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

Вказані вмісти дослідних рідкісноземельних металів не приводили до сфероідизації графіту: форма графітних включень змінювалася від грубої до дрібної пластинчастої й навіть до вермикулярної. Такий вплив невеликих добавок рідкісноземельних металів пов'язаний, напевне, з їх здібністю утворювати стійкі хімічні сполуки з різними домішками чавуну, та через це рафінувати розплав від сірки та кисню.

Збільшення вмісту рідкісноземельних металів більше за вищевказані (0,107% гадолінію та 0,129% самарію) породжувало зниження температури початку евтектичної кристалізації та збільшення її тривалості до екстремальних значень за таких вмістах модифікаторів - 0,312% самарію та 0,249% гадолінію (див. табл.2). За таких концентрацій рідкісноземельних металів форма графітних включень змінювалася на кулясту (при модифікуванні як самарієм, так і гадолінієм). Подальше підвищення концентрації модифікаторів більше за екстремальні значення декілька підвищувало температуру початку евтектичної кристалізації, зменшувало її тривалість та приводило до погіршення форми графітних включень і виділення в структурі чавунів карбідної фази.

В результаті проведених експериментів встановлено, що в дослідному інтервалі концентрацій усіх досліджуваних металів-модифікаторів модифікування стимулювало кристалізацію аустеніту, температура початку виділення котрого (_{поч.аус}) підвищувалася. Такий вплив досліджуваних рідкісноземельних металів пов'язаний, напевне, з тим, що оксиди рідкісноземельних металів, що утворювалися в розплаві, мали решітку, близьку до решітці аустеніту, й могли служити зародками при його кристалізації.

За інтенсивністю впливу на зниження температури початку евтектичної кристалізації рідкісноземельні метали, в тому числі, що досліджували вперше, розмістили у такий спадний ряд: гадоліній, ітрій, церій, самарій, лантан. Встановлено, що рівень зниження температури початку евтектичної кристалізації при модифікуванні гадолінієм досягає 40^о, що більше, ніж при модифікуванні іншими дослідними рідкісноземельними металами (самарієм, ітрієм, церієм і лантаном).

Підвищення швидкості охолодження від 0,5 до 0,9 град/с зсовувало показник максимального зниження температур початку евтектичної кристалізації при міні-мальному вмісті модифікатора в чавуні у бік менших концентрацій (табл. 3).

Таблиця 3. Вплив швидкості охолодження на температуру початку евтектичної кристалізації чавуну

Для розробки оптимальних режимів модифікування чавунів комплексними модифікаторами на основі рідкісноземельних металів проведені досліди особливостей їх впливу на структуру та властивості, а також встановлені дані про коефіцієнти засвоєння рідкісноземельних металів з них при різних умовах одержання виливків.

Коефіцієнти засвоєння рідкісноземельних металів при невеликих присадках комплексних модифікаторів (0,25 % за масою) в розплав чавуну були в діапазоні від 25 до 65,3%, тобто більші, ніж при модифікуванні чавунів індивідуальними рідкісноземельними металами ~ на 10…15%. Крім того, засвоєння рідкісноземельних металів зменшувалося зі збільшенням величини присадки комплексних модифікаторів в розплав чавуну. Найліпші коефіцієнти засвоєння в дослідному діапазоні присадок в білих та сірих чавунах мав комплексний модифікатор на основі гадолінію.

В порівнянні з індивідуальними рідкісноземельними металами модифікування комплексними модифікаторами на їх основі викликало більше підвищення евтек-тичної температури при близьких вмістах РЗМ_зал. Цю більш високу графітизуючу здібність комплексних модифікаторів слід віднести на рахунок підвищення вмісту кремнію у складі чавуну.

В результаті досліджень по вивченню впливу індивідуальних рідкісноземельних металів та комплексних модифікаторів на їх основі показано, що вплив їх на параметри кристалізації чавуну аналогічний. Однак, за подібного впливу індивідуальних рідкісноземельних металів на параметри кристалізації критичні концентрації їх, що приводять до найбільших змін у параметрах кристалізації та структурах, різні.

