productivity and operational reliability of the rolls of the finishing group of hot rolling mills.
Близким к заявляемому по перечню содержащихся в его составе химических элементов является хромистый чугун, известный из описания к RU 2462527 [3]. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,6-4,0; кремний 1,0-1,2; марганец 0,2-0,3; хром 18,0-20,0; никель 0,3-0,5; ниобий 0,3-0,5; цирконий 0,3-0,5; бор 0,9-1,1; теллур 0,002-0,003; железо - остальное. Недостатками известного сплава являются недостаточно высокая износостойкость, обусловленная используемой технологией его получения и относительно высокая стоимость, обусловленная использованием дорогостоящих компонентов, а также недостаточно высокие механические характеристики сплава - предел прочности на растяжение (временного сопротивления), предел прочности на изгиб и ударная вязкость рабочего слоя, не позволяющие достигать обусловленные этим увеличение производительности и эксплуатационной надежности валков чистовой группы станов горячей прокатки.Close to the claimed according to the list of chemical elements contained in it is chromium cast iron, known from the description to RU 2462527 [3]. Cast iron contains, by weight. %: carbon 3.6-4.0; silicon 1.0-1.2; manganese 0.2-0.3; chrome 18.0-20.0; nickel 0.3-0.5; niobium 0.3-0.5; zirconium 0.3-0.5; boron 0.9-1.1; tellurium 0.002-0.003; iron is the rest. The disadvantages of the known alloy are insufficiently high wear resistance due to the technology used to obtain it and relatively high cost due to the use of expensive components, as well as insufficiently high mechanical characteristics of the alloy — tensile strength (temporary resistance), flexural strength and impact strength of the working layer, not allowing to achieve the resulting increase in productivity and operational reliability of the finishing mill rolls hot rolling mills.
Наиболее близким к заявляемому по перечню содержащихся в его составе химических элементов и их содержанию в сплаве является известный из описания к RU 2306354 [4] чугун, который может быть использован для изготовления требующих большой износостойкости деталей песковых насосов, струйных и шаровых мельниц. Чугун содержит, мас. %: углерод 3,0-3,8; кремний 0,8-1,2; марганец 1,5-2,5; хром 15,0-20,0; никель 1,0-2,0; ниобий 2,0-3,0; цирконий 0,05-0,1; бор 0,1-0,2; теллур 0,005-0,01; железо - остальное.Closest to the claimed according to the list of chemical elements contained in its composition and their content in the alloy is cast iron, known from the description to RU 2306354 [4], which can be used for the manufacture of sand pumps, jet and ball mills requiring high wear resistance. Cast iron contains, by weight. %: carbon 3.0-3.8; silicon 0.8-1.2; manganese 1.5-2.5; chrome 15.0-20.0; nickel 1.0-2.0; niobium 2.0-3.0; zirconium 0.05-0.1; boron 0.1-0.2; tellurium 0.005-0.01; iron is the rest.
Недостатками известного сплава, которые обусловлены не только его составом, но и способом получения, являются недостаточно высокие механические характеристики сплава - предел прочности на растяжение (временного сопротивления), предел прочности на изгиб и ударная вязкость рабочего слоя, не позволяющие достигать обусловленные этим увеличение производительности и эксплуатационной надежности валков чистовой группы станов горячей прокатки. Кроме того сплав имеет относительно высокую стоимость, обусловленную использованием дорогостоящих компонентов.The disadvantages of the known alloy, which are caused not only by its composition, but also by the production method, are the insufficiently high mechanical characteristics of the alloy — tensile strength (temporary resistance), flexural strength and impact strength of the working layer, which do not allow achieving an increase in productivity and operational reliability of the rolls of the finishing group of hot rolling mills. In addition, the alloy has a relatively high cost due to the use of expensive components.
Известен способ производства графитизированного передельного чугуна литейного класса, который включает ввод в жидкий чугун ферросилиция перед и в процессе разливки в чушки, при этом удельный расход ферросилиция на тонну чугуна устанавливают в зависимости от содержания кремния и марганца в чугуне. Причем 55-65% от общего расхода ферросилиция вводят в чугун перед началом разливки, а оставшуюся часть - после разливки 40-50% чугуна, заканчивая за 10-15 минут до окончания разливки (RU 2093586 [5]). Недостатками известного сплава являются недостаточно высокие механические свойства, обусловленные как используемой технологией его получения так и количеством некоторых введенных в состав компонентов.A known method for the production of graphitized pig iron of a foundry class, which includes introducing ferrosilicon into liquid cast iron before and during casting, the specific consumption of ferrosilicon per ton of cast iron is set depending on the silicon and manganese content in the cast iron. Moreover, 55-65% of the total consumption of ferrosilicon is introduced into cast iron before casting, and the remaining part after casting 40-50% of cast iron, ending 10-15 minutes before the end of casting (RU 2093586 [5]). The disadvantages of the known alloy are insufficiently high mechanical properties due to both the technology used to obtain it and the amount of some components introduced into the composition.
