Способ термической обработки калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом

 

Сущность изобретения: валок нагревают до АКС1 + 180-250°С и охлаждают до 150- 100°С со бкоростью V О/К°С/ч, где D - диаметр валка, мм; К - концентрация меди в чугуне, %. Повторно нагревают до температуры Т (600-3,3 К)°С и окончательно охлаждают на воздухе.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 D 9/38, 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

-1Нпй,л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (21) 4730247/02 . (22) 15.08.89 (46) 07.01.93. Бюл. М 1 (71) Украинский научно-исследовательский институт металлов и Кушвинский завод прокатных валков (72) В.И,Вакула, В.И,Комляков и P.Х.Гималетдинов (56) Заявка Японии N. 59-48850, кл. 5, С 21 В 9/38, 1984, Изобретение относится к термической обработке изделий из преимущественно легированных медью чугунов с шаровидным графитом и предназначено для использования в черной металлургии при изготовлении валков горячей прокатки, а также в тяжелом и транспортном машиностроении.

Целью изобретения является повышение прочности, твердости,.термостойкости и сокращение процесса.

Предложенный способ обеспечивает. получение в процессе аустенитизации гомогенного аустенита при нагреве до температуры А"с1 + 180-250 С, что позволяет одновременно повысить.прочность и термическую стойкость материала. Охлаждение с критической скоростью, равной величине отношения — „, до 100-150 С создает пере0

0 насыщенность феррита медью, которая при последующем дисперсионном твердейии . материала способствует значительному повышению его твердости при нагреве до

600 С-33,3 К.

Использование. охлаждения на воздухе после нагрева до температур дисперсионного твердения, а также возможность иск„„5g 1786144 А1

2 (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

КАЛИБРОВАННЫХ ВАЛКОВ ИЗ ЧУГУНОВ

С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ (57) Сущность изобретения: валок нагревают до А"с1 + 180-250 С и охлаждают до 150100 С со скоростью V = D/К С/ч, где D —. диаметр валка, мм; К вЂ” концентрация меди в чугуне, %. Повторно нагревают до температуры Т - (600-3,3 К) С и окончательно охлаждают на воздухе. лючения обязательного регулированного охлаждения с целью снятия остаточйых на- : пряжений, которое предусматривается в известных технических решениях, позволяют Я существенно сократить длительность ripoцесса термической обработки, Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при нагреве до температуры на 180-250 С превышающий А"д, происходит полное растворение структурно свободного цементита и

30-50% графитовых включений, что обеспечивает максимально возможное насыщение аустенита углеродом и легирующими эле- Д -. ментами. В процессе нагрева до этой темпе- Q(j ратуры достигается наиболее полное 0с, выравнивание концентрации углерода и легирующих элементов по объему зерен аустенита, что является недостижимым из-за непрерывного растворения графита и эвтектических карбидов при нагреве до темпера- :, туры ниже оптимальной, Увеличение температуры нагрева выше оптимальной приводит к интенсивному росту зерна и локальному оплавлению матрицы вокруг гло1 булей графита, при котором выравнивание концентрации углерода в матрице чугуна также не достигается. Следовательно, тер-.

1786144 моабработка с нагревом до температур выше и ниже оптимальной не только не устраняет, но даже усиливает концентрационную, а вместе с ней и структурную микронеоднородность чугуна и не позволяет обеспечить 5 высокий комплекс его свойств — одновременное повышение прочности и термической стойкости чугуна. —.-—

Охлаждение соЪкорастью; равной отношению диаметра. валка к концентрации ме- 10 ди в сплаве, позволяет обеспечить охлаждение заготовки валка с критической скоростью, при которой достигается максимальная степень пересыщения феррита эв.тектоида медью. При скорости охлаждения, 15

D превышающей величину отношения

К степень пересыщения медью твердого рас-: твора, обеспечивающая вторичное твердение и повышение твердости материала 20 калибра при повторном нагреве, дополнительно не-увеличивается. Кроме того, возникает опасность появления трещин из-за высокого уровня остаточных термических напряжений, Охлаждение со скоростью 25

D меньшей, чем величина отношения —, не

К позволяет обеспечйть достаточную степень пе ресыщения медью твердого раствора, Ilo" этому твердость материала дна калибра в 30 процессе вторичного твердения повышается незначительно.

Охлаждение до температуры, превышающей 150 С, вызывает выделение меди на межфазной поверхности и также, как и 35 уменьшение скорости охлаждения, снижает степень пересыщения медью ферритной составляющей. Это отрицательно сказывается.на эффективности вторичного твердения при последующем нагреве и уровне твердо- 40 сти материала калибра. Охлаждение до температуры менее 100 С дополнйтельного положительного влияния не оказывает, вызывая лйшь увеличение продолжительности обработки. ; 45

Нагрев заготовки валка до1емпературы

600 C — 33,3К необходим для проведения искусственного старения, вызывающего значительное повышение твердости материала. Необходимо отметить; что материал 50 дна калибра по сравнению с поверхностью бочки упрочняется в значительно большей степени. Это достигается за счет более высокой скорости охлаждения этих участков валка, обеспечивающей большую перена- 55 сыщенность твердого раствора медью. Поэтому выделение меди в виде дисперснай фазы при нагреве до температур 600 С вЂ”.