В результаті активного експерименту встановлені оптимальні вмісти рідкісноземельних металів (УРЗМ) і кремнію в комплексному модифікаторі для одержання стабільних ефектів модифікування та високих фізико-механічних властивостей робочого шару валків з білих валкових чавунів - ФС30РЗМ30. Розроблені також хі-мічні склади: комплексного модифікатора для половинчастих чавунів з кулястим графітом для прокатних валків з невираженим відбілом (А.с. 1548241) та комплексних модифікаторів з легувальними елементами для модифікування розплавів при виготовленні відбілених прокатних валків.

Вперше проведені досліди з впливу на мікроструктуру та властивості половинчастих та сірих чавунів оброблення чавунних розплавів різними відходами спеці-альних виробництв, що вміщували рідкісноземельні метали або легувальні комплекси хімічних елементів Тi+Nb+Cu, Ti+Nb+Sn, Nb+Cu+Sn, Cu+Sn, Ti+Cu, з метою поліпшення структури та підвищення властивостей чавунів, а також розробки міжгалузевих безвідходних технологій, що забезпечували підвищення здобування й засвоєння цінних легувальних елементів. Найефективнішим для валкових чавунів був легувальний комплекс Тi+Nb+Cu.

Визначені оптимальні параметри теплового оброблення (температура та тривалість витримки при штучному старінні) для валків із комплексномодифікованих чавунів з кулястим графітом. Витримка матеріалу валків протягом 1,5 год при температурі 823К підвищувала узагальнений показник їх якості до максимального значення D=0,837. Металографічний аналіз чавунів робочого шару та шийок валків після такого теплового оброблення не показав помітних змін у порівнянні вихідним станом чавунів (до штучного старіння). Твердість чавунів робочого шару та шийок після штучного старіння зменшувалася в середньому на 7,3 і 1,5 %, відповідно, зносостійкість чавунів робочого шару зменшувалася на 7,3%, а термостійкість навпаки збільшувалася на 41,1%.

Визначені оптимальні параметри зміцнюючого теплового оброблення - подвійного відпалу для валків із комплексномодифікованих чавунів з кулястим графітом - на першій стадії витримка протягом 1,0 год при температурі 1223К, на другій стадії витримка протягом 1,5 год при температурі 823К, при котрих узагальнений показник якості валків мав максимальне значення - 0,750. Встановлена необхідна швидкість охолодження чавуну робочого шару після першої стадії подвійного відпалу - не менше за 5 град/хв. Досліди на натурних зразках - прокатних валках показали, що приблизно таку швидкість охолодження забезпечувало примусове водно-повітряне охолодження робочого шару валків. Досліджено процеси структуропере-творення при подвійному відпалі чавунів робочого шару та шийок валків, їх фізико-механічні та експлуатаційні властивості. Міцностні властивості дослідних матеріалів підвищувалися на 35…77%, а термостійкість чавунів робочого шару - в 3,2 рази. Крім того, теплове оброблення сприяло більш рівномірному розподілу легувальних елементів у складі чавунів робочого шару та шийок валків.

У четвертому розділі викладені результати дослідження та визначення технологічних параметрів одержання чавунів з вермикулярним графітом для литих прокатних валків.

Експериментально встановлений у валкових чавунах з різним вмістом сірки при різних швидкостях охолодження 5,5…0,5 град/с залишковий вміст рідкісноземельних металів для одержання чавунів з вермикулярним графітом. Для досліджень як базовий використовували чавун такого хімічного складу, %: 3,82С; 1,06Si; 0,84 Mn; 0,20P; 0,03…0,07S; 0,45Cr; 2,15Ni; решта - Fe.

