книги из ГПНТБ / Николайчик Н.П. Повышение стойкости изложниц на машиностроительных заводах

На рис. 33 и 34 представлена микроструктура чугуна изложниц, отлитых по первому и третьему вариантам. В обоих случаях графит шаровидной формы. Металличе­ ская основа перлито-ферритная. Чугун содержал 3,6— 3,7% С, 2,0—2,6% Si, 0,5—0,8% Мп, до 0,1 % Р и до 0,03% S.

На рис. 35, а показана микроструктура чугуна излож­ ниц с содержанием кремния 1,5—1,8%. Структура состо-

Рис. 34. Микроструктура чугуна изложниц, отлитых по треть­ ему варианту:

5 мм от наружной поверхности. Шлифы петравленме. Х300. Уменьшение при печати Vs

ит из перлита, ледебурита и шаровидного графита; вид­ ны также участки нижнего бейнита и мартенсита. Мик­ роструктура чугуна этих же изложниц после отжига показана на рис. 35, б. Видны феррит и шаровидный графит.

На рис. 35,в представлена микроструктура чугуна изложницы с содержанием кремния (1,0—1,4%). Она

60

состоит из ледебурита, небольшого количества перлита и шаровидного графита. Таким образом, чем меньше кремния в чугуне, модифицированном магнием, тем боль­ ше получается ледебурита в структуре, тем более дли­ тельный отжиг требуется для его разложения.

Смешивание чугунов для изложниц обычно осущест­ вляют в таких пропорциях: жидкий чугун, модифициро­ ванный магнием, — 1 часть, доменный чугун первой

плавки — 5—10 частей.

Способ жидкого модифицирования открывает широ­ кие возможности для литья высококачественных мелких

исредних изложниц из доменного чугуна первой плавки.

ВСоветском Союзе имеются машиностроительные за­ воды, расположенные в одном городе с металлургически­ ми предприятиями, получающие по фондам с этих пред­

61

3)меньшая склонность к усадке;

4)возможность регулирования содержания серы и

фосфора в исходном состоянии.

Снижение серы в исходном чугуне до 0,03—0,05% при плавке в вагранке с основной футеровкой позволяет сни­ зить расход магния на обработку чугуна.

В Советском Союзе на ряде заводов для производст­ ва чугуна с шаровидным графитом широко используют электропечи с кислой и основной футеровкой. Преимуще­ ство плавки в электропечи заключается в том, что при этом представляется возможным регулировать темпера­ туру исходного чугуна и его химический состав.

При проведении плавок в электропечи обработка чу­ гуна может осуществляться непосредственно в самой пе­ чи путем ввода лигатуры с магнием или церием.

Плавка в основной электропечи позволяет упростить процесс получения чугуна с шаровидным графитом, так как устраняется расход магния на обессеривание.

На Ижевском металлургическом заводе впервые на­ чали отливку изложниц из чугуна с шаровидным графи­ том в 1959 г. Была изготовлена специальная установка для обработки чугуна магнием непосредственно в копильиике. Обработка осуществлялась следующим обра­ зом. После наполнения копилы-іика шлак с поверхности жидкого чугуна выпускали через шлаковую летку. За­ тем для предотвращения выброса чугуна при введении магния или магниевой лигатуры шлаковую летку заде­ лывали шамотной массой. Для ввода в жидкий чугун магний предварительно упаковывали в стальной коло­ кол. Количество вводимого магния составляло 0,3—0,8% от массы обрабатываемого чугуна. Перед погружением колокол с магнием подогревали над зеркалом металли­ ческой ванны в течение 4—5 мин, а затем опускали в копильник. Обработка магнием сопровождалась бурной реакцией. Газы из полости копильника удалялись с по­ мощью вытяжного вентилятора. При выпуске чугуна из копилы-іика в ковш вводили ферросилиций в количестве 0,3—0,5% от массы жидкого чугуна. Температура чугуна при выпуске из копильника составляла 1250—1330° С, а при заливке изложниц 1200—1220° С. Масса изложницы 3,5 т.

Для механических испытаний отливали трефообразные пробы. Часть проб вместе с изложницами отжигали по режиму, представленному на рис. 36. Нагрев до 920° С проводили со скоростью 130 град/ч.

