Чугун

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(72) Авторы Андрушевич Андрей Александрович Окунь Борис Иосифович Чурик Михаил Николаевич Ушеренко Сергей Миронович(73) Патентообладатель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(57) Чугун, преимущественно для изготовления анодных заземлителей, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 2,5-3,0 кремний 6,0-9,0 марганец 0,3-0,8 медь 1,0-1,8 алюминий 0,1-0,3 титан 0,2-0,7 железо остальное.(56)897885, 1982.2042729 1, 1995.931784, 1982. Изобретение относится к области литейного производства, в частности к коррозионностойким чугунам для отливок, работающих в условиях коррозии и имеющих относительно высокие механические свойства корпуса чугунных заземлителей. В настоящее время для повышения коррозионной стойкости чугунов при производстве отливок используются дефицитные легирующие материалы, такие как хром, никель,ванадий, редкоземельные металлы. Это, в свою очередь, приводит к удорожанию литья. Известен коррозионностойкий чугун (.с. СССР 1062295, С 22 С 37/10, 1983, бюл.47) следующего химического состава, мас.углерод 2,9-3,5 кремний 1,7-2,7 марганец 0,3-0,8 хром 0,1-0,8 6830 1 никель 0,05-0,8 ванадий 0,15-0,5 азот 0,005-0,02 титан 0,002-0,15 редкоземельные металлы 0,005-0,02 сурьма 0,005-0,3 железо остальное. Однако использование дорогостоящего хрома, никеля и ванадия резко удорожает стоимость изделия. Известен чугун с высоким содержанием кремния, более 14(ферросилид), обладающий высокой коррозионной стойкостью. Типичным представителем ферросилидов является чугун марки ЧС 15 (ГОСТ 26358-84), содержащий, мас.углерод 0,5-0,7 кремний 14-16 марганец 0,3-0,8 сера 0,07 фосфор 0,1 железо остальное. Растворимость такого чугуна при плотностях тока 0,28-1,7 а/дм 2 составляет 1,46-0,05 кг/агод. Ферросилиды обладают повышенной склонностью к газонасыщению, в особенности, водородом. Это препятствует получению плотной отливки, так как повышенная стойкость ферросилида к анодному растворению базируется на образовании сплошной защитной пленки из оксидов кремния. Монолитный ферросилид, обладая низкой теплопроводностью (в 2-3 раза меньше, чем у серого чугуна), весьма чувствителен к перепадам температур. Перепад температуры металла в 30-40 С по сечению отливки ведет к образованию трещин. Самым существенным недостатком ферросилидов является большая хрупкость, плохая обрабатываемость и низкие механические свойства. Наиболее близким, выбранным за прототип, является чугун ( СССР 897885, С 22 С 37/10, 1982, бюл.2) следующего химического состава, мас.углерод 3,2-3,8 кремний 3,3-4,5 марганец 0,5-1,5 хром 0,05-0,3 медь 1,5-3,5 магний 0,005-0,08 кальций 0,005-0,1 барий 0,005-0,1 редкоземельные металлы 0,005-0,1 сурьма 0,008-0,2 алюминий 0,1-2,5 железо остальное. Однако коррозионная стойкость этого чугуна невысока. Кроме того, использование таких дорогостоящих элементов, как хром и редкоземельные металлы, в качестве модификаторов с повышенным содержанием кремния является нецелесообразным из-за незначительного эффекта их влияния и высокой стоимости. Задачей данного изобретения является повышение механической прочности при сохранении коррозионной стойкости чугунных отливок в условиях катодной защиты магистральных трубопроводов. Поставленная задача достигается тем, что чугун, преимущественно для изготовления анодных заземлителей, содержащий углерод, кремний, марганец, медь, алюминий и железо, дополнительно содержит титан при следующих соотношениях компонентов, мас.2 6830 1 углерод 2,5-3,0 кремний 6,0-9,0 марганец 0,3-0,8 медь 1,0-1,8 алюминий 0,1-0,3 титан 0,2-0,7 железо остальное. В предлагаемом чугуне по сравнению с прототипом при сохранении коррозионной стойкости резко вырастает механическая прочность за счет дополнительного введения в расплав титана при сокращении количества кремния. Содержание кремния в чугуне в пределах 6-9 позволяет сохранить химическую (коррозионную) стойкость отливок и увеличить физико-механические свойства. Легирование чугуна титаном упрочняет металлическую основу, изменяет структуру,повышает микротвердость перлита. В результате этого повышается механическая прочность при сохранении коррозионной стойкости чугуна. Медь оказывает положительное влияние на дисперсность матрицы чугуна, измельчая дендриты аустенита и повышая дисперсность перлита. Медь увеличивает твердость отливок и улучшает коррозионную стойкость. Алюминий как легирующий и сильно графитизирующий элемент улучшает механические свойства и повышает коррозионную стойкость за