Чугун с шаровидным графитом (сокращенно ЧШГ) - это железо-углеродный материал, в котором присутствующий углерод практически полностью представлен в виде графита шаровидной формы.
Структура ЧШГ – графит преимущественно шаровидной формы, металлическая основа может быть ферритной либо перлитной, либо феррито-перлитной или бейнитной.
ЧШГ обладает комплексом высоких физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств, выгодно отличающих его от других конструкционных материалов:
- от стали – лучшей износостойкостью и антифрикционностью, более высокой коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью резанием;
- от чугуна с пластинчатым графитом (ЧПГ) – большей прочностью и пластичностью.
Физико-механические и эксплуатационные свойства ЧШГ можно регулировать в широких пределах, не ухудшая литейных и технологических показателей, что позволяет выбирать его марку с учетом конкретных особенностей эксплуатации литых деталей.
Чугун с шаровидным графитом является перспективным конструкционным материалом для изготовления ответственных деталей.
Благодаря высокой жидкотекучести, ЧШГ может быть использован для производства сложных по конфигурации деталей.
Замена ЧПГ на ЧШГ позволяет уменьшить в 1,5 – 2,0 раза толщины отливок и, тем самым, снизить массу отливаемых конструкций при одновременном повышении их надежности.
Детали из ЧШГ можно подвергать всем видам упрочняющей термической обработки, применяющимся для стали.
В настоящее время на металлургических и машиностроительных предприятиях Российской Федерации самым массово применяемым методом внепечной обработки расплава с целью получения чугуна с шаровидным графитом является «сэндвич-процесс».
Суть его заключается в следующем: магнийсодержащие модификаторы в виде кусков фракции 2-25 мм размещаются в углублении донной части футеровки ковша, на всю открытую поверхность модификатора наносится слой покровного материала - стального или чугунного лома, металлических плит либо высечек и т.д. В этот ковш заливается расплав чугуна.
При использовании данного метода в технологии производства изделий из ЧШГ выявляются следующие недостатки:
- Относительно низкое и нестабильное усвоение магния
- Нестабильное получение требуемого типа включений графита, снижение качества, возможен брак
- Невозможность корректировки количества введенного в итоге модификатора по ходу обработки
- Значительные дымовыделение и загазованность производственных помещений
- Значительные затраты на производство единицы продукции – использование при присадке дорогостоящих «тяжелых» лигатур
Технологией, лишенной практически всех вышеперечисленных недостатков, в настоящее время является способ получения ЧШГ с применением при внепечной обработке расплава порошковой проволоки.
Суть метода заключается в следующем: выпущенный из печи жидкий чугун в ковше после замера температуры, удаления печного шлака и наведения новой шлакообразующей смеси доставляется на стенд обработки порошковой проволокой.
Ковш сверху накрывается крышкой, обеспечивающей герметичность, после чего, при помощи специального устройства - трайб-аппарата осуществляется ввод магний - и кремнийсодержащей порошковой проволоки в расплав.
Каждый канал ввода - «ручей» трайб-аппарата предназначен для присадки определенного вида порошковой проволоки и число таких «ручьев» ограничивается лишь параметрами стенда обработки и технологией производства.
После окончания обработки расплава чугуна порошковой проволокой и последующих замера температуры, забора пробы на химический и структурный анализ и удаление шлака ковш доставляется на участок заливки чугуна в литейную форму.
Разработанная технология, для обоснования ее жизненности, была опробована на ЗАО «Механоремонтный комплекс» (г. Магнитогорск).
В настоящее время в цехе изложниц этого предприятия освоено производство листопрокатных и сортопрокатных валков статическим и центробежным способом из чугунов с рабочим слоем различного исполнения и сердцевиной из чугуна с шаровидным графитом.
Все типы производимых валков эксплуатируются на предприятиях: ОАО «ММК», ОАО «НЛМК» и ОАО «Северсталь».
По существующей в цехе технологии модифицирование чугуна производится «сэндвич-процессом» с использованием кремний-магниевой и никель-магниевой лигатур.
Для стабилизации процесса получения ЧШГ, увеличения степени усвоения магния, уменьшения пироэффекта, улучшения экологических условий, а так же уменьшения себестоимости продукции в цехе изложниц ЗАО «МРК» научно-внедренческим центром ЗАО «Ферросплав» (г. Челябинск) была проведена научно-исследовательская работа по десульфурации, модифицированию и инокулированию жидкого чугуна порошковой проволокой (ПП) производства ЗАО «Ферросплав» с ферросиликомагниевым и ферросиликобариевым наполнителями.
