DK153686B

DK153686B - NODULARIZATION COMPOSITION FOR USE IN THE PREPARATION OF SEAT IRON

Info

Publication number: DK153686B
Application number: DK022278AA
Authority: DK
Inventors: Andrew Batisto Malizio; Martin Albert Rice; Harry Fisher Brooks
Original assignee: United States Pipe Foundry
Priority date: 1971-10-15
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1988-08-15
Also published as: DK22278A

Description

1 DK 153686 B1 DK 153686 B

Den foreliggende opfindelse angår en nodulariserings-sammensætning til anvendelse ved fremstilling af sejt jernstøbegods med et indhold af magnesium og mindst ét yderligere nodulariseringselement i form af cerium, yttrium, lanthan, neodym og/eller praseodym. En sådan sammensætning er interessant inden for støbejernsmetallurgien, hvis slutprodukter er støbegods af sejt jern og f.eks. kan fremstilles ved kokille-eller sandstøbning.The present invention relates to a nodularization composition for use in the manufacture of tough iron castings containing magnesium content and at least one additional nodularization element in the form of cerium, yttrium, lanthanum, neodymium and / or praseodymium. Such a composition is interesting in the cast iron metallurgy, whose end products are cast iron castings and e.g. can be made by casting or sand casting.

I mange år har den mest anvendte kommercielle fremgangsmåde til fremstilling af sejt jern bestået i tilsætning af magnesium i form af magnesiumholdige legeringer eller i tilsætning af det rene grundstof. Den tilsatte magnesium fårFor many years, the most widely used commercial process for the manufacture of tough iron has consisted in the addition of magnesium in the form of magnesium-containing alloys or in the addition of the pure element. The added magnesium gets

2 DK 153686 B2 DK 153686 B

grafitten til at udskille i form af sfæroider. Dannelsen af grafit i denne form fører til materialets enestående styrke og sejhed.the graphite to secrete in the form of spheroids. The formation of graphite in this form leads to the unique strength and toughness of the material.

Anvendelsen af magnesium eller magnesiumholdige legeringer er som bekendt behæftet med en række ulemper. Den vigtigste af disse ulemper består i, at den reaktion, der foregår ved tilsætningen af magnesium til det smeltede jern, sædvanligvis er temmelig voldsom og ledsaget af dannelse af tykke skyer af hvid røg indeholdende magnesiumoxidpartikler. Reaktionen er endvidere ledsaget af et strålende hvidt lysskær, som er skadeligt for synet. En anden ulempe består i, at den høje grad af reaktivitet gør det vanskeligt at tilvejebringe en høj udnyttelse af det tilsatte magnesium, og derfor er magnesiumfremgangsmåden ikke tilfredsstillende. Foruden den ringere udnyttelse, der sædvanligvis fås, formindskes magnesiumindholdet af smelten med tiden på grund af magnesiumtab fra smelten hidrørende fra afdampning, oxidation og reaktion med det svovl, som måtte findes i smelten. Dette magnesiumtab betegnes sædvanligvis som "svind".The use of magnesium or magnesium-containing alloys is known to have a number of disadvantages. The most important of these disadvantages is that the reaction that occurs with the addition of magnesium to the molten iron is usually quite violent and accompanied by the formation of thick clouds of white smoke containing magnesium oxide particles. The reaction is also accompanied by a brilliant white light shade which is harmful to the eyesight. Another disadvantage is that the high degree of reactivity makes it difficult to obtain a high utilization of the added magnesium, and therefore the magnesium process is not satisfactory. In addition to the poorer utilization usually obtained, the magnesium content of the melt decreases over time due to the loss of magnesium from the melt resulting from evaporation, oxidation and reaction with the sulfur present in the melt. This magnesium loss is usually referred to as "shrinkage".

Visse af de ovenfor omtalte ulemper kan delvis undgås afhængigt af den måde, hvorpå magnesium eller magnesiumlegeringen sættes til metalsmelten. F.eks. kan lysskæret afskærmes fra øjnene ved hjælp af en beskyttelseskappe. Dersom man sætter magnesium til smelten under tryk fås en noget større effektivitet, end hvis man udhælder det smeltede metal oven på magnesiumlegeringen. Disse fremgangsmåder er sædvanligvis ufordelagtige set fra et økonomisk og driftsmæssigt synspunkt, fordi der kræves yderligere apparatur, enten til omslutning af det område, hvor magnesiumtilsætningen foregår, eller til at sætte tryk på den beholder, i hvilken tilsætningen foreta ges. Disse fremgangsmåder, især trykmetoden, belaster desuden fremgangsmåden med yderligere tidsforbrug og omkostninger.Some of the disadvantages mentioned above can be partially avoided depending on the way the magnesium or magnesium alloy is added to the metal melt. Eg. the light shade can be shielded from the eyes by means of a protective sheath. Pressurizing magnesium to the melt gives a somewhat greater efficiency than pouring the molten metal on top of the magnesium alloy. These processes are usually disadvantageous from an economic and operational point of view because additional apparatus is required, either to enclose the area where the magnesium addition is taking place or to put pressure on the container in which the addition is made. These methods, especially the printing method, further burden the method with additional time and cost.

