Спосіб лиття прокатних валків з чавуну з вермикулярним графітом

Реферат: Винахід належить до чорної металургії. Спосіб лиття прокатних валків з чавуну з вермикулярним графітом включає первинне модифікування механічною сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та оксиду гадолінію у співвідношенні 12:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,54-0,76 від маси металу та вторинне модифікування шляхом додавання феросиліцію при його витраті 0,2-0,4 мас. %. Пропонований спосіб дозволяє підвищити здатність до зняття залишкових напружень при релаксаційному відпалі чавунних прокатних валків на 19-26 % у порівнянні з рівнем техніки. UA 111919 C2 (12) UA 111919 C2 UA 111919 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до чорної металургії, зокрема до розробки способів виготовлення литих валків високої якості. Відомий спосіб лиття прокатних валків (А.с. СРСР № 692680, МКИ B22D 25/00, опубл. 1979 р.), за яким модифікування чавунного розплаву здійснюють магнієм або лігатурами, що містять магній, в ливарному ковші та додатково передбачають введення на струм графітизуючих модифікаторів, що також містять магній. Недоліком цього способу є наявність у робочому шарі таких валків великої кількості магнієвих неметалевих включень, що зменшує здатність до зняття напружень при релаксаційному відпалі литих валків. За ТУ У 27.1-26524137-1291:2007 "Валки чавунні для гарячого прокатування металів" для зниження рівня ливарних напружень заготовки валків піддають термічному обробленню з метою прискорення їх введення в експлуатацію. Найбільш близьким аналогом за технічною суттю та результатом, що досягається, до пропонованого способу є спосіб лиття прокатних валків з чавуну з вермикулярним графітом, що включає первинне та вторинне модифікування чавуну, за якого первинне модифікування здійснюють у розливальному ковші комплексним модифікатором на основі рідкісноземельних елементів, а вторинне передбачає введення на струмені феросиліцію (Пат. України № 93800, МПК (2011.01) B22D 25/00, опубл. 2011 p.). Недоліком цього способу є недостатньо висока здатність до зняття напружень при релаксаційному відпалі чавунного прокатного валка. В основу винаходу поставлена задача підвищити здатність до зняття напружень при релаксаційному відпалі чавунних прокатних валків. Технічний результат полягає в тому, що за пропонованим способом первинне модифікування сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та оксиду гадолінію сприяє підвищенню здатності до зняття напружень при релаксаційному відпалі литого чавунного прокатного валка за рахунок зменшення умовного розміру карбідів та збільшення дисперсності перліту у структурі чавуну робочого шару. Зазначена задача вирішується розробкою способу лиття прокатних валків, що включає первинне та вторинне модифікування, за якого первинне модифікування здійснюється механічною сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та оксиду гадолінію у співвідношенні 12:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,54-0,76 % від маси металу. При встановленні необхідних кількісних параметрів способу виходили з такого. Технологію первинного модифікування здійснювали механічною сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та оксиду гадолінію у співвідношенні 12:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,54-0,76 % від маси металу. Збільшення або зменшення витрати комплексного модифікатора та оксиду гадолінію зменшувало здатність до зняття напружень при релаксаційному відпалі чавунного прокатного валка. Вторинне модифікування валкового чавуну здійснювали за способом, що викладений у патенті України № 93800, тобто вторинне модифікування здійснювали на струмені чавуну при заливанні валкової форми з чавуном за найближчим аналогом феросиліцієм застосовуючи присадку 0,2-0,4 % від маси розплаву. Використання інших методів вторинного модифікування разом з вищевказаним первинним модифікуванням до підвищення здатності до зняття напруг при релаксаційному відпалюванні не призводять. Серією лабораторних досліджень встановлено, що для одержання необхідного високого рівня здатності до зняття напружень при релаксаційному відпалі робочого шару прокатного валка необхідно додати у сплав, мас. %: суміші з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та оксиду гадолінію 0,54-0,76 %. Зменшення витрати суміші менше за 0,54 % не дозволить одержати необхідні концентрації рідкісноземельних металів та оксиду гадолінію та необхідну структуру чавунуі тому не дозволить досягти мети, що поставлена у винаході, а збільшення суміші понад 0,76 % також не дозволить досягти мети тобто підвищення здатності матеріалу робочого шару виливка до зняття напружень при релаксаційному відпалі через значні зміни у структурі чавуну: збільшення кількості неметалевих включень та кількості цементитної складової. Для забезпечення введення у розплав мінімальних рекомендованих кількостей РЗМ та оксиду гадолінію необхідно ввести індивідуально 0,5 % комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та 0,04 % оксиду гадолінію. Виходячи з цього для вирішення поставленої задачі кількості комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів і оксиду гадолінію у механічній суміші повинні знаходитися у співвідношенні 12:1. Цим вимогам відповідають складові суміші, що містять, мас. %: 1) комплексний модифікатор на основі рідкісноземельних елементів марки СРЗМ30; 2) оксид гадолінію (чистий). 