DE102022112338A1

DE102022112338A1 - COMPONENT MADE OF A STEEL CAST ALLOY WITH REDUCED FERRITE AND INCREASED TENSILE STRENGTH FOR A VEHICLE

Info

Publication number: DE102022112338A1
Application number: DE102022112338.3A
Authority: DE
Inventors: Jianghuai Yang; Qigui Wang; Anil K. Sachdev
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2023-02-23
Also published as: CN115707790A; US20230059113A1; CN115707790B

Abstract

Eine Stahlgusslegierung für einen Fahrzeugmotor wird bereitgestellt. Die Stahlgusslegierung umfasst 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff, 0,40 bis 0,80 Gew.-% Silizium, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor, 0,04 bis 0,07 Gew.-% Schwefel, 0,8 bis 1,4 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 0,6 Gew.-% Nickel, 0.15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän, 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer, bis zu 0,03 Gew.-% Titan, 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium, 0,02 bis 0,06 Gew.- % Aluminium, bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan. Die Stahlgusslegierung weist unerwartete und unkonventionelle Ergebnisse auf, wie z. B. eine geringere Ferritbildung und höhere Festigkeit.A cast steel alloy for a vehicle engine is provided. The cast steel alloy comprises 0.29 to 0.65 weight percent (wt%) carbon, 0.40 to 0.80 wt% silicon, 0.6 to 1.5 wt% manganese, up to 0.03 phosphorus, 0.04 to 0.07 wt% sulfur, 0.8 to 1.4 wt% chromium, 0.2 to 0.6 wt% nickel, 0.15 to 0.55 wt% wt% molybdenum, 0.25 to 2.0 wt% copper, up to 0.03 wt% titanium, 0.07 to 0.17 wt% vanadium, 0.02 to 0.06 wt% wt% aluminum, up to 0.03 wt% nitrogen (N), and 0.01 to 0.06 wt% of at least one of cerium (Ce) and lanthanum. The cast steel alloy exhibits unexpected and unconventional results, such as: B. a lower ferrite formation and higher strength.

Description

STAATLICHE FÖRDERUNGGOVERNMENT SUPPORT

Diese Erfindung wurde mit staatlicher Unterstützung unter der Referenznummer DE- EE0008877 , LMHE, des Energieministeriums gemacht.This invention was made with government support under the reference number DE- EE0008877 , LMHE, Department of Energy.

EINFUHRUNGINTRODUCTION

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Stahllegierungen und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Gießen von Stahllegierungen mit Seltenerd-Legierungselementen wie Cer und Lanthan für Fahrzeugkomponenten.The present disclosure relates to steel alloys, and more particularly to systems and methods for casting steel alloys containing rare earth alloying elements such as cerium and lanthanum for vehicle components.

Stahllegierungen können in Bauteilen von Fahrzeugen verwendet werden. In vielen Fällen werden Stahllegierungen einer Vergütungswärmebehandlung unterzogen. Die Bearbeitungskosten für Vergütungswärmebehandlungen sind jedoch teuer. Außerdem können bei der Wärmebehandlung Eigenspannungen entstehen, die zu einem vorzeitigen Reißen der Teile führen.Steel alloys can be used in vehicle components. In many cases, steel alloys are subjected to an aging heat treatment. However, the processing cost for aging heat treatments is expensive. In addition, residual stresses can arise during the heat treatment, which lead to premature cracking of the parts.

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Während die derzeitigen Systeme und Verfahren zur Herstellung von Stahlbauteilen ihren Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Stahllegierungen, z. B. Kurbelwellen, für Fahrzeuge.While the current systems and methods for producing steel components serve their purpose, there is a need for a new and improved system and method for producing components from steel alloys, e.g. B. crankshafts for vehicles.

Dementsprechend werden ein gegossenes Stahlbauteil für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Gießen einer Stahllegierung und ein System zum Gießen der Stahllegierung als Aspekte der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Gießen einer Stahllegierung mit reduziertem Ferrit und erhöhter Zugfestigkeit für ein Bauteil eines Motors bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung einer Form für das Bauteil. Die Form hat mindestens einen geformten Hohlraum. Das Verfahren umfasst ferner das Schmelzen einer Stahllegierung bei Temperaturen zwischen 1620 Grad Celsius (°C) und 1700° C. Die Stahllegierung enthält mindestens eines der Elemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al) und Stickstoff (N), die eine Rohladung definieren.Accordingly, a cast steel component for a vehicle, a method for casting a steel alloy, and a system for casting the steel alloy are provided as aspects of the present disclosure. According to one aspect of the present disclosure, a method of casting a reduced ferrite steel alloy with increased tensile strength for a component of an engine is provided. The method includes providing a mold for the component. The mold has at least one molded cavity. The method also includes melting a steel alloy at temperatures between 1620 degrees Celsius (°C) and 1700° C. The steel alloy contains at least one of the elements carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), Sulfur (S), Chromium (Cr), Nickel (Ni), Molybdenum (Mo), Copper (Cu), Titanium (Ti), Vanadium (V), Aluminum (Al) and Nitrogen (N) defining a raw charge.

In diesem Aspekt umfasst das Verfahren ferner die Zugabe von Vorlegierungslösungen zu der rohen Charge bei einer Temperatur zwischen 1620° C und 1700° C, um die Stahlschmelze zu definieren. Die Stahlschmelzlösung enthält mehr als 0,29 Gewichtsprozent (Gew.-%) C, mehr als 0,40 Gew.-% Si, mehr als 0,6 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, mehr als 0,04 Gew.-% S, mehr als 0,8 Gew.-% Cr, etwa 0.2 Gew.-% Ni, mehr als 0,15 Gew.-% Mo, mehr als 0,25 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, mehr als 0,07 Gew.-% V, mehr als 0,02 Gew.-% Al, bis zu 0,03 Gew.-% N und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan (La). Außerdem hat die Stahlschmelze eine Zielzusammensetzung von 0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.-% Si, 1,0 Gew.- % Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1,0 Gew.-% Cr, 0.2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La.In this aspect, the method further comprises adding master alloy solutions to the raw charge at a temperature between 1620°C and 1700°C to define the molten steel. The steel melt solution contains more than 0.29 percent by weight (wt%) C, more than 0.40 wt% Si, more than 0.6 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, more than 0.04 wt% S more than 0.8 wt% Cr about 0.2 wt% Ni more than 0.15 wt% Mo more than 0.25 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, more than 0.07 wt% V, more than 0.02 wt% Al, up to 0.03 wt% N and 0.01 bis 0.06% by weight of at least one of cerium (Ce) and lanthanum (La). In addition, the steel melt has a target composition of 0.35 wt.% C, 0.45 wt.% Si, 1.0 wt.% Mn, up to 0.03 wt.% P, 0.06 wt. -% S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, 0 1.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La.

In diesem Aspekt umfasst das Verfahren ferner das Gießen der Stahlschmelze in den mindestens einen Formhohlraum bei etwa 1600° C, das Abkühlen und Verfestigen der Zielstahllegierung in dem mindestens einen Formhohlraum bis etwa 450° C. Das Verfahren umfasst ferner das Trennen der Zielstahllegierung aus dem mindestens einen Formhohlraum, wodurch ein Stahlgussbauteil mit reduziertem Ferrit und verbesserten Festigkeiten entsteht.In this aspect, the method further comprises pouring the molten steel into the at least one mold cavity at about 1600° C., cooling and solidifying the target steel alloy in the at least one mold cavity to about 450° C. The method further comprises separating the target steel alloy from the at least a mold cavity, resulting in a cast steel component with reduced ferrite and improved strength.

In einem Beispiel dieses Aspekts enthält die Stahlschmelze 0,02 Gew.-% La und Ce und weist ein La-Ce-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1 auf. In einem anderen Beispiel enthält die Stahlschmelze 0,02 Gew.-% Ce und La und hat ein Ce-La-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1. In einem weiteren Beispiel weist das Stahlgussbauteil eine Zugfestigkeit von etwa 840 MPa und etwa 1100 MPa auf. In einem weiteren Beispiel weist die Stahlgusskomponente eine prozentuale Dehnung zwischen etwa 7% und etwa 10% auf.In an example of this aspect, the molten steel contains 0.02 wt% La and Ce and has a La:Ce weight ratio greater than 2:1. In another example, the steel melt contains 0.02 wt% Ce and La and has a Ce:La weight ratio greater than 2:1. In another example, the cast steel component has a tensile strength of about 840 MPa and about 1100 MPa. In another example, the cast steel component has an elongation percentage between about 7% and about 10%.

