Легований чавун для неоднорідно-гетерогенних валків з оболонками, комбінований неоднорідно-гетерогенний валок і спосіб виготовлення легованого чавуну для валків

1. Спосіб виготовлення та оброблення легованого чавуну для робочої частини неоднорідно-гетерогенних валків, що містить елементи вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, молібден, ванадій, необов'язково - інші елементи 5-ї групи періодичної системи, алюміній, решта - залізо, супутні елементи та домішки, зумовлені процесом виготовлення, який відрізняється тим, що

A) виготовляють розплав такого хімічного складу, % (мас.):

від 2,0 до 3,5  вуглецю,

від 1,0 до 2,0  кремнію,

від 0,5 до 2,0  марганцю,

від 1,0 до 3,0  хрому,

від 3,5 до 4,9  нікелю,

від 0,2 до 2,9  молібдену,

необов'язково від 0,002 до 0,65 Аl алюмінію

решта - залізо та домішки; і

B) додають до цього розплаву і розчиняють в ньому ванадій в кількості від більше ніж 0,5 % (мас.) до 5,9 % (мас.), причому ванадій може бути частково заміщений іншими елементами 5-ї групи періодичної системи, тобто ніобієм і танталом, в кількості не більше 0,6 % (мас.); і

C) регулюють склад розплаву методом легування шляхом встановлення концентрацій вуглецю, а також кремнію в присутності нікелю та ефективної суми карбідотвірних елементів таким чином, що при його твердінні утворюється мікроструктура, яка включає від 1,0 % до 3,0 % (об'ємних) графіту за умови присутності більше ніж 20 частинок, але менше ніж 100 частинок графіту на 1 мм2 поверхні спостереження металографічного шліфа, а решту складають, головним чином, мартенсит, від 8 % до 35 % (об'ємних) евтектичних карбідів і щонайменше 1 % (об'ємний) дрібнодисперсних карбідів ванадію, після чого

D) розплав виливають у форму, причому перевага віддається кокілю для відцентрового виливання, і дають затвердіти у виливок, причому перевага віддається робочій частині валка, і необов'язково піддають подальшому обробленню для виготовлення литого виробу, наприклад, комбінованого валка, і виготовлений таким чином виріб або валок

Е) піддають термічному обробленню, яке складається з щонайменше одноразового нагрівання до температури оброблення, витримування при цій температурі та охолодження до кімнатної температури.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що склад розплаву методами легування регулюють шляхом встановлення концентрацій вуглецю, а також кремнію в присутності нікелю та ефективної суми карбідотвірних елементів таким чином, що при твердінні утворюється мікроструктура, яка включає від 1,2 % до 2,5 % (об'ємних) графіту, за умови, що на 1 мм2 спостережуваної поверхні металографічного шліфа припадає більше ніж 22 частинки, але не більше 100 частинок графіту, а решта складається, головним чином, із мартенситу, від 10 % до 25 % (об'ємних) евтектичних карбідів і від 2 % до 20% дрібнодисперсних карбідів елементів 5-ї групи періодичної системи, тобто ванадію, ніобію і танталу.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що склад розплаву методами легування регулюють шляхом встановлення концентрацій вуглецю, а також кремнію в присутності нікелю та ефективної суми карбідотвірних елементів таким чином, що при твердінні утворюється мікроструктура, яка включає від 1,25 % до 1,95 % (об'ємних) графіту, за умови, що на 1 мм2 спостережуваної поверхні металографічного шліфа припадає більше ніж 22 частинки, але не більше 100 частинок графіту, а решта складається, головним чином, із мартенситу, від 10% до 25% (об'ємних) евтектичних карбідів і від 2 % до 20 % дрібнодисперсних карбідів елементів 5-ї групи періодичної системи, тобто ванадію, ніобію і танталу.

4. Спосіб за одним із пп. 1-3, який відрізняється тим, що склад розплаву встановлюють таким чином, що відношення концентрацій вуглецю до кремнію менше або дорівнює 2,6: .

5. Спосіб за одним із пп. 1-3, який відрізняється тим, що склад розплаву встановлюють таким чином, що відношення концентрацій вуглецю до кремнію менше або дорівнює 2,0: .

6. Спосіб за одним із пп. 1-5, який відрізняється тим, що вміст вуглецю в розплаві встановлюють в межах від 2,2 % (мас.) до 3,1 % (мас.).

