ЧУГУН Российский патент 2000 года по МПК C22C37/10 

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам высокоуглеродистых сплавов железа, предназначенным для изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и ковких чугунов на ферритной основе и других видов отливок, и представляет собой высококачественный чугун с пониженным содержанием вредных примесей.

Из уровня техники известен чугун, содержащий компоненты в следующем соотношении (в мас. %):
углерод - 3,0 - 4,3
кремний - 0 - 2,5
марганец - 0 - 0,3
сера - 0 - 0,05
фосфор - 0 - 0,1
хром - 0 - 0,08
титан - 0 - 0,1
ванадий - 0 - 0,1
свинец - 0 - 0,005
медь - 0 - 0,2
железо - остальное
(см. DT 1483304 A, 22.10.70, C 22 C 37/04 - прототип).

Повышение качества производимой продукции и удовлетворение все возрастающего спроса на стали высокой чистоты находится в центре внимания металлургических компаний.

С этой целью основные усилия направляются на снижение содержания нежелательных элементов на всех стадиях производства, начиная с выплавки чугуна, путем улучшения технологии, применяемой на действующих агрегатах и установках и разработки новых технологий.

Содержание кремния в чугуне оказывает большое влияние на себестоимость и эффективность в сталеплавильном переделе, поэтому важной задачей считают поддержание кремния в чугуне в оптимальных пределах соответственно характеристикам конвертеров и маркам выплавляемых сталей.

При производстве чугунных отливок качество исходного чугуна имеет определяющее значение для обеспечения требуемых физико-механических свойств отливок. Особенно сказываются наследственные свойства чугуна при получении отливок, так как крупные графитовые включения не успевают полностью раствориться и понижают механические свойства изделий.

Содержащиеся в чугуне кроме Fe и C примеси Si, S, Mn, P существенно влияют на структуру и свойства чугуна. Особенно сказывается влияние этих элементов на форму и размеры графитовых выделений, которые в значительной мере определяют свойства отливок.

Технической задачей является получение высококремнистого и низкосернистого чугуна более благоприятной формы графитовых включений, а также получение однородной структуры по сечению отливки.

Технический результат достигается тем, что в чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, серу, титан, хром, медь, ванадий, свинец и железо дополнительно вводят кобальт, селен, цинк и висмут при следующем содержании компонентов, мас.%:
углерод - 3,5 - 4,5
кремний - 1,01 - 2,5
марганец - 0,01 - 0,1
фосфор - 0,010 - 0,060
сера - 0,005 - 0,030
титан - 0,01 - 0,025
хром - 0,005 - 0,04
медь - 0,005 - 0,010
ванадий - 0,01 - 0,03
свинец - 0,02 - 0,06
кобальт - 0,001 - 0,003
селен - 0,0005 - 0,001
цинк - 0,0005 - 0,001
висмут - 0,0005 - 0,001
железо - остальное
Он дополнительно содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, олово, молибден в сумме, не превышающей 0,024 мас.%.

Чугун содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, олово, молибден при следующем содержании компонентов, мас.%:
алюминий - 0,001 - 0,006
никель - 0,001 - 0,005
сурьма - 0,001 - 0,003
бор - 0,001 - 0,004
теллур - 0,0005 - 0,002
мышьяк - 0,001 - 0,002
олово - 0,0005 - 0,001
молибден - 0,0005 - 0,001
Благоприятная форма выделений чугуна, в котором основное количество графита находится в связанном состоянии, а углерод в виде графита выделяется в форме мелких включений, оказывает положительное влияние доменного чугуна на качество отливок в литейном производстве.

Для изучения структуры и свойств предлагаемого материала выплавили чугуны, содержащие компоненты на различных уровнях, а также для сравнительных испытаний известный сплав.

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного применения (см. таблицу).

Содержание выбранных компонентов установлено экспериментально.

Нижний предел по содержанию углерода (3,5%), кремния (1,01%), марганца (0,01%) гарантирует получение ферритной металлической основы. Повышение содержания углерода (более 4,5%) и кремния (2,5%) ухудшает пластические свойства материала. Это связано с повышением хрупкости легированного кремнием феррита, а также уменьшением живого сечения металла в связи с увеличением количества графита в структуре.

