CC BY
15
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
УДК 621.771
Куряев Д.В., Никитенко О.А.
ВЛИЯНИЕ АЗОТА НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА РАБОЧЕГО СЛОЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
Аннотация. В статье рассмотрено совместное влияние легирования чугуна рабочего слоя двухслойного валка ванадием и азотом. Приведены экспериментальные результаты изменения коэффициента абразивной и ударно-абразивной износостойкости в зависимости от количества лигатуры. Установлен вклад азота на изменение основных эксплуатационных свойств чугуна рабочего слоя прокатного валка. Рекомендованы наиболее рациональные концентрации ванадия в зависимости от преобладающего характера износа.
Ключевые слова: прокатный валок, износ, ванадий, азот.
Введение
Эксплуатационные характеристики
двухслойных прокатных валков ЛПХНд определяются в основном двумя составляющими. Первая из которых - абразивная износостойкость, а вторая - ударно-абразивная износостойкость. Это обусловлено тем, что износ валка происходит в результате трения поверхности бочки валка о поверхность прокатываемой полосы, при этом в зону контакта возможно попадание инородных абразивных частиц, к которым относятся частицы окалины, пыль и т.д. В то же время на рабочую поверхность валка может оказываться значительная ударная нагрузка, связанная с технологическими особенностями процесса прокатки металла. Соотношение влияния того или иного способа изнашивания зависит от параметров прокатки и марочного состава прокатываемой стали и качества валка.
Одним из возможных путей повышения эксплуатационных свойств прокатного валка
является дополнительное легирование материала, из которого изготавливается рабочий слой. Для этого возможно применение азотированной лигатуры, в том числе феррованадия [1 - 6].
Целью работы является исследование абразивной и ударно-абразивной износостойкости индефинитного чугуна, легированного
азотированным феррованадием.
Материал и методика экспериментов
В результате эксперимента были получены две серии образцов. Первая партия была легирована ванадием, содержание которого в образцах менялось с 0,08 до 0,50 %. Вторую серию образцов легировалась азотированным феррованадием марки ФВ35Н9, химический состав которого приведен в табл. 1.
Содержание ванадия в образцах изменяли от 0,08 до 0,50 %. Для корректного построения зависимостей был выплавлен «базовый» сплав с содержанием ванадия менее 0,05 % (табл. 2).
Химический состав азотированного феррованадия марки ФВ35Н9
Таблица 1
Элемент N V Si Mn S P C Al ТС Ca
Массовая доля, % 7,6 40,4 8,2 2,3 0,04 0,04 0,34 0,01 0,03 0,03
Таблица 2
Элемент С Si Mn S P & № V Al
Массовая доля, % 3,05 0,93 0,87 0,021 0,049 1,80 4,46 0,03 0,03
© Куряев Д.В., Никитенко О.А., 2018
Выплавку экспериментальных образцов производили в индукционной печи с основной футеровкой ёмкостью 2 кг. Размер экспериментальных образцов: 35х35х10 мм. Износостойкость сплавов изучали по ГОСТ 23.20879 «Метод испытания материалов на износостойкость при трении о не жестко закрепленные абразивные частицы». Ударно-абразивную износостойкость исследуемых сплавов изучали по ГОСТ 23.207 - 79 «Метод испытаний машиностроительных материалов на ударно-абразивное изнашивание».
Полученные результаты и их обсуждение
Легирование ванадием
При концентрации ванадия в сплаве до 0,2 % коэффициент абразивной износостойкости не меняется и остается равным 1,60>1,62 ед. Увеличение концентрации ванадия в сплаве более 0,2 % приводит к росту износостойкости до 1,7 ед. при увеличении содержание в сплаве ванадия до
0.5 % (рис. 1, а).
В отличие от абразивной износостойкости характер изменения коэффициента ударно-абразивной износостойкости имеет экстремальную зависимость от содержания в сплаве ванадия (рис.
1, б).
