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

величину напряжений, определяемую при помощи усадочной ре­ шетки, следует рассматривать только как качественную харак­

теристику их.

Установлено, что графитизирующий отжиг при температуре

900—950° полностью снимает остаточные напряжения в чугуне как с шаровидным, так и с пластинчатым графитом. Поэтому в

результате отжига отливок из магниевого чугуна, особенно с вы­ соким содержанием в нем кремния (более 4,0%), снижается хрупкость чугуна и уменьшается образование холодных трещин.

Снятие остаточных напряжений при отжиге происходит вслед­ ствие перехода упругих деформаций в пластические и чем выше

температура отжига и длительнее выдержка отливки при этой температуре, тем полнее снимаются напряжения.

Рост

Отливки из чугуна, работающие при высоких температурах,

особенно в условиях попеременного нагрева и охлаждения, испы­ тывают необратимое увеличение объема, называемое ростом. Рост чугуна — явление нежелательное, так как вызывает пони­ жение прочности и изменение первоначальных размеров отливок.

Рост чугуна вызывается рядом процессов, основными из ко­

торых являются:

а) окисление железа и других элементов чугуна, происходя­ щее не только на поверхности отливок, но и в толще их;

б) образование и разложение аустенита, происходящие с из­ менением размеров кристаллической решетки;

в) графитизация чугуна.

способствует окислению железа и других химических элементов,

входящих в состав чугуна.

На рост серого чугуна, в котором цементит находится только в перлите (вторичный цементит), графитизация оказывает незна­ чительное влияние по сравнению с другими перечисленными фак­ торами. Для белого же чугуна графитизация первичного цемен­ тита является основной причиной роста.

Росту чугуна способствуют растворенные в нем газы, а также увеличение количества и размеров графитовых включений.

Одной из главных причин выхода из строя изложниц из се­ рого чугуна с пластинчатым графитом является сетка разгара,

возникающая в результате переменного нагрева и охлаждения

изложниц. Рост чугуна, сопровождающийся понижением его проч­ ности, способствует образованию сетки разгара. В свою очередь,

образовавшаяся сетка разгара ускоряет рост чугуна.

По данным некоторых исследователей [26; 27], образование трещин при возникновении сетки разгара происходит вначале по включениям пластинчатого графита, который постепенно выкра­ шивается при повторных нагревах и охлаждениях отливок.

Листопрокатные валки в процессе работы подвергаются мно­

гократным нагревам до температуры 500—600° с последующим охлаждением, вследствие чего происходит рост чугуна и увели­

чиваются напряжения в валках, что было отмечено А. А. Горш­ ковым еще в 1936 г. [28]. Поэтому уменьшение роста чугуна должно оказывать благоприятное влияние на повышение стойко­ сти изложниц и валков.

Для выявления стойкости против роста проведено исследова­ ние серого и белого чугуна, обработанного и не обработанного магнием. Образцы длиной 50 мм и диаметром 8 мм для опреде­ ления роста изготовлялись из специально отлитых проб и непо­ средственно из отливок — валков и изложниц.

Определение роста чугуна производилось на дилятометре с оптической записью кривых абсолютного расширения при увели­ чении в 95 раз. Величина роста определялась после полного охлаждения образцов по остаточному удлинению, выраженному в процентах по отношению к исходной длине. Образцы из чугуна

подвергались многократным нагревам и охлаждениям в интерва­ ле температур 300—600° и 600—850°; выдержка при максималь­ ной температуре составляла 2 часа. Химический состав И рост исследованных чугунов приведены в табл. 8.

Отбеленный валковый магниевый чугун после пяти нагревов до 600° и охлаждений не показывает роста, а после двадцати на­ гревов имеет лишь небольшой рост в пределах 0,04—0,08%,

тогда как образец обыкновенного чугуна имеет значительно боль­ ший рост. После испытания при температуре 850° белый магние-

Таблица 8

Рост белого и серого чугуна, обработанного и не обработанного магнием

шаровидным графитом обладает во много раз меньшей склонно­ стью к росту, чем чугун с пластинчаты^ графитом.

Таким образом, обработка чугуна магнием уменьшает рост

как белого, так и серого чугуна, причем рост белого чугуна зна­ чительно больше роста серого.