Известен способ получения и обработки легированного литейного материала для рабочей части валков, содержащего элементы углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, ванадий, при необходимости другие элементы V группы Периодической системы, алюминий, остальное железо (RU 2221071 [6]). Способ характеризуются тем, что получают расплав со следующим химическим составом, мас. %:A known method of obtaining and processing alloyed casting material for the working part of the rolls containing elements of carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, vanadium, if necessary, other elements of the V group of the Periodic system, aluminum, the rest is iron (RU 2221071 [6]). The method is characterized in that they obtain a melt with the following chemical composition, wt. %:
Добавляют более 0,5 мас. % ванадия в количестве до 5,9 мас. %, растворяют в нем и регулируют состав расплава путем легирования за счет установления концентраций углерода и кремния в присутствии никеля и сумму активностей карбидообразующих элементов с возможностью образования при его затвердевании микроструктуры после чего расплав заливают в форму, преимущественно в кокиль для центробежного литья, и дают затвердеть с образованием отливки рабочего тела валка.Add more than 0.5 wt. % vanadium in an amount of up to 5.9 wt. %, it is dissolved in it and the melt composition is controlled by alloying by establishing carbon and silicon concentrations in the presence of nickel and the sum of the activities of carbide-forming elements with the possibility of forming a microstructure when it solidifies, after which the melt is poured into a mold, mainly in a centrifugal casting mold, and allowed to solidify with the formation of the casting of the working fluid of the roll.
Недостатками известного способа являются недостаточно высокие механические свойства, обусловленные как используемой технологией его получения, так и количеством некоторых введенных в состав компонентов. Кроме того, использование известного способа для получения предлагаемого состава сплава не обеспечит достижение желаемых эксплуатационных характеристик сплава.The disadvantages of this method are not sufficiently high mechanical properties due to both the technology used to obtain it and the amount of some components introduced into the composition. In addition, the use of the known method to obtain the proposed alloy composition does not ensure the achievement of the desired performance characteristics of the alloy.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности составляющих его операций и последовательности их выполнения является известный из RU 2109837 [7] способ получения сплава на основе системы железо-углерод, обладающим повышенной твердостью и износостойкостью и применяемым для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных ударных нагрузок и абразивного износа, например помольных шаров.Closest to the claimed in the aggregate of its constituent operations and the sequence of their execution is the method known from RU 2109837 [7] for producing an alloy based on the iron-carbon system, which has increased hardness and wear resistance and is used for the manufacture of parts operating under conditions of increased shock loads and abrasive wear, such as grinding balls.
Способ включает выплавку в плавильном агрегате базового расплава, содержащего железо, углерод, кремний, марганец, хром, внепечную обработку, включающую сфероидизирующее модифицирование в ковше магнийсодержащим материалов и заливку литейные формы. При этом в расплав дополнительно вводят алюминий, молибден и титан, модифицирование в ковше производят при расходе магния 0,007-0,2 мас. % и температуре модифицирования 1380-1480°С и дополнительно проводят микролегирование расплава в ковше или на желобе редкоземельными элементами (РЗМ) при их расходе 0,02-0,3 мас. % для стабилизации и измельчения эвтектического зерна, а после извлечения отливки проводят ее термическое упрочнение. Недостатками известного способа являются недостаточно высокие механические свойства, обусловленные как используемой технологией его получения так и количеством некоторых введенных в состав компонентов. Кроме того, использование известного способа для получения предлагаемого состава сплава не обеспечит достижение желаемых эксплуатационных характеристик сплава.The method includes smelting in a smelting unit of a base melt containing iron, carbon, silicon, manganese, chromium, out-of-furnace treatment, including spheroidizing modification of magnesium-containing materials in the ladle and casting molds. In this case, aluminum, molybdenum and titanium are additionally introduced into the melt, modification in the ladle is carried out at a flow rate of magnesium of 0.007-0.2 wt. % and a modification temperature of 1380-1480 ° C and additionally carry out the microalloying of the melt in the ladle or on the trough with rare-earth elements (REM) at a flow rate of 0.02-0.3 wt. % to stabilize and grind the eutectic grain, and after removing the casting carry out its thermal hardening. The disadvantages of this method are not sufficiently high mechanical properties due to both the technology used to obtain it and the amount of some components introduced into the composition. In addition, the use of the known method to obtain the proposed alloy composition does not ensure the achievement of the desired performance characteristics of the alloy.
Заявляемая группа изобретений направлена на повышение предела прочности на растяжение (временного сопротивления), предела прочности на изгиб и ударной вязкости чугуна, используемого для изготовления рабочего слоя валков.The claimed group of inventions is aimed at increasing the tensile strength (temporary resistance), tensile strength in bending and impact strength of cast iron used for the manufacture of the working layer of the rolls.