33,3К в различной степени повышает твердость материала поверхности бочки и дна калибра, При нагреве да температур менее

600 С вЂ” 33,3К степень упрочнения не достигает максимально возможной величины. Повышение температуры более 600 С вЂ” 33,3К приводит к каагуляции медистой фазы и разупрачнению материала.

Проведенный анализ заявляемого способа изготовления калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом свидетельствует о том, что положительный эффект при осуществлении изобретения будет получен благодаря тому, что одновременному повышению прочности и термической стойкости материала сопутствует и повышение твердости материала калибра за счет структурных превращений, описанных выше.

По заявляемому способу заготовку валка с калибрами медленно нагревают са скоростью не более 30-50 С/ч до температуры

А С1+ 180-250 С, выдерживают при этой температуре не более 1 ч и охлаждают ат 100150ОC со скоростью, изменяющийся в зависимости от диаметра валка и концентрации в чугуне меди, определяемой из соотношения V = — С/ч, где D — диаметр валка, D o мм; К вЂ” концентрация в сплаве меди, %. Затем валок нагревают с произвольной скоростью до температуры; определяемой с учетом концентрации меди по формуле Т = 600 С -33,3К, и охлаждают на воздухе.

Для определения механических и эксплуатационйых свойств материала валков, термаобработанных по предлагаемому способу, были изготовлены 8 валков размером

580х800 мм химического состава, %: 3,7-3,8 углерода, 1,3-1,4 кремния, 0,5-0,6 марганца, 0,3-0,4 хрома, 1,7-1,8 никеля, l,5-1,6 меди, до 0,15 фосфора, до 0,02 серы. Для обеспечения сопоставительного анализа были изготовлены также 3 валка аналогичного состава и размера, которые обрабатывались по способу прототипа. Чугун для изготовления валков.выплавляли в индукционной печи ИЧТ-6 в вал ьцелитей нам цехе

Кушвинского завода прокатных валков.

Шихта состояла из чугуна Л К, полупродукта, лома валков CLUXH и стали, чугунной стру>кки, Необходимый уровень содержания основных и легирующих элементов обеспечивали введением FeSi (65), FeMn (45), FeCr (72), никеля гранулированного, РеМо (60), меди. Модифициравание осуществляли металлическим магнием при 1370+ 10 С. Вторичную инокулирующую обработку проводили порашкаструйным способом путем подачи сжатым воздухом с помощью установки молотого FeSi (65) зернистостью да 1,5 мм на струю заливаемого металла.

1786144

Расход FeSi 1,5-2,0 кг/т, Температура за- зывает дополнительного поло>кительного ивки 1320 10 С. Валки заливали в ко- влияния на характеристики чугуна. Окончакиль с покраской, Время выдер>кки валков в тельный нагрев заготовки до температуры форме до ее разборки 12-16 ч, Метериал дисперсионного твердения позволяет зназаготовок валков подвергался термической 5 чительно повысить уровень твердости по обработке. Изтермообработанного металла сравнению с литым состоянием. При нагребыли изготовлены образцы, которые испы- ве до температуры менее 550 С снижаются тывались по стандартным методикам на все показатели прочностных свойств матепрочность и твердость. Испытания на тер- риала и термической стойкости, Таким обрамостойкость проводили на установке для 10 зом, при проведении термической термоциклирования с нагревом" образцов обработки, параметры которой находятся до 600 С и последующим охлаждением во- на более низком уровне по сравнению с д до 0 С. оптимальным, качество материала ухудшаой о 20ОC.

Так, например, при термической обра- ется (предел прочности при изгибе 975 МПа, 58 ботке заготовки валка с размерами бочки 15 термостойкость 3040 циклов твердос

0 800ммизчугунасостава,%:3,8углеро- верхности бочки 58 HSD дна калибра 56 да, 1,37 кремния; 0,54 марганца; 0,48 хрома; HSD).

