Теоретичні основи та практичні методи одержання литих прокатних валків із комплексномодифікованих чавунів

Для умов вальцеливарного виробництва при литті валків із чавунів з вермикулярним графітом за допомогою методу математичного планування експерименту й розробленого комплексного показника якості таких валкових чавунів було оптимізовано склад комплексного модифікатора - ФС15Т20М25РЗМ10, оброблення котрим розплавів підвищувало показник якості чавунних прокатних валків у порівнянні з вихідним станом у 2,4…2,5 рази.

Для використання при виробництві валків з невираженим відбілом із чавунів з вермикулярним графітом розроблені два склади комплексних модифікаторів: 1) для підвищення зносостійкості та термостійкості валкових чавунів на 7…52% у порівнянні з обробленням комплексним модифікатором ФС30РЗМ30 лігатура такого складу, % за масою: РЗМ -10…15, кремній -10…15, титан - 30…40, мідь - 30…40, залізо - решта (А.с. 1548236); 2) з метою підвищення рівномірності розподілу та рів-ня твердості у бочках прокатних валків при збереженні високих значень зносостійкості та термостійкості чавуну лігатура такого складу, % за масою: РЗМ - 6…9, кремній - 10…20, титан - 18…24, мідь - 18…24, олово - 12…17, залізо - решта (А.с. 1678886).

Визначені оптимальні параметри - температура та тривалість витримки при штучному старінні для валків із комплексномодифікованих чавунів з вермикулярним графітом. Витримка протягом 1,0 год при температурі 793К підвищувала узагальнений показник якості матеріалів робочого шару та шийок валків до максимального значення D=0,730. Визначені також оптимальні параметри зміцнюючого теплового оброблення - подвійного відпалу для валків із комплексномодифікованих чавунів з вермикулярним графітом - на першій стадії витримка протягом 0,5 год при температурі 1193К, на другій стадії витримка протягом 1,5 год при температурі 723К. Після теплового оброблення за таким режимом узагальнений показник якості валків D мав максимальне значення - 0,782.

У п'ятому розділі викладені результати досліджень з розробки технологічних процесів лиття прокатних валків із чавунів з кулястим графітом.

Розроблено, апробовано та впроваджено технологічні схеми модифікування розплавів комплексним модифікатором ФС30РЗМ30 для одержання відбілених прокатних валків виконання ЛШ-57 (А.с. 1371846) та прокатних валків з невираженим відбілом виконань СШХН-50 та ЛШ-41. Вперше було визначено час твердіння (с) робочого шару валків різних розмірів, тобто витримку основного металу у ливарній формі до подавання металу “напівпромивки”у форму - = 430d (d- діаметр бочки валка, м). При виготовленні як валків виконання ЛШ-57 для модифікування основного металу робочого шару, так і валків виконань СШХН-50 та ЛШ-41 для модифікування усього розплаву, оптимальна витрата комплексного модифікатора ФС30РЗМ30 складала 1,0…1,25% за масою. Температура розплаву перед модифікуванням повинна бути 1673…1743К, температура заливання - 1613…1623К.

Металографічний аналіз комплексномодифікованих чавунів робочого шару валків показав значно менший зміст неметалевих включень (у 2,6…6,1 рази), більшу дисперсність перліту та меншу на 8…60% кількість фериту в шийках валків. Фактор форми графітних включень в матеріалах усіх дослідних валків знаходився приблизно на одному рівні: 0,7…0,8. Оптимальна мікроструктура в робочому шарі дослідних валків, яку було одержано у лабораторних умовах та яка складалася з ледебуриту пластинкового типу, перліто-феритної матриці та кулястих включень графіту у валках виконань СШХН-50 та ЛШ-41 була одержана на відстані 10…30 мм від поверхонь бочок валків. Міцностні властивості матеріалів бочок та шийок дослідних валків по усьому їх перерізу були вищими на 15…47%, а залишкові напруження в середньому на 20% нижчими у порівнянні з валками серійного виробництва. Експлуатаційна стійкість валків із комплексномодифікованих чавунів підвищилася на 29%. Крім того, така технологія модифікування сприяла скороченню тривалості плавки та економії енергетичних ресурсів, поліпшенню санітарно-гігієнічних умов у ливарному цеху за рахунок усунення піроефекту й димогазовиділення.

