DE1279335B

DE1279335B - Vorlegierung zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen

Info

Publication number: DE1279335B
Application number: DEM54273A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Horst Muehlberger
Original assignee: SKW Trostberg AG; Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG; Evonik Operations GmbH
Priority date: 1962-09-20
Filing date: 1962-09-20
Publication date: 1968-10-03
Also published as: US3306737A; CH431100A; AT253549B; DE1279335C2; GB1058402A

Description

Vorlegierung zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen Es ist bekannt, zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, durch Zusatz von Magnesium zur Gußeisenschmelze magnesiumhaltige Vorlegierungen zu verwenden, die bis zu 40 % Magnesium, verschieden hohe Anteile an Calcium und als Rest im wesentlichen Silicium und gegebenenfalls Eisen enthalten. Es ist außerdem bekannt, Gußeisenschmelzen, aus denen Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt werden soll, Seltene Erdmetalle, insbesondere Cer-Mischmetall, zuzusetzen. So soll durch den Zusatz von Metallen der Seltenen Erden in größeren Mengen die Kugelgraphitbildung, ebenso wie durch den Zusatz von Magnesium, herbeigeführt werden, jedoch haben sich diese Verfahren in der Praxis nicht eingeführt. Außerdem werden Metalle der Seltenen Erden in geringeren Mengen zusammen mit Magnesium eingesetzt, wobei das Magnesium die Kugelgraphitbildung herbeiführt, während die Seltenen Erdmetalle dazu dienen, die Wirkung von Störelementen, z. B. Titan, die in gewissen Fällen der Kugelgraphitbildung entgegenwirken, aufzuheben. Schließlich sind Vorlegierungen zur Behandlung von Gußeisen für die Herstellung von kugelgraphitischem Gußeisen bekannt (britisches Patent 827166), die aus 5 bis 300/, Magnesium, 1 bis 10 % Seltenen Erdmetallen, 40 bis 80 °/o Silicium, Rest Eisen, bestehen. Diese Vorveröffentlichung sieht aber keinen Einsatz von Calcium als Legierungskomponente vor, und sie gibt auch keinen Hinweis darauf, daß bestimmte Verhältnisse der Legierungskomponenten zu günstigem Reaktionsverhalten der Legierung führen.
Es wurde nun gefunden, daß solche Vorlegierungen besonders vorteilhaft zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit; eingesetzt werden können, die verhältnismäßig hohe Megnesiumgehalte zwischen 25 und 40 % und außerdem einen Gehalt an Seltenen Erdmetallen aufweisen, vier mit 6 bis 20°/o höher liegt, als er üblicherweise in Vorlegierungen, die gleichzeitig Magnesium enthalten, vorliegt. Dabei ist es entscheidend, daß zwischen Magnesium- und Seltenen Erdmetallen ein bestimmtes Verhältnis eingehalten wird, das zwischen 2:1 und 4:1 liegt. Die Vorlegierung soll außerdem mindestens 40 % Silicum und oder Nickel und/oder Kupfer und als Rest gegebenenfalls Eisen und/oder Mangan enthalten. Die Legierung enthält außerdem Calcium; um die Abbrenngeschwindigkeit des Magnesiums in der Schmelze zu verringern, jedoch soll der Gehalt an Calcium nur so gering sein, daß das Verhältnis von Magnesium zu Calcium auf jeden Fall 8 : 1 nicht unterschreiten darf. Die Legierung wird vorzugsweise mit einem Gehalt von 30 bis 320/0 Magnesium und 9 bis 10% Seltenen Erdmetallen, 3 bis 4 % Calcium, 5 bis 7 % Eisen, Rest Silicium, verwendet, wobei auch hier das Verhältnis zwischen Magnesium und Seltenen Erdmetallen zwischen 2 und 4 : 1 liegen soll.
Die erfindungsgemäße Vorlegierung eignet sich außer zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit zur Desoxydation und Entschwefelung von Gußeisen, ohne daß eine Kugelgraphitausbildung angestrebt wird. Außerdem können mit dieser Vorlegierung sogenannte Halbstähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,9 und 1,7 behandelt werden, um den Graphit, der sich bei der Abkühlung im festen Zustand ausscheidet, in Sphärolithenform zu bringen, wodurch die Festigkeitseigenschaften und die Zähigkeit besonders verbessert werden. Schließlich kann die erfindungsgemäße Legierung auch zur Desoxydation von Stählen, insbesondere von hochlegierten Stählen, mit den üblichen hohen Nickel- und Chromgehalten behandelt werden. Die Magnesiumbehandlung führt dabei zu einer besonders hohen Zähigkeit und damit zur besseren Verformbarkeit und Schmiedbarkeit des Stahls. In diesem Fall ist die nickelhaltige Vorlegierung besonders geeignet, weil sie gleichzeitig dazu dienen kann, den gewünschten Nickelanteil in den Stahl einzubringen.
Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorlegierung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die Anwesenheit von Seltenen Erdmetallen auf Grund noch nicht übersehbarer Zusammenhänge die Magnesiumausbeute der Vorlegierung ganz wesentlich gesteigert wird. Die Steigerung der Magnesiumausbeute betrug in Einzelfällen bis zu 80 °/a. Im Durchschnitt lag sie zwischen 40 und 700/,. Dadurch wird es möglich, mit einer wesentlich geringeren Menge an Vorlegierung für die Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen auszukommen, als wenn die gleiche Legierung ohne den entsprechenden Zusatz an Seltenen Erden verwendet würde. Durch die Verringerung der Legierungsmenge wird außer den damit herbeigeführten Ersparnissen erreicht; daß sich auch der Tpmper4turverlust durch den Zusatz der Vorlegierung v6rringert. Außerdem wird ein zu schnelles Abklingen der Magnesiumbehandlung verhindert, und die Schmelze kann daher über einen längeren Zeitraum hin vergossen werden.
Die Erhöhung der Magnesiumausbeute ist in allen Fällen von Vorieil,-..in denen die. Legierung-angewandtwerden kann. Das gilt auch dann, wenn, wie bei der Desoxydation und Entschwefelung von Gußeisen bzw. Desöxydation von Stählen, - keine Sphärolitenbildung angestrebt wird, weil in diesen Fällen zur Erzielung des gleichen Effektes eine geringere Menge Vorlegierung_und-dgniit-ene_geringexe Menge Magnesium benötigt wird, als wenn die Legierung den Zusatz an Seltenen Erdmetallen nicht enthielte. Besonders bei der Behandlung von Halbstählen und bei der Desoxydation von Stählen ist die Erhöhung der Magnesiumausbeute wegen der verhältnismäßig hohen Behandlungstemperatur, die über 1570°C liegt, von großer Bedeutung. Auf Grund des hohen Gehaltes an Seltenen. Erdmetallen--ist- das Magnesium -stärker gebunden, was zur Folge hat; daß die Magnesiumverdampfung besser unter Kontrolle steht, die Reaktion damit kontrollierter verläuft und das Arbeiten im Betrieb wesentlich erleichtert wird. --- Es ist für die efinäüngsgenäße Vorlegierüng-ent scheidend, daß das Verhältnis zwischen Magnesium und Seltenen Erdmetallen eingehalten wird. Wird dieses Verhältnis unterschritten, d. h. ist der Anteil an Seltenen Erdmetallen-im. Verhältnis zum Magnesium zu hoch, -so ist keine.sichere und vollständige Kugelgraphitausbildung mehr gewährleistet, insbesondere wenn Gußeisen mit= einem hohen Schwefelgehalt behandelt werden soll. Außerdem wird in allen Anwendungsfällen die Reaktion des Magnesiums in der -Schmelze, insbesondere -bei großen Chargen, zu stark gebremst, wodurch die Reaktionsprodukte nicht mehr sicher aus der Schmelze entfernt werden. Liegt der Gehalt an Seltenen Erdmetallen unterhalb des angegebenen Verhältnisses, so treten die oben angegebenen Vorteile, insbesondere :die Erhöhung der Magnesiumausbeute nicht auf.
Die erfindungsgemäße Vorlegierung wird nach dem Tauchverfahren eingesetzt, d. h., sie wird mittels einer Tauchglocke in die Gußeisenschmelze bis nahe an den Boden einer Gießpfanne getaucht, deren Höhe die Breite wesentlich übersteigt. Die- Einbringung der Legierung im Tauchverfahren eignet sich besonders bei der Behandlung von Gußeisen mit hohen Schwefelgehalten, da diese Art der Einbringung der Vorlegierung dann besonders: wirtschaftlich ist. Die Seltenen Erdmetalle liegen in der Legierung metallisch vor, und zwar im. allgemeinen als Lanthanide, vorwiegend als Cer und Lanthan. Sie- werden am besten in an sich bekannter Weise bei der-Herstellung der Legierung durch Reduktion aus den. Verbindungen der Seltenen Erdmetalle eingebracht. -. -." An folgenden Beispielen der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, wird gezeigt, daß die erfindungsgemäße Legierung- eine wesentliche Erhöhung -der Magnesiumausbeute: herbeiführt: Es wurden zwei verschiedene Legierungen eingesetzt, die sich praktisch nur durch den Gehalt an Seltenen Erdmetallen unterschieden. Sie hatten folgende Zusammensetzung:

