Чугун

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам свариваемых деформируемых чугунов, которые могут быть использованы при производстве труб пластическим деформированием литой заготовки. Чугун содержит, мас. %: 2,60-3,97 углерода, 1,0-4,8 кремния, 0,02-0,40 марганца, 0,01-0,09 магния, 0,006-0,02 никеля, 0,003-0,02 меди, 0,005-0,04 титана, 0,002-0,015 хрома, 0,009-0,10 фосфора, остальное - железо. Изобретение позволяет улучшить качество труб, получаемых пластическим деформированием, за счет повышения ударной вязкости и свариваемости. 2 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к составам свариваемых деформируемых чугунов, которые могут быть использованы при производстве труб пластическим деформированием литой заготовки. Известен чугун следующего химического состава, мас.%: Углерод - 3,25-3,75 Кремний - 2,0-2,6 Марганец - 0,2-0,6 Никель - 0,5-1,5 Медь - 0,1-0,5 Железо - Остальное.

Данный чугун содержит в виде примесей также до 0,02% серы, до 0,16% фосфора и магния [1].

Известный чугун имеет низкие пластические и вязкостные свойства, что не позволяет использовать его для изготовления труб пластическим деформированием литой заготовки.

Известен также ковкий перлитный чугун следующего состава, мас.%: Углерод - 2,4-3,2 Кремний - 1,00-1,75 Марганец - 1,3-2,0
Медь - 0,7-1,3
Никель - 0,3-1,0
Сера - 0,08-0,18
Фосфор - до 0,12.

Железо - Остальное [2].

Этот чугун также имеет низкие пластические и вязкостные свойства, что не позволяет изготавливать из него трубы путем пластического деформирования.

Наиболее близким по своему химическому составу и свойствам к предлагаемому изобретению является чугун для изготовления труб пластическим деформированием, содержащий, мас.%:
Углерод - 2,7-3,2
Кремний - 1,0-2,5
Никель - 0,3-0,8
Магний - 0,005-0,05
РЗМ - 0,008-0,09
Марганец - 0,05-0,14
Алюминий - 0,005-0,02
Кальций - 0,001-0,004
Железо - Остальное [3]-прототип.

Недостатки известного чугуна состоят в том, что он имеет низкие показатели ударной вязкости и свариваемости, что приводит к снижению качества труб и ограничивает область их применения.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в улучшении качества труб, полученных пластическим деформированием, за счет повышения ударной вязкости и свариваемости.

Указанная техническая задача решается тем, что чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, никель и железо, дополнительно содержит медь, титан, хром и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 2,60-3,97
Кремний - 1,0-4,8
Марганец - 0,02-0,40
Магний - 0,01-0,09
Никель - 0,006-0,02
Медь - 0,003-0,02
Титан - 0,005-0,04
Хром - 0,002-0,015
Фосфор - 0,009-0,10
Железо - Остальное
Чугуны известного и предложенного составов содержат углерод, кремний, марганец, магний, никель и железо, концентрации которых (за исключением никеля) полностью или частично взаимно перекрываются.

Отличия предложенного чугуна состоят в том, что содержание в нем никеля составляет 0,006-0,02%, тогда как в известном его 0,3-0,8%. Предложенный чугун содержит также 0,003- 0,02% меди, 0,005-0,04% титана, 0,002-0,015% хрома и 0,009-0,10% фосфора, которых в известном чугуне нет.

Углерод в чугуне обеспечивает его высокую прочность и коррозионную стойкость. При содержании углерода более 3,97% резко ухудшается технологическая пластичность чугуна, что приводит к трещинообразованию в процессе горячей прокатки. При снижении содержания углерода менее 2,60% происходит падение его прочности и коррозионной стойкости, что недопустимо.

При содержании кремния менее 1,0% ухудшается графитизация чугуна и его деформируемость. Если содержание кремния превышает 4,8%, то это приводит к охрупчиванию чугуна и потере пластических свойств.

Марганец обеспечивает десульфурацию чугуна, повышает его прочностные и вязкостные свойства. Снижение содержания марганца менее 0,02% приводит к утрате его положительного влияния на механические свойства. Но увеличение содержания марганца более 0,40% ухудшает графитизацию чугуна и его деформируемость.