In einem anderen Beispiel umfasst der Schritt des Trennens das Ausschütteln des mindestens einen Formhohlraums aus der Zielstahllegierung und das Entgasen des Gussteils aus der Zielstahllegierung nach dem Schritt des Ausschüttelns. Der Schritt des Trennens umfasst ferner das Reinigen der Zielstahllegierung nach dem Schritt des Entgießens und das Inspizieren der Zielstahllegierung nach dem Schritt des Reinigens, um das gegossene Stahlteil zu definieren.In another example, the step of separating includes shaking out the at least one mold cavity of the target steel alloy and degassing the casting of the target steel alloy after the step of shaking. The separating step further includes cleaning the target steel alloy after the de-casting step and inspecting the target steel alloy after the cleaning step to define the cast steel part.

In einem weiteren Beispiel umfasst der Schritt des Bereitstellens die Herstellung der Form des Bauteils, wobei die Form ein Modell mit den gleichen Abmessungen wie das Stahlgussbauteil aufweist.In a further example, the step of providing comprises the production of the mold of the component, the mold having a pattern with the same dimensions as the cast steel component.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System zum Gießen einer Stahllegierung mit reduziertem Ferrit und erhöhter Zugfestigkeit für ein Bauteil eines Motors bereitgestellt. In diesem Aspekt umfasst das System eine Formgebungseinheit zur Herstellung einer Form des Bauteils mit mindestens einem Formhohlraum. Das System umfasst ferner einen Ofen zum Schmelzen einer Stahlrohstofflösung und gelöster Vorlegierungen bei Temperaturen zwischen 1620 Grad Celsius (°C) und 1700° C, um eine Stahlschmelze zu bilden. In diesem Beispiel enthält die Stahlschmelzlösung mindestens eines der Elemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al) und Stickstoff (N). Die Stahlschmelzlösung enthält mehr als 0,29 Gewichtsprozent (Gew.-%) C, mehr als 0,40 Gew.-% Si, mehr als 0,6 Gew.- % Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, mehr als 0,04 Gew.-% S, mehr als 0,8 Gew.-% Cr, etwa 0.2 Gew.- % Ni, mehr als 0,15 Gew.-% Mo, mehr als 0,25 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, mehr als 0,07 Gew.-% V, mehr als 0,02 Gew.-% Al, bis zu 0,03 Gew.-% N und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan (La).According to another aspect of the present disclosure, a system for casting a reduced ferrite steel alloy with increased tensile strength for a component of an engine is provided. In this aspect, the system includes a Forming unit for producing a form of the component with at least one mold cavity. The system further includes a furnace for melting a steel feedstock solution and dissolved master alloys at temperatures between 1620 degrees Celsius (°C) and 1700°C to form a molten steel bath. In this example, the molten steel solution contains at least one of the elements carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), Copper (Cu), Titanium (Ti), Vanadium (V), Aluminum (Al) and Nitrogen (N). The steel melt solution contains more than 0.29 percent by weight (wt%) C, more than 0.40 wt% Si, more than 0.6 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, more than 0.04 wt% S, more than 0.8 wt% Cr, about 0.2 wt% Ni, more than 0.15 wt% Mo, more than 0.25 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, more than 0.07 wt% V, more than 0.02 wt% Al, up to 0.03 wt% N and 0.01 bis 0.06% by weight of at least one of cerium (Ce) and lanthanum (La).

In diesem Aspekt hat die Stahlschmelze eine Zusammensetzung von 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff, 0,40 bis 0,80 Gew.-% Silizium, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor, 0,04 bis 0,07 Gew.-% Schwefel, 0,8 bis 1,4 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 0.6 Gew.-% Nickel, 0,15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän, 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer, bis zu 0,03 Gew.-% Titan, 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium, 0,02 bis 0,06 Gew.-% Aluminium, bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan.In this aspect, the molten steel has a composition of 0.29 to 0.65 percent by weight (wt%) carbon, 0.40 to 0.80 wt% silicon, 0.6 to 1.5 wt% manganese , up to 0.03% by weight phosphorus, 0.04 to 0.07% by weight sulfur, 0.8 to 1.4% by weight chromium, 0.2 to 0.6% by weight nickel, 0 .15 to 0.55% by weight molybdenum, 0.25 to 2.0% by weight copper, up to 0.03% by weight titanium, 0.07 to 0.17% by weight vanadium, 0 .02 to 0.06 wt% aluminum, up to 0.03 wt% nitrogen (N), and 0.01 to 0.06 wt% of at least one of cerium (Ce) and lanthanum.

In diesem Aspekt umfasst das System einen Gießmechanismus zum Gießen der Stahlschmelze in den mindestens einen Formhohlraum bei etwa 1600° C und einen Kühlbereich oder eine Kühlstation zum Erstarren der Stahlgusslegierung in dem mindestens einen Formhohlraum bei etwa 450° C. Außerdem umfasst das System eine Trenneinheit zum Trennen der Stahlgusslegierung von dem mindestens einen Formhohlraum, wodurch ein Stahlgussbauteil mit reduziertem Ferrit und erhöhter Zugfestigkeit entsteht. Darüber hinaus umfasst das System eine Steuerung, die mit der Formeinheit, dem Ofen, dem Gießmechanismus und der Ausschlageinheit in Verbindung steht. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie die Formeinheit, den Ofen, den Gießmechanismus und die Trenneinheit steuert. Darüber hinaus umfasst das System eine Energiequelle, die so konfiguriert ist, dass sie die Formeinheit, den Ofen, den Gießmechanismus, die Trenneinheit und die Steuerung mit Energie versorgt.In this aspect, the system includes a casting mechanism for pouring the molten steel into the at least one mold cavity at about 1600°C and a cooling area or station for solidifying the cast steel alloy in the at least one mold cavity at about 450°C separating the cast steel alloy from the at least one mold cavity, resulting in a cast steel component with reduced ferrite and increased tensile strength. In addition, the system includes a controller that communicates with the mold unit, the oven, the pouring mechanism, and the knockout unit. The controller is configured to control the mold unit, oven, pouring mechanism, and parting unit. In addition, the system includes a power source configured to power the mold unit, furnace, pouring mechanism, parting unit, and controller.

In einer Ausführungsform enthält die Stahlschmelze 0,02 Gew.-% La und Ce, wobei die Stahlschmelze ein La-Ce-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1 aufweist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Stahlschmelze 0,02 Gew.-% Ce oder La, wobei die Stahlschmelze ein Ce-La-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1 aufweist. In einer weiteren Ausführungsform hat die Stahlgusskomponente eine Zugfestigkeit von etwa 840 MPa und etwa 1100 MPa. In einer weiteren Ausführungsform weist das Stahlgussbauteil eine prozentuale Dehnung zwischen etwa 7 % und etwa 10 % auf.In one embodiment, the molten steel contains 0.02% by weight of La and Ce, the molten steel having a La:Ce weight ratio of more than 2:1. In another embodiment, the molten steel comprises 0.02 wt% Ce or La, wherein the molten steel has a Ce:La weight ratio greater than 2:1. In another embodiment, the cast steel component has a tensile strength of about 840 MPa and about 1100 MPa. In another embodiment, the cast steel component has an elongation percentage of between about 7% and about 10%.

In einer anderen Ausführungsform ist die Trenneinheit so angeordnet, dass sie den mindestens einen Formhohlraum aus der Zielstahllegierung ausschüttelt, die Zielstahllegierung nach dem Ausschütteln des mindestens einen Formhohlraums entglast, das Gussteil aus der Zielstahllegierung nach dem Entgasen der Zielstahllegierung reinigt und das Gussteil aus der Zielstahllegierung nach dem Reinigen der Zielstahllegierung inspiziert, wodurch das Stahlgussbauteil definiert wird.In another embodiment, the separating unit is arranged such that it shakes out the at least one mold cavity from the target steel alloy, devitrifies the target steel alloy after shaking out the at least one mold cavity, cleans the cast part made from the target steel alloy after degassing the target steel alloy and cleans the cast part made from the target steel alloy cleaning the target steel alloy, thereby defining the cast steel component.