1 UA 111919 C2 5 10 15 20 25 30 Спосіб здійснюється наступним чином. У лабораторних та промислових умовах встановили параметри запропонованого способу обробки чавуну. Були відлиті дослідні партії валків з розмірами Ǿ460×1016 мм за способом найближчого аналога та пропонованим. Плавку здійснювали в індукційній печі промислової частоти ІЧТ-6. Як шихтові матеріали застосовували: лом прокатних валків, ливарні чавуни, сталевий лом, феросплави. Як модифікатори використовували для первинного модифікування за найближчим аналогом комплексний модифікатор на основі рідкісноземельних металів марки СРЗМ30, а за пропонованим способом механічну суміш з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних металів марки СРЗМ30 та оксиду гадолінію, а для вторинного модифікування за пропонованим способом феросиліцій марки ФС75. Для заливання валкових форм використовували ківш місткістю 10 т. Чавунний розплав з температурою 1410±5 °C з печі випускали у ливарний ківш, на дно котрого завантажували необхідну кількість механічної суміші з подрібненої (фракція 70-90 мм) лігатури та порошкоподібний оксид гадолінію. Після витримки протягом 5-10 хв. розплав заливали у ливарну форму до надливу та робили витримку протягом 3-4 хв. Далі продовжували заливання та на струм розплаву вводили необхідну кількість вторинного модифікатора (фракції 20-30 мм) - феросиліцію за найближчим аналогом. Кількість модифікаторів, що застосовувалися, та результати проведених досліджень наведені у таблиці. Випробовування здатності до зняття напружень при релаксаційному відпалі проводили за допомогою спеціального пристрою на трьох зразках-балках рівного опору, вирізаних по глибині робочого шару валків при їх механічному обробленні. Рівень напружень перед релаксаційним відпалом задавали величиною деформації зразка 8 мм. Релаксаційний відпал проводили за таким режимом: нагрівання зі швидкістю 25 град/год. до 550±5 °C, витримка 1 год., охолодження зі швидкістю 25 град/год. до 20 °C. Вимір деформацій до та після відпалу проводили за допомогою індикатора часового типу з ціною поділки 0,01 мм. З даних таблиці видно, що поставлена задача була вирішена, здатність до зняття напружень при релаксаційному відпалі матеріалу робочого шару прокатного валка у порівнянні з найближчим аналогом підвищилася на 19-26 %. Структура дослідних чавунів після відпалу практично не змінювалася у порівнянні з литим станом. Винахід, що заявляється, засновано на теоретичних та промислових розробках, підтверджених експериментальними даними та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таблиця Результати випробовування прокатних валків Витрата модифікаторів, % за масою Вміст хімічних елементів у чавуні, % Структура дослідних чавунів Величина зняття напружень Тип Спосіб Кількість при відпалі графіту Дисперсність цементиту (середнє СРЗМ30 Cd2O3 ФС75 С Si* Мn Р S* Сr Ni РЗМ Fe до та перліту до та до та після значення), % після після відпалу відпалу, % відпалу 1,24 0,03 ВГр1, ПД1.0; 0,5 0,04 0,2 3,53 0,55 0,18 0,61 1,8 0,13 решта 55,7 37,8 1,49 0,01 ВГр3 ПД0,5 Спосіб, що заявляється 1,28 0,03 ВГр1, ПД1,0; 0,7 0,06 0,4 3,52 0,58 0.16 0,95 1,2 0,16 решта 56,5 38,5 1,50 0,008 ВГр3 ПД0,5 1,24 0,03 ВГр1, 0,5 0,2 3,49 0,57 0,17 1,0 1,5 0,12 решта 44,3 ПД1,0 36,9 Спосіб за 1,53 0,01 ВГр3 найближчим 1,22 0,03 ВГр1, аналогом 0,7 0,4 3,50 0,59 0,15 0,75 2,0 0,15 решта 47,5 ПД1,0 37,4 1,49 0,008 ВГр3 * У знаменнику - вміст елемента у робочому шарі валка після модифікування, у чисельнику - до модифікування. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Спосіб лиття прокатних валків з чавуну з вермикулярним графітом, що включає первинне та вторинне модифікування чавуну, який відрізняється тим, що первинне модифікування здійснюють механічною сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та оксиду гадолінію у співвідношенні 12:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,54-0,76 % від маси металу, а вторинне модифікування здійснюють додаванням феросиліцію при його витраті 0,2-0,4 мас. %. 2 UA 111919 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3