Розроблена та апробована технологічна схема оброблення валкових розплавів для одержання відбілених прокатних валків виконання ЛШ-57 з використанням для легування відходів - шлаків (А.с. 1381167). Оптимальними величинами витрати шлаків були: для оброблення металу робочого шару - 3…5% за масою шлаку, що містив ніобій, для оброблення металу “напівпромивки” - 5…7% за масою шлаку, що містив цирконій. За цього витрата комплексного модифікатора ФС30РЗМ30 для оброблення металу робочого шару складала 0,75…1,5%. В результаті випробування властивостей матеріалу робочого шару та шийок дослідних валків встановлено, що границя міцності уввиг поліпшилася на 31% у робочому шарі та на 28% - у шийках, границя міцності увр - на 43%, зносостійкість - на 29%. Дослідна партія прокатних валків показала, що розроблена технологія лиття дозволяє поліпшити умови праці та зменшити брак литва з низької твердості та пластинчастого графіту на 6,5%.

Розроблена, апробована та впроваджена технологія лиття прокатних валків із комплексномодифікованих чавунів виконання СШХН-50 з використанням відходів надпровідникових сплавів, що містили легувальний комплекс Тi+Nb+Cu. Оптимальна витрата цих відходів складала 0,9…1,2% за масою. При плавленні в індукційній печі відходи завантажували у піч після доведення чавуну по хімічному складу та досягнення температури 1673…1683К. Використання відходів дозволило поліпшити міцностні властивості чавунів на 28…42% з одночаснім збільшенням засвоєння легувальних елементів до 88…94%, що разом з низькою ціною відходів дозволило зменшити вартість обробки розплавів.

У шостому розділі викладені результати досліджень з розробки технологічних процесів лиття прокатних валків нового типу - із чавунів з вермикулярним графітом.

Апробовані різні варіанти одержання чавунів з вермикулярним графітом при литті валків виконання СВХН-60, СВХН-47 і ЛВ-58 на заміну валків виконання СПХН-60, СШХН-47 і ЛП-58 з використанням для позапічного модифікування розплавів різних сумішей: 1) суміші, що складається з двох комплексних модифікаторів оптимального складу - ФС30РЗМ30 та ФС15Т20М25РЗМ10 у співвідношенні 1 : 3,

2) суміші з трьох комплексних модифікаторів - ФС30РЗМ30, КМг9 та ФС15Т20М25РЗМ10 у співвідношенні 2 : 6 : 13, відповідно. Температура розплаву перед випуском у заливальний ківш з сумішами досягала 1673…1683К. Застосування такого оброблення валкових розплавів дозволяло одержувати перліто-карбідо-графітні чавуни з високою дисперсністю перліту в матриці та графітними включеннями вермикулярної форми - ВГф3-ВГр2-ВГ70 ГОСТ 3443-87 при невеликій кількості (~10%) графітних включень у компактній формі. Дослідженнями фізико-механічних властивостей чавунів від валків дослідних партій та експлуатаційної стійкості в умовах прокатних станів підтверджено, що нові типи валків СВХН--60, СВХН-47 і ЛВ-58 можуть замінити валки виконань СПХН-60, ЛП-58 і СШХН-47 в умовах високих до них вимог. Так, стійкість валків виконання СВХН-47 у порівнянні з валками серійного виробництва підвищилася на 24…39%.

Розроблено, апробовано та впроваджено технологічний процес одержання валкових чавунів з вермикулярними графітними включеннями для валків нових типів СВХН-50, СВХН-60 і ЛВ-58 на заміну валків виконань СШХН-50, СПХН-60 і ЛП-58 з використанням для оброблення валкових розплавів комплексних модифікаторів КМг9 та ФС30РЗМ30, а також відходів, що містять легувальний комплекс Тi+Nb+Cu. Показано, що найвищий рівень механічних й спеціальних властивостей та добрі сполучення структурних складових у білих, половинчастих і сірих валкових чавунах були одержані при обробленні розплавів тільки комплексним модифікатором ФС30РЗМ30 та відходами у кількості 0,6…0,7 та 1,1…1,3% за масою, відповідно. Додаткове дослідження твердості робочого шару прокатних валків серійного виробництва та дослідної партії довело, що більше за 60% валків серійного виробництва виконання СШХН-47 мали твердість на глибині 50 мм від поверхні бочки до 48 НSD. Крім того, суттєвим недоліком цих валків було велике спадіння твердості по глибині робочого шару, величина котрого складала 10…15%. Такий саме аналіз твердості дослідних валків виконання СВХН-47 показав, що комплексне модифікування і легування чавунів забезпечувало у валках на глибині 50 мм твердість 50 HSD та більше, а спадіння твердості по глибині робочого шару у 71,6% валків дослідної партії складало від 2 до 5% та у 28,4% валків - від 5 до 7,7%. Промислові партії валків нового типу виконання СВХН-47 показали підвищену експлуатаційну стійкість: в умовах металургійного заводу ім. Г.І.Петровського на стані 550-2 у 1,25…1,65 разів, а на стані 550 Чусовського металургійного заводу - на 15% у порівнянні з валками серійного виробництва.