In einer weiteren Ausführungsform hat die Stahlschmelze eine Zielzusammensetzung von 0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.-% Si, 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1.0 Gew.-% Cr, 0,2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La.In another embodiment, the steel melt has a target composition of 0.35 wt% C, 0.45 wt% Si, 1.0 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, 0, 0.6 wt% S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, 0.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Stahl Legierung für ein Fahrzeug. Die Stahllegierung hat reduzierte Ferrit und erhöhte Festigkeiten. Die Stahllegierung umfasst 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff (C), 0,40 bis 0,80 Gew.-% Silizium (Si), 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan (Mn), bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor (P), 0,04 bis 0,07 Gew.-% Schwefel (S), 0,8 bis 1,4 Gew.-% Chrom (Cr), 0,2 bis 0,6 Gew.-% Nickel (Ni), 0.15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän (Mo), 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer (Cu), bis zu 0,03 Gew.-% Titan (Ti), 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium (V), 0,02 bis 0,06 Gew.-% Aluminium (Al), bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan (La).In another aspect of the present disclosure, a steel alloy for a vehicle. The steel alloy has reduced ferrite and increased strength. The steel alloy comprises 0.29 to 0.65 percent by weight (wt%) carbon (C), 0.40 to 0.80 wt% silicon (Si), 0.6 to 1.5 wt% manganese (Mn), up to 0.03% by weight phosphorus (P), 0.04 to 0.07% by weight sulfur (S), 0.8 to 1.4% by weight chromium (Cr), 0.2 to 0.6 wt% nickel (Ni), 0.15 to 0.55 wt% molybdenum (Mo), 0.25 to 2.0 wt% copper (Cu), up to 0, 03% by weight titanium (Ti), 0.07 to 0.17% by weight vanadium (V), 0.02 to 0.06% by weight aluminum (Al), up to 0.03% by weight % nitrogen (N); and 0.01 to 0.06% by weight of at least one of cerium (Ce) and lanthanum (La).

In einer Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die Stahllegierung:0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.- % Si, 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1,0 Gew.-% Cr, 0.2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La. In einer anderen Ausführungsform hat die Stahllegierung ein La-Ce-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1. In einer weiteren Ausführungsform hat die Stahllegierung ein Ce-La-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1. In einer weiteren Ausführungsform weist die Stahllegierung eine Zugfestigkeit von etwa 840 MPa und etwa 1100 MPa auf. Darüber hinaus wird die Stahllegierung aus einer gegossenen Stahlkomponente für ein Fahrzeug, wie z. B. einer Kurbelwelle, hergestellt.In an embodiment of this aspect, the steel alloy comprises: 0.35 wt% C, 0.45 wt% Si, 1.0 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, 0.06 wt% S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti , 0.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La. In another embodiment, the steel alloy has a La:Ce weight ratio greater than 2:1. In another embodiment, the steel alloy has a Ce:La weight ratio greater than 2:1. In another embodiment, the steel alloy has a tensile strength of about 840 MPa and about 1100 MPa. In addition, the steel alloy is made from a cast steel compo nominal for a vehicle such. B. a crankshaft manufactured.

Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.Further areas of application will emerge from the present description. It should be understood that the description and specific examples are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

Figurenlistecharacter list

Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine schematische Ansicht eines Systems zum Gießen einer Stahllegierung mit reduziertem Ferrit und erhöhten Festigkeiten für eine Komponente eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Gießen der Stahllegierung mit Cerium nach dem System in 1 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung.
3A ist ein metallographisches Bild einer Querschnittsansicht der Stahlgusslegierung ohne Cer aus dem System von 1.
3B ist ein metallographisches Bild einer Querschnittsansicht einer Stahlgusslegierung mit Cer aus dem System von 1.
4 ist ein Diagramm der Zugfestigkeit von Stahlgusslegierungen nach dem System in 1.
5 ist ein Diagramm der Gesamtdehnung in Abhängigkeit von der Legierung von Stahlgusslegierungen nach dem System in 1.

The drawings described herein are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure in any way.

1 12 is a schematic view of a system for casting a reduced ferrite steel alloy with increased strengths for a component of an engine according to an embodiment of the present disclosure.
2 Fig. 12 is a flow chart of a method for casting the alloy steel containing cerium according to the system in Fig 1 according to an example of the present disclosure.
3A 12 is a metallographic image of a cross-sectional view of the cerium-free cast steel alloy of the system of FIG 1 .
3B Fig. 12 is a metallographic image of a cross-sectional view of a cast steel alloy containing cerium from the system of Fig 1 .
4 is a graph of the tensile strength of cast steel alloys according to the system in 1 .
5 is a graph of total strain versus alloy of cast steel alloys according to the system in 1 .

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.The following description is merely exemplary and is not intended to limit the present disclosure, application, or use.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine gegossene Stahlkomponente, z.B. eine Kurbelwelle, für ein Fahrzeug bereit, wobei die gegossene Stahlkomponente 0,01 bis 0,06 Gewichtsprozent von mindestens einem der Elemente Cer und Lanthan umfasst. Darüber hinaus stellt die vorliegende Offenlegung Verfahren und Systeme zum Gießen des Stahlbauteils bereit. Aufgrund des Gehalts an Cer oder Lanthan hat sich gezeigt, dass die gegossene Stahlkomponente unerwartete Ergebnisse in Form von reduziertem Ferrit und erhöhten Festigkeiten aufweist. Zu den verbesserten Festigkeiten gehören beispielsweise die Streckgrenze, die Bruchfestigkeit und die Ermüdungsfestigkeit.The present disclosure provides a cast steel component, e.g., a crankshaft, for a vehicle, the cast steel component comprising 0.01 to 0.06 weight percent of at least one of cerium and lanthanum. Additionally, the present disclosure provides methods and systems for casting the steel component. Due to the cerium or lanthanum content, the cast steel component has been shown to have unexpected results in the form of reduced ferrite and increased strengths. Improved strengths include, for example, yield strength, breaking strength and fatigue strength.

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt 1 ein System 10 zum Gießen einer Stahllegierung mit reduziertem Ferrit und erhöhter Zugfestigkeit für ein Bauteil eines Motors. Wie dargestellt, umfasst das System 10 eine Formeinheit 12 zur Herstellung einer Form des Bauteils mit mindestens einem Formhohlraum, vorzugsweise einer Vielzahl von Formhohlräumen, um das zu gießende Bauteil zu definieren. Die Formgebungseinheit 12 ist so angeordnet, dass sie die Form mit einem Modell (nicht dargestellt) herstellt, das die gleichen Abmessungen wie das zu gießende Bauteil aufweist. In einem Beispiel hat die Form Modelle, die mit grünem oder chemisch gebundenem Sand hergestellt werden. Ein Kernaufbau kann dann in der Form angeordnet werden, um die Abmessungen oder die Struktur des Modells weiter zu definieren. Es versteht sich, dass die Form auf jede andere geeignete Art und Weise hergestellt werden kann, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.In accordance with an embodiment of the present disclosure 1 a system 10 for casting a reduced ferrite steel alloy with increased tensile strength for a component of an engine. As illustrated, the system 10 includes a mold unit 12 for producing a mold of the component having at least one mold cavity, preferably a plurality of mold cavities, to define the component to be cast. The molding unit 12 is arranged to produce the mold with a pattern (not shown) having the same dimensions as the component to be cast. In one example, the mold has models made with green or chemically bonded sand. A core assembly can then be placed in the mold to further define the dimensions or structure of the model. It is understood that the mold can be made in any other suitable manner without departing from the spirit or scope of the present disclosure.

