Производство ковких чугунных люков, как на внутреннем, так и на международном рынке

Отечественный:

Железные артефакты, извлечённые с места выплавки железа эпохи среднего и позднего Западной Ханьской династии в Цисэнгогу, уезд Гун, провинция Хэнань, были проанализированы с помощью металлографического исследования, которое выявило радиальные сферические структуры графита — причём степень сфероидизации соответствовала уровню современных стандартов класса 1. Напротив, современный ковкий чугун был успешно разработан за рубежом лишь в 1947 году. Что особенно примечательно, древнекитайский чугун на протяжении длительного периода сохранял стабильно низкое содержание кремния. Это означает, что уже во времена Западной Ханьской династии, примерно 2000 лет назад, сферический графит в китайских изделиях из железа производился путём специализированной процесса отжига, известного как «мягкий отжиг», применяемого к отливкам из низкокремнистого чугуна. Этот новаторский достижение в области древнекитайской литейной технологии представляет собой один из величайших триумфов в истории металлургии — поистине глобальное чудо.

Дуктильный чугун, известный своим превосходным качеством, часто может заменять дорогостоящие литые и кованые стали в практических применениях, благодаря чему широко используется в машиностроительной отрасли. Исторически сложилось так, что международное металлургическое сообщество считало, будто дуктильный чугун был изобретён британцами в 1947 году. Некоторые западные учёные даже утверждали, что без современных технологических инструментов разработка дуктильного чугуна была бы практически невозможна. Однако в 1981 году китайские специалисты по технологии дуктильного чугуна применили передовые научные методы для анализа 513 древних железных изделий эпох династий Хань и Вэй, обнаруженных на археологических раскопках. Путём тщательного анализа данных они окончательно установили, что сфероидальный графитовый чугун уже появился в Китае во времена династии Хань. Их новаторское исследование было представлено на 18-м Всемирном конгрессе по истории науки и техники, вызвав волнения как в глобальном литьевом сообществе, так и в области истории науки и технологий. В 1987 году международные историки металлургии подтвердили эти выводы, признав, что Древний Китай действительно овладел принципами производства дуктильного чугуна с помощью метода, известного как «мягкотермическая обработка чугуна». Это открытие имеет глубокие последствия, побуждая пересмотреть хронологию мировой металлургической истории.

За границей:

В 1947 году Х. Моррох из Великобритании обнаружил, что добавление церия к гиперэвтектическому серому чугуну — в частности, когда его содержание превышало 0,02 мас.% — может вызвать образование сферического графита. Затем, в 1948 году, А.П. Ганганебин и его коллеги из США продемонстрировали, что введение магния в чугун с последующей инокуляцией ферросилицием позволит получить сферический графит при условии, что остаточный уровень магния превышает 0,04 мас.%. Этот прорыв положил начало крупномасштабному промышленному производству ковкого чугуна. С тех пор ковкий чугун пережил значительный рост как передовой инженерный материал. В 1949 году мировое производство составляло всего 50 тысяч тонн; к 1960 году оно выросло до 535 тысяч тонн, а к 1970-му достигло 5 миллионов тонн, к 1980-му — 7,6 миллиона тонн, и к 1990-му уже составляло внушительные 9,15 миллиона тонн. К 2000 году годовое производство взлетело до 15 миллионов тонн — свидетельство быстрого внедрения этого материала во всех отраслях промышленности. Примечательно, что темпы производства ковкого чугуна особенно высоки в промышленно развитых странах. Сегодня 75% мирового объёма выпуска ковкого чугуна приходится на шесть ключевых стран: США, Японию, Германию, Италию, Великобританию и Францию. Китай, между тем, одним из первых освоил эту технологию, успешно разработав и запустив производство ковкого чугуна ещё в 1950 году. Сейчас Китай занимает третье место в мире по годовому объёму производства ковкого чугуна, ежегодно выпуская около 2,3 миллиона тонн — уступая лишь США и Японии. Значительным этапом в развитии Китая стало успешное создание редкоземельных магниевых сфероидизаторов, специально адаптированных под местные условия. Благодаря этому, как литой ковкий чугун, так и его передовые модификации, такие как аустенито-бейнитовый ковкий чугун, достигли высокоразвитого уровня технологии производства и исследовательской экспертизы в различных областях применения.