Для заявленного чугуна указанный результат достигается тем, что он содержит перечисленные ниже химические элементы при следующем соотношении компонентов (масс. %):For the claimed cast iron, this result is achieved in that it contains the following chemical elements in the following ratio of components (wt.%):
Для заявленного способа получения чугуна указанный результат достигается тем, что способ предусматривает выплавку в плавильном агрегате базового расплава, содержащего железо, углерод, кремний, марганец, хром и внепечную обработку, включающую сфероидизирующее модифицирование в ковше и литье в литейные формы. Для этого базовый расплав получают со следующим содержанием компонентов (масс. %):For the inventive method for producing cast iron, this result is achieved by the fact that the method provides for the smelting of a base melt containing iron, carbon, silicon, manganese, chromium and out-of-furnace treatment, including spheroidizing modification in a ladle and casting in a mold. For this, the base melt is obtained with the following content of components (wt.%):
При этом подбирают состав шихты так, чтобы обеспечивать температуру солидус сплава 1120-1128°С, нагревают шихту до температуры 1480-1500°С, выдерживают при ней в течение 30 минут и осуществляют выпуск в ковш, осуществляя модифицирование ферробором на желобе при выпуске из печи из расчета получения в готовом сплаве 0,02-0,08%., модифицирование в ковше теллуром в количестве 2-10 г/т расплава и при заливке в форму модифицирование ферросилицием ФС65 фракции 0,5-2,0 мм в количестве 1,0-3,0 кг/т заливаемого расплава.At the same time, the composition of the charge is selected so as to ensure the solidus temperature of the alloy 1120-1128 ° С, the mixture is heated to a temperature of 1480-1500 ° С, maintained at this temperature for 30 minutes and is discharged into the bucket, modified by ferroboron on the chute when discharged from the furnace from the calculation of obtaining in the finished alloy 0.02-0.08%., modification in the ladle with tellurium in the amount of 2-10 g / t of melt and when pouring into the mold, modification with FS65 ferrosilicon fraction 0.5-2.0 mm in the amount of 1, 0-3.0 kg / t of molten melt.
Отличительной особенностью заявляемого сплава для рабочего слоя двухслойного прокатного валка является приведенное в формуле изобретения соотношение компонентов. Повышение механических свойств чугуна достигается за счет комплексного влияния компонентов, входящих в его состав. Кремний и марганец вводятся как легирующие добавки. Причем при содержании кремния менее 0,80 мас. % и марганца менее 0,60 мас. % их упрочняющие свойства незначительны по сравнению с другими легирующими элементами, а при их содержании более 1,5 мас. % снижается вязкость сплава. Применение хрома в качестве легирующего элемента повышает прочность, твердость, износостойкость, жаростойкость и коррозионную стойкость чугуна, сохраняет прочность матрицы при циклических нагревах-охлаждениях. Эти свойства наилучшим образом проявляются при содержании хрома в металле в количестве 0,8-2,0 мас. %. Дальнейшее увеличение содержания хрома приводит к снижению теплостойкости и пластичности. Указанное содержания никеля в составе предложенного чугуна позволяет получать его металлическую основу мартенситной, в результате чего повышается прочность, твердость и износостойкость чугуна.A distinctive feature of the inventive alloy for the working layer of a two-layer rolling roll is the ratio of components given in the claims. Improving the mechanical properties of cast iron is achieved due to the complex effect of the components that make up its composition. Silicon and manganese are introduced as alloying agents. Moreover, with a silicon content of less than 0.80 wt. % and manganese less than 0.60 wt. % of their hardening properties are negligible compared to other alloying elements, and when their content is more than 1.5 wt. % decreases the viscosity of the alloy. The use of chromium as an alloying element increases the strength, hardness, wear resistance, heat resistance and corrosion resistance of cast iron, maintains the strength of the matrix during cyclic heating-cooling. These properties are best manifested when the chromium content in the metal in an amount of 0.8-2.0 wt. % A further increase in the chromium content leads to a decrease in heat resistance and ductility. The specified Nickel content in the composition of the proposed cast iron allows to obtain its martensitic metal base, resulting in increased strength, hardness and wear resistance of cast iron.
Добавка в состав предложенного чугуна никеля менее 3,5% не обеспечивает достижения достаточной концентрации никеля в аустените, что способствует частичному распаду аустенита при охлаждении в троостит, в результате чего снижается прочность, твердость и требуемые механические свойства чугуна. Увеличение содержания никеля свыше 5% способствует повышению доли остаточного аустенита в металлической основе чугуна, что приводит к снижению трещиноустойчивости, твердости и износостойкости чугуна.The addition of less than 3.5% nickel to the composition of the proposed cast iron does not ensure that a sufficient concentration of nickel in austenite is achieved, which contributes to the partial decomposition of austenite upon cooling into troostite, as a result of which the strength, hardness and required mechanical properties of cast iron are reduced. An increase in nickel content in excess of 5% contributes to an increase in the fraction of residual austenite in the metal base of cast iron, which leads to a decrease in crack resistance, hardness and wear resistance of cast iron.