63

Выдержка 8,5 ч. Охлаждение до 650° С со скоростью

стойкость обычных изложниц составила 57 наливов, в то время как изложницы, отлитые из чугуна, модифициро­ ванного магнием, выдержали 68 наливов.

Эффективно использовали ваграночный чугун, моди­ фицированный магнием, на Краматорском металлургиче-

64

Т а б л и ц а 6

Химический состав, стойкость и причины выхода из строя изложниц из чугуна, модифицированного магнием

ском заводе им. Куйбышева. Здесь в ковш вводили 0,3— 0,5% Mg и 0,4—0,5% ферросилиция.

При обычной скорости заливки форм чугуном на внутренней поверхности изложниц наблюдались плены. При более высокой скорости заливки плены не образу­ ются. Скорость заливки повысилась в результате увели­ чения стояка и питателей. При этом продолжительность заполнения формы сократилась с 60 до 30 с.

Для снятия внутренних напряжений, улучшения структуры и повышения пластических свойств чугуна изложницы отжигали по двум режимам:

1)нагрев до 900—920° С со скоростью 150 град/ч, вы­ держка в течение 6 ч, охлаждение до 650° С со скоростью 30 град/ч, затем с печыо до 100—150° С (режим, приня­ тый на предприятиях Урала);

2)нагрев до 950° С со скоростью не более 150 град/ч, выдержка в течение 6 ч, охлаждение до 550° С со скоро­ стью 25—30 град/ч, выдержка в течение 6 ч, охлаждение до 550° С со скоростью 25—30 град/ч, затем до 400° С со скоростью 50 град/ч и дальше на воздухе (режим, разра­ ботанный НИИПТмашем и Краматорским металлурги­ ческим заводом им. Куйбышева).

Образцы для определения механических свойств вы­ резали в продольном направлении из середины стенки нижней части изложниц из чугуна с шаровидным и плас­ тинчатым графитом. Предел прочности при изгибе и стрелу прогиба определяли на образцах диаметром

30 мм при расстоянии между опорами 300 мм, предел прочности при растяжении и относительное удлинение — на образцах диаметром 10 мм и расчетной длине 50 мм, предел прочности при сжатии и относительное сжатие — на образцах сечением 20X20 мм. Химический состав чу­ гуна для отливки изложниц (%) приведен ниже:

В табл. 7 приведены механические свойства чугуна с шаровидным графитом, которые в 2,5—3,5 раза выше, чем у обычного чугуна. В результате отжига за счет из­ менения структуры пластические свойства чугуна с ша­ ровидным графитом повышаются. Эксплуатационные

Т а б л и ц а 7

Механические свойства исследованных изложниц

66

испытания показали, что изложницы рассматриваемого типа, отлитые из серого чугуна с пластинчатым графи­ том, выдержали 90—100 наливов, а из чугуна с шаровид­ ным графитом — 300—320 наливов.

Я- Л. Додина, Л. Г. Саксонова, Л. О. Соколовский и др. рекомендуют химический состав изложниц из чугу­ на, модифицируемого магнием (табл. 8).

Опробование этих составов на изложницах для мел­ ких слитков в условиях Лысьвенского металлургического завода и Нижне-Тагильского металлургического ком­ бината показало положительные результаты. Сетка разгара появлялась лишь после 200—250 наливов; хоро­ шо развитой она становилась после 300—350 наливов. На изложницах же, отлитых из ферритного чугуна с мел­ кими пластинчатыми включениями графита, сетка обра­ зовывалась после 100—150 наливов.

Исследования, выполненные другими исследователя­ ми на ряде предприятий, показали, что наиболее высо­ кая стойкость обеспечивается у изложниц, изготовлен­ ных из чугуна, обработанного кислородом в копильнике вагранки, а затем модифицированного кремнемагниевой лигатурой. Количество лигатуры, вводимое в ковш, со­ ставляло 30—-35 кг на тонну чугуна. Химический состав чугуна характеризовался следующими цифрами: 2,85— 3,35% С; 0,47—0,55% Мп; 2,88—3,23% Si; 0,076—0,96% Р; 0,013—0,016 S; 0,05—0,08 Mg.

Температура выпуска из копильника 1370—1390° С, а заливки форм 1265—1310° С. Отжиг осуществляли по следующему режиму: нагрев до 970° С, выдержка в тече­ ние 10 ч; охлаждение со скоростью 25 град/ч до темпера­ туры 600° С, вместе с печью до 400° С, затем на воздухе.