У сьомому розділі наведені результати напівпромислових й промислових експериментів з визначення внутрішніх залишкових напружень в робочому шарі прокатних валків різних типів та розробки режимів теплового оброблення литих прокатних валків із комплексномодифікованих чавунів: для умов вальцеливарного цеху - з гарячого посаду литих заготовок та для умов термічних відділень прокатних цехів - за повними режимами, включаючи нагрівання, котрі були апробовані у виробництві.

Дослідженнями було встановлено рівень внутрішніх залишкових напружень у робочому шарі литих валків із комплексномодифікованих чавунів - 40…70 МПа, який залежав від хімічного складу чавуну, його твердості та компонентів структури.

На заміну природного старіння протягом від 3 до 6 місяців, що за нормативним документом на литі прокатні валки із комплексномодифікованих чавунів по-винно проходити на металургійних заводах перед встановленням валків у стани, запропоновані режими їх штучного старіння. Штучне старіння литих прокатних валків із комплексномодифікованих чавунів за повним режимом зменшувало внутрішні напруження на 40…44% у порівнянні з вихідним станом, а старіння з гарячого посаду - на 60…65%.

Зіставлюваний аналіз структури чавунів по перерізу бочок, нижніх та верхніх шийок дослідних валків показав, що штучне старіння не приводило до помітних структурних змін. Механічні властивості (?вр, ?ввиг, ак) чавуну валків після старіння були більшими на 6…20%, ніж валків у литому стані. Твердість матеріалу робочого шару валків зменшувалася при старінні (на 2%), що обумовлено почасти можливою графітизацією цементиту, а також сфероідизацією перлітного цементиту.

Розроблені та апробовані режими зміцнюючого теплового оброблення - подвійних відпалів по повному режиму та з гарячого посаду прокатних валків із комплексномодифікованих чавунів. В результаті теплового оброблення прокатних валків за повним режимом проходили значні структурні зміни в металевій матриці чавунів робочого шару валків та підвищення фізико-механічних властивостей чавунів: границі міцності ?вр - на 51,4...95,9, границі міцності ?ввиг - на 21,6...32,5, твердості - на 8,3...24,5%. Крім того, подвійний відпал сприяв зменшенню внутрішніх напружень у робочому шарі валків на 87...90%. Експлуатація прокатних валків-представників дослідних партій після теплового оброблення показала підвищення їх стійкості у порівнянні з валками серійного виробництва.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-прикладної проблеми, що виявляється в широкому використанні нових прогресивних матеріалів, перспективних процесів легування й модифікування розплавів, в тому числі комплексними модифікаторами на основі рідкісноземельних металів та відходами спеціальних виробництв, що вміщують легувальні й модифікувальні хімічні елементи, а також теплового оброблення литих прокатних валків, що забезпечують поліпшення їх фізико-механічних властивостей та експлуатаційних характеристик.

На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень зроблені наступні основні висновки:

1. Аналіз сучасного стану вальцеливарного виробництва та відповідної науково-технічної літератури виявив, що роботи по розробці теоретичних основ та практичних методів одержання литих прокатних валків із комплексномодифікованих чавунів є актуальними та спрямованими на вирішення суттєвої науково-технічної проблеми.

2. Вперше в рамках теорії ливарного виробництва встановлені закономірності впливу рідкісноземельних елементів церієвої групи - самарію та ітрієвої групи - гадолінію та комплексних модифікаторів на їх основі в інтервалі швидкостей охолодження 0,5…5,5 град/с, що мають місце у валковій ливарній формі. Узагальнення експериментальних даних дозволило сформулювати основні принципи первинного та вторинного структуроутворення в модифікованих цими рідкісноземельними металами високовуглецевих сплавах на основі заліза та встановити інтервали залишкових вмістів самарію та гадолінію, оптимальні для білих та половинчастих і сірих валкових чавунів з кулястим графітом: для білих та сірих чавунів слід застосовувати для модифікування чавунних розплавів тільки гадоліній, а для половинчастих чавунів можна застосовувати і гадоліній, і самарій. Вказані індивідуальні особливості рідкісноземельних металів необхідно враховувати при виборі складів комплексних модифікаторів, так заміщення частини церію на гадоліній або самарій для модифікування валкових чавунів дає ефект у 2…3 рази більший, що говорить про особливу цінність їх, як складових комплексних модифікаторів.

3. На основі аналізу масиву експериментальних даних встановлено, що вплив самарію та гадолінію, а також комплексних модифікаторів на їх основі на параметри кристалізації чавунів має такий самий складний характер, як і церію, лантану та ітрію: дрібні присадки (від мінімальних значень їх залишкового вмісту до 0,107% гадолінію та до 0,129% самарію) не викликають сфероідизації графітних включень, призводять до підвищення температури початку евтектичної кристалізації та зменшення її тривалості та навпаки - підвищення вмісту цих модифікаторів призводить до різкого зниження температури початку евтектичної кристалізації та збільшенню її тривалості, що викликає закономірні структурні зміни, які виявляються при модифікуванні сірого чавуну в зміні форми графітних включень від пластинчастої до кулястої. За інтенсивністю впливу на зниження температури початку евтектичної кристалізації дослідні рідкісноземельні метали розміщуються в такий спадний ряд: гадоліній, ітрій, самарій, церій, лантан.