Введение ниобия в состав чугуна по изобретению способствует измельчению зерна металлической основы и образованию мелкодисперсных тугоплавких карбидов типа МС, обладающих высокой твердостью. Легирование ниобием способствует повышению износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости чугуна и улучшает механические свойства чугуна. Содержание ниобия менее 0,1% не обеспечивает эффективного измельчения зерна металлической основы и образования необходимого количества тугоплавких карбидов ниобия. Увеличение количества ниобия свыше 2,0% не способствует существенному повышению износостойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости чугуна, при этом повышается себестоимость изготовления изделий.The introduction of niobium in the composition of cast iron according to the invention contributes to the grinding of grain of the metal base and the formation of fine refractory carbides of the MS type, which have high hardness. Alloying with niobium increases the wear resistance, heat resistance, corrosion resistance of cast iron and improves the mechanical properties of cast iron. A niobium content of less than 0.1% does not provide effective grinding of the grain of the metal base and the formation of the required amount of refractory niobium carbides. The increase in the amount of niobium in excess of 2.0% does not contribute to a significant increase in wear resistance, heat resistance and corrosion resistance of cast iron, while the cost of manufacturing products increases.
Введение в состав предложенного чугуна бора позволяет обеспечить образование центров зарождения шаровидного графита, способствует формированию мелкодисперсных карбидов. Введение бора менее 0,02% не обеспечивает образования центров зарождения шаровидного графита и формирования мелкодисперсных карбидов, что снижает механические свойства чугуна; повышение содержания бора свыше 0,08% увеличивает количество крупных эвтектических карбидов, что также снижает механические свойства чугуна.The introduction of boron cast iron into the composition allows the formation of spherical graphite nucleation centers and contributes to the formation of finely dispersed carbides. The introduction of boron of less than 0.02% does not provide the formation of centers of nucleation of spherical graphite and the formation of finely dispersed carbides, which reduces the mechanical properties of cast iron; an increase in boron content in excess of 0.08% increases the amount of large eutectic carbides, which also reduces the mechanical properties of cast iron.
Введение теллура в состав сплава позволяет обеспечить создание адсорбционного слоя вокруг центров зарождения графита, который, в свою очередь, обеспечивает формирование мелкодисперсных включений графита шаровидной формы. При этом при содержании теллура менее 0,0002% не обеспечивается условие модифицирования и включения графита образуются неправильной формы, а превышение содержания в 0,001% приводит к проявлению сильного карбидообразующего влияния теллура и формированию крупных эвтектических карбидов, снижающих механические свойства чугуна.The introduction of tellurium into the composition of the alloy allows the creation of an adsorption layer around the centers of graphite nucleation, which, in turn, ensures the formation of finely dispersed spherical graphite inclusions. Moreover, when the tellurium content is less than 0.0002%, the condition for the modification and inclusion of graphite is not provided, irregular shapes are formed, and an excess of 0.001% leads to the strong carbide-forming effect of tellurium and the formation of large eutectic carbides that reduce the mechanical properties of cast iron.
Для определения оптимального соотношения компонентов, обеспечивающих достижение заявленного результата, были проведены соответствующие эксперименты по выплавке чугунов с вариациями по химическому составу. Из полученных сплавов изготавливались рабочие слои валков и исследовались их механические свойства и эксплуатационные характеристики. С целью изучения влияния химического состава на структуру и твердость рабочего слоя центробежнолитых индефинитных валков была выполнена нейросетевая обработка полученной базы данных. В результате обработки получена нейромодель, прогнозирующая свойства с относительной погрешностью до 10%. Влияние каждого элемента исследовано при постоянных концентрациях остальных элементов. В конечном итоге по результатам обработки подобран оптимальный состав чугуна.To determine the optimal ratio of components that ensure the achievement of the stated result, the corresponding experiments were conducted on smelting cast irons with variations in chemical composition. The working layers of the rolls were made from the obtained alloys and their mechanical properties and operational characteristics were investigated. In order to study the effect of chemical composition on the structure and hardness of the working layer of centrifugally cast indefinite rolls, a neural network processing of the obtained database was performed. As a result of processing, a neuromodel was obtained that predicts properties with a relative error of up to 10%. The effect of each element was studied at constant concentrations of the remaining elements. Ultimately, the optimal composition of cast iron is selected according to the results of processing.