Das System 10 umfasst ferner einen Ofen 14 zum Schmelzen einer Stahllösung und mehrerer Vorlegierungslösungen bei Temperaturen zwischen 1620 Grad Celsius (°C) und 1700° C, vorzugsweise 1650° C, um eine Stahlschmelze zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann der Ofen 14 mit dem Stahllösungsmittel wie Stahlschrott als Rohmaterial beschickt werden. Bei dem Ofen 14 kann es sich um einen Lichtbogenofen, einen Induktionsofen oder einen anderen geeigneten Ofen handeln, ohne dass dies dem Geist oder dem Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung zuwiderläuft. In dieser Ausführungsform umfasst das Stahllösungsmittel mindestens eines der Elemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al) und Stickstoff (N).The system 10 further includes a furnace 14 for melting a steel solution and multiple master alloy solutions at temperatures between 1620 degrees Celsius (°C) and 1700°C, preferably 1650°C, to produce a molten steel. In one embodiment, the furnace 14 may be charged with the steel solvent, such as steel scrap, as a raw material. Furnace 14 may be an arc furnace, induction furnace, or other suitable furnace without departing from the spirit or scope of the present disclosure. In this embodiment, the steel solvent includes at least one of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), Copper (Cu), Titanium (Ti), Vanadium (V), Aluminum (Al) and Nitrogen (N).

In dieser Ausführungsform kann die Stahllösung dann im Ofen 14 durch Zugabe der gelösten Vorlegierungsbestandteile legiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorlegierungslösung mehr als 0,29 Gewichtsprozent (Gew.-%) C, mehr als 0,40 Gew.-% Si, mehr als 0,6 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, mehr als 0,04 Gew.-% S, mehr als 0,8 Gew.-% Cr, etwa 0.2 Gew.-% Ni, mehr als 0,15 Gew.-% Mo, mehr als 0,25 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, mehr als 0,07 Gew.-% V, mehr als 0,02 Gew.-% Al, bis zu 0,03 Gew.-% N und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan (La). Wie im Folgenden näher beschrieben wird, führt die Zugabe von 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem der Elemente Ce und La zu unerwarteten Ergebnissen in Form von reduziertem Ferrit und erhöhter Zugfestigkeit des zu gießenden Bauteils.In this embodiment, the steel solution can then be alloyed in the furnace 14 by adding the dissolved master alloy components. In a preferred embodiment, the master alloy solution contains more than 0.29 weight percent (wt%) C, more than 0.40 wt% Si, more than 0.6 wt% Mn, up to 0.03 wt% -% P, more than 0.04 wt% S, more than 0.8 wt% Cr, about 0.2 wt% Ni, more than 0.15 wt% Mo, more than 0.25 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, more than 0.07 wt% V, more than 0.02 wt% Al, up to 0.03 wt% N and 0.01 to 0.06% by weight of at least one of cerium (Ce) and lanthanum (La). As described in more detail below, the addition of 0.01 to 0.06 wt.% of at least one of Ce and La leads to unexpected results in the form of reduced ferrite and increased tensile strength of the component to be cast.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Stahlschmelze und damit das Bauteil eine Zielzusammensetzung von 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff, 0,40 bis 0,80 Gew.-% Silizium, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor, 0,04 bis 0,07 Gew.- % Schwefel, 0,8 bis 1.4 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 0,6 Gew.-% Nickel, 0,15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän, 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer, bis zu 0,03 Gew.-% Titan, 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium, 0,02 bis 0,06 Gew.-% Aluminium, bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan.In a preferred embodiment, the steel melt and thus the component has a target composition of 0.29 to 0.65 weight percent (wt%) carbon, 0.40 to 0.80 wt% silicon, 0.6 to 1.5 wt% manganese, up to 0.03 wt% phosphorus, 0.04 to 0.07 wt% sulphur, 0.8 to 1.4 wt% chromium, 0.2 to 0.6 wt% -% nickel, 0.15 to 0.55 wt% molybdenum, 0.25 to 2.0 wt% copper, up to 0.03 wt% titanium, 0.07 to 0.17 wt% -% vanadium, 0.02 to 0.06 wt% aluminum, up to 0.03 wt% nitrogen (N) and 0.01 to 0.06 wt% of at least one of cerium (Ce) and lanthanum.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Stahlschmelze eine Zielzusammensetzung von 0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.-% Si, 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1.0 Gew.-% Cr, 0,2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La.In a preferred embodiment, the steel melt has a target composition of 0.35 wt% C, 0.45 wt% Si, 1.0 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, O, 0.6 wt% S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, 0.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La.

In einer Ausführungsform enthält die Stahlschmelze 0,02 Gew.-% La und Ce. In einem Beispiel hat die Stahlschmelze ein La-Ce-Gewichtsverhältnis von mindestens 2:1. In einem anderen Beispiel hat die Stahlschmelze ein Ce-La-Gewichtsverhältnis von mindestens 2:1.In one embodiment, the steel melt contains 0.02% by weight of La and Ce. In one example, the molten steel has a La:Ce weight ratio of at least 2:1. In another example, the steel melt has a Ce:La weight ratio of at least 2:1.

Unter Bezugnahme auf 1 umfasst das System 10 ferner einen Gießmechanismus 16 zum Gießen der Stahlschmelze in die Vielzahl der Formhohlräume bei etwa 1600° C, wodurch die Abmessungen des zu gießenden Bauteils definiert werden. In einem Beispiel kann der Gießmechanismus 16 eine Gießpfanne sein. In diesem Beispiel nimmt die Gießpfanne die gelöste Vorlegierung auf, die dann der Stahllösung hinzugefügt wird, wodurch die Stahlschmelze entsteht. Die Form kann dann mit chemisch gebundenem Sand verschlossen oder versiegelt werden.With reference to 1 For example, the system 10 further includes a pouring mechanism 16 for pouring the molten steel into the plurality of mold cavities at about 1600°C, thereby defining the dimensions of the component to be cast. In one example, pouring mechanism 16 may be a pouring ladle. In this example, the ladle receives the dissolved master alloy, which is then added to the steel solution, creating the molten steel. The mold can then be capped or sealed with chemically bonded sand.

Nachdem die gelösten Vorlegierungsbestandteile der Stahllösung zugesetzt wurden, lässt man die Stahlschmelze in einem dafür vorgesehenen Kühlbereich auf etwa 450° C abkühlen, um sie (in den mehreren Formhohlräumen der Form) zu einem Zielstahlgussstück zu verfestigen. Der Stahlguss hat eine Zusammensetzung von 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff, 0,40 bis 0,80 Gew.-% Silizium, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor, 0,04 bis 0,07 Gew.-% Schwefel, 0,8 bis 1,4 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 0,6 Gew.-% Nickel, 0.15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän, 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer, bis zu 0,03 Gew.-% Titan, 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium, 0,02 bis 0,06 Gew.-% Aluminium, bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan.After the dissolved master alloy components have been added to the steel solution, the molten steel is allowed to cool to about 450° C. in a cooling area provided for this purpose in order to solidify it (in the multiple mold cavities of the mold) into a target steel casting. The cast steel has a composition of 0.29 to 0.65 weight percent (wt%) carbon, 0.40 to 0.80 wt% silicon, 0.6 to 1.5 wt% manganese, up to 0.03% by weight phosphorus, 0.04 to 0.07% by weight sulfur, 0.8 to 1.4% by weight chromium, 0.2 to 0.6% by weight nickel, 0.15 to 0.55 wt% molybdenum, 0.25 to 2.0 wt% copper, up to 0.03 wt% titanium, 0.07 to 0.17 wt% vanadium, 0.02 to 0.06 wt% aluminum, up to 0.03 wt% nitrogen (N), and 0.01 to 0.06 wt% of at least one of cerium (Ce) and lanthanum.

Vorzugsweise hat die Stahllegierung eine Zielzusammensetzung von 0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.- % Si, 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1,0 Gew.-% Cr, 0.2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La.Preferably, the steel alloy has a target composition of 0.35 wt% C, 0.45 wt% Si, 1.0 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, 0.06 wt% -% S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, 0 1.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La.

