Спосіб лиття прокатних валків з чавуну з вермикулярним графітом

Реферат: Винахід належить до чорної металургії, зокрема до способів лиття чавунних валків високої якості. Спосіб включає первинне модифікування механічною сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та гадолінієвого концентрату у співвідношенні 10:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,55-0,77 мас. %, та вторинне модифікування додаванням феросиліцію при його витраті 0,2-0,4 мас. %. Пропонований спосіб дозволяє підвищити здатність до зняття внутрішніх напруг при релаксаційному відпалюванні чавунних прокатних валків на 18,6-23,5 % у порівнянні з найближчим аналогом. UA 113930 C2 (12) UA 113930 C2 UA 113930 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 внутрішніх напруг при релаксаційному відпалюванні литих валків. За ТУ У 27.1-26524137-1291:2007 "Валки чавунні для гарячого прокатування металів" для зниження рівня ливарних напруг заготовки валків піддають термічному обробленню-релаксаційному відпалюванню 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) B22D 25/00, опубл. 2011 p.). Недоліком цього способу є недостатньо висока здатність до зняття напруг при релаксаційному відпалюванні чавунного прокатного валка. В основу винаходу поставлена задача підвищити здатність до зняття напруг при релаксаційному відпалюванні чавунних прокатних валків. Поставлена задача вирішується тим, що за пропонованим способом первинне модифікування сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та гадолінієвого концентрату сприяє підвищенню здатності до зняття напруг при релаксаційному відпалюванні литого чавунного прокатного валка за рахунок збільшення дисперсності перліту у структурі чавуну робочого шару валків. 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 гадолінієвого концентрату у співвідношенні 10:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,55-0,77 мас. %, а вторинне модифікування проходить шляхом додавання феросиліцію при його витраті 0,2-0,4 мас. %. При встановленні необхідних кількісних параметрів способу виходили з такого. Технологію первинного модифікування здійснювали механічною сумішшю з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та гадолінієвого концентрату у співвідношенні 10:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,55-0,77 мас. %. Збільшення або зменшення витрати комплексного модифікатора та гадолінієвого концентрату зменшувало здатність до зняття напруг при релаксаційному відпалюванні 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 способом прототипу феросиліцієм застосовуючи присадку 0,2-0,4 мас. %. Використання інших методів вторинного модифікування разом з вищевказаним первинним модифікуванням до підвищення здатності до зняття напружень при релаксаційному відпалюванні не призводять. Серією лабораторних досліджень встановлено, що для одержання необхідного високого рівня здатності до зняття напруг при релаксаційному відпалюванні робочого шару прокатного валка необхідно додати у сплав, мас. %: суміші з комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та гадолінієвого концентрату 0,55-0,77 %. Зменшення витрати суміші, меншої за 0,55 %, не дозволить одержати необхідні концентрації рідкісноземельних металів та необхідну структуру чавуну і тому не дозволить вирішити задачу, що поставлена у винаході, а збільшення суміші понад 0,77 % також не дозволить досягти мети тобто підвищення здатності матеріалу робочого шару виливка до зняття напруг при релаксаційному відпалюванні через значні зміни у структурі чавуну: збільшення кількості неметалевих включень. Для забезпечення введення у розплав мінімальних рекомендованих кількостей РЗМ та гадолінієвого концентрату необхідно ввести індивідуально 0,5 % комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів та 0,05 % гадолінієвого концентрату. Виходячи з цього для вирішення поставленої задачі кількості комплексного модифікатора на основі рідкісноземельних елементів і гадолінієвого концентрату у механічній суміші повинні знаходитися у співвідношенні 1 UA 113930 C2 5 10 15 20 25 30 35 10:1. Цим вимогам відповідають складові суміші, що містять, мас. %: 1) комплексний модифікатор на основі рідкісноземельних елементів марки СРЗМ30; 2) гадолінієвий концентрат: оксид гадолінію 85, оксид диспрозію 2-3, оксиди тербію, ербію, самарію решта. Спосіб здійснюється наступним чином. У лабораторних та промислових умовах встановили параметри запропонованого способу обробки чавуну. Були відлиті дослідні партії валків з розмірами 0460×1016 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 гадолінієвого концентрату, 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 СРЗМ30 та порошкоподібного гадолінієвого концентрату. 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 напруг при релаксаційному відпалюванні проводили за допомогою спеціального пристрою на трьох зразках-балках рівного опору, вирізаних по глибині робочого шару валків при їх механічному обробленні. Рівень напруг перед релаксаційним відпалюванням задавали величиною деформації зразка 8 мм. Релаксаційне відпалювання проводили за таким режимом: нагрівання зі швидкістю 25 град. год. до 600±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 досягнута, зняття напруг при релаксаційному відпалюванні матеріалу робочого шару прокатного валка у порівнянні з найближчим аналогом підвищилася на 18,6-23,5 %. Структура дослідних чавунів після відпалу практично не змінювалася у порівнянні з литим станом. Винахід, що заявляється, основано на теоретичних та промислових розробках, підтверджених експериментальними даними та може бути багаторазово відтворений у виробництві. Таблиця Результати випробовування прокатних валків Витрата модифікаторів, % за масою Здатність до Структура зняття дослідних чавунів напруг при Спосіб відпаТип люванні Дисперсність СРЗМ30 КGd** ФС75 С Si* Mn Р S* Cr Ni PЗM Fe гра(середнє перліту фіту значення), % 1,24 0,03 решВГр1, Спосіб, 0,5 0,05 0,2 3,50 0,56 0,18 0,83 1,6 0,11 70,4 ПД1,0;ПД0,5 1,49 0,01 та ВГр3 що заявля1,28 0,03 решВГр1, 0,7 0,07 0,4 3,52 0,58 0,16 0,97 1,4 0,13 75,9 ПД1,0;ПД0,5 ється 1,50 0,01 та ВГр3 1,24 0,03 решВГр1, Спосіб за 0,5 0,2 3,49 0,57 0,17 1,0 1,5 0,12 51,8 ПД1,0 1,53 0,01 та ВГр3 найближчим 1,22 0,03 решВГр1, 0,7 0,4 3,50 0,59 0,15 0,75 2,0 0,15 52,4 ПД1,0 аналогом 1,49 0,008 та ВГр3 Вміст хімічних елементів у чавуні, % Примітки. * У знаменнику - вміст елемента у робочому шарі валка після модифікування, у чисельнику - до модифікування. ** Умовне позначення гадолінієвого концентрату. 2 UA 113930 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 Спосіблиття 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 гадолінієвого концентрату у співвідношенні 10:1 у розливальному ковші при витраті суміші у кількості 0,55-0,77 мас. %, а вторинне модифікування проводять шляхом додавання феросиліцію при його витраті 0,2-0,4 мас. %. 10 Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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