Предложенный состав чугуна обеспечивает в литом состоянии получение мелкозернистой структуры металлической основы и карбидной фазы при небольшом количестве остаточного аустенита и оптимального количества шаровидного графита, которое достигается за счет того, что сплав получают предлагаемым способом. В результате повышается предел прочности на растяжение, предел прочности на изгиб и ударная вязкость чугуна в условиях ударно-абразивного изнашивания и сохраняются высокие показатели литейных свойств.The proposed composition of cast iron provides in the molten state obtaining a fine-grained structure of the metal base and the carbide phase with a small amount of residual austenite and the optimal amount of spherical graphite, which is achieved due to the fact that the alloy is obtained by the proposed method. As a result, the tensile strength, bending strength and toughness of cast iron under conditions of impact-abrasive wear are increased and high casting properties are maintained.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются:Distinctive features of the proposed method are:
- получение базового расплава с содержанием компонентов, перечисленных в пункте 2 формулы изобретения;- obtaining a base melt containing the components listed in paragraph 2 of the claims;
- подбор состава шихты обеспечивающего температуру солидус сплава 1120-1128°С;- selection of the composition of the charge providing the temperature of the solidus alloy 1120-1128 ° C;
- шихту нагревают до температуры 1480-1500°С, выдерживают при ней в течение 30 минут;- the mixture is heated to a temperature of 1480-1500 ° C, kept with it for 30 minutes;
- производят выпуск в ковш, осуществляя модифицирование ферробором на желобе при выпуске из печи из расчета получения бора в готовом сплаве 0,02-0,08%;- produce the release in the bucket, carrying out the modification of ferroboron on the gutter when released from the furnace based on the receipt of boron in the finished alloy of 0.02-0.08%;
- проводят модифицирование в ковше теллуром в количестве 2-10 г/т расплава;- carry out the modification in the bucket tellurium in the amount of 2-10 g / t of melt;
- проводят модифицирование ферросилицием ФС65 фракции 0,5-2,0 мм в количестве 1,0-3,0 кг/т заливаемого расплава при заливке в формы.- carry out the modification of ferrosilicon FS65 fractions of 0.5-2.0 mm in an amount of 1.0-3.0 kg / t of molten melt when casting in the mold.
Получение базового расплава с содержанием компонентов, перечисленных в пункте 2 формулы изобретения, позволяет при последующей внепечной обработке, предусмотренной предлагаемым способом, обеспечить получение чугуна с шаровидным графитом для изготовления рабочего слоя центробежнолитого двухслойного прокатного валка, обладающего повышенными механическими свойствами - пределом прочности на растяжение, пределом прочности на изгиб и ударной вязкостью чугунаObtaining a base melt containing the components listed in paragraph 2 of the claims, allows for subsequent out-of-furnace processing provided by the proposed method, to obtain cast iron with spherical graphite for the manufacture of a working layer of a centrifugally cast two-layer rolling roll with increased mechanical properties - tensile strength, tensile bending strength and impact strength of cast iron
Подбор состава шихты, обеспечивающий температуру солидус сплава 1120-1128°С, так же влияет на повышение перечисленных механических свойств получаемого чугуна. Температура солидус чугуна в указанных пределах является необходимым условием для получения шаровидного графита.The selection of the composition of the mixture, ensuring the solidus temperature of the alloy 1120-1128 ° C, also affects the increase of the listed mechanical properties of the resulting cast iron. The solidus temperature of cast iron within the specified limits is a prerequisite for obtaining spherical graphite.
С целью получения шаровидного графита в чугуне по предлагаемому способу необходимо обеспечить условие для зарождения в расплаве вторичного графита, впоследствии подвергаемого модифицированию. Этим условием является температура солидус сплава 1120-1128°С.Указанный температурный интервал выбран эмпирическим путем.In order to obtain spherical graphite in cast iron by the proposed method, it is necessary to provide a condition for nucleation of secondary graphite in the melt, which is subsequently modified. This condition is the solidus temperature of the alloy 1120-1128 ° C. The indicated temperature range is chosen empirically.
Нагрев расплава до температуры 1480-1500°С и выдержка при ней в течение 30 минут необходимы для того, чтобы обеспечить равномерное распределение всех входящих в состав сплава компонентов по объему, поскольку локальная неоднородность элементов в расплаве может привести к неоднородному распределению структурных составляющих в готовой отливке, а значит и механических свойств чугуна, а это, в свою очередь, может отрицательно сказаться на эксплуатационных характеристиках валков.Heating the melt to a temperature of 1480-1500 ° C and holding it for 30 minutes is necessary in order to ensure a uniform distribution of all the components of the alloy in volume, since local heterogeneity of the elements in the melt can lead to an inhomogeneous distribution of structural components in the finished casting , and hence the mechanical properties of cast iron, and this, in turn, can adversely affect the operational characteristics of the rolls.