Меньший рост белого чугуна, обработанного магнием, в срав­ нении с ростом чугуна без добавки магния в основном объяс­ няется меньшим удельным объемом образующегося шаровидно­ го графита, а также сохранением большего количества перлита в структуре металлической основы. Меньший же рост серого чу­ гуна, обработанного магнием, со структурой шаровидного графи­ та может быть объяснен отсутствием каналов для проникнове­ ния кислорода.

Коэффициент линейного расширения

Величина напряжений в отливках при их нагревах и охлаж­ дениях зависит от коэффициента линейного расширения.

Для установления влияния формы графита на величину коэф­

фициента линейного расширения был исследован чугун, содер­

32 Свойства чугуна с шаровидным графитом

структур металлической основы в виде феррита образцы чугуна подвергли отжигу.

Определение коэффициентов линейного расширения произво­ дилось на дилятометре при нагреве образцов от комнатной тем­ пературы до 600° со скоростью 2,2—2,7° в минуту.

Коэффициент линейного расширения а подсчитывался по

формуле

где ■А/ — приращение длины образца в заданных пределах тем­ ператур;

t — температура, до которой нагрет образец; t0 — комнатная температура;

I — длина образца при комнатной температуре. Результаты определения коэффициентов линейного расшире­

гуны как с пластинчатым, так и с шаровидным графитом имеют примерно одинаковые коэффициенты линейного расширения; раз­ ница между ними не превышает пределов ошибки определения. Следовательно, коэффициент линейного расширения не зависит от формы графита в чугунах одинакового химического состава и структуры.

Однако литературные данные по коэффициентам линейного расширения чугунов противоречивы. По исследованиям Дж. Джилберт [29; 5], серый чугун с пластинчатым графитом, содер­ жащий 2,13% Ni, в интервале температур 0—200° имеет коэф­

фициент линейного расширения 10,6X10-6, а чугун с шаровид­

ным графитом — 11,4Х10~6. Аналогичные результаты получены Б. И. Гостевым, А. Д. Ушаковым и Т. А. Кононовой [30]. По данным же Т. Думитреску, М. Николайд, П. Илеску [31; 5], в ин-

Глава II

ЛИСТОПРОКАТНЫЕ ВАЛКИ

В листопрокатных валках сочетаются три вида чугуна: белый чугун в отбеленном слое, серый чугун в сердцевинной части вал­ ка и половинчатый чугун в переходной зоне. Соотношение раз­

меров этих зон и их структура определяют качество валков. От­ беленный слой должен иметь высокую твердость и износостой­

кость, сердцевина должна быть прочной, переходная зона — небольшой (5—15 мм) и постепенно переходить от структуры белого чугуна к серому.

До XIX в. листопрокатные валки в России отливали в песча­ ные формы [33], вследствие чего бочки их получались мягкими, и

валки быстро выходили из строя из-за разгара рабочей поверх­ ности.

Листопрокатные валки из отбеленного чугуна впервые в Рос­ сии были отлиты в 1812 г. на Олонецких заводах [34]. За прошед­ шие полтора века после отливки первых валков в кокили заводы, изготовляющие валки, непрерывно занимались конструк­

тивным совершенствованием формы валков и улучшением техно­ логии их производства, добиваясь получения здоровой отливки.

Развитие науки, в частности аналитической химии и металло­

графии, и применение научных методов исследования в метал­

лургии способствовало изысканию оптимального химического со­ става чугуна для получения необходимой структуры и величины

отбеленного слоя и переходной зоны, а следовательно, и улуч­ шению качества валков.

От химического состава чугуна зависят его механические свой­ ства, износостойкость, термическая стойкость, отбеливаемость

и пр.

Кремний и углерод являются наиболее важными элементами в химическом составе чугуна для валков. Повышение содержания углерода в белом чугуне увеличивает твердость его вследствие увеличения количества цементита. Поэтому валки, к отбеленному слою которых предъявляются требования высокой твердости (ка­

ландровые и мельничные), отливают из ваграночного чугуна. Од­ нако с повышением содержания углерода понижается прочность

итермическая стойкость чугуна.

В30 гг. текущего столетия большое значение при отливке вал­ ков придавалось легированию чугуна хромом и никелем. Однако применение этих валков при горячей прокатке листов не дало

стойкости валков между перевалками и улучшение качества по­ верхности листов, общая продолжительность работы валков была недостаточной из-за поломок.

