Чавун для прокатних валків

Реферат: Винахід належить до чорної металургії, зокрема до розробки складу високоміцних чавунів для лиття прокатних валків. Чавун містить, мас. %: вуглець - 2,8-3,5, кремній - 1,1-2,0, марганець 0,5-0,8, церій - 0,04-0,05, ітрій - 0,02-0,04, лантан - 0,04-0,05, неодим - 0,03-0,05, гафній - 0,040,08, залізо - решта. Технічний результат: міцність чавуну вище, ніж у відомого:  р на 5-8% та в виг на 6-8%, при високому рівні зносостійкості. в UA 101694 C2 (12) UA 101694 C2 UA 101694 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до чорної металургії, зокрема до розробки складу високоміцних чавунів для лиття прокатних валків. Відомий чавун (А.с. № 523956 СРСР МКИ С22С 37/00 опубл. 1976 p.), який містить по мас. %: вуглець 2,8-3,3 кремній 0,5-1,2 марганець 0,5-0,8 церій 0,04-0,08 ітрій 0,02-0,07 залізо решта. Недоліком цього чавуна є низькі показники міцності. Найбільш близьким по технічній суті до складу, що заявляється, є чавун, що узятий за прототип (А.с. № 1014958 СРСР МКИ С22С 37/00 опубл. 1983 p.), який містить вуглець, кремній, марганець, церій, ітрій, лантан, неодим та залізо, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 2,8-3,4 кремній 0,8-1,8 марганець 0,5-0,8 церій 0,04-0,06 ітрій 0,02-0,07 лантан 0,04-0,06 неодим 0,03-0,06 залізо решта. Недоліком наведеного чавуну є те, що карбідна фаза представлена ледебуритом, який зменшує міцність валкового чавуну. В основу винаходу поставлена задача одержання чавуну з підвищеними характеристиками міцності, яку потребує сучасне виробництво. Технічний результат досягається тим, що у чавуні, додатково легованому гафнієм, досягається підвищений ступінь дисперсності продуктів евтектоїдного перетворення аустеніту, що дозволяє підвищити міцність чавуну. Зазначена задача вирішується тим, що в чавуні, що містить вуглець, кремній, марганець, церій, ітрій, лантан, неодим, залізо, додатково міститься гафній при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 2,8-3,5 кремній 1,1-2,0 марганець 0,5-0,8 церій 0,04-0,05 ітрій 0,02-0,04 лантан 0,04-0,05 неодим 0,03-0,05 гафній 0,04-0,08 залізо решта. За наявними у авторів відомостями сукупність ознак, що заявляються та характеризують суть чавуну є раніше невідомими. Таким чином, запропонований винахід відповідає критерію "новизна". Вплив окремих елементів на структуру і властивості чавуну дуже різноманітний, і так само є багато додаткових факторів, які можуть змінювати вплив того або іншого елемента. Змінний якісний і кількісний вплив різних елементів на структуроутворення сплавів ускладнює можливість їхньої класифікації за ознакою інтенсивності цього впливу, тим більше, що в багатьох випадках, наявність у сплаві двох карбідоутворюючих елементів не обов'язково посилює їх окремий вплив, а іноді нівелює його. Тому задача з підбирання легувального комплексу, зводилася до того, щоб нейтралізувати небажаний вплив окремих елементів і посилити їх спільний вплив. Вміст хімічних елементів у чавуні обґрунтовується наступним: Вуглець. При максимальній концентрації вуглецю в структурі чавуну спостерігається найбільша кількість карбідів, що забезпечує найбільш високу його зносостійкість. Однак при подальшому збільшенні його вмісту у шийках валків виділяються крупні графітні включення, що призводить до різкого зменшення міцності. При вмісту вуглецю менше нижньої рекомендованої границі значно зменшується кількість карбідної фази у робочому шарі валків, що призводить до зниження твердості й, як наслідок, зносостійкості. 1 UA 101694 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Кремній в вибраних границях 1,1-2,0 % забезпечує одержання необхідного ступеня графітизації чавуну. При зменшенні вмісту кремнію нижче за 1,1 % параметр графітизації чавуну (Кг) низький, тому у структурі шийок валків виділяється цементит, що зменшує їх міцність. Збільшення вмісту кремнію вище за 2,0 % не дозволяє одержати безграфітну структуру у робочому шарі валків. Марганець. Вміст у чавуні марганцю у вказаних границях дозволяє регулювати структуру матриці шляхом зміни ступеня дисперсності продуктів розпаду аустеніту. При вмістах марганцю нижче за 0,5 % він витрачається на нейтралізацію сірки. Збільшення вмісту марганцю віще за 0,8 % призводить до виділення цементиту у шийках валків. Церій, ітрій, лантан та неодим у вказаних границях сприяють підвищенню дисперсності матриці, зменшенню умовного розміру карбідів, що сприяє підвищенню зносостійкості. При збільшенні вмісту церію, ітрію, лантану