Осуществление модифицирования ферробором на желобе при выпуске из печи так же влияет на формирование шаровидного графита и карбидов получаемого чугуна. Бор в индефинитном чугуне образует различные соединения, одни из которых являются центрами зарождения графита шаровидной формы, другие способствуют формированию мелкодисперсных карбидов. Важно произвести обработку ферробором при выпуске из печи, до следующей стадии модифицирования, чтобы в чугуне образовалось необходимое количество центров графитизации и центров формирования карбидов.Carrying out the modification by ferroboron on the gutter when discharged from the furnace also affects the formation of spherical graphite and carbides of the resulting cast iron. Boron in indefinite cast iron forms various compounds, some of which are centers of spherical graphite nucleation, others contribute to the formation of finely dispersed carbides. It is important to perform ferroboron treatment upon discharge from the furnace, until the next stage of modification, so that the necessary number of graphitization centers and carbide formation centers are formed in cast iron.
При этом ферробор вводят из расчета получения бора в готовом сплаве 0,02-0,08%. Введение бора менее 0,02% не обеспечивает образования центров зарождения шаровидного графита и формирования мелкодисперсных карбидов, что снижает механические свойства чугуна; повышение содержания бора свыше 0,08% увеличивает количество крупных эвтектических карбидов, что также снижает механические свойства чугуна.In this case, ferroboron is introduced based on the preparation of boron in the finished alloy 0.02-0.08%. The introduction of boron of less than 0.02% does not provide the formation of centers of nucleation of spherical graphite and the formation of finely dispersed carbides, which reduces the mechanical properties of cast iron; an increase in boron content in excess of 0.08% increases the amount of large eutectic carbides, which also reduces the mechanical properties of cast iron.
Модифицирование в ковше теллуром в количестве 2-10 г/т расплава необходимо для того, чтобы теллур, как поверхностно-активный элемент, создавал адсорбционный слой вокруг центров зарождения графита, обеспечивающий формирование мелкодисперсных включений графита шаровидной формы. При содержании теллура менее 0,0002% не обеспечивается условие модифицирования и включения графита образуются неправильной формы, а превышение содержания в 0,001% приводит к проявлению сильного карбидообразующего влияния теллура и формированию крупных эвтектических карбидов, снижающих механические свойства чугуна. Модифицирование теллуром необходимо осуществлять только после формирования необходимого количества центров зарождения шаровидного графита (после обработки ферробором).Modification in the ladle with tellurium in the amount of 2-10 g / t of melt is necessary so that tellurium, as a surface-active element, creates an adsorption layer around the centers of graphite nucleation, which ensures the formation of finely dispersed spherical graphite inclusions. When the tellurium content is less than 0.0002%, the condition for the modification and inclusion of graphite is not provided, irregular shapes are formed, and an excess of 0.001% leads to the strong carbide-forming effect of tellurium and the formation of large eutectic carbides that reduce the mechanical properties of cast iron. Modification with tellurium should be carried out only after the formation of the required number of spherical graphite nucleation centers (after treatment with ferroboron).
Модифицирование рабочего слоя ферросилицием ФС65 фракции 0,5-2,0 мм в количестве 1,0-3,0 кг/т заливаемого расплава необходимо для дополнительной графитизации и обеспечения количества графита в рабочем слое валков 2-3%. Наиболее целесообразно использовать ФС65, т.к. при применении ФС75 происходит флотация кремния из-за меньшей плотности модификатора. Выбранная фракция ферросилиция наиболее подходит для модифицирования на струю при заливке в форму.Modification of the working layer with FS65 ferrosilicon of a fraction of 0.5-2.0 mm in an amount of 1.0-3.0 kg / t of molten melt is necessary for additional graphitization and to ensure the amount of graphite in the working layer of the rolls of 2-3%. It is most advisable to use FS65, because when FS75 is used, silicon flotation occurs due to a lower modifier density. The selected ferrosilicon fraction is most suitable for modification to a jet when casting into a mold.
Сущность заявляемых чугуна и способа его получения поясняется примерами реализации.The essence of the claimed cast iron and method for its production is illustrated by examples of implementation.