А. А. Горшков и С. И. Белоглазов [35] установили, что у ли­ стопрокатных валков, легированных хромом и никелем, «подме­ чается явная тенденция к более легкому трещинообразованию по сравнению с простыми валами».

Н. И. Блинов и А. В. Марков [36] пришли к заключению, что валки из хромоникелевого чугуна имеют повышенную твердость,

в результате чего получается большая стойкость между переточ­

ками и лучшая поверхность прокатываемой жести, но общая про­ должительность работы их на 30%; меньше продолжительности работы чугунных углеродистых валков. Небольшая стойкость хромоникелевых валков объясняется растянутостью переходной

зоны и малой теплопроводностью чугуна.

Для горячей прокатки тонкой жести применялись валки, леги­ рованные 0,2—0,4 %! Мо. Молибден в чугуне способствует измель­ чению выделений графита [36; 37] как в отбеленном слое, так и в сердцевине валков. Вследствие этого отбеленный слой становится болеевязким, а также термически стойким [35] и износостой­ ким [38].

Стойкость опытной партии молибденовых валков, по данным исследований Н. И. Блинова и!А. В. Маркова [36], на 27%: И; По данным М. М. Добротворского [39], — на 48%; выше стойкости

углеродистых валков. Проведенным авторами анализом статисти­ ческих данных Лысьвенского металлургического завода также установлена повышенная стойкость молибденовых жестепрокат­ ных валков (размер бочки 700X815 мм) по сравнению со стой­ костью обычных углеродистых валков: общая продолжительность

Поверхность листов, прокатываемых на молибденовых валках, получается более гладкой вследствие хорошей устойчивости отбе­

38 Листопрокатные валки

ленного слоя валков против разгара и прилипания «железняка».

Однако дефицитность ферромолибдена ограничивает применение молибденовых валков.

Значительный интерес представляют присадки теллура. Тел­ лур — сильный стабилизатор карбидов, даже в небольших коли­ чествах (тысячные доли процента) способствует кристаллизации чугуна по метастабильной системе, уменьшая скорость гра­

фитизации. Незначительные количества теллура, вводимые в се­ рый чугун, превращают его в белый или половинчатый, причем это действие теллура усиливается с понижением эвтектичности чугуна. Установлено, что введение в жидкий чугун теллура в не­ больших количествах (5—10 г/т чугуна), с одновременным моди­

фицированием чугуна графитом, улучшает микроструктуру отли­

вок из отбеленного чугуна, способствуя получению короткой пе­

реходной зоны [40; 41].

На вальцелитейных заводах теллур в небольших количествах иногда применяют для предотвращения брака валков по малому отбелу. Присадка же теллура в больших количествах ухудшает стойкость валков вследствие понижения механических свойств чугуна [42].

Обычные углеродистые валки при пакетной прокатке листов выходят из строя, главным образом, по поломкам бочек. Для пре­ дотвращения поломок валков производились эксперименты по

армированию валков стальными стержнями, но это не давало положительных результатов.

Значительного повышения срока службы чугунных валков пы­ тались также достигнуть отливкой их со стальной сердцевиной.

На Надеждинском заводе прокатных валков в период 1928— 1954 гг. по предложению А. А. Набалова производилась отливка опытных двухслойных валков с бочкой из отбеленного чугуна и

стальной сердцевиной [43]. В форму устанавливалась чугунная труба, в которую сверху заливалась сталь, а в наружную часть формы чугун подводился через сифонный литник; заливка фор­ мы валка сталью и чугуном производилась одновременно. Этот способ отливки валков не получил распространения, так как не удалось достигнуть свариваемости чугуна со сталью.

В 1951 г. на Лутугинском заводе было отлито для Верх-Исет- ского металлургического завода несколько валков со Стальной сердцевиной. Отливка валков производилась следующим обра­ зом. Форма до верхней шейки наполнялась чугуном с малым содержанием кремния и с повышенным содержанием углерода

(3,6—3,8%). После затвердевания отбеленного рабочего слоя оставшийся в сердцевине жидкий чугун выпускался через низ формы, а взамен через прибыль заливалась сталь. Сваривае­ мость чугуна со сталью, как и в предыдущем случае, не была Достигнута из-за образования окислов на внутренней поверхно­