та неодиму вище за верхні границі, виділяється велика кількість неметалевих включень, що зменшують зносостійкість чавунів. При вмістах їх нижче за нижні границі вказані хімічні елементи витрачаються тільки на рафінування та знесірчення розплаву. Гафній. У запропонованому чавуні виявляє перлітоутворюючий вплив на структуру металевої матриці та підвищує дисперсність перліту, за цього збільшуються показники міцності та ударостійкості. При вмістах гафнію менше за 0,04 % цей вплив незначний, підвищення ж вмісту вище за 0,08 % призводить до зменшення властивостей міцності. Суть винаходу, що заявляється, не визначена у явному вигляді з відомого авторам рівня техніки. Сукупність ознак, які характеризують відомі рішення, не забезпечують досягнення нових властивостей, і тільки наявність перерахованих відмінних ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Таким чином, винахід, що заявляється відповідає критерію "винахідницький рівень". Для оцінки властивостей запропонованого чавуну і його структурного стану у порівнянні із прототипом, отримали експериментальний чавун. Були застосовані наступні шихтові матеріали: - чавун переробний ПВК1, ПВК2, ПВК3 ДСТУ 3133-95; - чавун ливарний Л1, Л2 ДСТУ 3132-95; - чавун валковий ЧВ-1, ЧВ-2 ГОСТ 1465-80; - лом сталі 1А, 2А, 3А ГОСТ 2787-75; - феросиліцій ФС75 ГОСТ 1415-91; - феромарганець ФМн78, ФМн70 ДСТУ 3547-97. Експериментальні плавки проводили в індукційній печі з кислою футерівкою, вага шихти 40 кг. Після розплавлення шихти потужність печі знижували до 30-40 % від максимальної, зчищали шлак періоду плавлення, заміряли температуру та вводили гафній у вигляді гафнієвої лігатури такого складу, мас. %: гафній 90, залізо решта. Модифікуючі елементи (церій, ітрій, лантан, неодим) завантажували у ківш перед випуском металу. Церій вводили у вигляді фероцерію, ітрій - металевим, лантан і неодим - у вигляді лантан-неодимової лігатури такого складу, мас. %: лантан 8-10; церій 10-15; вуглець 0,3-0,5; кальцій 0,4-0,5; кремній 40-45; залізо решта. Чавуни при температурі 1500±5 °C випускали у ківш з необхідним навантаженням модифікаторів та при досягненні температури 1300-134 °C заливали у кокільні форми. Виливки мали розміри: діаметр 50 мм, висота 200 мм. З цих виливків вирізали зразки для хімічного аналізу, металографічних досліджень, визначення границь міцності при вигині та розриві та зносостійкості. Випробування на зносостійкість проводили на машині СМЦ-2 при терті ковзанні з зусиллям 700 МПа. Випробування механічних властивостей - за стандартними методиками. В інтервалі концентрацій 0,04-0,08 % гафнію підвищує дисперсність перліту та збільшується його кількість. Дослідні склади чавунів та результати випробувань наведені у таблиці. Як видно з таблиці, поставлена мета досягнута. Властивості міцності запропонованого р в иг чавуну вище, ніж відомого:  в на 5-8 %,  в на 6-8 %, при високому рівні зносостійкості. Винахід, що заявляється, засновано на теоретичних розробках, підтверджених експериментальними даними та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таким чином, винахід, що заявляється, відповідає критерію "промислова застосовність". 55 2 UA 101694 C2 Таблиця Хімічний склад і властивості чавуну, що заявляється, та прототипу Вміст хімічних елементів, мас. % Сплав Чавун, що заявляється Чавун за прототипом № вар С Si Мn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3,5 3,5 2,8 3,8 3,1 3,15 3,1 3,4 3,1 1,8 0,8 1,8 0,8 1,3 1,3 1,3 1,6 1,3 0,8 0,8 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 0,8 0,6 Властивості Границя міцності, ЗносоМПа Се Y La Nd Hf Fe стійкість, г  р ,  в иг в в МПа МПа 0,04 0,02 0,04 0,03 0,04 решта 475 615 0,039 0,04 0,04 0,04 0,05 0,08 « 480 625 0,040 0,05 0,04 0,04 0,03 0,04 « 475 620 0,041 0,04 0,02 0,05 0,03 0,08 « 485 625 0,037 0,05 0,03 0,05 0,04 0,04 « 480 620 0,036 0,05 0,03 0,04 0,04 0,06 « 490 630 0,040 0,05 0,03 0,04 0,04 0,08 « 485 635 0,039 0,04 0,02 0,06 0,03 - « 455 605 0,041 0,06 0,05 0,04 0,03 - « 450 570 0,042 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Чавун для прокатних валків, що містить вуглець, кремній, марганець, церій, ітрій, лантан, неодим та залізо, який відрізняється тим, що він додатково містить гафній при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець кремній марганець церій ітрій лантан неодим гафній залізо 2,8-3,5 1,1-2,0 0,5-0,8 0,04-0,05 0,02-0,04 0,04-0,05 0,03-0,05 0,04-0,08 решта. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3