У чавунах з низьким вмістом сірки (до 0,03%) при обробленні розплавів комп-лексним модифікатором ФС30РЗМ30 для одержання графіту у вермикулярній формі при швидкості охолодження 5,5 град/с необхідно мати вміст РЗМ_зал від 0,045 до 0,104%, при швидкості охолодження 0,5 град/с - від 0,104 до 0,144% (рис. 4). Оброблення такого ж розплаву додатково феротитаном область концентрацій РЗМ_зал для стабільного одержання вермикулярного графіту розширювало при швидкості охо-лодження 5,5 град/с до 0,014…0,156%, а при швидкості охолодження 0,5 град/с - 0,084…0,156%. При обробленні розплавів модифікатором на основі магнію КМг9 для одержання вермикулярного графіту залишковий вміст магнію Mg_зал у чавуні при швидкостях охолодження 5,5 і 0,5 град/с повинен бути у границях 0,019…0,03 та 0,022…0,03%, відповідно. Комплексне оброблення обома модифікаторами ФС30РЗМ30 й КМг9 показало, що найліпша комбінація мікроструктури та властивостей у чавунах досягалася при вмістах 0,023…0,025% РЗМ_зал та 0,007…0,015% Mg_зал. Додаткові дослідження встановили оптимальний вміст міді при обробці розплавів - 0,3…0,5%, який сприяв одержанню переважно перлітної структурної складової у матриці чавунів. Оброблення розплавів комплексним модифікатором ФС30РЗМ30 та відходами, що містять легувальний комплекс Тi+Nb+Cu, показало, що міцностні властивості комплексномодифікованих і легованих чавунів у порівнянні з вихідними підвищувалися найбільше - на 16…39%, а твердість на 6…16% при швидкостях охолодження 0,5…5,5 град/с. Крім того, таке оброблення чавунів при литті валків виконання СПХН-60 дозволяло без зниження міцностних властивостей зменшити концентрацію нікелю на 1…1,2%.

Встановлені залишкові вмісти РЗМ_зал , РЗМ_зал +Ti, Mg_зал, РЗМ_зал+ Mg_зал у валкових чавунах з підвищеним вмістом сірки (0,07%) при швидкостях охолодження 5,5 і 0,5 град/с. Так, інтервали концентрацій РЗМ_зал, що забезпечували одержання графітних включень у вермикулярній формі, становили при швидкості охолодження 5,5 град/с - 0,081…0,129%, а при швидкості охолодження 0,5 град/с - 0,161…0,190%. Оброблення такого ж розплаву додатково феротитаном область концентрацій РЗМ_зал для стабільного одержання вермикулярного графіту розширювало при швидкості охолодження 5,5 град/с до 0,061…0,169%, а при швидкості охолодження 0,5 град/с - 0,127…0,23%.

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 у_в^виг поліпшилася на 31% у робочому шарі та на 28% - у шийках, границя міцності у_в^р - 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.

Аналіз причин передчасних втрат властивостей в процесі експлуатації прокатних валків ЛШ-57 показав, що біля 40% валків втрачають необхідні властивості за таких причин, як сітка або розпал тріщин, викришування, зламки бочок або шийок (рис. 6). Крім того, природне старіння протягом 3…6 місяців не забезпечує надійної роботи валків: понад 70% валків виходить з експлуатації передчасно після вилежування перед нею понад 6 місяців. 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 (?_в^р,?? ?_в^виг, а_к) 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 ?_в^р - на 51,4...95,9, границі міцності ?_в^виг - 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 (РЗМ_зал- 0,152…0,650%) або самарієм (РЗМ_зал- 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 РЗМ_зал 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 РЗМ_зал, 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 Mg_зал 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% Mg_зал і 0,023…0,025% РЗМ_зал. 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 РЗМ_зал 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) 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.

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, 1975 348 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.20 22.

6. Колотило Е.В., Иванова Л.Х., Хрычикова Е.В. Термическая обработка чугунных прокатных валков // Теория и практика металлургии 1999 № 4 С.58.

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.37 42

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.45 49

9. Иванова Л.Х. Структурные изменения в модифицированных редкоземельными металлами валковых чугунах // Теория и практика металлургии 2006.

10. Иванова Л.Х. Повышение стойкости прокатных валков модифицированием редкоземельными металлами // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2006. №3. С.36 38.

11. Иванова Л.Х. Комплексная обработка чугунных расплавов для литья валков повышенного качества // Металлургическая и горнорудная промышленность 2006 № 5 С.35 37

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. 50 53.

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.43 46.

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.99 103.

15. Иванова Л.Х. Литые валки с повышенными служебными свойствами из комплекснолегированного и модифицированного чугуна // Теория и практика металлургии 2007 №2-3 С.111 113.

16. Иванова Л.Х., Хрычиков В.Е. Влияние редкоземельных металлов на параметры кристаллизации валковых чугунов // Металлургическая и горнорудная промышленность 2007 № 3 С.39 43

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/; Заявл.10.12.84; Опубл. 23.05.87, Бюл. № 3 с.

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/; Заявл.10.12.84; Опубл. 15.04.87, Бюл. № 5 с.

