Чавун для прокатних валків

Реферат: Винахід належить до чорної металургії, зокрема, до розробки складу зносостійких та 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; диспрозій - 0,02-0,07; залізо - решта. Зносостійкість запропонованого чавуну вища, ніж відомого, на 6-28 %, а властивості міцності на 4-6 %. UA 98996 C2 (12) UA 98996 C2 UA 98996 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до чорної металургії, зокрема, до розробки складу зносостійких та високоміцних чавунів для лиття прокатних валків. Відомий чавун (А. с. № 523956 СРСР МПК 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 чавуну є низькі міцність та зносостійкість. Найбільш близьким по технічній суті до складу, що заявляється, є чавун, що узятий за прототип (А. с. № 1014958 СРСР МПК 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 зносостійкість та міцність валкового чавуну. В основу винаходу поставлена задача одержання чавуну з підвищеними характеристиками зносостійкості та міцності, що потребує сучасне виробництво. Технічний результат досягається тим, що у чавун, який містить вуглець, кремній, марганець, церій, ітрій, лантан, неодим, додається диспрозій до концентрацій, що забезпечують заглушування виділення ледебуритної евтектики. Крім того, модифікування таким комплексом рідкісноземельних металів у вказаних границях сприяє кристалізації чавуну за метастабільною системою, що дозволяє підвищити міцність чавуну. Зазначена задача вирішується тим, що в чавуні, що містить вуглець, кремній, марганець, церій, ітрій, лантан, неодим, залізо, додатково міститься диспрозій 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 диспрозій 0,02-0,07 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 вмісті вуглецю менше нижньої рекомендованої 1 UA 98996 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 границі значно зменшується кількість карбідної фази у робочому шарі валків, що призводить до зниження твердості й, як наслідок, зносостійкості. Кремній у 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 вище 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. Диспрозій. Модифікування диспрозієм призводить до зміни типу евтектики, тобто одержання пластиноподібної замість ледебуритної, а також до підвищення дисперсності матриці, що сприяє збільшенню зносостійкості та міцності. При концентраціях менше за 0,02 % кристалізація ледебуриту повністю не заглушується, а при вмістах вище за 0,07 % - у структурі виділяється велика кількість неметалевих включень, які зменшують зносостійкість чавуну. 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 1 А, 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, зчищували шлак періоду плавлення, заміряли температуру. Модифікувальні елементи (церій, ітрій, лантан, неодим, диспрозій) завантажували у ківш перед випуском металу. Церій вводили у вигляді фероцерію, ітрій та диспрозій - металевими, лантан і неодим - у вигляді лантаннеодимової лігатури такого складу, мас. %: (лантан+неодим) 45, кремній 40, кальцій 0,4; залізо решта. Чавуни при температурі 1500±5 °С випускали у ківш з необхідним навантаженням модифікаторів та при досягненні температури 1300-1340 °С заливали у кокільні форми. Виливки мали розміри: діаметр 50 мм, висота 200 мм. З цих виливків вирізали зразки для хімічного аналізу, металографічних досліджень, виміру твердості, визначення границь міцності при вигині та розриві та зносостійкості. Таблиця Хімічний склад і властивості чавуну, що заявляється, та прототипу Спла № в вар Вміст хімічних елементів, мас. % С Si Mn Се Y La Nd Властивості Dy Fe ТверГраниця дість міцності, МПа HSD р В, МПа 2 в иг В , МПа Зносостійкість, г UA 98996 C2 Продовження таблиці решта « « « « 63 460 610 0,039 65 64 64,5 64 475 465 470 460 620 615 620 615 0,030 0,035 0,037 0,035 0,05 0,03 0,04 0,04 0,05 « 64,5 470 620 0,038 0,6 0,8 0,05 0,03 0,04 0,04 0,07 0,04 0,02 0,06 0,03 « « 65 62 475 455 625 605 0,030 0,041 0,6 0,06 0,05 0,04 0,03 « 62 450 570 0,042 1 Чавун, що заявляється Чавун за прототипом 5 10 3,5 1,8 0,8 0,04 0,02 0,04 0,03 0,02 2 3 4 5 0,8 1,8 0,8 1,3 0,8 0,5 0,5 0,6 0,04 0,05 0,04 0,05 1,3 0,6 7 8 3,5 2,8 3,8 3,1 3,1 5 3,1 3,4 1,3 1,6 9 3,1 1,3 6 0,04 0,04 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,05 0,03 0,03 0,04 0,07 0,02 0,07 0,02 Випробування на зносостійкість проводили на машині СМЦ-2 при терті-ковзанні з зусиллям 700 МПа. Випробування механічних властивостей - за стандартними методиками. В інтервалі концентрацій 0,02-0,07 % диспрозію кристалізація ледебуриту повністю заглушується, виділяється пластиноподібна евтектика. Дослідні склади чавунів та результати випробувань наведені у таблиці. Як видно з таблиці, поставлена мета досягнута. Зносостійкість запропонованого чавуну вище, ніж відомого, на 6-28 %, а міцнісні властивості - на 4-6 %. 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». ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Чавун для прокатних валків, що містить вуглець, кремній, марганець, церій, ітрій, лантан, неодим та залізо, який відрізняється тим, що він додатково містить диспрозій 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 диспрозій 0,02-0,07 залізо решта. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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