4. Досліджено процеси структуроутворення у доевтектичних та заевтектичних чавунах різного хімічного складу в діапазоні швидкостей охолодження 0,5…5,5 град/с, що мають місце у валковій ливарній формі. Евтектичне перетворення з утворенням пластинкової ледебуритної евтектики проходить при вмістах дослідних рідкісноземельних металів у границях 0,190…0,731% - в доевтектичних та 0,154…0,650% - в заевтектичних чавунах, за цього однак кількість карбідної фази та графіту різні. За карбідоутворювальною здібністю дослідні рідкісноземельні метали розміщуються в такий спадний ряд: гадоліній, ітрій, церій, самарій, лантан, а за здібністю утворювати пластинкову ледебуритну евтектику гадоліній та самарій випереджають ітрій, церій та лантан. Графіт в сірих модифікованих чавунах набуває вермикулярну форму при мінімальному залишковому вмісті дослідних рідкісноземельних металів - 0,040, компактну - 0,100%. Кулястий графіт одержано тільки в чавунах, модифікованих гадолінієм (РЗМзал- 0,152…0,650%) або самарієм (РЗМзал- 0,442%).

5. Експериментально доведений факт про наявність зв'язків між структурою модифікованих рідкісноземельними металами чавунів доевтектичного та заевтектичного складів у рідкому та твердому станах або спадковості структури, котра зберігається при переплавленні та кристалізації.

6. Вперше встановлено вплив рідкісноземельних металів на нейтронопоглинаючий ефект чавунів. Переважним елементом є гадоліній, при присадці якого у чавун нейтронопоглинаючий ефект збільшується у 10…15 разів.

7. Отримані нові науково обґрунтовані теоретичні та експериментальні результати, сукупність яких дозволила розробити високоефективні технології лиття прокатних валків із чавуну з вермикулярним графітом з підвищеними експлуатаційними характеристиками. Експериментально встановлені оптимальні вмісти рідкісноземельних металів в валкових чавунах з вермикулярними графітом при різних швидкостях охолодження. В чавунах с низьким вмістом сірки (до 0,03%) оптимальним є вміст РЗМзал 0,065…0,176 (для швидкості охолодження 0,5 град/с) та 0,01…0,156% (для швидкості охолодження 5,5 град/с). В чавунах з підвищеним вмістом сірки (до 0,10%) при дослідних швидкостях охолодження експериментально встановлені інтервали концентрацій РЗМзал, що забезпечують одержання вермикулярних включень: при швидкості охолодження 5,5 град/с - 0,081…0,129%, а при швидкості 0,5 град/с - 0,161…0,190%. При обробці розплавів модифікатором КМг9 вмісти Mgзал при швидкостях охолодження 5,5 і 0,5 град/с повинні бути у границях 0,022…0,03 і 0,019…0,03%, відповідно, при обробці ж комплексом КМг9 і ФС30РЗМ30 у складі чавуна необхідно мати 0,0071…0,015% Mgзал і 0,023…0,025% РЗМзал. За таких вмістів модифікаторів одержано найліпші сполучення мікроструктури і фізико-механічних властивостей чавунів.

8. Вперше встановлені області виділення вермикулярних графітних включень в валкових чавунах при обробці комплексним модифікатором на основі рідкісноземельних металів і феротитаном: при швидкості охолодження 5,5 град/с і вмісті титану 0,40…0,42% область концентрацій РЗМзал для стабільного одержання вермикулярного графіту у чавунах розширюється до концентрацій 0,078…0,169%, а при швидкості охолодження 0,5 град/с - 0,129…0,230%.

9. Досліджений вплив комплексних модифікаторів на основі рідкісноземельних елементів та легувальних комплексів хімічних елементів Тi+Nb+Cu, Ti+Nb+Sn, Nb+Cu+Sn, Cu+Sn, Ti+Cu на структуру та властивості матеріалу прокатних валків. Найефективнішим для валкових чавунів є легувальний комплекс Тi+Nb+Cu, що сприяє значному підвищенню експлуатаційної стійкості валків в порівнянні з валками серійного виробництва.