Магний раскисляет и модифицирует чугун, обеспечивая глобуляризацию углеродных включений. При содержании магния в чугуне предложенного состава менее 0,01% происходит потеря пластичности и деформируемости литой структуры. Увеличение содержания магния более 0,09% приводит к возрастанию количества и размеров неметаллических включений по границам зерен, что ухудшает технологическую пластичность чугуна.

Никель оказывает благоприятное влияние на процесс графитизации и способствует повышению механических свойств и свариваемости. Однако если содержание никеля в чугуне превышает 0,02%, то ухудшается его деформируемость. При содержании никеля менее 0,006% снижается комплекс механических свойств и стойкость чугуна против питтинговой коррозии, что недопустимо.

Медь введена в чугун для повышения его свариваемости и коррозионной стойкости. При снижении содержания меди менее 0,003% свариваемость чугуна ухудшается. Увеличение содержания меди более 0,02% ухудшает деформируемость чугуна.

Титан способствует повышению ударной вязкости и коррозионной стойкости чугуна. При содержании титана менее 0,005% его положительное влияние исчезает. Повышение содержания титана более 0,04% не приводит к дальнейшему повышению свойств, а лишь увеличивает расход легирующих материалов.

Хром повышает вязкостные и антикоррозионные свойства чугуна, улучшает его свариваемость. При содержании хрома менее 0,002% показатель ударной вязкости падает. Увеличение содержания хрома более 0,015% ухудшает графитизацию, снижает пластичность и деформируемость чугуна.

Фосфор в количестве 0,009-0,10%, в присутствии меди, существенно повышает коррозионную стойкость чугуна, улучшает его свариваемость. При затвердевании фосфор образует легкоплавкую тройную эвтектику (с температурой плавления 950^oC), улучшающую горячую деформируемость чугуна. Однако увеличение содержания фосфора более 0,10% приводит к резкому падению ударной вязкости. Снижение содержания фосфора менее 0,009% ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость чугуна.

В табл. 1 приведены составы предлагаемого и известного чугунов.

Из чугунов, составы которых приведены в табл. 1, центробежным способом отливали гильзы. Литые гильзы затем подвергали горячей прокатке на оправке в трубы. От труб отбирали пробы для оценки их качества. В табл. 2 приведены показатели качества труб, полученных прокаткой литых чугунных заготовок.

Свариваемость чугунов оценивали по двум показателям: месту разрушения образца с поперечным сварным швом при испытании на разрыв и по углу загиба вдоль шва, который образец выдерживал без образования трещин. Из табл. 2 следует, что чугун предложенного состава (составы N 2-4) в деформированном состоянии имеет наилучшую ударную вязкость и свариваемость. Это обеспечивает улучшение качества труб. В случаях запредельных значений содержания элементов (составы N 1 и 5) ударная вязкость и свариваемость ухудшаются. Также более низкими ударной вязкостью и свариваемостью обладает чугун известного состава, принятый в качестве прототипа (состав N 6).

Технико-экономические преимущества предложенного чугуна состоят в том, что введение в его состав 0,003-0,02% меди, 0,005-0,04% титана, 0,002-0,015% хрома и 0,009-0,10% фосфора при регламентированном содержании остальных элементов обеспечивает улучшение качества труб, полученных пластическим деформированием, за счет повышения ударной вязкости и свариваемости.

В качестве базового объекта принят чугун-прототип. Использование чугуна предложенного состава позволит повысить рентабельность производства труб на 15-17%.

Источники информации
1. Патент ФРГ N 1213621, МПК C 22 C 37/04, 1963 .

2. Авт.св. СССР N 1137110, МПК C 22 C 3 7/00,1985.

3. Патент РФ N 2098508, МПК C 22 C 37/10, 1997 - прототип.

Формула изобретения

Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, магний, никель и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь, титан, хром и фосфор при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Углерод - 2,60 - 3,97
Кремний - 1,0 - 4,8
Марганец - 0,02 - 0,40
Магний - 0,01 - 0,09
Никель - 0,006 - 0,02
Медь - 0,003 - 0,02
Титан - 0,005 - 0,04
Хром - 0,002 - 0,015
Фосфор - 0,009 - 0,10
Железо - Остальноев

РИСУНКИ

Рисунок 1