DE1289322B

DE1289322B - Vorlegierung zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen

Info

Publication number: DE1289322B
Application number: DEM54272A
Authority: DE
Inventors: Dr Heiner; Dipl-Phys Dr Horst; Muehlberger; Traeger
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: 1969-02-13
Also published as: GB1058401A; US3328164A; AT253548B; CH429196A

Description

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 Seltenen Erdmetallen 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 Seltene Erdmetalle in geringeren Mengen, zusammen mit Magnesium eingesetzt, wobei das Magnesium die Kugelgraphitbildung herbeiführt, während die Metalle der Seltenen Erdmetalle dazu dienen, die Wirkung von Störelementen, z. B. Titan, die in gewissen Fällen der Kugelgraphitbildung entgegenwirken, aufzuheben. Es ist schließlich bekannt, zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit Vorlegierungen zu verwenden, die sich aus 5 bis 30 % Magnesium, 1 bis 10 % Seltene Erdmetalle, 40 bis 80% Silicium, Rest Eisen zusammensetzen. In diesen vorbekannten Zusatzlegierungen ist jedoch Calcium als Legierungselement nicht enthalten (britisches Patent 827166).
Es wurden nun magnesiumhaltige Vorlegierungen gefunden, die besonders vorteilhaft zur Behandlung von Eisen- und - Stahlschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit eingesetzt werden können, bestehend aus 6 bis 9% Magnesium, 5 bis 7 % Seltene Erdmetalle, wobei das Verhältnis Magnesium zu Seltenen Erdmetallen mindestens 1:1 beträgt, 1 bis 3 % Calcium, 0 bis 48 0/0 Eisen und/oder Mangan, Rest mindestens 40% Silicium und/oder Nickel und/oder Kupfer. Dabei soll das Verhältnis bei einem niedrigeren Magnesiumgehalt näher an 1:1 und bei einem höheren Magnesiumgehalt näher an 2,5:1 heranreichen.
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 verwendet 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 Nickelgehalt in den Stahl einzubringen.
Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorlegierung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die Anwesenheit von Metallen der Seltenen Erden auf Grund noch nicht übersehbarer Zusammenhänge die Magnesiumausbeute in der Vorlegierung ganz wesentlich gesteigert wird. Die. Steigerung der Magnesiumausbeute betrug in Einzelfällen bis zu 80%. Im Durchschnitt lag sie zwischen 40 und 70 0/0. 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 Erdmetallen verwendet würde. Durch die Verringerung der Legierungsmenge wird außer den damit herbeigeführten Ersparnissen erreicht, daß sich auch der Temperaturverlust durch den Zusatz der Vorlegierung verringert. Außerdem wird ein zu schnelles Abklingen der Wirkung der Magnesiumbehandlung verhindert, und die Schmelze kann daher über einen längeren Zeitraum hin vergossen werden.
Die Erhöhung der Magnesiumausbeute ist in allen Fällen von Vorteil, in denen die Legierung angewandt werden kann. Das gilt auch dann, wenn, wie bei der Desoxydation und Entschwefelung von Gußeisen bzw. Desoxydation von Stählen, keine Sphärolithenbildung angestrebt wird, weil in diesen Fällen zur Erzielung des gleichen Effekts eine geringere Menge Vorlegierung und damit eine geringere 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 erfindungsgemäße Vorlegierung ferner wesentlich, daß neben einem relativ hohen Gehalt an Metallen der Seltenen Erden auch noch Calcium als Legierungselement anwesend ist, um der Vorlegierung die optimale Reaktivität zu verleihen und eine verbesserte Magnesiumausbeute herbeizuführen. Unter dem erfindungsgemäßen Bereich liegende Calciumgehalte haben praktisch keine nennenswerte Wirkung in Vorlegierungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, während den erfindungsgemäßen Bereich übersteigende Calciumgehalte eine zu starke Reaktionsverzögerung und Bremswirkung zur Folge haben.
