книги из ГПНТБ / Писаренко Г.А. Отливки металлургического оборудования из чугуна с шаровидным графитом

щается в ферритную. Механические свойства чугуна ухудшают также газы, которые, проникая по каналам, образуемым пластин­ чатым графитом, вызывают окисление железа и некоторых других элементов, входящих в состав чугуна.

Предел прочности при изгибе и растяжении у чугуна с шаро­ видным графитом в 3—4 раза выше, чем у чугуна с пластинча­ тым графитом.

Исследования изменения свойств чугуна в процессе службы изложниц показывают, что у изложниц из магниевого чугуна не наблюдается такого падения прочности, как у чугуна обычных изложниц.

Отжиг изложниц улучшает пластические свойства магниевого чугуна, характеризуемые относительным удлинением и стрелой прогиба, примерно в два раза, что видно из сравнения свойств чугуна неотожженной изложницы (№ 3085) и отожженной

(№ 3073), залитых из одного ковша.

Улучшение пластических свойств чугуна после отжига объяс­ няется увеличением количества феррита и частичной сфероидиза­

цией цементита в перлите.

В процессе эксплуатации изложниц как отожженных, так и неотожженных пластические свойства их улучшаются (табл. 37). Было сделано предположение, что это связано с «самоотжигом» при нагреве изложниц. Для изучения этого явления проведено исследование изменения механических свойств и микрострукту­ ры чугуна в зависимости от многократных нагревов до темпера­

тур, достигаемых изложницами в работе.

Для этой цели из нижней части изложницы были вырезаны темплеты сечением 35X35 мм и длиной 350 мм. Темплеты отожгли в лабораторной муфельной печи по режиму: нагрев до 900°, вы­ держка при 900°—2 час., охлаждение до 650° со скоростью 30° в час. Отожженные темплеты подвергали многократным нагревам

до 680° и после 5-часовой выдержки при этой температуре их охлаждали с печью до комнатной температуры.

Химический состав чугуна: 3,14%! С; 2,85 Si; 0,53% Мп;

0,10% Р и 0,005%: S.

Механические свойства литого и отожженного чугуна до и после многократных нагревов приведены в табл. 38.

Данные, приведенные в табл. 38, показывают, что многократ­ ные нагревы отожженного чугуна незначительно меняют его механические свойства — немного понижается прочность и уве­ личивается пластичность.

Следовательно, если проводить отжиг изложниц по оптималь­ ному режиму, то в процессе их экслуатации нельзя ожидать зна­ чительного улучшения пластических свойств чугуна. Однако в за­ водских условиях оптимальный режим отжига достигается ред­ ко вследствие трудно учитываемого перепада температур в печах

и отливках. В результате неполной графитизации пластические

свойства чугуна не достигают максимальных величин. Большой интерес представляет изменение механических

свойств чугуна в зависимости от температуры. В табл. 39 приво­ дятся данные изменения предела прочности при растяжении и

Рис. 40. Вид образцов чугуна с шаровидным графи­ том после испытания растяжением при температу­ ре 700°.

относительного удлинения в зависимости от температуры, а так­

же величины модуля упругости при комнатной температуре; ха­

рактеристика исследованных изложниц дана в табл. 37.

При повышении температуры предел прочности чугуна с пла­ стинчатым и шаровидным графитом, а также стали, начиная с

400—500°, значительно снижается, а относительное удлинение

возрастает. Увеличение пластичности у чугуна с шаровидным гра­ фитом происходит быстрее, чем у чугуна с пластинчатым графи­ том, а предел прочности при растяжении, начиная с температуры 500°, превышает предел прочности стали. При температуре 700°

разрушению образца из чугуна с шаровидным графитом пред­ шествует образование шейки ^рис. 40), так же как и при растя­ жении стальных образцов.

Модуль упругости определен при помощи зеркального тензо­ метра на базе 50 мм. Обычно модуль упругости определяется при напряжениях, равных примерно 25%' от разрушающих. Нами же

но 75% от разрушающих потому, что напряжения в изложницах в процессе их эксплуатации достигают этой величины.

Модуль упругости отожженного чугуна с шаровидным графи­ том приблизительно на 12 % ниже модуля упругости неотожженного чугуна, но в 2—3 раза больше, чем у чугуна с пластинча­ тым графитом. Так как величина температурных напряжений про­ порциональна модулю упругости, напряжения, возникающие в из­ ложницах, отлитых из чугуна с шаровидным графитом, значи­ тельно больше, чем у обычных изложниц. Однако прочность чугуна с шаровидным графитом в 3,5—4 раза выше обычного, а пластичность намного больше. Поэтому трещины в изложницах из магниевого чугуна образуются значительно позднее, чем в из­ ложницах из обычного чугуна.

Сочетание многократных нагревов и охлаждений при сравни­ тельномедленном изменении температур, а значит и напряжений, приводит к явлению, сходному с явлением усталости, осложнен­ ному тем, что материал изложницы периодически находится в на­ пряженном состоянии при высоких температурах. Можно предпо­ ложить, что совместное изменение температур и напряжений спо­ собствует раскрытию ультрамикроскопических и микроскопиче­ ских трещин, особенно, если материал изложниц мало пластичен.

С целью приближения условий испытания чугуна к реальным условиям работы изложниц произведено испытание образцов мно­

гократным нагружением при высокой температуре.

Химический состав образцов, вырезанных из обычной излож­ ницы, следующий: 3,8%’ С; 1,64%, Si; 0,98%' Мп; 0,18% Р и 0,044% S, а образцов из изложницы магниевого чугуна —

3,33%' С; 2,65% Si; 0,62% Мп; 0,13% Р и 0,014% S. Предвари­ тельно при температуре 600° были определены предел прочности при растяжении и относительное удлинение. Затем при этой же температуре образцы многократно нагружались до напряжений, равных примерно 75%’ от разрушающих.