В работе изучали влияние:
- Температуры обработки (1385-1511 оС)
- Скорости ввода порошковой проволоки в расплав чугуна (0,2-0,66 м/с)
- Количества вводимого магния и ферросиликобария на тонну жидкого чугуна (1,0-3,0 и 1,5-5,5 кг соответственно)
- Вида используемого магнийсодержащего наполнителя порошковой проволоки (Мг18РЗМ1 и Мг30 РЗМ1)
- Объема обрабатываемых ковшей (11 и 16 тн)
Основные результаты работы сводятся к следующему:
1. Во всех проведенных экспериментах обеспечено получение ЧШГ в сердцевине валков весом 13-25 тн.
2. Остаточное содержание Mg менялось от 0,036 до 0,069 % в зависимости от количества вводимого на тонну расплава чугуна магния, температуры перед началом обработки ПП, исходного содержания серы. В структуре обработанного ПП чугуна форма включений графита шаровидной формы. Металлическая основа полученного чугуна – перлитная с минимальным содержанием цементита.
3. Температура перед началом обработки ПП оказывает значительное влияние на усвоение магния. С ростом температуры усвоение магния снижается. Это связано с тем, что повышение температуры приводит к увеличению угара магния и уменьшению его остаточного содержания в обработанном чугуне.
4. С повышением скорости усвоение увеличивается, а затем начинает снижаться. Это свидетельствует о том, что при скоростях ввода выше 0,33 м/с металлическая оболочка порошковой проволоки не успевает растворится около дна ковша и точка начала взаимодействия магния с расплавом находится в верхней части ковша, снижая тем самым усвоение Mg.
5. При исследовании влиянии вида присаживаемого в расплав чугуна магнийсодержащего наполнителя порошковой проволоки получены данные, свидетельствующие о том, что усвоение магния при применении как ПП с наполнителем Мг18РЗМ1, так и с наполнителем Мг30РЗМ1 практически одинаково.
6. Количество введенного на тонну жидкого чугуна магния оказывает влияние на его остаточное содержание в расплаве после окончания обработки порошковой проволокойС увеличением количества введенного на тонну магния величина [Mg]ост так же значительно увеличивается до значения 2 кг/тн, а затем увеличивается менее интенсивно, что позволяет говорить о некоторой степени насыщения расплава чугуна магнием
7. При исследовании влияния объема обрабатываемых ковшей- 11 и 16 тн- получены практически идентичные данные, свидетельствующие о том, разработанная технология отличается стабильностью получаемого результата.
Более подробно технология не освещается в связи с патентованием.
Листопрокатные валки, изготовленные во время проведения данной научно-исследовательской работы по разработке технологии получения ЧШГ, успешно прошли технический контроль и промышленные испытания в 2006 г. и сегодня находятся в эксплуатации.
В результате проведенной научно-внедренческим центром ЗАО «Ферросплав» работы руководством ЗАО «МРК» принято решение о совместной разработке и вводе в эксплуатацию двух стендов по внепечной обработке ковшей с жидким чугуном емкостями от 1 до 25 тонн порошковой проволокой с получением изделий из ЧШГ.
ЗАО «Ферросплав» совместно с немецкой фирмой «Одермат» занимается разработкой и внедрением стендов комплексной обработки чугунов порошковой проволокой. ЗАО «Ферросплав» обеспечивает поставку трайб-аппаратов фирмы «Одермат» и комплекта чертежей такого стенда, а также порошковую проволоку собственного производства с различными наполнителями, обеспечивающую бесперебойную работу участка внепечной обработки чугунов.
Следует подчеркнуть, что разработанная научно-внедренческим центром ЗАО «Ферросплав» технология, достаточно универсальна и может быть широко использована на различных предприятиях, выпускающих или планирующих выпуск изделий из ЧШГ и ЧВГ, что открывает перед ними новые технические и коммерческие возможности. На настоящее время ряд предприятий уже выявили желание в освоении у себя этой технологии.
Контакты ЗАО "Ферросплав":
Россия, 454048, г. Челябинск, ул. Сулимова, 75
тел./факс: (351) 261-88-78, 261-86-80, 260-48-87, 237-39-29, 237-79-27
E-mail: ferrosplavnvc@mail.ru (Научно-Внедренческий Центр)