Beide Legierungen wurden einer Gußeisenschmelze von 800 kg bei einer Behandlungstemperatur von 1480 bis 1500°C mit einer Tauchglocke in einer schlanken Pfanne zugesetzt. Dabei ergaben sich folgende Ergebnisse,-die in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben sind. In dieser Tabelle bedeutet SR = Schwefel im Rinneneisen, SsG = - Schwefel im Gußeisen, VL-Z = Vorlegierungzügabe, Mg = Magnesiumgehalt im Gußeisen, Mg-A = Magnesiumausbeute. Für die Versuche 1 bis 4 wurde die bekannte Legierung-eingesetzt, für die Versuche 5 bis 12 die erfindungsgemäße Legierung.

Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die Magnesiumausbeute in den Extremfällen von 30,6 auf 61;0 °/0, also über 100 0/0, gestiegen ist. Die mittlere Steigerung beträgt etwa 600/0. Die Menge der Vorlegierung kann unter die Hälfte, im Mittel aber auf 60 bis 700/0 verringert werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorlegierung zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit,, bestehend aus 25 bis 400/0 Magnesium, 6 bis 200/0 Seltenen Erdmetallen, mindestens 400/0 Silicium und/oder Nickel und/ oder :Kupfer, Rest gegebenenfalls Eisen und/oder Mangan und einem-Verhältnis von Magnesium zu Seltenen Erdmetallen zwischen 2:1 und 4:1 und einem Gehalt .an Calcium, der nicht so hoch sein soll, daß das Verhältnis von Magnesium zu Calcium von 8 : 1 unterschritten wird. 2. Vorlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 30 bis 320/, Magnesium, 9 bis 10 °/o Seltenen Erdmetallen, 3 bis 4 °/o Calcium, 5 bis 7 °/o Eisen, Rest Silicium. 3. Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, unter Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung mittels einer Tauchglocke bis nahe an den Boden einer Pfanne getaucht wird, deren Höhe die Breite wesentlich übersteigt. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 827166.