Es ist für die erfindungsgemäße Vorlegierung entscheidend, daß das Verhältnis zwischen Magnesium und Seltenen Erdmetallen eingehalten wird. Wird dieses Verhältnis unterschritten, d. h., ist der Anteil an Metallen der Seltenen Erden 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 obengenannten Vorteile, insbesondere die Erhöhung der Magnesiumausbeute, nicht auf.
Die erfindungsgemäße Vorlegierung kann ohne weiteres dadurch in die Eisen- und Stahlschmelze eingebracht werden, daß sie entweder auf die Schmelze geworfen wird oder daß sie in die leere Behandlungspfanne gelegt wird und dann darauf die Eisenschmelze gegossen wird. Dies gilt besonders bei der Behandlung von Stählen in großen Chargen.
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 aus der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit wird gezeigt, daß die erfindungsgemäße Legierung eine wesentliche Erhöhung der Magnesiumausbeute herbeiführt.
In zwei Laboratoriumsversuchen wurde ein Roheisen mit der Zusammensetzung 3,6% C, 1,90/a si, 0,015 % S im Rinneneisen, 0,008 % Mn bei einer Temperatur von 1470° C in eine Gießpfanne gegeben, auf deren Boden eine Vorlegierung folgender Zusammensetzung gelegt war und anschließend vergossen-7 % Magnesium, 6 % Cer-Mischmetalle, 3 % Calcium, 35% Eisen, Rest Silicium.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Die überlegenheit der erfindungsgemäßen, 1 bis 3 % Calcium enthaltenden Vorlegierung über eine gleichartige, nur 0,4% Calcium als Verunreinigung enthaltende Vorlegierung wird in den nachstehenden Vergleichsversuchen dargelegt. Hierzu wurden Gußeisenschmelzen von jeweils 24 kg Gewicht und folgender Zusammensetzung hergestellt: 3,6 bis 3,8% C, 0,05 bis 0,10/@ Mn, 0,005 bis 0,01% S, 1,0 bis 1,2 Si, Rest Fe.
Diese Schmelzen wurden bei 1500° C in eine Pfanne abgestochen, auf deren Pfannenboden jeweils 1,8% Vorlegierung einer Körnung von 3 bis 10 mm lagen. Die Vorlegierung hatte die Zusammensetzung 7% Mg, 5 % SE, 2,5 % Ca, 30% Fe, Rest Si. Unter gleichen Bedingungen wurden Schmelzen hergestellt mit einer Vorlegierung gleicher Zusammensetzung, jedoch mit einem Calciumgehalt von 0,40/0.
Im Serienversuch zeigte sich, daß die Mg-Gehalte der mit der calciumhaltigen Vorlegierung behandelten Schmelze zwischen 0,042 und 0,052% lagen, während die Mg-Gehalte der mit der calciumfreien Vorlegierung behandelten Schmelze zwischen 0,033 und 0,049 0/0 lagen.
Hieraus geht hervor, daß die calciumhaltige Vorlegierung zu einem geringeren Streubereich auf Grund gleichmäßiger Reaktion führt und ferner, daß die Magnesiumgehalte der mit der erfindungsgemäßen Vorlegierung behandelten Schmelzen höher sind als die Magnesiumgehalte der mit einer calciumfreien Legierung behandelten Schmelzen.

Claims

Patentanspruch: Vorlegierung zur Behandlung von Eisen- und Stahlschmelzen, insbesondere zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, bestehend aus 6 bis 9% Magnesium, 5 bis 7% Seltenen Erdmetallen, wobei das Verhältnis Magnesium zu Seltenen Erdmetallen mindestens 1:1 beträgt, 1 bis 3 0/0 Calcium, 0 bis 48 % Eisen und/oder Mangan, Rest mindestens 40 % Silicium und/oder Nickel und/oder Kupfer.