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/Заявл.21.05.85; Опубл.15.03.88, Бюл.№ -3 с.

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/ Заявл.04.06.86; Опубл.15.04.88, Бюл.№ 3 с.

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/; Заявл.23.03.87; Опубл.30.12.88, Бюл.№ 3 с.

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/; Заявл.14.06.88; Опубл. 07.03.90, Бюл.№ 3 с.

26. Лигатура: А.с. 1548241. СССР. МКИ С 22 С 35/00 / Е.В.Колотило, Н.П.Котешов, И.И.Ануфриев, Л.Х.Иванова, Б.К.Осташков №4468892/ Заявл.08.06.88; Опубл. 07.03.90, Бюл.№ 3 с.

27. Способ обработки жидких железоуглеродистых сплавов: А.с. 1571078. СССР. МКИ С 21 С 1/08 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, В.П.Косенко, Н.П.Довбня, П.С.Разумный, В.А.Наталенко, Т.В.Кожевникова №4228078/31-02; Заявл.17.02.87; Опубл. 15.06.90, Бюл. №- 3 с.

28. Чугун: А.с. 1089162. СССР. МКИ С 22 С 37/00 / Е.В.Колотило, О.В.Пузырьков-Уваров,И.И.Ануфриев,Л.Х.Иванова,Ж.И.Безбах № 3512728/; Заявл.19.11.82; Опубл. 30.04.84, Бюл. №16 4 с.

29.Чугун: А.с. 1092200. СССР. МКИ С 22 С 37/00 / Е.В.Колотило, В.Ф.Карпенко, М.Е.Рябчий, Б.В.Станиловский, Л.Х.Иванова, В.С.Савега, И.И.Ануфриев, Ж.И.Безбах, В.М.Снаговский, Ю.К.Бунина № 3528281/; Заявл.24.12.82; Опубл.15.05.84, Бюл. №18 с.

30. Чугун: А.с. 1113422. СССР. МКИ С 22 С 37/00 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, Ж.И.Безбах, И.И.Ануфриев, Ю.К.Бунина, А.В.Пищида, В.А.Остапен-ко № 3586918;Заявл.29.04.83; Опубл.15.09.84, Бюл. № 34 4 с.

31. Чугун: А.с. 1114705. СССР. МКИ С 22 С 37/00 / Е.В.Колотило, Ж.И.Безбах, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, Ю.К.Бунина № 3615194; Заявл.16.07.83; Опубл. 23.09.84, Бюл. № 35 3 с.

32.Чугун: А.с. 1227706. СССР. МКИ С 22 С 37/00 / Е.В.Колотило, Н.П.Котешов, С.Л.Бабченко, В.С.Савега, О.Н.Руднев, В.С.Назарец, В.Ф.Присяжнюк, З.И.Скобальский, И.И.Ануфриев, А.В.Татарчук, Л.Х.Иванова, Ж.И.Безбах, Г.Ф.Чо-повой № 3768185; Заявл. 13.07.84; Опубл.30.04.86, Бюл. № 5 с.

33. Ковкий чугун: А.с. 1252381. СССР. МКИ С 22 С 37/10 / Е.В.Колотило, В.С.Савега, Н.П.Котешов, А.А.Покуса, С.Л.Бабченко, Л.Х.Иванова, В.П.Игнатьев, И.И.Ануфриев, М.М.Стольберг, В.С.Назарец, А.С.Кравченко № 3825735; Заявл.18.12.84; Опубл.23.08.86, Бюл. № 4 с.

34. Чугун: А.с. 1263720. СССР. МКИ С 22 С 37/10 / Ю.Н.Таран, Ю.В.Краснов, В.М.Снаговский, В.Ф.Карпенко, Л.Х.Иванова, В.Я.Забродин, Б.М.Асташкевич, В.М.Супоницкий, А.В.Мерсон № 3743225; Заявл.18.05.85; Опубл.15.10.86, Бюл.№ 5 с.

35. Чугун: А.с. 1576591. СССР. МКИ С 22 С 37/10 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, В.В.Супруненко, Ж.И.Безбах, И.В.Костицына, Н.Г.Мороз, И.А.Ефименко №4468691/; Заявл.08.06.88; Опубл.07.07.90, № 3 с.