В самом общем случае предлагаемый способ получения чугуна реализуется следующим образом. В плавильный агрегат, в качестве которого может быть использована индукционная тигельная печь средней частоты, загружается шихта, содержащая лом стали, лом чугуна, возврат собственного производства, никель, феррохром, ферросилиций, ферромарганец, феррониобий, науглероживатель. Компоненты шихты загружаются в таком количестве, чтобы обеспечить содержание в получаемом базовом расплаве содержание углерода 2,8-3,6%, кремния 0,8-1,5%, марганца 0,6-1,5%, хрома 0,8-2,0%, никеля 3,5-5,0%, ниобия 0,1-2,0%. Лом стали в шихту вводится в количестве 68-80% для обеспечения температуры солидус сплава 1120-1128°. Контроль температуры солидус производится прибором термографического анализа Quik-Lab Е. Шихту расплавляют и выдерживают при температуре 1480-1500°С в течение 30 минут. При выпуске расплава из печи в ковш производится модифицирование ферробором на желобе из расчета получения бора в готовом сплаве в количестве 0,02-0,08%. В ковше осуществляется модифицирование теллуром в количестве 2-10 г/т расплава путем погружения навески в расплав с помощью штанги. При заливке расплава производится модифицирование ферросилицием марки ФС65 фракции 0,5-2,0 мм в количестве 1,0-3,0 кг/т заливаемого расплава. При непосредственном использовании расплава для изготовления рабочего слоя двухслойного прокатного валка, литье осуществляется центробежным способом. Из полученного чугуна предлагаемого состава, полученного предлагаемым способом изготавливались образцы для исследования его механических свойств. Определение предела прочности на растяжение (временного сопротивления) осуществлялось в соответствии с ГОСТ 1497 -84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение». Для экспериментов изготавливались образцы цилиндрической формы размером - тип 3 №6 по ГОСТ 1497-84 из темплетов, отобранных из тела валка. Испытания проводились с помощью разрывной испытательной машины марки МУП-50. Определение предела прочности на изгиб осуществлялось в соответствии с ГОСТ 14019-2003 «Металлы. Методы испытаний на изгиб» и ГОСТ 27208-87 «Отливки из чугуна. Методы механических испытаний». Для экспериментов изготавливались образцы прямоугольной формы размером 10×10×61 мм из темплетов, отобранных из тела валка. Испытания проводились с помощью универсальной испытательной машины марки МУП-50.In the most general case, the proposed method for producing cast iron is implemented as follows. A charge containing steel scrap, scrap iron, return of own production, nickel, ferrochrome, ferrosilicon, ferromanganese, ferroniobium, and carburizer is loaded into a melting unit, which can be used as an induction crucible furnace of medium frequency. The components of the charge are loaded in such an amount as to ensure that the content of the resulting base melt contains carbon 2.8-8.3.6%, silicon 0.8-1.5%, manganese 0.6-1.5%, chromium 0.8- 2.0%, nickel 3.5-5.0%, niobium 0.1-2.0%. The scrap steel is introduced into the charge in an amount of 68-80% to ensure the temperature of the solidus alloy 1120-1128 °. Solidus temperature is controlled by a Quik-Lab E. Thermographic analysis device. The mixture is melted and held at a temperature of 1480-1500 ° C for 30 minutes. When the melt is discharged from the furnace to the ladle, it is modified with ferroboron on the trench in the amount of 0.02-0.08% of boron in the finished alloy. In the bucket, tellurium is modified in the amount of 2-10 g / t of melt by immersing a sample in the melt using a rod. When pouring the melt, the FS65 grade ferrosilicon is modified with a fraction of 0.5-2.0 mm in an amount of 1.0-3.0 kg / t of molten melt. With direct use of the melt for the manufacture of the working layer of a two-layer rolling roll, casting is carried out by a centrifugal method. Samples for studying its mechanical properties were made from the obtained cast iron of the proposed composition obtained by the proposed method. Determination of tensile strength (temporary resistance) was carried out in accordance with GOST 1497 -84 “Metals. Tensile test methods. " For the experiments, samples of a cylindrical shape — type 3 No. 6 according to GOST 1497-84 — were made from templates selected from the roll body. The tests were carried out using a tensile testing machine brand MUP-50. The determination of the flexural strength was carried out in accordance with GOST 14019-2003 “Metals. Bending test methods "and GOST 27208-87" Castings of cast iron. Methods of mechanical testing. " For the experiments, rectangular samples 10 × 10 × 61 mm in size were made from templates selected from the roll body. The tests were carried out using a universal testing machine brand MUP-50.