Изложницы для квадратного слитка массой 500 кг, изготовленные по указанной технологии, имели среднюю

стойкость 133 налива и, как правило, выходили из строя вследствие образования сетки разгара. Их стойкость в 2—2,5 раза выше, чем стойкость изложниц из чугуна с пластинчатой формой графита. Хорошие результаты бы­ ли получены также с применением железокремнемагниевой лигатуры, однако отсутствие централизованного из­ готовления такой лигатуры создает определенные труд­ ности.

Установлена возможность получения высокостойкнх изложниц из чугуна, модифицированного железокремиемагниевой лигатурой без предварительной обработки в копилы-шке кислородом. Так, отожженные изложницы для слитков массой 650 кг, содержащие 3,3—3,4% С, 2,5—2,8% Si, 0,4—0,6% Mn, 0,08—0,1% Р, до 0,02% S и 0,03—0,05% Mg, отлитые при температуре выпуска чугу­ на из вагранки 1400—1410°С и температуре заливки форм 1280—1290° С, выдержали 235 наливов. Структура таких изложниц после отжига состояла из 95—98% фер­ рита, 2—8% перлита и шаровидного графита. Причины выхода изложниц из строя следующие: 65% из-за обра­ зования сетки разгара, 27% по продольным трещинам и 8% по другим причинам.

Исследования, выполненные на заводах Урала и Дон­ басса, показали, что для чугуна изложниц, предназна­ ченных для слитков массой до 5 т, оптимальной формой графита является шаровидная. Стойкость изложниц, из­ готовленных из чугуна с шаровидным графитом, в два раза выше стойкости изложниц из обычного серого чугу­ на с пластинчатым графитом. В ряде случаев шаровид­ ная форма графита является оптимальной и для излож­ ниц соответствующих конструкций, предназначенных для слитков массой более 5 т.

Известно также, что достоинство такого чугуна не ограничивается только высокими механическими свойст­ вами. Чугун с шаровидной формой графита обладает также высокой жаростойкостью и ростоустойчивостыо при повышенных температурах. Компактные изолирован­ ные включения графита в чугуне, модифицированном магнием, значительно задерживают развитие окисления, по глубине отливки и тем самым способствуют сопротив­ лению против образования сетки разгара.

Исследование свойств чугунов с пластинчатым и ша­ ровидным графитом в условиях переменных высоких температур, выполненное Уральским институтом черных

68

металлов, свидетельствует о различных свойствах этих чугунов. На образцах, вырезанных непосредственно из стенок изложниц, изучали термическую стойкость, тепло­ проводность, склонность к остаточным напряжениям и другие свойства.

Оказалось, что при одинаковом химическом составе теплопроводность чугуна с шаровидным графитом ниже теплопроводности серого чугуна с пластинчатым графи­ том; с повышением температуры до 500° С теплопровод­ ность обоих чугунов снижается. При увеличении содер­ жания графита теплопроводность чугуна с пластинчатым графитом значительно возрастает; теплопроводность чу­ гуна с шаровидным графитом практически не зависит от содержания углерода.

Решающим фактором, определяющим стойкость из­ ложниц, является термостойкость. Исследованиями пока­ зано, что термостойкость чугуна с шаровидным графитом резко снижается с повышением температуры нагрева. Так, при температуре нагрева 700° С образцы из чугуна

тем больше тепла содержит расплавленная и перегретая сталь, тем длительнее (особенно из легированной стали) она находится в изложнице, тем до более высоких темпе­ ратур нагревается ее внутренняя поверхность. Поэтому для крупных слитков из легированной стали изложницы

стойкость, чем изложницы из серого чугуна с пластинча­ той формой графита.

Таким образом, для повышения стойкости мелких и средних изложниц целесообразно изготовлять их из чу­ гуна, модифицированного магнием, церием или их лига­ турами; для изготовления крупных изложниц этот воп­ рос еще не решен и в настоящее время более эффективен обычный серый чугун.

Режим отжига изложниц из чугуна с шаровидным графитом зависит от структуры в литом состоянии. Прак­ тически применяемые на заводах режимы представлены на рис. 37.

При наличии в высокопрочном чугуне повышенного количества марганца (0,9—1%) или остаточного хрома

69