Содержание ванадия, %
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Содержание ванадия, %
а б
Рис. 1. Зависимость коэффициента абразивной (а) и ударно-абразивной (б) износостойкости чугуна рабочего
слоя прокатного валка от содержания в сплаве ванадия
Уже введение небольшого количества ванадия в состав чугуна рабочего слоя валка приводит к значительному росту ударно-абразивной износостойкости. Максимальное же значение коэффициента ударно-абразивной износостойкости достигается при введении в сплав ванадия в количестве 0,1>0,2 %. При введении его более чем 0,2 % начинается снижение ударно-абразивной износостойкости и при содержании 0,3 % значение становится равным «базовому» составу. При содержании ванадия более 0,3 % ударно-абразивная износостойкость чугуна рабочего слоя прокатного валка становится меньше «базового» сплава, и чем оно выше, тем ниже коэффициент. Так, при содержании ванадия 0,5 % коэффициент ударно-абразивной износостойкости становится ниже 2 ед.
Такое изменение значения коэффициентов абразивной и ударно-абразивной износостойкости можно объяснить формированием в структуре чугуна рабочего слоя карбидов, легированных ванадием. При содержании в сплаве ванадия более 0,2 % происходит выделение легированных карбидов, повышающих абразивную
износостойкость сплава, при этом количество этих карбидов увеличивается с повышением концентрации ванадия в сплаве. При содержании
ванадия в сплаве менее 0,2 % не происходит выделения специальных карбидов, а ванадий входит в состав эвтектических карбидов, повышая их стойкость к выкрошиванию, что увеличивает ударно-абразивную износостойкость сплава.
Легирование ванадием и азотом
Для исследования влияния азота на эксплуатационные характеристики чугуна рабочего слоя прокатных валков исследовали экспериментальные образцы с соответствующим содержанием ванадия, дополнительно
легированные азотом. Именно одинаковое содержание ванадия позволит оценить вклад азота на изменение эксплуатационных свойств чугуна рабочего слоя прокатного валка и определить целесообразность использования азотированного феррованадия.
Абразивная износостойкость чугуна рабочего слоя прокатного валка, дополнительно легированного азотом, практически не меняется в зависимости от степени легирования, а значение самого коэффициента соответствует «базовому». Такой характер справедлив при содержание ванадия в сплаве от 0,13 % (рис. 2, а). Однако введение меньшего количества лигатуры, когда содержание ванадия в образцах менее 0,1 %,
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
приводит к резкому увеличению коэффициента абразивной износостойкости до 1,76 ед. Износостойкость такого сплава оказывается выше, чем «базового» и легированного только ванадием.
Изменение коэффициента ударно-абразивной износостойкости у сплавов, дополнительно легированных азотом, по сравнению со сплавами, легированными только ванадием, происходит равномерно в сторону увеличения износостойкости
на 10 % во всем диапазоне изменения концентрации ванадия (рис. 2, б).
Так же как и в чугуне рабочего слоя, легированного только ванадием, максимальная износостойкость сплава, легированного азотированным феррованадием, приходится на интервал концентрация ванадия от 0,05 до 0,20 %.
я я
я
1.80
1.75
1.70
1.65
О с азотом □ без азота R2 = 0.5517 R2 = 0.9855
1.60 [J—
1.55
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Содержание ванадия, %
, о
й § я £
ра о
5 Й >> о
н й но не н
я к я я я >я
о
я
^ а ои
ы 3
р
ю
а
3.20
2.70
2.20
О с азотом □ без азота R2 = 0.9137 R2 = 0.9883
1.70
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Содержание ванадия, %
а б
Рис. 2. Зависимость коэффициента абразивной (а) и ударно-абразивной (б) износостойкости чугуна рабочего слоя прокатного валка от наличия в сплаве азота и содержания ванадия
0
Выводы
При легировании чугуна рабочего слоя прокатного валка только ванадием меняются его коэффициенты абразивной и ударно-абразивной износостойкости. Если преобладает абразивный износ, то количество ванадия должно быть более 0,3 %, так как в интервале концентраций ванадия от 0,3 до 0,5 % происходит увеличение коэффициента абразивной
износостойкости на 6 %. Если основным видом износа является ударно-абразивный, то концентрация ванадия должна быть ограничена интервалом 0,1>0,2 %, при которой формируется структура с максимальным коэффициентом ударно-абразивной износостойкости.