Увеличение марганца более 0,1% приводит к образованию перлита в областях с низким содержанием кремния, которые образуются ввиду его ликвации в неравновесных условиях кристаллизации. Содержание титана (0,01 - 0,025), хрома (0,005 - 0,04), меди (0,005 - 0,01), ванадия (0,01 - 0,03), свинца (0,02 - 0,06), кобальта (0,001 - 0,003), селена (0,0005 - 0,001), цинка (0,0005 - 0,001), висмута (0,0005 - 0,001) выбраны в чугуне экспериментально. Анализ результатов проведенных испытаний сплава показывает, что при вводе в состав чугуна титана, хрома, меди, ванадия, свинца, кобальта, селена, цинка и висмута:
- графитовые включения в выплавляемом чугуне, в значительной степени определяющие механические свойства, имеют более благоприятную форму, они более мелкие и изолированные, чем в известном чугуне;
- структура выплавляемого чугуна однородная по сечению отливки.

Высококремнистый чугун имеет в своей структуре пластинчатый графит, благодаря чему он хорошо обрабатывается резанием. Чугун высокого качества идет на ответственное литье изделий машиностроения и за счет минимального содержания примесей обеспечивает без дополнительной внепечной обработки высокопрочную структуру при максимальных нагрузках.

Преимущества использования этих чугунов - это отсутствие дополнительных затрат на операцию по производству высокопрочных и долговечных изделий из них.

Свойства чугуна определяются главным образом его структурой, которая формируется в результате кристаллизации и перекристаллизации. Важнейшим моментом при этом является графитизация, определяющая количество, форму и характер распределения графита. Процесс графитизации также влияет и на строение металлической матрицы. Структура чугуна определяется его химическим составом, "наследственными" свойствами шихтовых материалов, в том числе наличием микропримесей, физическими свойствами жидкого металла, а также условиями охлаждения отливки.

Были получены следующие составы чугунов (см. таблицу).

Решающее влияние на структуру и механические свойства чугуна в отливке оказывает химический состав.

Не менее важным вопросом является требование к структуре чушек литейного чугуна, количеству и характеру включений графита. Наличие спели и крупных включений первичного графита в доменном чугуне находится в прямой зависимости от содержания углерода. Микропримеси, несмотря на их низкое содержание в чугуне (сотые и тысячные доли процента), оказывают существенное влияние на структуру и свойства отливок.

Различают различные группы элементов по их влиянию на структуру чугуна. Ti, Al, Pb относятся к демодификаторам. Химический состав чугуна при прочих разных условиях является одним из основных факторов, определяющих формирование его структуры.

Необходимым условием для получения высококачественных марок чугуна является правильный выбор шихтовых материалов, учитывающий совокупность всех требований.

Заявляемый чугун отвечает всем указанным выше требованиям. Применение заявляемых чугунов позволило усовершенствовать технологию производства отливок с высокими физико-механическими свойствами.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам чугуна, предназначенного для изготовления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и ковкого чугуна на ферритной основе и других видов отливок. Чугун представляет собой высококачественный чугун с пониженным содержанием вредных примесей. Чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: углерод 3,5-4,5, кремний 1,01-2,5, марганец 0,01-0,10, фосфор 0,01-0,060, сера 0,005-0,03, титан 0,010-0,025, хром 0,010-0,04, медь 0,001-0,010, ванадий 0,005-0,03, свинец 0,02-0,006, кобальт 0,001-0,003, селен 0,0005-0,001, цинк 0,0005-0,001, висмут 0,0005-0,001, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является получение высококремнистого и низкосернистого чугуна с благоприятной формой графитовых включений при однородной структуре отливки. За счет минимального содержания примесей чугун может использоваться при выплавке высокопрочных сталей. 2 з.п.ф-лы. 1 табл.

1. Чугун, содержащий углерод, кремний, марганец, фосфор, титан, серу, хром, медь, ванадий, свинец и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, селен, цинк и висмут при следующем содержании компонентов, мас.%:
Углерод - 3,5 - 4,5
Кремний - 1,01 - 2,5
Марганец - 0,01 - 0,10
Фосфор - 0,01 - 0,060
Сера - 0,005 - 0,03
Титан - 0,010 - 0,025
Хром - 0,010 - 0,04
Медь - 0,001 - 0,010
Ванадий - 0,005 - 0,03
Свинец - 0,02 - 0,06
Кобальт - 0,001 - 0,003
Селен - 0,0005 - 0,001
Цинк - 0,0005 - 0,001
Висмут - 0,0005 - 0,001
Железо - Остальное
2. Чугун по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, олово, молибден в сумме, не превышающей 0,024 мас.%. 3. Чугун по п. 2, отличающийся тем, что он содержит алюминий, никель, сурьму, бор, теллур, мышьяк, олово, молибден при следующем содержании компонентов, мас.%:
Алюминий - 0,001 - 0,006
Никель - 0,001 - 0,005
Сурьма - 0,001 - 0,004
Бор - 0,001 - 0,004
Теллур - 0,0005 - 0,002
Мышьяк - 0,001 - 0,002
Олово - 0,0005 - 0,001
Молибден - 0,0005 - 0,001