10. На основі аналізу масиву експериментальних даних розроблені хімічні склади модифікованих рідкісноземельними металами білих, половинчастих та сірих валкових чавунів з високими експлуатаційними властивостями та нові хімічні склади високоефективних комплексних модифікаторів на основі рідкісноземельних металів для лиття відбілених та з невираженим відбілом прокатних валків із чавунів з кулястим або вермикулярним графітом, новизна яких підтверджена авторськими свідоцтвами на винахід.

11. Удосконалений технологічний процес лиття відбілених листопрокатних валків виконання ЛШ-57 за рахунок визначення тривалості витримки основного металу до повного заповнення форми напівпромивним металом залежно від розмірів валків, а також використання для модифікування основного металу високоефективного комплексного модифікатора оптимального складу ФС30РЗМ30. Апробовані розроблені технологічні схеми модифікування розплавів ФС30РЗМ30 для одержання валків с невираженим відбілом виконань СШХН-50 і ЛШ-41. Це дозволило зменшити кількість та розміри неметалевих включень в робочому шарі валків на 46…84%, підвищити механічні властивості робочого шару, серцевини та шийок валків на 15…25, а експлуатаційну стійкість - на 29%. Проти серійного магнієвого процесу модифікування комплексним модифікатором оптимального складу дозволяє усунути піроефекти й димогазовиділення, що значно підвищує культуру виробництва. В промислових умовах розроблені технології були впроваджені.

12. Вперше запропоновано та обґрунтовано використання як легувальних елементів та досліджено вплив шлаків для обробки чавунних розплавів на мікроструктуру та властивості білих, половинчастих і сірих чавунів з метою розробки міжгалузевих безвідходних технологій з підвищеним вилученням цінних компонентів. Використання шлаків для легування валкових чавунів дозволяє підвищити властивості чавунів, збільшити коефіцієнт засвоєння легувальних елементів у порівнянні з використанням феросплавів, що в комплексі з низькою ціною відходів дозволяє зменшити вартість обробки розплавів, а також підвищити стійкість валків.

13. Вперше науково й експериментально обґрунтовані технології лиття прокатних валків із чавуну з вермикулярним графітом з підвищеними експлуатаційними характеристиками. Розроблені й освоєні технології одержання чавунів з вермикулярним графітом при литті валків виконань СВХН-60, СВХН-47 і ЛВ-58 на заміну валків виконань СПХН-60, СШХН-47 і ЛП-58 з використанням для модифікування розплавів сумішей, що складаються з двох комплексних модифікаторів- ФМС30РЗМ30 и ФС15Т20М25РЗМ10 у співвідношенні 1:3 та з трьох комплексних модифікаторів - ФС30РЗМ30, КМг9 і ФС15Т20М25РЗМ10 у співвідношенні 2:6:13, відповідно, а також з використанням для обробки розплавів комплексного модифікатора ФС30РЗМ30 та відходів надпровідникових сплавів, вміщуючих легувальний комплекс Тi+Nb+Cu. Найвищі експлуатаційні характеристики й добре сполучення структурних складових у білих, половинчастих і сірих валкових чавунах одержані при обробці розплавів ФС30РЗМ30 та відходами, вміщуючими легувальний комплекс Тi+Nb+Cu, у кількостях 0,6…0,7 та 1,1…1,3%, відповідно.

14. Вперше для умов вальцеливарного виробництва визначені режими теплового оброблення, в тому числі з гарячого посаду, валків із комплексномодифікованих чавунів з кулястим або вермикулярним графітом. Механічні властивості (?вр, ?ввиг, ак) чавунів по перерізу бочок та шийок термооброблених валків у порівнянні з чавунами у литому стані були вищими на 6…20% після штучного старіння та на 22…96% після подвійного відпалу. Теплове оброблення також дозволяє зменшити внутрішні ливарні напруження у робочому шарі валків на 55…88%, підвищити їх експлуатаційну стійкість на 11…18 %, а також прискорити введення прокатних валків в експлуатацію.

15. Впровадження удосконалених технологічних процесів виробництва прокатних валків відбілених та з невираженим відбілом із чавунів з кулястим та вермикулярним графітом забезпечило економічний ефект у розмірі 1,36 млн. крб, з котрих частка автора складає 272 тис. крб.

Основний зміст роботи викладено в публікаціях

1. Колотило Е.В., Иванова Л.Х. Чугун с вермикулярным графитом - перспективный материал для прокатных валков // Литейное производство 1989 № 6.- С 34.

2. Хрычиков В.Е., Иванова Л.Х. Технология литья прокатных валков из комплексномодифицированных чугунов // Сучасні проблеми металургії. Наукові праці.Т.9.- Д.: “Системні технології”, 2006.- С.35-46.