36. Лигатура для получения чугуна с вермикулярной формой графита: А.с. 1678886. СССР. МКИ С 22 С 35/00 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, В.Б.Щербилин, В.И.Комляков, Р.Х.Гималетдинов, С.П.Аникин №4735597/02; Заявл.11.07.89; Опубл. 23.09.91, Бюл.№ 2 с.

37.Чугун для прокатных валков: А.с. 1686024. СССР. МКИ С 22 С 37/10 / Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, В.В.Супруненко, С.В.Старов № 4740665/02; Заявл.24.07.89; Опубл.23.10.91, Бюл.№ 3 с.

38. Способ обработки чугуна: А.с. 1713935. СССР. МКИ С 21 С 1/10 / Е.В.Коло-тило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев, В.Б.Щербилин, С.П.Аникин № 4717797/02; Заявл.11.07.89; Опубл.23.02.92, Бюл. № 2 с.

39.Чугун с вермикулярным графитом: А.с. 1759941. СССР. МКИ С 22 С 37/10 / Е.В.Колотило, Л.Ф.Боков, Л.Х.Иванова, Н.Г.Мороз № 4913327/02; Заявл.20.02.91; Опубл.07.09.92, Бюл. № 3 с.

40. Колотило Е.В., Иванова Л.Х. Термическая обработка чугунных прокатных валков / ДМетИ Д., 1989 186 с Рус Деп. в УкрНИИНТИ 15.08.89, № 1894 Ук89 Реф. в: РЖ Металлургия 1989 №12.

41. Колотило Е.В., Ануфриев И.И., Иванова Л.Х. Термическая обработка прокатных валков: ВИМИ. Инф. листок о науч.-техн. достижении.- М., 1987.- № 87-1046.- 2 с.

42. Белые комплексно-модифицированные чугуны с титаном и ниобием / Е.В.Колотило, И.И.Ануфриев, Т.Н.Новикова, Л.Х.Иванова: Неметаллические включения и газы в литейных сплавах: IV Республ. конф. Запорожье, 10-12 сент. 1985 г. Запорожье, 1985. С.171-172.

43. Иванова Л.Х., Иванов В.Х., Мороз Н.Г. Стабилизация процесса модифицирования валковых расплавов: Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа: III Всесоюз. конф. Днепропетровск, 26-28 марта 1986 г.- Д., 1986.- Ч.II.-С.261-262.

44. Колотило Е.В., Иванова Л.Х. Получение высококачественных белых, половинчатых и серых чугунов: Новые высокопроизводительные технологические процессы, высококачественные сплавы и оборудование в литейном производстве: VII Всесоюз. конф. Каунас, 16-18 сент. 1986 г.- К., 1986.- Ч.2.-С.261-262.

45. Колотило Е.В., Безбах Ж.И., Иванова Л.Х. Пути повышения качества сплавов Si-РЗМ: Механизация и повышение эффективности технологических процессов призводства отливок металлургического оборудования: IV Республ. конф. Днепропетровск, 28-30 окт.1986 г.- Д., 1986.- С.74-75.

46. Колотило Е.В., Иванова Л.Х., Разумный П.С. Структура и свойства чугунов, модифицированных шлаками с оксидами: Неметаллические включения и газы в литейных сплавах: Республ. конф. Запорожье, 6-8 сент. 1988 г.- Запорожье, 1988.- С.225-226.

47. Колотило Е.В., Иванова Л.Х., Разумный П.С. Использование титансодержащих отходов для получения высококачественного литья: Пути повышения качества и экономичности литейных процессов: Республ. конф. Одесса, 25-27 окт. 1988 г Одесса.

48. Колотило Е.В., Иванова Л.Х. Особенности кристаллизации половинчатых чугунов: Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: IV Всесоюз. конф. Запорожье, 10-14 окт. 1989 г.-Запорожье, 1989.- С.198-199.

49. Исследование и освоение производства прокатных валков из ВЧВГ/ Е.В.Колотило, Л.Х.Иванова, И.И.Ануфриев и др.// Прогрессивные технологические процессы в литейном производстве: Межрегион. конф. Хабаровск, 21-26 сент.1991 г.- Хабаровск,.

50. Иванова Л.Х. Прокатные валки из модифицированных чугунов: Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах: XI міжнародна наук.-техн. конф. Запоріжжя, 19-22 верес. 2006 р Запоріжжя.

Размещено на Allbest.ru