Каждый образец при испытании выдерживали под нагрузкой 2 мин., после чего нагрузку снимали, и образец охлаждали до комнатной температуры. Поверхность рабочей части образца ос­ матривали через лупу для определения момента появления пер­

вых трещин. После осмотра поверхности образец вновь нагрева­ ли до 600°, и испытание под той же нагрузкой повторяли.

Результаты испытаний приведены в табл. 40. По данным этой таблицы, чугун с пластинчатым графитом и неотожженный чугун с шаровидным графитом незначительно отличаются между собой как по числу нагружений, так и по времени пребывания под на­ грузкой до появления первых трещин. Среднее число нагружений и суммарное время пребывания под нагрузкой отожженных об­ разцов чугуна с шаровидным графитом значительно выше.

114 Изложницы из магниевого -чугуна

Технологический процесс изготовления этих изложниц и хи­ мический состав металла в основном такие же, какие приняты для мелких изложниц. Разница заключается только в том, что изложницы с дном отливают с прибылями, а в формы для отлив­

ром 150 мм и высотой 350 мм. Прибыли необходимы для полу­

чения здоровой отливки без усадочных рыхлостей и раковин в донной части, а также для вывода в прибыльную часть всплы­ вающих сернистых соединений и неметаллических включений. Сернистые соединения препятствуют кристаллизации графита в

шаровидной форме.

Заливка форм изложниц производится быстро, —- в течение 60—100 сек. При медленной заливке дефекты на внутренней по­

верхности образуются чаще и в большем количестве.

При отливке опытных изложниц чугун обрабатывали магнием в ковше емкостью 8 т. Температура чугуна при выпуске из ваг­ ранки была 1320—1360°, а при заливке форм— 1220—1250°.

Химический состав чугуна опытных изложниц с дном и их

116 Изложницы из магниевого чугуна

мента'льной стали. В каждую же опытную изложницу было отли­ то по 3—5 слитков такой стали.

Разливка стали в изложницы производилась сифоном со ско­

ростью наполнения 0,8—1,0 м/мин-, температура стали при раз­

ливке была 1550—1600°, а продолжительность пребывания слит­ ков в изложницах — не менее 2,5 час. Следует отметить, что вследствие тяжелых условий эксплуатации изложниц в электро­ сталеплавильном цехе расход обычных изложниц очень высок и

развивались в направлении к дну (рис. 43). Разгар возникал в местах сосредоточения усадочных рыхлостей — в углах между стенками и дном.

Две прибыли не обеспечили достаточного питания, и для по­ лучения здоровых отливок без усадочных рыхлостей необходи­ мо добиваться направленного затвердевания путем постановки холодильников.

Сетка разгара на гранях и дне изложниц из магниевого чугу­ на появлялась только после 50—60 наливов, а у обычных излож­ ниц— после 15—20 наливов. Поэтому общая продолжительность пребывания в хорошем состоянии внутренней поверхности у опыт­ ных изложниц значительно больше, чем у обычных изложниц, а это очень важно, так как сокращаются расходы на зачистку слитков и уменьшаются отходы металла.

выделения графита имели шаровидную форму.

Сквозные изложницы испытывали на Кушвинском и Н.-Сал-

динском металлургических заводах при разливке кипящих ста­ лей марки Ст. 2 и Ст. 3.

Химический состав и стойкость опытных сквозных изложниц

из магниевого чугуна приведены в табл. 43.

Сталь в изложницы, установленные на шестиместном поддоне, разливали через сифонный литник; скорость заполнения излож­

ниц составляла 0,3—0,4 м/мин. Раздевание слитков производи­

лось через 35—50 мин. после заливки.

Из данных табл. 43 видно, что средняя стойкость изложниц из магниевого чугуна на Кушвинском металлургическом заводе

составила 187, а на Н.-Салдинском — 127 наливов; средняя же стойкость изложниц из обычного чугуна соответственно была 85 и 70 наливов.

Таким образом, средняя стойкость сквозных изложниц из маг­ ниевого чугуна по сравнению со стойкостью обычных изложниц на Кушвинском заводе выше в 2,2 раза, а на Н.-Салдинском за­

воде— в 1,8 раза.

Изложницы на Кушвинском заводе вышли из строя от воз­ никновения поперечных и продольных трещин, размывов и сетки разгара. Изложницы же на Н.-Салдинском заводе почти все вы­ шли из строя вследствие образования на внутренней поверхности

местных выгаров («ожогов») глубиной 3—10 мм и площадью 3—8 дм2. Выгары получались только в нижней части изложниц,

главным образом, на гранях, на расстоянии до 500 мм от нижне­

го торца.

Выгары имеют вид сплошных или прерывистых оплавленных участков. Установлено, что основной причиной образования вы­

гаров является высокая температура стали при разливке, силь­ ное фонтанирование струи вследствие неудачной конструкции под­ донов, перекоса сифонного кирпича щ пр. К аналогичному выводу пришли и на металлургическом заводе им. Дзержинского [79].

Образование выгаров на изложницах в Н.-Салдинском заводе было ликвидировано путем снижения температуры разливаемой

стали и применением маршалитовой краски, которая при помощи пульверизатора наносится на внутреннюю поверхность из­ ложниц. Маршалитовая краска хорошо предохраняет изложницы от выгаров [80]. Впервые маршалитовое покрытие внутренней по­ верхности изложниц применили в 1953 г. на Верх-Исетском ме­ таллургическом заводе, а в настоящее время ее успешно приме­ няют еще на нескольких заводах. Маршалитовая краска приго­ товляется из воды и маршалита без связующего. Для перемеши-

118 Изложницы из магниевого чугуна