Износокоррозионно-стойкий чугун

 

Использование: для литья механически обрабатываемых износокоррозионно-стойких деталей углеобогатительного и другого оборудования, подвергающегося в процессе эксплуатации интенсивному абразивно-коррозионному воздействию рабочей среды. Сущность изобретения: чугун содержит: углерод, кремний, марганец, хром, железо и церий при следующем соотношении компонентов, мас. углерод 1,8 2,2; кремний 0,5 1,0; марганец 0,9 1,3; хром 30,0 34,0; церий 0,008 0,011; железо остальное. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейному производству, и может быть использовано для литья механически обрабатываемых деталей оборудования, подвергающегося в процессе эксплуатации интенсивному абразивно-коррозионному воздействию рабочей среды.

Известен чугун, обладающий высокой твердостью в закаленном состоянии (54НRC) и стойкостью в абразивной рабочей среде, следующего химического состава, мас. (1) Углерод 1,7-2,35 Кремний 0,6-2,0 Марганец 2,8-3,9 Хром 28,0-33,0 Титан 0,05-0,3 Цирконий 0,05-0,3 Железо Остальное Однако, механическая обрабатываемость данного чугуна лезвийным инструментом, особенно, при сверлении и нарезании винтовой резьбы наиболее распространенным инструментом из быстрорежущей стали типа Р18 затруднена.

Известен коррозионностойкий чугун с хорошей механической обрабатываемостью, принятой за прототип, следующего химического состава, мас. (2) Углерод 1,5-2,2 Кремний 1,3-1,7 Марганец 0,4-0,8 Хром 3,0-36,0 Железо и примеси Остальное Однако, чугун ХЗ34 не восприимчив к закалке из-за структурной стабильности мягкой ферритной основы, в связи с чем износостойкость его в абразивной среде низка. Кроме этого, изделия из склонного к транскристаллизации чугуна ЧХ34, подвергающиеся в процессе эксплуатации интенсивному абразивно-коррозионному воздействию рабочей среды (рабочие колеса насосов, импеллеры флотомашины, вращающиеся со скоростью 900-960 об/мин имеют невысокую конструктивную прочность и эксплуатационную надежность.

Задачей изобретения является создание несклонного к транскристаллизации чугуна с повышенной износостойкостью в абразивно-коррозионной среде и хорошей механической обрабатываемостью.

Поставленная задача достигается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, хром и железо, согласно изобретению дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас. Углерод 11,8-2,2 Кремний 0,5-1,0 Марганец 0,9-1,3 Хром 30,0-34,0 Церий 0,08-0,011 Железо Остальное Проверка на соответствие заявляемого изобретения требованию новизны проводилась с учетом всех ранее опубликованных заявок. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию изобретения "новизна".

Содержание углерода в предлагаемом чугуне обусловлено особенностями разливки высокохромистого чугуна из носковых поворотных ковшей. При содержании углерода меньше 1,8% в результате вторичного окисления открытий металл интенсивно покрывается вязкой окисной пленкой, способствующей образованию брака литья по спаю и неслитинам. Повышение содержания углерода в заявляемом чугуне более 2,2% ведет к росту доли крупных первичных карбидов в структуре его твердости в литом состоянии и, вследствие этого, к ухудшению механической обрабатываемости. Кроме того, избыточный углерод, отвлекая часть хрома из твердого раствора основы на образование карбидов, снижает концентрацию несвязанного хрома в основе чугуна, уменьшая способность сплава образовывать пассивирующую пленку, т.е. снижается коррозионная стойкость в кислой среде. Кремний в предлагаемом чугуне является неизбежной примесью, вносимой в сплав исходными шихтовыми материалами: стальным ломом, феррохромом и ферромарганцем. Для достижения содержания кремния менее 0,5% необходимо использование в шихте чистых по кремнию, но очень дорогих, легирующих компонентов, что экономически нецелесообразно. При содержании в чугуне кремния более 1% возрастает степень легированности им ферритной основы, что приводит к нежелательному охрупчиванию материала и, вследствие этого, к повышенному браку литья по трещинам.

Содержание хрома в предлагаемом чугуне определено, исходя из необходимости получения оптимального сочетания износостойкости и коррозионной устойчивости сплава в абразивно-коррозионной среде. Снижение содержания хрома ниже 30% нецелесообразно, т.к. увеличивается доля остаточного аустенита в основе чугуна, возрастает концентрация несвязанного углерода в растворе, в результате чего повышается твердость чугуна и затрудняется его обрабатываемость лезвийным инструментом. При содержании хрома выше 34% происходит еще большее выклинивание γ-области в твердом растворе основы чугуна при высокотемпературном нагреве, вследствие чего снижается концентрация углерода в растворе и затрудняется достижение высокой твердости чугуна после закалки.