7. Спосіб за одним із пп. 1-5, який відрізняється тим, що вміст вуглецю в розплаві встановлюють в межах від 2,6 % (мас.) до 2,95 % (мас.).

8. Спосіб за одним із пп. 1-7, який відрізняється тим, що кінцевий вміст кремнію передбачають в межах від 1,2%(мас.) до 1,85 % (мас.).

9. Спосіб за одним із пп. 1-7, який відрізняється тим, що кінцевий вміст кремнію передбачають в межах від 1,4%(мас.) до 1,75 % (мас.).

10. Спосіб за одним із пп. 1-9, який відрізняється тим, що при встановленні складу розплаву методами легування до нього додають і в ньому розчиняють алюміній в кількості від 0,005 % (мас.) до 0,04 % (мас.).

11. Спосіб за одним із пп. 1-10, який відрізняється тим, що вміст нікелю в розплаві встановлюють в межах від 3,51 % (мас.) до 4,7 % (мас.).

12. Спосіб за одним із пп. 1-10, який відрізняється тим, що вміст нікелю в розплаві встановлюють в межах від 4,15 % (мас.) до 4,6 % (мас.).

13. Спосіб за одним із пп. 1-12, який відрізняється тим, що склад розплаву встановлюють таким чином, що відношення концентрацій молібдену й хрому становить менше ніж 1,0: Мо/Сr<1,0.

14. Спосіб за одним із пп. 1-12, який відрізняється тим, що склад розплаву встановлюють таким чином, що відношення концентрацій молібдену й хрому становить менше ніж 0,8: Мо/Сr<0,8.

15. Спосіб за одним із пп. 1-14, який відрізняється тим, що вміст хрому й молібдену в розплаві становить, % (мас.):

хром

- від 1,5 до 1,9

молібден

- від 0,3 до 0,9.

16. Спосіб за одним із пп. 1-15, який відрізняється тим, що до розплаву додають і в ньому розчиняють ванадій в кількості від 1,8 % (мас.) до 3,9 % (мас.).

17. Спосіб за одним із пп. 1-15, який відрізняється тим, що до розплаву додають і в ньому розчиняють ванадій в кількості від 1,9 % (мас.) до 2,9 % (мас.).

18. Спосіб за одним із пп. 1-17, який відрізняється тим, що ванадій частково замінюють іншими елементами 5-ї групи періодичної системи, тобто ніобієм і танталом, в кількості менше ніж 0,6 % (мас.) і утворюють змішані карбіди.

19. Спосіб за одним із пп. 1-18, який відрізняється тим, що виливок або валок піддають термічному обробленню, яке включає нагрівання від кімнатної температури до температури оброблення в межах від 400°С до 500°С, витримування при цій температурі щонайменше протягом 2 год. і охолодження до кімнатної температури.

20. Спосіб за одним із пп. 1-18, який відрізняється тим, що відливок або валок піддають термічному обробленню, яке складається з нагрівання від кімнатної температури до температури оброблення в межах від 460°С до 480°С, витримування при цій температурі щонайменше протягом 8 год. і охолодження до кімнатної температури.

21. Спосіб за п. 19 або 20, який відрізняється тим, що після охолодження здійснюють низькотемпературне оброблення.

22. Легований чавун для робочої частини неоднорідно-гетерогенного валка, який містить елементи вуглець, кремній, марганець, хром, нікель, молібден, необов'язково алюміній, ванадій, решта - залізо, супутні елементи та домішки, зумовлені процесом виготовлення, який відрізняється тим, що сплав містить (в % (мас.)):

понад 0,5 до 5,9 ванадію, причому менше 0,6 % (мас.) ванадію може бути заміщено елементами ніобієм і танталом,

від 1,0 до 2,0 кремнію,

від 0,5 до 2,0 марганцю,

від 1,0 до 3,0 хрому,

від 3,5 до 4,9 нікелю,

від 0,20 до 2,9 молібдену,

необов'язково 0,002 до 0,65 алюмінію

від 2,0 до 3,5 вуглецю, за умови, що концентрації вуглецю, а також кремнію у присутності нікелю та ефективної суми елементів, що утворюють карбіди, встановлено таким чином, що мікроструктура матеріалу в термічно обробленому стані включає

від 1,0 % до 3,0 % (об'ємних) частинок графіту з розподіленням, яке відповідає кількості його частинок більше ніж 20 частинок, але менше ніж 100 частинок на 1 мм2 поверхні шліфа,

від 8 до 35 % (об'ємних) евтектичного карбіду, щонайменше 1 % дрібнодисперсного ванадію або змішаних карбідів ванадію, решта, головним чином, мартенсит.