3. Технологические инструкции и нормали по производству валков: Сборник/ Сост.: Г.А.Украинцев, Н.С.Козаченко, Н.И.Козлов, Н.И.Белый, Р.Л.Билярчик, Ю.Е.Плющ, А.П.Булгаков, Я.Г.Рипс, Л.М.Рябчий, П.Н.Мартынов, М.У.Княжанский, А.Е.Кривошеев, Н.П.Котешов, Л.С.Рудницкий, Л.Х.Иванова, В.П.Быкодоров, Н.И.Дробот, Н.А.Николаев, О.Н.Руднев, В.И.Ярошенко Д.: ДЧВЗ, 1975348 с: ил.

4. Технологические инструкции и нормали вальцелитейного цеха: Сборник / Сост.: П.П.Дорощенко, Н.А.Будагьянц, З.Б.Шапиро, И.А.Кошевой, П.А.Деркач, Н.М.Головко, П.Е.Бугаев, А.В.Мешалкин, А.В.Акулова, M.Д.Логвинов, Н.П.Селеме-нева, П.И.Линник, Л.С.Рудницкий, В.П.Быкодоров, Л.Х.Иванова, Л.Ф.Боков, А.А.Черновол, Е.М.Дерягин, Н.А.Золотарев, Н.П.Котешов, Н.А.Николаев5-е изд., пересм. и доп Ворошиловград: ЛЗПВ, 1976 450 с.: ил.

5. Пути повышения качества прокатных валков / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, Ж.И.Безбах, И.И.Ануфриев // Металлургическая и горнорудная промышленность1984 № 4 С.2022.

6. Колотило Е.В., Иванова Л.Х., Хрычикова Е.В. Термическая обработка чугунных прокатных валков // Теория и практика металлургии 1999 № 4 С.5860.

7. Колотило Е.В., Иванова Л.Х., Колотило А.Е. Разработка технологии производства прокатных валков из чугуна в вермикулярной формой графитных включений // Теория и практика металлургии 2000. № 6 С.3742

8. Колотило Е.В., Иванова Л.Х., Бунина Ю.К. Технология производства прокатных валков из комплексномодифицированных чугунов с шаровидной формой графитных включений // Теория и практика металлургии 2000 № 6 С.4549

9. Иванова Л.Х. Структурные изменения в модифицированных редкоземельными металлами валковых чугунах // Теория и практика металлургии2006

10. Иванова Л.Х. Повышение стойкости прокатных валков модифицированием редкоземельными металлами // Металлургическая и горнорудная промышленность.2006. №3.С.3638.

11. Иванова Л.Х. Комплексная обработка чугунных расплавов для литья валков повышенного качества // Металлургическая и горнорудная промышленность 2006 № 5 С.3537

12. Иванова Л.Х., Хрычиков В.Е. Отбеленные листопрокатные валки из комплексномодифицированных высокопрочных чугунов // Вісник Донбаської Державної Машинобудівної Академії: Зб. наук. праць. Краматорськ, 2006. № 3(5). С. 5053.

13. Иванова Л.Х. Повышение служебных свойств чугунных отливок термической обработкой // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр Д.: ПГАСА, 2006 Вып.36, ч.3 С.4346.

14. Иванова Л.Х., Хрычиков В.Е. Влияние модифицирования на величину остаточных напряжений в литых валках // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр Д.: ПГАСА, 2007 Вып.41, ч.2 С.99103.

15. Иванова Л.Х. Литые валки с повышенными служебными свойствами из комплекснолегированного и модифицированного чугуна // Теория и практика металлургии2007 №2-3 С.111113.

16. Иванова Л.Х., Хрычиков В.Е. Влияние редкоземельных металлов на параметры кристаллизации валковых чугунов // Металлургическая и горнорудная промышленность 2007 № 3 С.3943

17. Иванова Л.Х. Комплексный модификатор для условий вальцелитейного производства // Процессы литья.- 2007.- № 4.- С. 33-39.

18. Способ обработки чугуна при изготовлении прокатных валков: А.с. 1311846. СССР. МКИ B 22 D 19/16 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, Н.Н.Овчинников, Ж.И.Безбах, А.И.Моисеев, В.Х.Иванов, Л.С.Недосекин № 3821258

19. Способ обработки чугуна при изготовлении прокатных валков: А.с. 1303260. СССР. МКИ B 22 D 19/16, С 21 С 1/10 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, В.И.Комляков, А.Е.Кривошеев, Т.Н.Новикова, И.А.Ефимен-ко №3821256

20. Способ изготовления прокатных валков: А.с. 1381167. СССР. МКИ С 21 С 1/10 / Е.В.Колотило, Н.П.Котешов, И.И.Ануфриев, Л.Х.Иванова, Ж.И.Безбах, В.В.Супруненко, А.Е.Кривошеев, Н.Г.Мороз № 3918660

Додатково наукові результати дисертації викладені в роботах:

21. Способ модифицирования чугуна: А.с. 1275046. СССР. МКИ C 21 C 1/00 / Е.В.Колотило, Н.П.Котешов, И.И.Ануфриев, В.А.Пчелкин, С.Д.Моисеев, Л.Х.Иванова, Ж.И.Безбах, Т.Н.Новикова, В.Я.Щедровицкий № 3888824/Заявл.26.04.85; Опубл. 07.12.86, Бюл. № 3 с.