При содержании марганца в чугуне менее 0,9% сужается область стабильности аустенита основы чугуна при высокотемпературном нагреве, снижается концентрация углерода в твердом растворе основы, затухает интенсивность выделения вторичных карбидов при заливке, в результате чего падает твердость закаленного чугуна, снижается его изностостойкость. При содержании марганца, большем 1,3% увеличивается доля остаточного аустенита в основе чугуна, которая при механической обработке под воздействием лезвийного инструмента наклепывается и твердеет, в результате чего затрудняется последующая механическая обработка.

Количество вводимого в жидкий чугун модификатора (0,20-0,25 кг/т), т.е. остаточное содержание церий в готовом металле 0,008-0,011% определено с учетом формирования оптимальной макроструктуры и полного подавления транскристаллизации. При вводе модификатора менее 0,20 ег/т (содержание церия в готовом металле менее 0,008% ) в жидком чугуне не образуется достаточное количество центров кристаллизации, не устраняются в отливках зоны столбчатых кристаллов, в результате чего при обработке деталей из такого чугуна под давлением резца частицы металла скатываются по плоскостям дендритов, создавая угрозу травмирования, т.е. эффект модифицирования не достигается. Ввод модификатора более 0,25 кг/т (остаточное содержание церия в готовом металле более 0,011%) нецелесообразно, т.к. происходит "перемодифицирование" чугуна, в результате которого в процессе кристаллизации формируется сферическая карбидная эвтектика мелкопластинчатого типа, что приводит к повышению твердости чугуна в литом состоянии (35-52HRC), т.е. к невозможности его механической обработки; снижение твердости такого чугуна многократным отжигом достичь не удается.

Предлагаемый износо-коррозионностойкий чугун с заявляемым содержанием компонентов и выбором интервалов значений количественных признаков обеспечивает движение технического результата, заключающегося в предотвращении транскристаллизации в отливках, обеспечении возможности их механической обработки (HRC-25-26), и высокой износостойкости деталей в абразивно-коррозионной среде при последующей закалке (50-54HRC). Таким образом, заявляемый состав компонентов придает чугуну новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "изобретательский уровень".

П р и м е р. Износо-коррозионностойкий чугун состава Nп/п (плавка N 3-8089) выплавлялся в индукционной чугуноплавильной печи ИЧТ-10 с кислой футеровкой в литейном цехе Западно-Сибирского металлургического комбината. Расход шихты на 1 т жидкого металла составил 1031 кг, в том числе стального лома 506 кг/т, феррохрома углеродистого марки ФХ800-170 кг/т, феррохрома среднеуглеродистого марки ФХ100 340 кг/т, феppомарганца углеродистого марки ФМи75 15 кг/т. Модификатор погружали в чугун в металлическом патроне многоразового пользования на глубину до половины высоты металла в ковше из расчета 0,25 кг/т чугуна. Из выплавленного чугуна предлагаемого состава, мас. C 2,10; Mn 1,3; Si 0,66; Cr 32; Ce 0,01, железо остальное, были отлиты всасывающие патрубки насосов системы перекачивания магнетитовой суспензии центральной углеобогатительной фабрики коксохимического производства комбината.

Механическая обработки и закалка этих патрубков производилась в механическом цехе комбината, фрезерование фланцев фрезами с твердосплавными резцами ВК-6, сверление отверстий сверлами из быстрорежущей стали Р18 обе операции механообработки выполнялись на изделиях в литом состоянии, причем одним сверлом с одной заточки просверливали, в среднем, по 24 отверстия; после мехобработки патрубки были закалены от 1100оС на воздухе до твердости 52-54НРС.

Конкретные составы чугуна, полученные характеры изломов образцов, их свойства представлены в таблице. Из таблицы видно, что чугуны, химические составы которых выдержаны в пределах заявленных граничных значений, обладали наиболее благоприятным сочетанием характеристик в литом и закаленном состояниях, а именно, мелкозернистый излом, хорошей обрабатываемостью в литом состоянии и высокой твердостью (износостойкостью) в закаленном состоянии. Возможность получения не склонного к транскристаллизации чугуна с повышенной износостойкостью в абразивно-коррозионной среде и хорошей механической обрабатываемостью подтверждена актом промышленных испытаний.

Предлагаемый состав чугуна возможно выполнить в дуговых индукционных печах как с основной, так и с кислой футеровкой металлургических и машиностроительных предприятий для литья механически обрабатываемых деталей оборудования, подвергающегося при эксплуатации интенсивному абразивно-коррозионному воздействию рабочей среды, в частности: импеллеров и статоров флотомашин, рабочих колес, улиток и бронедисков центробежных насосов систем перекачки магнетитовой суспензии, угольной пульпы, флотохвостов углеобогащения и т.п. для литья жаростойких до 1373-1423 деталей печной арматуры, реторт для модификации, сопел горелок и т.п. для литья деталей насосов и запорной арматуры системы перекачки растворов солей (сульфата аммония, селитры) и кислот (азотной, фосфорной, серной).

Формула изобретения

ИЗНОСОКОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, хром и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 1,8 2,2 Кремний 0,5 1,0 Марганец 0,9 1,3 Хром 30,0 34,0 Церий 0,008 0,011 Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2