Wie in 1 dargestellt, umfasst das System 10 eine Trenneinheit 18 zum Trennen der Zielstahllegierung von der Form, die eine Vielzahl von geformten Hohlräumen aufweist, die ein Stahlgussbauteil mit reduziertem Ferrit und erhöhten Festigkeiten definieren. In einer Ausführungsform ist die Trenneinheit 18 so angeordnet, dass sie die Form, die den chemisch gebundenen Sand enthält, aus dem Stahlgussbauteil ausschüttelt oder entfernt. Um die Form von dem Stahlgussbauteil zu entfernen, kann eine automatisierte Einheit verwendet werden, um die Form zu brechen und das Stahlgussbauteil daraus zu gewinnen. Zum Beispiel kann eine Vibrationseinheit oder ein Tisch mit einem Bodensieb zum Auffangen von Formteilchen aus der Form verwendet werden. Es versteht sich von selbst, dass das Brechen der Form auf jede andere geeignete Weise erfolgen kann, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.As in 1 As shown, the system 10 includes a separation unit 18 for separating the target steel alloy from the mold having a plurality of shaped cavities that define a cast steel component with reduced ferrite and increased strengths. In one embodiment, the separating unit 18 is arranged to shake out or remove the mold containing the chemically bound sand from the cast steel component. To remove the mold from the cast steel component, an automated unit can be used to break the mold and recover the cast steel component therefrom. For example, a vibratory unit or a table with a bottom screen can be used to collect mold particles from the mold. It goes without saying that the breaking of the shape can be done in any other suitable manner without departing from the spirit or scope of the present disclosure.

In dieser Ausführungsform ist die Trenneinheit 18 ferner so angeordnet, dass sie die Zielstahllegierung nach dem Entfernen der Form von dem gegossenen Stahlteil entgast. Wie in der Technik bekannt, kann das Entgasen der Zielstahllegierung das Entfernen von Teilen des gebundenen Sandes beinhalten, der verwendet wurde, um die Form während des Gießens und des Anschnitts zu füllen.In this embodiment, the separation unit 18 is further arranged to degas the target steel alloy after removal of the mold from the cast steel part. As is known in the art, degassing the target steel alloy may involve removing portions of the bonded sand used to fill the mold during casting and gating.

In dieser Ausführungsform ist die Trenneinheit 18 außerdem so angeordnet, dass sie die Zielstahllegierung nach dem Entgasen reinigt. In einem Beispiel kann eine Strahlanlage verwendet werden, um Stahlperlen auf die Oberflächen des Gussstücks mit der Zielstahllegierung aufzubringen oder zu schießen. Um die Erwartungen an das Legierungsdesign zu erfüllen, kann die Trenneinheit 18 auch einen Prüfbereich umfassen, in dem die Zielstahllegierung auf ihre mechanischen Abmessungen, mechanischen Eigenschaften, chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur geprüft wird. In einem Beispiel kann ein computergestütztes System 10, wie z. B. eine Koordinatenmessmaschine (CMM), verwendet werden, um die mechanischen Abmessungen des Gussteils mit der Zielstahllegierung zu messen, wodurch das Stahlgussbauteil definiert wird. Zur Bewertung der Abmessungen, der mechanischen Eigenschaften, der chemischen Zusammensetzung und des Gefüges der Stahllegierung können beliebige geeignete Verfahren und Geräte eingesetzt werden, ohne dass dies vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abweicht.In this embodiment, the separation unit 18 is also arranged to clean the target steel alloy after degassing. In one example, a shot blast machine may be used to deposit or shoot steel beads onto the surfaces of the target steel alloy casting. To meet alloy design expectations, the cutting unit 18 may also include a testing area where the target steel alloy is tested for mechanical dimensions, mechanical properties, chemical composition, and microstructure. In one example, a computerized system 10, such as B. a coordinate measuring machine (CMM) can be used to measure the mechanical dimensions of the casting with the target steel alloy, thereby defining the steel casting component. To evaluate dimensions, mechanical properties, chemical composition Any suitable method and equipment may be employed to determine the composition and microstructure of the steel alloy without departing from the spirit or scope of the present disclosure.

In einer Ausführungsform hat das Stahlgussteil eine unerwartete Zugfestigkeit (UTS) von etwa 840 MPa und etwa 1100 MPa. In dieser Ausführungsform weist das Stahlgussbauteil eine unerwartete prozentuale Dehnung zwischen etwa 7 % und etwa 10 % auf. Der Zusatz von Ce und La hat zu unkonventionellen und unerwarteten Ergebnissen bei der UTS und der prozentualen Dehnung des Stahlgussbauteils geführt.In one embodiment, the steel casting has an unexpected ultimate tensile strength (UTS) of about 840 MPa and about 1100 MPa. In this embodiment, the cast steel component has an unexpected percent elongation of between about 7% and about 10%. The addition of Ce and La has led to unconventional and unexpected results in the UTS and percent elongation of the cast steel component.

Wie dargestellt, umfasst das System 10 außerdem mindestens einen Controller 20, der mit der Formeinheit 12, dem Ofen 14, dem Gießmechanismus 16 und der Trenneinheit 18 kommuniziert. Die Steuerung 20 ist so konfiguriert, dass sie die Formeinheit 12, den Ofen 14, den Gießmechanismus 16 und die Trenneinheit 18 steuert. Darüber hinaus umfasst das System 10 eine Stromquelle 22, die so konfiguriert ist, dass sie die Gießeinheit 12, den Ofen 14, den Gießmechanismus 16, die Trenneinheit 18 und die Steuerung 20 mit Strom versorgt.As shown, the system 10 also includes at least one controller 20 in communication with the mold unit 12, the oven 14, the pouring mechanism 16, and the parting unit 18. The controller 20 is configured to control the mold unit 12, the oven 14, the pouring mechanism 16, and the parting unit 18. FIG. In addition, the system 10 includes a power source 22 configured to provide power to the casting unit 12, the furnace 14, the casting mechanism 16, the separation unit 18, and the controller 20.

Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt 2 ein Verfahren 30 zum Gießen einer Stahllegierung mit reduziertem Ferrit und erhöhten Festigkeiten für eine Komponente eines Motors. Das Verfahren 30 von 2 kann mit dem System 10 von 1 durchgeführt werden. Wie gezeigt, umfasst das Verfahren 30 die Bereitstellung einer Form 32 für das Bauteil. Der Schritt des Bereitstellens 32 kann die Herstellung einer Form des Bauteils mit mindestens einem Formhohlraum, vorzugsweise einer Vielzahl von Formhohlräumen, umfassen, um das zu gießende Bauteil zu definieren. In diesem Beispiel hat die Form ein Modell mit den gleichen Abmessungen wie das zu gießende Bauteil. Wie bei dem oben beschriebenen System 10 hat die Form Modelle, die mit grünem oder chemisch gebundenem Sand hergestellt wurden. Ein Kernaufbau kann dann in der Form angeordnet werden, um die Abmessungen und die Struktur des Modells weiter zu definieren. Es versteht sich, dass die Form auf jede andere geeignete Art und Weise hergestellt werden kann, ohne vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.According to an example of the present disclosure 2 a method 30 for casting a steel alloy with reduced ferrite and increased strengths for a component of an engine. The procedure 30 of 2 can with the system 10 of 1 be performed. As shown, the method 30 includes providing a mold 32 for the component. The step of providing 32 may include making a mold of the component having at least one mold cavity, preferably a plurality of mold cavities, to define the component to be cast. In this example, the mold has a model with the same dimensions as the part to be cast. As with the system 10 described above, the mold has patterns made with green or chemically bonded sand. A core assembly can then be placed in the mold to further define the dimensions and structure of the model. It is understood that the mold can be made in any other suitable manner without departing from the spirit or scope of the present disclosure.

Das Verfahren 30 umfasst ferner das Schmelzen 34 einer Stahllösung, wie etwa Stahlschrott, bei einer Temperatur zwischen 1620 Grad Celsius (°C) und 1700° C, vorzugsweise 1650° C. In einem Beispiel kann die Stahllösung in dem oben erwähnten Ofen 14 geschmolzen werden. Bei dem Ofen 14 kann es sich um einen Lichtbogenofen, einen Induktionsofen oder einen anderen geeigneten Ofen handeln, ohne dass dadurch der Geist oder der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung verlassen wird. In diesem Beispiel enthält die Stahllösung mindestens eines der Elemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Vanadium (V), Aluminium (Al) und Stickstoff (N), die eine Rohcharge definieren.The method 30 further includes melting 34 a steel solution, such as scrap steel, at a temperature between 1620 degrees Celsius (°C) and 1700°C, preferably 1650°C. In one example, the steel solution may be melted in the furnace 14 mentioned above . Furnace 14 may be an arc furnace, induction furnace, or other suitable furnace without departing from the spirit or scope of the present disclosure. In this example, the steel solution contains at least one of the elements carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), Copper (Cu), Titanium (Ti), Vanadium (V), Aluminum (Al) and Nitrogen (N) defining a raw batch.