Определение ударной вязкости осуществлялось в соответствии с ГОСТ 9454-70 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах». Для экспериментов изготавливались образцы прямоугольной формы размером 10×10×61 мм. из темплетов, отобранных из тела валка. Испытания проводились на маятниковом копре МК-30А. Проведены исследования на 81 образце различного химического состава. Результаты сравнительных испытаний для некоторых образцов известных чугунов и предлагаемого состава, полученного предложенным способом приведены в таблице. Из таблицы видно, что чугун предлагаемого состава, полученный предложенным способом имеет более высокий предел прочности на растяжение, предел прочности на изгиб и ударную вязкость с сохранением высокие показатели литейных свойств чугуна.The determination of impact strength was carried out in accordance with GOST 9454-70 “Metals. Impact bending test method at low, room and high temperatures. " For the experiments, rectangular samples of 10 × 10 × 61 mm in size were made. from templates selected from the roll body. The tests were carried out on a pendulum headstock MK-30A. Research was conducted on 81 samples of various chemical composition. The results of comparative tests for some samples of known cast irons and the proposed composition obtained by the proposed method are shown in the table. The table shows that the cast iron of the proposed composition obtained by the proposed method has a higher tensile strength, bending strength and impact strength while maintaining high casting properties of cast iron.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143714A RU2697134C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Cast iron and method for its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143714A RU2697134C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Cast iron and method for its production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2697134C1 true RU2697134C1 (en) | 2019-08-12 |
Family
ID=67640347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018143714A RU2697134C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Cast iron and method for its production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2697134C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815374C1 (en) * | 2023-01-11 | 2024-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Сибирский Завод Магистрального Оборудования" (ООО "СЗМО") | Composite alloy and method of its manufacture |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU603688A1 (en) * | 1976-08-16 | 1978-04-25 | Институт Проблем Литья Ан Украинской Сср | Wear-resistant iron |
RU2109837C1 (en) * | 1997-06-10 | 1998-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Металлургические системы" | Alloy based on iron-carbon system for casting of wear-resistance articles and method of alloy production |
CN101412050A (en) * | 2008-11-28 | 2009-04-22 | 北京工业大学 | Abrasion-proof cast iron roll collar for straightening steel rail and preparation method thereof |
RU2452786C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) | Wear resistant cast iron |
RU2462527C1 (en) * | 2011-09-30 | 2012-09-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Cast iron |
-
2018
- 2018-12-10 RU RU2018143714A patent/RU2697134C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU603688A1 (en) * | 1976-08-16 | 1978-04-25 | Институт Проблем Литья Ан Украинской Сср | Wear-resistant iron |
RU2109837C1 (en) * | 1997-06-10 | 1998-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Металлургические системы" | Alloy based on iron-carbon system for casting of wear-resistance articles and method of alloy production |
CN101412050A (en) * | 2008-11-28 | 2009-04-22 | 北京工业大学 | Abrasion-proof cast iron roll collar for straightening steel rail and preparation method thereof |
RU2452786C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" (МИИТ) | Wear resistant cast iron |
RU2462527C1 (en) * | 2011-09-30 | 2012-09-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Cast iron |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815374C1 (en) * | 2023-01-11 | 2024-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Сибирский Завод Магистрального Оборудования" (ООО "СЗМО") | Composite alloy and method of its manufacture |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jain et al. | Refinement of primary carbides in hypereutectic high-chromium cast irons: a review | |
CN106756448B (en) | Junked-auto components, iron filings recycle production High-Strength Low-Alloy brake drum | |
AU698777B2 (en) | Microstructurally refined multiphase castings | |
Hamidzadeh et al. | Effect of cerium and lanthanum on the microstructure and mechanical properties of AISI D2 tool steel | |
Jiao et al. | Effect of high nitrogen addition on microstructure and mechanical properties of as-cast M42 high speed steel | |
JP4648094B2 (en) | High Cr cast iron with excellent fatigue crack resistance and method for producing the same | |
JP4548263B2 (en) | Manufacturing method of cast iron products with excellent wear resistance | |
CN115896634A (en) | High-temperature-resistant non-ferrous metal die-casting forming die steel material and preparation method thereof | |
CN100447274C (en) | Particle reinforced steel-base composite material roller by in-situ synthesis and process for preparing same | |
RU2697134C1 (en) | Cast iron and method for its production | |
KR20190114489A (en) | Austemperedductile iron hooks and their manufacturing methods | |
RU2753397C1 (en) | Casting of high-strength wear-resistant steel and methods for heat treatment of castings of high-strength wear-resistant steel | |
JP4516923B2 (en) | Continuously cast slab of aluminum killed steel and method for producing the same | |
CN115261713A (en) | Preparation method of high-hardness high-toughness wear-resistant high-chromium cast iron | |
RU2765474C1 (en) | Method for producing wear-resistant high-strength castings from iron | |
Oluwole et al. | Effect of magnesium and calcium as spheroidizers on the graphite morphology in ductile cast iron | |
Bočkus et al. | Production of ductile iron castings with different matrix structure | |
JP6518314B2 (en) | Composite roll for rolling | |
RU2109837C1 (en) | Alloy based on iron-carbon system for casting of wear-resistance articles and method of alloy production | |
SU1627582A1 (en) | Cast iron | |
RU2652932C1 (en) | Method for ladle modification of cast iron and steels | |
RU2288294C2 (en) | Cast wear-resistant steel for large parts of mining and smelting processes | |
JP2626417B2 (en) | Graphite spheroidizing alloy in mold and graphite spheroidizing method | |
Mukhametzyanova et al. | Development of high-strength cast iron for back-up layer of bimetallic products | |
JP2020002402A (en) | Nodular graphite cast iron |