22. Смесь для модифицирования и легирования железоуглеродистых сплавов: А.с. 1371973. СССР. МКИ С 21 С 1/00 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, Ж.И.Безбах, П.С.Разумный №4074422/ Заявл.28.04.86; Опубл.07.02.88, Бюл.№ 4 с.

23. Способ внепечной обработки жидкого чугуна: А.с. 1388434. СССР. МКИ С 21 С 1/10 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, Ж.И.Безбах, П.С.Разумный №4074874

24. Чугун: А.с. 1447914. СССР. МКИ С 22 С 37/06 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, В.Е.Кутний, В.А.Наталенко, Н.П.Довбня, П.С.Разумный, В.Л.Метте. № 4214119

25. Лигатура для получения чугуна с вермикулярной формой графита: А.с. 1548236. СССР. МКИ С 22 С 35/00 / Е.В.Колотило, Н.П.Котешов, И.И.Ануфриев, С.А.Крамаренко, Л.Х.Иванова, Ж.И.Безбах, В.И.Михневич, Н.М.Савченко №4440800

Анотація

Іванова Л.Х. Теоретичні основи та практичні методи одержання литих прокатних валків із комплексномодифікованих чавунів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.16.04 - ливарне виробництво. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена розробці теоретичних основ вибору рідкісноземельних металів для модифікування білих, половинчастих і сірих валкових чавунів та застосування комплексних модифікаторів на їх основі, встановленню закономірностей формування структури та властивостей матеріалу прокатних валків з відбілом та з невираженим відбілом із чавунів з кулястим або вермикулярним графітом й освоєнню прогресивних технологій модифікування чавунів для прокатних валків та їх теплового оброблення.

Одержані науково обґрунтовані теоретичні та підтверджені експериментально результати. Сукупність цих результатів дозволила на рівні винаходів розробити високоефективні технології позапічної обробки валкових чавунів комплексними модифікаторами оптимальних складів для валків відбелених та з невираженим відбілом, механічні та експлуатаційні властивості котрих значно перевершують аналогічні властивості валків, виготовлених за серійними технологіями. Запропоновано й експериментально обгрунтовано застосування відходів спеціальних виробництв (шлаків, що вміщують рідкісноземельні метали, ніобій або цирконій, а також надпровідникових сплавів, що вміщують ніобій, титан, мідь або олово) як легувальних елементів. Відходи та суміші, які вміщують модифікувальні й легувальні компоненти, були використані для лиття чавунних прокатних валків. Оброблення розплавів відходами й запропонованими сумішами дозволяє зменшити витрати легувальних хімічних елементів, підвищити механічні й службові властивості матеріалу валків, утилізувати відходи, котрі раніше не використовувалися. Встановлені оптимальні режими теплового оброблення, в тому числі з гарячого посаду валків із комплексномодифікованих чавунів з кулястим або вермикулярним графітом.

Ключові слова: лиття, чавун, вермикулярний графіт, кулястий графіт, модифікування, рідкісноземельний метал, легування, структура, властивість, прокатний валок.

Аннотация

Иванова Л.Х. Теоретические основы и практические методы получения литых прокатных валков из комплексномодифицированных чугунов.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.16.04 - литейное производство. - Национальная металлургическая академия Украины. Днепропетровск. 2007.

Диссертация посвящена разработке основ выбора редкоземельных металлов для модифицирования белых, половинчатых и серых валковых чугунов и применения комплексных модификаторов на их основе, установлению закономерностей формирования структуры и свойств материала отбеленных и с невыраженным отбелом прокатных валков из чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом и освоению прогрессивных технологий модифицирования чугунов для литых прокатных валков и их тепловой обработки.

В рамках теории литейного производства установлены индивидуальные особенности влияния редкоземельных металлов - самария и гадолиния по сравнению с церием, лантаном и иттрием на термовременные параметры литья, интервалы их остаточных содержаний, оптимальные для белых, половинчатых и серых чугунов с шаровидным графитом для прокатных валков, что позволило разработать оптимальные составы комплексных модификаторов с повышенным коэффициентом усвоения модифицирующих элементов для валков отбеленных и с невыраженным отбелом с повышенными механическими и служебными свойствами. Экспериментально подтвержден факт, свидетельствующий о наличии связей между структурой модифицированных редкоземельными металлами чугунов в жидком и твердом состоянии или наследственности структуры, которая сохраняется при переплаве и кристаллизации.