In diesem Aspekt umfasst das Verfahren 30 ferner die Zugabe 36 einer gelösten Vorlegierung zu der rohen Charge bei einer Temperatur zwischen 1620° C und 1700° C, um eine Stahlschmelze zu definieren.In this aspect, the method 30 further includes adding 36 a dissolved master alloy to the raw charge at a temperature between 1620°C and 1700°C to define a molten steel.

So kann die Stahlschmelze im Ofen 14 durch Zugabe der Vorlegierungslösungen legiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Stahlschmelzlösung mehr als 0,29 Gewichtsprozent (Gew.-%) C, mehr als 0,40 Gew.-% Si, mehr als 0,6 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, mehr als 0,04 Gew.-% S, mehr als 0,8 Gew.-% Cr, etwa 0.2 Gew.-% Ni, mehr als 0,15 Gew.-% Mo, mehr als 0,25 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, mehr als 0,07 Gew.-% V, mehr als 0,02 Gew.-% Al, bis zu 0,03 Gew.-% N und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan (La). Wie im Folgenden näher beschrieben wird, führt die Zugabe von 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem der Elemente Ce und La zu unerwarteten Ergebnissen in Form von reduziertem Ferrit und verbesserten Festigkeiten der zu gießenden Komponente.Thus, the molten steel in the furnace 14 can be alloyed by adding the pre-alloy solutions. In a preferred embodiment, the molten steel solution contains more than 0.29 weight percent (wt%) C, more than 0.40 wt% Si, more than 0.6 wt% Mn, up to 0.03 wt% -% P, more than 0.04 wt% S, more than 0.8 wt% Cr, about 0.2 wt% Ni, more than 0.15 wt% Mo, more than 0.25 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, more than 0.07 wt% V, more than 0.02 wt% Al, up to 0.03 wt% N and 0.01 to 0.06% by weight of at least one of cerium (Ce) and lanthanum (La). As will be described in more detail below, the addition of 0.01 to 0.06% by weight of at least one of Ce and La leads to unexpected results in terms of reduced ferrite and improved strengths of the component to be cast.

In einem bevorzugten Beispiel hat die Stahlschmelze und damit das Bauteil eine Zusammensetzung von 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff, 0,40 bis 0,80 Gew.- % Silizium, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor, 0,04 bis 0,07 Gew.-% Schwefel, 0,8 bis 1,4 Gew.-% Chrom, 0.2 bis 0,6 Gew.-% Nickel, 0,15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän, 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer, bis zu 0,03 Gew.-% Titan, 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium, 0,02 bis 0,06 Gew.-% Aluminium, bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan. In einem weiter bevorzugten Beispiel hat die Stahlschmelze eine Zielzusammensetzung von 0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.-% Si, 1,0 Gew.- % Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1.0 Gew.-% Cr, 0,2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La.In a preferred example, the steel melt and thus the component has a composition of 0.29 to 0.65 weight percent (wt%) carbon, 0.40 to 0.80 wt% silicon, 0.6 to 1.5 wt% manganese, up to 0.03 wt% phosphorus, 0.04 to 0.07 wt% sulphur, 0.8 to 1.4 wt% chromium, 0.2 to 0.6 wt% -% nickel, 0.15 to 0.55 wt% molybdenum, 0.25 to 2.0 wt% copper, up to 0.03 wt% titanium, 0.07 to 0.17 wt% -% vanadium, 0.02 to 0.06 wt% aluminum, up to 0.03 wt% nitrogen (N) and 0.01 to 0.06 wt% of at least one of cerium (Ce) and lanthanum. In a more preferred example, the steel melt has a target composition of 0.35 wt% C, 0.45 wt% Si, 1.0 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, 0 .06 wt% S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% % Ti, 0.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La.

In diesem Beispiel enthält die Stahlschmelze 0,02 Gew.-% La und Ce. In einem Beispiel hat die Stahlschmelze ein La-Ce-Gewichtsverhältnis von mindestens 2: 1. In einem anderen Beispiel hat die Stahlschmelze ein Ce-La-Gewichtsverhältnis von mindestens 2: 1.In this example, the steel melt contains 0.02% by weight of La and Ce. In one example, the steel melt has a La:Ce weight ratio of at least 2:1. In another example, the steel melt has a Ce:La weight ratio of at least 2:1.

Wie in 2 gezeigt, umfasst das Verfahren 30 ferner das Gießen 38 der Stahlschmelze in die Vielzahl der geformten Hohlräume bei etwa 1600° C, wodurch die Abmessungen des zu gießenden Bauteils definiert werden. In einem Beispiel kann der Schritt des Gießens 38 den Gießmechanismus 16 und die Gießpfanne des Systems 10 in 1 verwenden. In diesem Beispiel nimmt die Gießpfanne die gelösten Vorlegierungen auf, die dann der Stahllösung hinzugefügt werden, wodurch die Stahlschmelze entsteht. Die Form kann dann mit chemisch gebundenem Sand verschlossen oder versiegelt werden.As in 2 As shown, the method 30 further includes pouring 38 molten steel into the plurality of formed cavities at about 1600°C, thereby defining the dimensions of the component to be cast. In one example, the pouring step 38 may include the pouring mechanism 16 and ladle of the system 10 in 1 use. In this example, the ladle receives the dissolved master alloys, which are then added to the steel solution, creating the molten steel. The mold can then be capped or sealed with chemically bonded sand.

Wie in 2 dargestellt, umfasst das Verfahren 30 ferner das Verfestigen 40 der Zielstahllegierung in der Vielzahl der geformten Hohlräume der Form bei etwa 450° C, nachdem die gelöste Vorlegierung der Stahllösung zugesetzt wurde. Der Schritt des Erstarrens 40 kann beinhalten, dass man die Stahlschmelze auf etwa 450° C abkühlen lässt. Die Abkühlung kann in einem dafür vorgesehenen Kühlbereich 17 innerhalb der Form erfolgen, um die Stahlschmelze (in der Vielzahl der geformten Hohlräume der Form) zu verfestigen und eine Zielstahllegierung zu bilden. Die Stahllegierung hat eine Zusammensetzung von 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff, 0,40 bis 0,80 Gew.-% Silizium, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan, bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor, 0,04 bis 0,07 Gew.-% Schwefel, 0,8 bis 1,4 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 0,6 Gew.-% Nickel, 0.15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän, 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer, bis zu 0,03 Gew.-% Titan, 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium, 0,02 bis 0,06 Gew.-% Aluminium, bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan.As in 2 As shown, the method 30 further includes solidifying 40 the target steel alloy in the plurality of formed cavities of the mold at about 450°C after the dissolved master alloy has been added to the steel solution. The solidifying step 40 may include allowing the molten steel to cool to about 450°C. Cooling may take place in a dedicated cooling area 17 within the mold to solidify the molten steel (in the plurality of shaped cavities of the mold) and form a target steel alloy. The steel alloy has a composition of 0.29 to 0.65 weight percent (wt%) carbon, 0.40 to 0.80 wt% silicon, 0.6 to 1.5 wt% manganese, up to 0.03% by weight phosphorus, 0.04 to 0.07% by weight sulfur, 0.8 to 1.4% by weight chromium, 0.2 to 0.6% by weight nickel, 0.15 to 0.55 wt% molybdenum, 0.25 to 2.0 wt% copper, up to 0.03 wt% titanium, 0.07 to 0.17 wt% vanadium, 0.02 to 0.06 wt% aluminum, up to 0.03 wt% nitrogen (N), and 0.01 to 0.06 wt% of at least one of cerium (Ce) and lanthanum.

Vorzugsweise hat die Zielstahllegierung eine Zielzusammensetzung von 0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.-% Si, 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1,0 Gew.-% Cr, 0.2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La.Preferably, the target steel alloy has a target composition of 0.35 wt% C, 0.45 wt% Si, 1.0 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, 0.06 wt. -% S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, 0 1.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La.