23. Легований чавун за п. 22, який відрізняється тим, що сплав містить

від 1,8 % (мас.) до 4,9 % (мас.) ванадію,

від 2,2 % (мас.) до 3,1 % (мас.) вуглецю, за умови, що мікроструктура матеріалу в термічно обробленому стані включає

від 1,2 %  до 2,5 % частинок графіту з розподіленням, яке відповідає кількості його частинок більше ніж 20 частинок, але не більше ніж 90 частинок на 1 мм2 поверхні шліфа,

від 10 до 25 % (об'ємних) евтектичного карбіду,

від 2 до 20 % (об'ємних) дрібнодисперсного ванадію або змішаних карбідів ванадію,

решта, головним чином, мартенсит.

24. Легований чавун за пп. 22 або 23, який відрізняється тим, що сплав містить (в % (мас.)):

від 2,0 до 3,5 вуглецю,

від 1,0 до 2,0 кремнію,

від 0,5 до 2,0 марганцю,

від 1,2 до 2,5 хрому,

від 3,5 до 4,9 нікелю,

від 0,5 до 2,1 молібдену,

від 1,5 до 4,9 ванадію,

решта - залізо та домішки.

25. Легований чавун за одним із пп. 22-24, який відрізняється тим, що відношення концентрацій вуглецю до кремнію в сплаві менше або дорівнює 2,6: .

26. Легований чавун за одним із пп. 22-25, який відрізняється тим, що відношення концентрацій вуглецю до кремнію в сплаві менше або дорівнює 2,0: .

27. Легований чавун за одним із пп. 22-26, який відрізняється тим, що сплав містить від 2,6 % (мас.) до 2,95 % (мас.) вуглецю.

28. Легований чавун за одним із пп. 22-27, який відрізняється тим, що сплав містить від 1,2 % (мас.) до 1,85 % (мас.) кремнію.

29. Легований чавун за одним із пп. 22-27, який відрізняється тим, що сплав містить від 1,4 % (мас.) до 1,75 % (мас.) кремнію.

30. Легований чавун за одним із пп. 22-29, який відрізняється тим, що сплав містить від 0,005 % (мас.) до 0,04 % (мас.) алюмінію.

31. Легований чавун за одним із пп. 22-30, який відрізняється тим, що сплав містить від 3,5 % (мас.) до 4,9 % (мас.) нікелю.

32. Легований чавун за одним із пп. 22-30, який відрізняється тим, що сплав містить від 4,15 % (мас.) до 4,6 % (мас.) нікелю.

33. Легований чавун за одним із пп. 22-32, який відрізняється тим, що відношення концентрацій молібдену й хрому в сплаві становить менше ніж 1,0: Мо/Сr<1,0.

34. Легований чавун за одним із пп. 22-32, який відрізняється тим, що відношення концентрацій молібдену й хрому в сплаві становить менше ніж 0,8: Мо/Сr<0,8.

35. Легований чавун за одним із пп. 22-34, який відрізняється тим, що сплав містить, % (мас.):

від 1,5 до 2,01 хрому;

від 0,3 до 0,9 молібдену.

36. Легований чавун за одним із пп. 22-35, який відрізняється тим, що сплав містить від 1,8 % (мас.) до 3,9 % (мас.) ванадію.

37. Легований чавун за одним із пп. 22-35, який відрізняється тим, що сплав містить від 1,9 % (мас.) до 2,95 % (мас.) ванадію.

38. Легований чавун за одним із пп. 22-37, який відрізняється тим, що він включає від 8 % до 35 % (об'ємних) евтектичних карбідів і від 1 % до 15 % (об'ємних) карбідів елементів 5-ї групи періодичної системи, а саме, ванадію і танталу, решта - головним чином, мартенсит.

39. Легований чавун за одним із пп. 22-37, який відрізняється тим, що він включає від 10 % до 25 % (об'ємних) евтектичних карбідів, і від 2 % до 10 % (об'ємних) карбідів елементів 5-ї групи періодичної системи, решта - головним чином, мартенсит.

40. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок, зокрема, для чистових клітей широкоштабових прокатних станів, а також підготовчих та товстолистових станів, виготовлений переважно за способом згідно з пп. 1-20, який складається з робочої частини, або бочки, із легованого чавуну, переважно виготовленого згідно з пп. 21-38, що має низьку схильність до схоплювання чи зварювання з оброблюваним прокатом, і в'язким осердям із чавуну зі сфероїдним графітом, який відрізняється тим, що робоча частина, або бочка, валка має товщину від 10 мм до 150 мм, і матеріал бочки має структуру, що включає, головним чином, від 1,0 % до 2,5 % (об'ємних) графіту, причому він є дрібнодисперсним і кількість частинок графіту на 1 мм2 поверхні металографічного шліфа становить від 20 до 100, від 8 % до 35 % (об'ємних) евтектичних карбідів, від 1 % до 20 % (об'ємних) рівномірно розподілених карбідів ванадію, решта - головним чином мартенсит і складові, зумовлені домішками або технологією виробництва, і має твердість за Шором в межах від 70 до 90.

41. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок за п. 40, який відрізняється тим, що матеріал його робочої частини, або бочки, має структуру, яка включає від 1,0% до 2,5% (об'ємних) графіту за умови, що густина його розподілу відповідає кількості частинок не менше ніж 22, але не більше ніж 100 на 1 мм2 поверхні металографічного шліфа, евтектичні карбіди в кількості від 10 % до 25 % (об'ємних) і спеціальні карбіди елементів 5-ї групи періодичної системи в кількості від 2 % до 10 % (об'ємних).

42. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок за п. 40 або 41, який відрізняється тим, що матеріал його робочої частини, або бочки, має такий склад (в % (мас.)):

вуглець від 2,0 до 3,5;

кремній від 1,0 до 2,0;

марганець від 0,5 до 2,0;

хром від 1,0 до 3,0;

нікель від 3,5 до 4,9;

молібден від 0,2 до 2,9;

алюміній від 0,002 до 0,65;

ванадій від 0,5 до 5,9, причому менше ніж 0,6 % (мас.) ванадію може бути замінено ніобієм або танталом;

решта - залізо та домішки,

а осердя валка виконане з чавуну зі сфероїдним графітом.

43. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок за п. 41 або 42, який відрізняється тим, що матеріал його робочої частини, або бочки, має такий склад, що елемент або кілька елементів мають такі концентрації (в % (мас.)):

вуглець від 2,21 до 3,1 або від 2,6 до 2,95;

кремній більше від 1,2 до 1,85 або від 1,4 до 1,75;

марганець від 0,6 до 1,6 або від 0,7 до 1,4;

хром від 1,5 до 2,01;

нікель від 3,5 до 4,7 або від 4,15 до 4,6;

молібден від 0,3 до 0,9;

алюміній від 0,005 до 0,1 або від 0,005 до 0,04;

ванадій від 1,8 до 3,9, або від 1,9 до 2,9;

решта - залізо та домішки,

а осердя валка виконане з чавуну зі сфероїдним графітом.

44. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок за будь-яким з пп. 41-43, який відрізняється тим, що матеріал його робочої частини, або бочки, містить (в % (мас.)):

ванадій від 3,1 до 3,9;

ніобій + тантал менше ніж 0,6,

решта - залізо та домішки.

45. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок за пп. 41-43, який відрізняється тим, що матеріал його робочої частини, або бочки, містить (в % (мас.)):

ванадій від 3,3 до 3,75;

ніобій + тантал менше ніж 0,6,

решта - залізо та домішки.

46. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок за пп. 41-45, який відрізняється тим, що зона зв'язку між бочкою, або робочою частиною, та осердям валка виконана з низьколегованого чавуну і має в радіальному напрямі міцність на згинання (трьохточкова проба на згинання) понад 600 Н/мм2.

47. Комбінований неоднорідно-гетерогенний валок за пп. 41-45, який відрізняється тим, що зона зв'язку між бочкою, або робочою частиною, та осердям валка, виконана з чавуну зі сфероїдним графітом, має в радіальному напрямі міцність на згинання (трьохточкова проба на згинання) понад 600 Н/мм2.