1,77 никеля; 1,62 меди, менее 0,15 фосфора; При превышении оптимального уровня менее 0,02 серы (Ас1 = 820 С), наилучший температуры аустенитизации прочностные уровень свойств достигнут при нагреве до 20 характеристики также снижаются из-за по- " температуры аустенитизации 1000-1070"С, вышенной структурной неоднородности маохлаждении оТ температуры аустенитиза- териала валка, Кроме того,- повышение ции со скоростью 360 с/ч до температуры температуры аустенитизации увел ч

100-150" С и ивает —,>О С, последующего нагрева с произ- длительность термической обработки. Охвольной скоростью до температуры диспер- 25 лаждение со скоростью 370 С/ч, превышасионноготвердения 550 Си охлаждении на ющей оптимальную, не обеспечивает воздухе. После такой обработки материал наилучшего сочетания предела прочности валка характеризовался следующим уров- чугуна при изгибе и твердости материала. нем свойств; предел прочности при изгибе Завершение охлаждения при более высокой

1190-1230 МПа, термостойкость 3720-3920 30 температуре, например 160 С, вызывает циклов, твердость поверхности бочки 62-63 снижение как прочностных характеристик, ибра 58-60 Н80. так и уровня термической стойкости материНагрев до оптимальной температуры ала, Повышение температуры дисперсионаустенитизации 1000-1070 С обеспечивает ного -твердения более 500 С приводит к наибоЛее полную гомогенизацию аустени- 35 коагуляции упрочняющей дисперсной медита, при охлаждении до 100-150 С со скоро- стой фазы и снижению уровня тве д

6 С/ч достигается максимальная термической стойкости. Уровень свойств степень пересыщения медью феррита. эв- после такой обработки: предел прочности тектоида, а в процессе последующего на- при изгибе 1020 МПа; термостойкость 2980 грева заготовки валка до 550 С происходит 40 циклов, твердость поверхности бочки 59 повышениетвердости материала за счет ис- HSD, дна калибра 54 HSD. кусственного старения чугуна и выделения Как показали данные проведенных исдисперсной медистой фазы в металличе- пытаний, заявляемый способ термической ской основе материала. обработки калиброванных валков из чугуНагрев до температуры менее 1000 С 45 нов с шаровидным графитом обеспечил доне позволяет получить достаточно высокий стижение следую г уровень прочностных характеристик, так . характеристики материала: предел прочнокак не абеспечиваетдостаточно полной гра- сти при изгибе 1190-1230 МПа т фитиза ии х пких ов рупких звтектических карби- кость 3720-3920 циклов до разруше а; термостойпких - ушения, д, располо>кенных по границам зерен. 50 твердости поверхности бочки 62-63 HSD, При охлаждении от температуры аустенити- дна калибра — 58-60 HSD. зации со скоростью 350 С/ч, меньшей, чем Согласно данным проведенных лаборавелич íà отно ения — 0 твердость мате тоРных испытаний заЯвлЯемое изобретение

К в сравнении с прототипом обладает следу52 НЯО что риала дна калибра снижается с 59 HSD до 55 ющими преимуществами: пр м : редел прочности, чтб значительно уменьшаетэффек- при изгибе повысился в 1,4-1,5 аза (с 840 тивностьтермической обработки, адлитель- до 1190-1230 МПа), термостойкость в 1,8-1,9 ность процессаувеличивается. Завершение раза (с 2100 до 3720-3920 циклов), тверохла>кдения при более низкой температуре дость поверхности бочки возросла дополни(90 С) по сравнению с оптимальной не ока- тельно на 7-8 HSD (c 55 HSD до 62-63 HSD), 1786144 нала и повысить производительность термического оборудования.

Заявленное изобретение не оказывает вредного влияния на окружающую среду.

Составитель В.Вакула

Техред М.Моргентал

Корректор М.Шароши

Редактор

Заказ 231 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат" Патент",г,ужгород,ул. Гагарина,101 дна калибра — на 6-8 H S D (c 52 H SD äî 58-60

HSD). Продолжительность термической обработки при этом сократилась на 27-30 часов.

Кроме того, по сравнению с прототипом 5 и известными аналогичными решениями заявляемое изобретение обладает следующими преимуществами: имея более высокий уровень качества, прокатные валки, термообработанные по предлагаемому способу, 10 обеспечивают более высокую пройзводительность прокатйых станов, повьгшается выход годного более высоких сортов проката, сокращается расход металла при произ- водстве металлопродукции. При этом 15 снижается удельный расход валкового материала, так как износостойкость рабочего слоя валков, изготовленных по заявляемому способу, в 1,5-2 раза выше, чем у валков из чугунов с шаровидным графитом текущего 20 производства. Сокращение процесса термической обработки позволит сэкономить электроэнергию, уменьшить численность обслуживающего термические печи персо25

Формула изобретения

Способ термической обработки калиброванных валков из чугунов с шаровидным графитом, преимущественно легированных медью, включающий нагрев до заданной температуры, выдержку, промежуточное охлаждение, повторный нагрев до заданной температуры, выдержку и окончательное охлаждение,отл и ч а ю щи и с я тем, что. с целью повышения прочностй, твердости, термостойкости и сокращения процесса, нагрев ведут до A"Ñ + 180-250 С, промежуточное охлаждение — до 150-100 С со скоростью V - О/К С/ч, где 0 — диаметр валка. мм; К вЂ” концентрация меди, $. повторный нагрев осуществляют до температуры, определяемой иэ соотношения Т(600-33,3К) С, а окончательное охлаждение проводят на воздухе.