Получены научно обоснованные теоретические и подтвержденные экспериментально результаты, совокупность которых позволила на уровне изобретений разработать высокоэффективные технологии внепечной обработки чугунов комплексными модификаторами оптимальных составов для отбеленных и с невыраженным отбелом прокатных валков, механические и служебные свойства которых значительно превосходят аналогичные свойства валков, изготавливаемых по серийным технологиям.

Разработаны технологические схемы модифицирования расплавов комплексными модификаторами на основе редкоземельных металлов оптимальных составов для получения прокатных валков разных исполнений для сортовых и листовых станов. По сравнению с серийным магниевым процессом модифицирование комплексными модификаторами позволяет устранить пироэффекты и дымогазовыделения, что значительно повышает культуру производства. В промышленных условиях разработанные технологии были внедрены.

Предложено и экспериментально обосновано применение в качестве легирующих элементов отходов специальных производств (шлаков, содержащих редкоземельные металлы, ниобий или цирконий, а также сверхпроводящих сплавов, содержащих ниобий, титан, медь или олово) и смесей, содержащих модифицирующие и легирующие компоненты, для литья чугунных прокатных валков. Обработка расплавов отходами и смесями позволяет сократить расход легирующих химических элементов, повысить механические и служебные свойства валков, утилизировать отходы, которые ранее не использовали.

Впервые научно и экспериментально обоснованы технологии литья прокатных валков из чугуна с вермикулярным графитом с повышенными эксплуатационными характеристиками. Установлены оптимальные химические составы валковых чугунов, комплексных модификаторов и технологические параметры литья валков из разработанных чугунов с вермикулярным графитом.

Впервые для условий вальцелитейного производства определены оптимальные режимы тепловой обработки, в том числе с горячего посада, валков из комплексномодифицированных чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом.

Определены оптимальные параметры искусственного старения для валков из чугунов с шаровидным или вермикулярным графитом, модифицированных комплексными модификаторами на основе редкоземельных металлов. Разработаны на натурных образцах-прокатных валках из комплексномодифицированных чугунов разных размеров параметры режимов искусственного старения с горячего посада и по полному режиму.

В результате проведенных полупромышленных и промышленных экспериментов были разработаны режимы упрочняющей тепловой обработки - двойного отжига прокатных валков из комплексномодифицированных чугунов: а) для условий вальцелитейного цеха - с горячего посада и б) для условий термических отделений прокатных цехов - по полному режиму, которые были опробованы в производстве.

Тепловая обработка позволяет уменьшить литейные напряжения, повысить физико-механические и эксплуатационные свойства валков, а также ускорить оборачиваемость оборотных средств.

Предложенные составы валковых чугунов, комплексных модификаторов, способов модифицирования валковых расплавов и термической обработки литых прокатных валков внедрены со значительным экономическим эффектом.

Ключевые слова: литье, чугун, вермикулярный графит, шаровидный графит, модифицирование, редкоземельный металл, легирование, структура, свойство, прокатный валок.

Summary

Ivanova L.H. Theoretical bases and practical methods of receipt of the poured forming rolls from complex modifying cast irons. - The Manuscript.

Dissertation thesis for competition a scientific degree of Dr.Sci.Tech. on specialty 05.16.04- Foundry. - National Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2007.

Dissertation is devoted to the development of theoretical bases of a choice of rare-earth metals for the modifying of white, halved and grey rolling cast irons and application of complex modifiers on their basis, the establishment of laws of formation of structure and properties of material of forming rolls with chill and unexpressed chill from cast irons with spheroidal and vermicular graphite and mastering of progressive technologies of modifying of cast irons for the forming rolls and their hot treatment.

Scientifically grounded theoretical and experimentally confirmed results have been got. The aggregate of their results has allowed at the level of inventions to develop high-efficiency technologies of modifying cast irons by the complex modifiers of optimum compositions for forming rolls with chill and unexpressed chill, mechanical and operational properties of which considerably excel similar properties of the rolls made on serial technologies. The application of off-cuts of the special productions (slugs, containing rare-earth metals, niobium, zirconium, and also alloys, containing niobium, titan, copper, tin) as the alloying elements have been offered and experimental grounded. These off-cuts and mixtures containing modifying and alloying components for casting of cast iron forming rolls have been used. Treatment of fusions by the off cuts and mixtures allows to shorten expense of alloying elements, to improve mechanical and operational properties of rolls, to utilize the off cuts which have not use before. Optimum hot treatments including of hot castings from the complex modified cast irons with spheroidal or vermicular graphite have been determined.

Keywords: casting, cast iron, vermicular graphite, spheroidal graphite, modifying, rare-earth metal, alloying, structure, property, forming roll.

Размещено на Allbest.ru