счет микролегирования металлической основы чугуна и измельчения твердых карбидов. Титан введен как эффективный микролегирующий и модифицирующий элемент, связывающий кислород, азот и углерод в тугоплавкие твердые оксиды, нитриды и карбиды,которые при затвердевании расплава служат центрами кристаллизации, повышают дисперсность перлита, улучшают механические свойства и коррозионную стойкость чугуна. Модифицирование чугуна медью в пределах 1,0-1,8 позволяет несколько улучшить физико-механические свойства сплава. Пределы содержания меди в конструкционных чугунах не выходят за рамки 1,8 . В таких количествах медь не оказывает существенного влияния на ударную вязкость чугуна, но на 30-40 увеличивает прочность. В присутствии меди повышается коррозионная стойкость и износостойкость чугунов. Медь легирует феррит и повышает его электродный потенциал. При содержании меди до 1,8 происходит упрочнение перлита, повышается его дисперсность. Одним из наиболее эффективных и реальных путей повышения химической (коррозионной) стойкости металлов является увеличение склонности к пассивации и повышению стабильности пассивного состояния. К этому, как правило, сводится эффект противокоррозионного легирования железа металлами, которые, не смотря на более высокую электрохимическую активность, имеют повышенную склонность к пассивации. По скорости растворения в пассивном состоянии титан растворяется примерно в 7 раз медленнее, чем железо. Так скорость растворения в пассивном состоянии у железа составляет - 710-6 а/см 2,а у титана - 110-6 а/см 2. Добавка 0,2-0,7 титана позволяет улучшить физико-механические свойства чугуна за счет легирования феррита и получения дисперсной структуры металлической матрицы. Кроме этого, модифицирование титаном сопровождается измельчением графитовых включений чугуна, что улучшает пластические и вязкие свойства отливки. Введение в расплав титана позволяет резко снизить содержание растворимых в чугуне газов (кислород, азот, водород), которые способствуют его переохлаждению при кристаллизации. Титан связывает их в стойкие ассоциации - оксиды, нитриды и карбиды, равномерно распределенные по металлической матрице. Алюминий в количестве 0,1-0,3 повышает прочность, химическую (коррозионную) стойкость чугуна, улучшает усвоение активных добавок в жидком чугуне вследствие образования защитных оксидных пленок и микролегирования металлической основы чугуна. Кроме того, алюминий измельчает твердые включения карбидов и нитридов. 3 6830 1 Плавку чугуна проводили в индукционной печи ИСТ-0,16, при температуре 13201350 С. Алюминий вводили в виде кусков необходимого по расчету веса, перед выпуском жидкого металла из печи. Медь и титан в виде полосовых отходов биметалла вводили в печь по мере расплавления шихты. Для определения свойств чугуна отливались стандартные пробы и образцы. При этом использование титано-медных биметаллов производится из отходов имеющегося производства и не требует значительных материальных затрат. В таблицах 1 и 2 приведены химические составы, результаты механических испытаний и определения коррозионной стойкости чугунов известного и предлагаемого состава. Таблица 1 Химические составы предлагаемого и известного чугунов Чугун,Содержание элементов,п/п С Предлагаемый состав 1. 2,5 6,0 0,3 1,0 0,1 0,2 остальное 2. 2,6 6,5 0,4 1,2 0,2 0,3 остальное 3. 2,7 7,0 0,6 1,5 0,2 0,4 остальное 4. 2,8 7,2 0,7 1,6 0,25 0,6 остальное 5. 2,9 7,6 0,7 1,6 0,3 0,5 остальное 6. 3,0 8,0 0,8 1,8 0,3 0,7 остальное 7. 3,0 8,0 0,3 1,8 0,2 0,7 остальное Известный состав 8. 0,5 14 0,3 1,0 0,2 остальное 9. 0,7 16 0,8 1,8 0,5 остальное Таблица 2 Результаты сравнительного анализа предлагаемого и известного состава чугунов Чугун. состав Механические свойства Скорость корро 1-9 из Предел прочности, Предел прочности Твердость,зии, кг/А год таблицы 1 МПа на изгиб, МПа МПа Предлагаемый состав 1. 668,4 197 320 0,070 2. 691,9 201 344 0,072 3. 719,3 210 380 0,065 4. 760,5 210 415 0,050 5. 772,2 225 440 0,041 6. 790,9 230 480 0,048 7. 816,3 240 510 0,040 Известный состав 8. 588,0 170 220-390 0,08 9. 617,4 190 290-390 0,06 Как видно из таблицы 2, предлагаемый состав чугуна благодаря оптимальному соотношению элементов имеет коррозионную стойкость на уровне известного, а механические характеристики в 1,2-1,35 раза выше, предел прочности в 1,3, предел прочности на изгиб в 1,25, твердость в 1,35 раза. Это позволяет безопасно транспортировать чугунные заземлители на дальние расстояния. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.