В случае отсутствия ярко выраженного одного вида износа концентрацию ванадия целесообразно ограничить интервалом 0,1>0,3 %. При этом формируется комплекс свойств сплава, который может работать в условиях как абразивного, так и ударно-абразивного износа, а его эксплуатационные свойства будут выше, чем у «базового» сплава.
Если в качестве легирующего комплекса применяется азотированный феррованадий, то наиболее рационально ограничить содержание ванадия в чугуне рабочего слоя прокатного валка от 0,05 до 0,10 %. При этом формируется структура, которая обладает одновременно повышенной абразивной и ударно-абразивной износостойкостью по сравнению с «базовым» сплавом и сплавом, легированным только ванадием, при
соответствующих концентрациях легирующего элемента.
Список литературы
1. Вдовин К.Н., Зайцева А.А., Феоктистов Н.А. Исследование свойств и структуры валкового чугуна, модифицированного бором // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 6 (744). С. 3-9.
2. Vdovin K.N., Zaitseva А.А., Feoktistov N.A. Research of properties and structure of boron-modified roll-foundry iron //Journal of Materials Science Research. 2016. ol. 5, № 2. P. 88-99.
3. Влияние химического состава и условий охлаждения на микроструктуру и свойства белых легированных чугунов / В.М. Колокольцев, К.Н. Вдовин, Е.В. Синицкий, С.Ю. Волков //Металлург. 2014. № 4. С. 71-74.
4. Факторы, влияющие на формирование рабочего слоя листового прокатного валка / К.Н. Вдовин, А.А. Зайцева, Н.А. Феоктистов, М.В. Антонов // Механическое оборудование металлургических заводов. 2014. № 3. С. 173181.
5. Вдовин К.Н. Прокатные валки: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2013. 443 с.
6. Vdovin K.N., Gorlenko D.A., Zavalischin A.N. Structure changes of chromium-nickel indefinite
cast irons in heating // Вестник
Магнитогорского государственного
технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 5 (45). С. 9-11.
Сведения об авторах
Куряев Дмитрий Владимирович - директор ЗАО «Магнитогорский завод прокатных валков», Магнитогорск, Россия.
Никитенко Ольга Александровна - инженер-исследователь НИИ «Наносталей» ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
EFFECT OF NITROGEN ON OPERATING PROPERTIES OF THE ALLOYED IRON OF THE ROLL'S SKIN LAYER
Kurjaev D.V. - Director, CJSC Magnitogorsk Plant of Rolling Rolls, Magnitogorsk, Russian Federation.
Nikitenko O.A. - Engineer-researcher, NMSTU Research Institute of Nanosteels, Magnitogorsk, Russian Federation.
Abstract. Joint influence from alloyage by vanadium and nitrogen on skin layer of double-layer roll is con-cidered in the article. The experimental results of the change in the coefficient of abrasive and shock-abrasive wear resistance depending on the amount of ligature are presented. The contribution of nitrogen on the change of the main operational properties of the iron of the roll's skin layer have been established.The most rational vanadium concentrations are recommended, depending on the prevailing wear pattern.
Keywords: Rolls, wear, vanadium, nitrogen.
Ссылка на статью:
Куряев Д.В., Никитенко О.А. Влияние азота на эксплуатационные свойства легированного чугуна рабочего слоя прокатных валков // Теория и технология металлургического производства. 2018. №3(26). С. 4-7.
Kurjaev D.V., Nikitenko O.A. Effect of nitrogen on operating properties of the alloyed iron of the roll's skin layer. Teoria i tecnologia metallur-giceskogo proizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2018, vol. 26, no. 3, pp.4-7.