Das Verfahren 30 umfasst ferner das Abtrennen 42 der Zielstahllegierung aus der Vielzahl der geformten Hohlräume, wodurch ein Stahlgussbauteil mit reduziertem Ferrit und verbesserten Festigkeiten entsteht. In einem Beispiel umfasst der Schritt des Abtrennens 42 das Ausschütteln oder Entfernen der Form, die den chemisch gebundenen Sand enthält, aus dem Stahlgussbauteil. Wie in dem System 10 von 1 wird zum Entfernen der Form aus dem Stahlgussbauteil eine automatisierte Einheit verwendet, um die Form zu brechen und das Stahlgussbauteil daraus zu gewinnen. Beispielsweise kann eine Rütteleinheit oder ein Tisch verwendet werden, der ein Bodensieb zur Aufnahme von Formteilchen aus der Form hat. Es versteht sich von selbst, dass das Brechen der Form auf jede geeignete Art und Weise, wie z. B. durch eine Rütteleinheit, erfolgen kann, ohne dass dies vom Geist oder Umfang der vorliegenden Offenbarung abweicht.The method 30 further includes separating 42 the target steel alloy from the plurality of formed cavities, resulting in a cast steel component having reduced ferrite and improved strengths. In one example, the separating step 42 includes shaking or removing the mold containing the chemically bound sand from the cast steel component. As in the system 10 of 1 For example, to remove the mold from the cast steel component, an automated unit is used to break the mold and recover the cast steel component. For example, a vibrating unit or a table having a bottom screen for receiving molded particles from the mold can be used. It goes without saying that the breaking of the mold can be done in any suitable way, e.g. by a vibrating unit, without departing from the spirit or scope of the present disclosure.

In diesem Beispiel kann der Schritt des Trennens 42 das Entgasen der Zielstahllegierung nach dem Entfernen der Form vom Stahlgussbauteil und das Reinigen der Zielstahllegierung nach dem Entgasen umfassen. Wie bei dem System 10 von 1 kann eine Strahlanlage verwendet werden, um Stahlperlen auf die Oberflächen der Zielstahllegierung aufzubringen oder zu schießen. Um die Erwartungen an das Legierungsdesign zu erfüllen, kann die Trenneinheit 18 auch einen Inspektionsbereich umfassen, in dem das Gussteil aus der Zielstahllegierung auf seine Abmessungen, mechanischen Eigenschaften, chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur geprüft wird. Beispielsweise kann ein computergestütztes System wie ein KMG zur Messung der mechanischen Abmessungen der Zielstahllegierung verwendet werden, um das Stahlgussstück zu definieren. Zur Bewertung der mechanischen Abmessungen, der mechanischen Eigenschaften, der chemischen Zusammensetzung und der Mikrostruktur der Stahllegierung können beliebige geeignete Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt werden, ohne dass dies dem Geist oder dem Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung zuwiderläuft.In this example, the step of severing 42 may include degassing the target steel alloy after removing the mold from the cast steel component and cleaning the target steel alloy after degassing. As with the system 10 of 1 A blast machine can be used to deposit or shoot steel beads onto the target steel alloy surfaces. To meet alloy design expectations, the separation unit 18 may also include an inspection area where the target steel alloy casting is inspected for dimensions, mechanical properties, chemical composition, and microstructure. For example, a computerized system such as a CMM can be used to measure the mechanical dimensions of the target steel alloy to define the steel casting. Any suitable method and apparatus may be used to evaluate the mechanical dimensions, mechanical properties, chemical composition, and microstructure of the steel alloy without departing from the spirit or scope of the present disclosure.

Infolgedessen weist das Stahlgussbauteil eine Zugfestigkeit (UTS) zwischen etwa 840 MPa und etwa 1100 MPa auf. Ein solcher Bereich ist ein unerwartetes und unkonventionelles Ergebnis. In dieser Ausführungsform weist das Stahlgussbauteil einen unerwarteten Dehnungsgrad zwischen etwa 7 % und etwa 10 % auf. Der Zusatz von Ce und La hat zu unerwarteten Ergebnissen bei der UTS und der prozentualen Dehnung des Stahlgussbauteils geführt.As a result, the cast steel component has a tensile strength (UTS) between about 840 MPa and about 1100 MPa. Such a range is an unexpected and unconventional result. In this embodiment, the cast steel component has an unexpected degree of elongation of between about 7% and about 10%. The addition of Ce and La has led to unexpected results in the UTS and percent elongation of the cast steel component.

3A zeigt eine erste Stahlgusskomponente 50 ohne Cer oder Lanthan und 3B zeigt eine zweite Stahlgusskomponente 52 mit Cer. Die Stahlgusskomponente 52 von 3B besteht aus der gleichen Legierung wie die Stahlgusskomponente 50 von 3A, aber die Stahlgusskomponente 52 hat 0,01 Gew.-% Ce. Da es wünschenswert sein kann, die Ferritkorngröße zu verfeinern und die Porosität der Stahlgusskomponente zu verringern, umfasst die Stahlgusskomponente 52 von 3B eine unerwartete Menge oder ein unerwartetes Volumen an Ferritkörnern 54 (heller Farbton), die deutlich geringer sind als die Ferritkörner 56 (heller Farbton), die in der Stahlgusskomponente 50 von 3A enthalten sind. Wie gezeigt, umfasst das Stahlgussbauteil 52 von 3B Ferrit 54, das einen geringeren Anteil und eine geringere Größe aufweist als das Ferrit 56 des Stahlgussbauteils 50 von 3A. Das Stahlgussbauteil 52 von 3B enthält somit mehr Perlitlamellen 58 (dunkler Farbton) als Perlitlamellen 60 (dunkler Farbton) des Stahlgussbauteils von 3A. Wie bekannt, ist Ferrit charakteristischerweise weicher oder schwächer als Perlit. Daher ist Ferrit für den beabsichtigten Zweck des Stahlgussteils der vorliegenden Offenbarung weniger wünschenswert. Die Ergebnisse der Daten in 3B sind unerwartet. 3A shows a first cast steel component 50 without cerium or lanthanum and 3B shows a second cast steel component 52 with cerium. The cast steel component 52 from 3B consists of the same alloy as the cast steel component 50 from 3A , but the cast steel component 52 has 0.01 wt% Ce. Because it may be desirable to refine the ferrite grain size and reduce the porosity of the cast steel component, the cast steel component comprises 52 of FIG 3B an unexpected amount or volume of ferrite grains 54 (light shade) that are significantly less than the ferrite grains 56 (light shade) contained in the cast steel component 50 of FIG 3A are included. As shown, the cast steel component 52 of FIG 3B Ferrite 54, which is a lower Share and has a smaller size than the ferrite 56 of the cast steel component 50 of 3A . The cast steel component 52 from 3B thus contains more pearlite lamellae 58 (darker shade) than pearlite lamellae 60 (darker shade) of the cast steel component of 3A . As is known, ferrite is characteristically softer or weaker than pearlite. Therefore, ferrite is less desirable for the intended purpose of the steel casting of the present disclosure. The results of the data in 3B are unexpected.

Es versteht sich, dass es sich bei dem Stahlgussbauteil der vorliegenden Offenbarung um eine Kurbelwelle oder ein anderes geeignetes Bauteil für ein Fahrzeug handeln kann, ohne dass dies dem Geist oder dem Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung zuwiderläuft.It should be understood that the cast steel component of the present disclosure may be a crankshaft or other suitable component for a vehicle without departing from the spirit or scope of the present disclosure.

4 zeigt ein UTS-Legierungsdiagramm. Wie gezeigt, zeigt das UTS-Legierungsdiagramm, dass die zweite Stahlgusskomponente 52 mit 0,01 Gew.-% Ce (3B) eine unerwartete UTS von etwa 840 MPa und etwa 880 MPa aufweist. Darüber hinaus ist die UTS der zweiten Stahlgusskomponente 52 aus 3B deutlich höher als die UTS der ersten Stahlgusskomponente 50 ohne Ce oder La (3A), die etwa 740 MPa bis etwa 780 MPa beträgt. Die Ergebnisse der Daten in 4 sind unerwartet. 4 shows a UTS alloy diagram. As shown, the UTS alloy diagram shows that the second cast steel component 52 with 0.01 wt% Ce ( 3B ) has an unexpected UTS of about 840 MPa and about 880 MPa. In addition, the UTS of the second cast steel component 52 is off 3B significantly higher than the UTS of the first cast steel component 50 without Ce or La ( 3A ), which is about 740 MPa to about 780 MPa. The results of the data in 4 are unexpected.