(1) Литые перлитные коленчатые валы из высокопрочного чугуна и литые автомобильные шасси из ферритного высокопрочного чугуна были последовательно запущены в производство на Втором автозаводе Китая, Нанкинском автозаводе и Первом автозаводе. Это знаменует собой важную веху, свидетельствующую о том, что китайское производство литого высокопрочного чугуна достигло крайне высокого уровня. Кроме того, одновременное внедрение взаимодополняющих технологий — таких как внешняя десульфуризация, двухступенчатые процессы плавления, мгновенная инокуляция, технология инокуляционных блоков, а также передовые методы, такие как ультразвуковая проверка и экспресс-термический анализ, — демонстрирует, что Китай быстро сокращает отрыв в своих возможностях массового производства автомобильных отливок от признанных на международном уровне передовых стандартов.

(2) В ходе исследования экспериментально изучены металлургические факторы, влияющие на крупногабаритный ковкий чугун (с толщиной стенки более 120 мм), а также соответствующие производственные технологические меры. Применяя оптимальное количество сфероидизирующего композита на основе иттрия и тяжёлых редкоземельных элементов в сочетании с принудительным охлаждением, последовательной кристаллизацией и запаздывающей инокуляцией — а при необходимости добавляя следовые количества таких элементов, как сурьма и висмут, — исследователи успешно предотвратили деформацию графита и появление пористости в центральных зонах отливок из ковкого чугуна. В результате им теперь удалось успешно изготовить крупные сложные по структуре детали весом до 38 тонн, включая блок дизельного двигателя массой 17,5 тонны и вал прокатного стана из ковкого чугуна диаметром 805 мм.

(3) Исследования и применение аустенитно-бейнитного ковкого чугуна. В начале 1970-х годов практически одновременно Китай, США и Финляндия объявили об успешной разработке аустенитно-бейнитного ковкого чугуна — материала, известного своей высокой прочностью и исключительной вязкостью (международно известного как ADI). Этот материал обладает пределом прочности на растяжение до 1000 МПа, что делает его широко используемым в шестернях и различных конструкционных элементах. По сравнению с легированными сталями, аустенитно-бейнитный ковкий чугун обеспечивает значительные экономические и социальные преимущества.

(4) Трубы из ковкого чугуна и горизонтально-непрерывно отливаемые профили из ковкого чугуна. Китай уже создал несколько заводов по производству труб из ковкого чугуна, и в ближайшие годы планируется ввод в эксплуатацию новых. В 2000 году годовой объём производства центробежно-литых труб из ковкого чугуна в Китае достиг 900 тысяч тонн. Кроме того, разработанная в Китае горизонтальная непрерывно-литьевая производственная линия для профилей из ковкого чугуна успешно прошла национальную сертификацию и уже действует на нескольких предприятиях. В сочетании с одной производственной линией, импортированной Китаем из-за рубежа, к 2002 году общая годовая мощность Китая по производству профилей из ковкого чугуна уже превысила десятки тысяч тонн.

(5) Механические и другие свойства редкоземельного магниевого ковкого чугуна были систематически определены, предоставив конструкторам важнейшие данные. Были измерены такие физические свойства сплава, как плотность, теплопроводность и электромагнитные характеристики, а также проведён микроструктурный анализ — на основе металлографических стандартов — для исследования того, как морфология графита и структура матрицы влияют на эксплуатационные качества ковкого чугуна. Кроме того, тщательно оценивалось поведение ферритного ковкого чугуна в различных условиях — при комнатной температуре, низких температурах, под действием статических и динамических нагрузок. Помимо этого, исследовались напряжённо-деформационная реакция, устойчивость к многократным ударам малой энергии, а также трещиностойкость редкоземельного магниевого ковкого чугуна, что открывает путь к его практическому применению в производстве. Наконец, совместно с использованием зубчатых колёс из ковкого чугуна были систематически изучены предел выносливости при изгибе, контактная выносливость, а также механизмы появления ямок и шелушения в зубчатых колёсах из ковкого чугуна.

(6) Редкоземельный магниевый ковкий чугун. В области высокопрочного низколегированного ковкого чугуна исследования в основном сосредоточены на меди и молибдене, однако также проводились исследования таких элементов, как никель и ниобий. Между тем, несколько отечественных китайских учреждений осуществили масштабную систематическую работу по производству ванадиево-титанового легированного ковкого чугуна с использованием природного ванадиево-титанового чугуна-сырца. Хотя среднемарганцевый ковкий чугун в настоящее время не обладает стабильными эксплуатационными характеристиками, его систематические исследования и производственные применения уже принесли значительные экономические выгоды.