5 zeigt ein Diagramm der Gesamtdehnung im Vergleich zur Legierung, aus dem hervorgeht, dass die Stahlgusskomponente 52 mit 0,01 Gew.-% Ce (3B) eine unerwartete prozentuale Dehnung zwischen etwa 7% und etwa 8% aufweist. Wie gezeigt, ist die prozentuale Dehnung der Stahlgusskomponente 52 mit Ce in 3B geringer als die prozentuale Dehnung der Stahlgusskomponente 50 ohne Ce in 3A. 5 shows a total strain vs. alloy plot showing that the cast steel component 52 with 0.01 wt% Ce ( 3B ) has an unexpected percent elongation between about 7% and about 8%. As shown, the percent elongation of the cast steel component 52 is Ce in 3B less than the percent elongation of the cast steel component 50 without Ce in 3A .

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Stahlgusslegierung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die Stahlgusslegierung hat eine reduzierte Ferrit- und erhöhte Zugfestigkeit. Die Stahlgusslegierung umfasst 0,29 bis 0,65 Gewichtsprozent (Gew.-%) Kohlenstoff (C), 0,40 bis 0,80 Gew.-% Silizium (Si), 0,6 bis 1,5 Gew.-% Mangan (Mn), bis zu 0,03 Gew.-% Phosphor (P), 0,04 bis 0,07 Gew.-% Schwefel (S), 0,8 bis 1,4 Gew.-% Chrom (Cr), 0,2 bis 0,6 Gew.-% Nickel (Ni), 0.15 bis 0,55 Gew.-% Molybdän (Mo), 0,25 bis 2,0 Gew.-% Kupfer (Cu), bis zu 0,03 Gew.-% Titan (Ti), 0,07 bis 0,17 Gew.-% Vanadium (V), 0,02 bis 0,06 Gew.-% Aluminium (Al), bis zu 0,03 Gew.-% Stickstoff (N) und 0,01 bis 0,06 Gew.-% von mindestens einem von Cer (Ce) und Lanthan (La).In another embodiment of the present disclosure, a cast steel alloy for a vehicle is provided. The cast steel alloy has reduced ferrite and increased tensile strength. The cast steel alloy comprises 0.29 to 0.65 percent by weight (wt%) carbon (C), 0.40 to 0.80 wt% silicon (Si), 0.6 to 1.5 wt% manganese (Mn), up to 0.03% by weight phosphorus (P), 0.04 to 0.07% by weight sulfur (S), 0.8 to 1.4% by weight chromium (Cr), 0.2 to 0.6 wt% nickel (Ni), 0.15 to 0.55 wt% molybdenum (Mo), 0.25 to 2.0 wt% copper (Cu), up to 0, 03% by weight titanium (Ti), 0.07 to 0.17% by weight vanadium (V), 0.02 to 0.06% by weight aluminum (Al), up to 0.03% by weight % nitrogen (N); and 0.01 to 0.06% by weight of at least one of cerium (Ce) and lanthanum (La).

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stahlgusslegierung:0,35 Gew.-% C, 0,45 Gew.-% Si, 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,03 Gew.-% P, 0,06 Gew.-% S, 1,0 Gew.-% Cr, 0.2 Gew.-% Ni, 0,25 Gew.-% Mo, 0,45 Gew.-% Cu, bis zu 0,03 Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% V, 0,03 Gew.-% Al, 0,03 Gew.-% N und 0,02 Gew.-% von mindestens einem von Ce und La. In einer anderen Ausführungsform hat die Stahlgusslegierung ein Le-Ce-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1. In einer weiteren Ausführungsform hat die Stahlgusslegierung ein Ce-La-Gewichtsverhältnis von mehr als 2:1. In einer weiteren Ausführungsform weist die Stahlgusslegierung eine Zugfestigkeit von etwa 840 MPa und etwa 880 MPa auf. Darüber hinaus weist die Stahlgusslegierung eine prozentuale Dehnung zwischen etwa 7% und etwa 8% auf. Darüber hinaus kann die Stahlgusslegierung aus einer Fahrzeugkomponente, wie z. B. einer Kurbelwelle, gebildet werden.In a preferred embodiment, the cast steel alloy comprises: 0.35 wt.% C, 0.45 wt.% Si, 1.0 wt.% Mn, up to 0.03 wt.% P, 0.06 wt % S, 1.0 wt.% Cr, 0.2 wt.% Ni, 0.25 wt.% Mo, 0.45 wt.% Cu, up to 0.03 wt.% Ti, 0.1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La. In another embodiment, the cast steel alloy has a Le:Ce weight ratio greater than 2:1. In another embodiment, the cast steel alloy has a Ce:La weight ratio greater than 2:1. In another embodiment, the cast steel alloy has a tensile strength of about 840 MPa and about 880 MPa. In addition, the cast steel alloy has an elongation percentage of between about 7% and about 8%. In addition, the cast steel alloy from a vehicle component, such as. B. a crankshaft are formed.

Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhaft, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.The description of the present disclosure is merely exemplary in nature, and variations that do not depart from the gist of the present disclosure are intended to be within the scope of the present disclosure. Such variations are not to be regarded as a departure from the spirit and scope of the present disclosure.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EE 0008877 [0001]

Claims

A method of casting a reduced ferrite steel alloy with increased tensile strength for a component of an engine, the method comprising: providing a mold of the component, the mold having at least one molded cavity; Melting a steel solution at between 1620 degrees Celsius (oC) and 1700oC, the steel solution containing at least one of the elements carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), Phosphorus (P), Sulfur (S), Chromium (Cr), Nickel (Ni), Molybdenum (Mo), Copper (Cu), Titanium (Ti), Vanadium (V), Aluminum (Al) and Nitrogen (N). , which define a raw batch; adding a master alloy solution to the raw batch at between 1620oC and 1700oC, to define the steel melt, wherein the steel melt contains more than 0.29 weight percent (wt%) C, more than 0.40 wt% Si, more than 0.6 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, more than 0.04 wt% S, more than 0.8 wt% Cr, about 0.2 wt% Ni, more than 0.15 wt% Mo, more than 0 .25 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, more than 0.07 wt% V, more than 0.02 wt% Al, up to 0.03 wt% N and 0.01 to 0.06 wt% of at least one of cerium (Ce) and lanthanum (La), the steel melt having a target composition of 0.35 wt% C, 0.45 wt% Si, 1.0 wt% Mn, up to 0.03 wt% P, 0.06 wt% % S, 1.0 wt% Cr, 0.2 wt% Ni, 0.25 wt% Mo, 0.45 wt% Cu, up to 0.03 wt% Ti, 0, 1 wt% V, 0.03 wt% Al, 0.03 wt% N, and 0.02 wt% of at least one of Ce and La; pouring the molten steel into the at least one mold cavity at about 1600oC; solidifying the target steel alloy in the at least one mold cavity at about 450oC; and separating the target steel alloy from the at least one shaped cavity, resulting in a cast steel component with reduced ferrite and increased strengths.

procedure after claim 1 wherein the molten steel contains 0.02% by weight of La and Ce, wherein the molten steel has a La:Ce weight ratio of more than 2:1.

procedure after claim 1 wherein the molten steel contains 0.02% by weight of Ce and La, wherein the molten steel has a Ce:La weight ratio of more than 2:1.

procedure after claim 1 , wherein the cast steel component has a tensile strength of about 840 MPa and about 1100 MPa.

procedure after claim 1 , wherein the cast steel component has a percent elongation between about 7% and about 10%.

procedure after claim 1 wherein the step of separating comprises: shaking out the at least one formed cavity from the target steel alloy; degassing the target steel alloy after the shaking step; cleaning the target steel alloy after the degating step; and inspecting the target steel alloy after the cleaning step to determine the cast steel component.

procedure after claim 1 , wherein the step of providing comprises: producing the mold of the component, the mold having a model with the same dimensions as the cast steel component.