Det er endvidere kendt, at cerium også er et sfæroidi-serende grundstof, og at det er mindre reaktivt ved tilsætning til smeltet støbejern, således at lys- og røgproblemet overvindes, ligesom der også fås en højere udnyttelse. På trods af den højere udnyttelse og den ringere reaktivitet, vil cerium dog udvise et uønsket hurtigt svind. Desuden er cerium sædvanligvis kun virksomt i hypereutektiske støbejern, den er en kraftig carbiddanner, og det har desuden vist sig, at deFurthermore, it is known that cerium is also a spheroidizing element and that it is less reactive when added to molten cast iron, thus overcoming the light and smoke problem, as well as obtaining higher utilization. However, despite its higher utilization and poorer reactivity, cerium will exhibit an undesirable rapid decline. In addition, cerium is usually only effective in hypereutectic cast iron, it is a powerful carbide former, and it has also been found that the

3 DK 153686 B3 DK 153686 B

dannede grafitpartiklers form ikke er så perfekt, som når der anvendes magnesium som sfæroidiseringsmiddel.the shape of graphite particles formed is not as perfect as when using magnesium as a spheroidizing agent.

Fra CH patentskrift nr. 305.469 er det kendt at anvende magnesium i forbindelse med cerium som nodulariseringsmiddel.From CH Patent No. 305,469 it is known to use magnesium in conjunction with cerium as a nodularizing agent.

Det lykkes imidlertid ikke ved den deri beskrevne fremgangsmåde at forhindre et hurtigt fald af nodulariseringsvirkningen, hvorfor der skal anvendes store mængder af nodulariseringsmid-let.However, the method described therein fails to prevent a rapid decrease of the nodularizing effect, and therefore large amounts of the nodularizing agent must be used.

Den til grund for opfindelsen liggende opgave består i at tilvejebringe en komposition, der kan anvendes ved en fremgangsmåde til fremstilling af sejt støbejern, ved hvilken man undgår nogle af de problemer, som man har måtte affinde sig med ved anvendelse af den kendte teknik. Således er det ønskværdigt, 1) at reducere den mængde nodulariseringselement, der kræves til dannelse af sfæroidal grafit i støbejern, 2) at formindske den røg og det lys, der fremkommer ved tilsætning af det sfæroidiserende materiale, 3) at formindske hastigheden for svindet i den sfæroidiserende virkning i den behandlede smelte, 4) at minimalisere slaggeindholdet af det seje jern, samt 5) at tilvejebringe en fremgangsmåde, der muliggør en udvælgelse af et antal individuelle nodulariseringsmidler samt mængderne af hver af disse.The object of the invention is to provide a composition which can be used in a process for the manufacture of tough cast iron, which avoids some of the problems which may have been encountered using the prior art. Thus, it is desirable, 1) to reduce the amount of nodularization element required for the formation of spheroidal graphite in cast iron, 2) to reduce the smoke and light produced by the addition of the spheroidizing material, 3) to reduce the rate of shrinkage. the spheroidizing effect of the treated melt; 4) minimizing the slag content of the tough iron; and 5) providing a method which allows the selection of a number of individual nodularizing agents as well as the amounts of each.

Opgaven løses ifølge opfindelsen ved, at magnesium og hvert af de yderligere elementer foreligger i sammensætningen i en mængde på l til 2,9 vægtprocent af sammensætningen, oq den samlede mængde af nodulariseringselementerne i sammensætningen ikke overstiger 12%, og ferrosilicium er indeholdt i en mængde på mindst 88 vægtprocent, idet magnesium, som eventuelt anvendes i form af en legering, foreligger i en mængde på 1-2,9 vægtprocent af legeringen. Herved skal mængderne af de enkelte elementer i almindelighed afpasses således, at andelen af hvert enkelt nodulariseringselement i sig selv ikke er tilstrækkelig til at danne sfæroidisk grafit, men den samlede mængde nodulariseringsmidler er tilstrækkelig til dannelse af sfæroidisk grafit.The task is solved according to the invention in that magnesium and each of the additional elements are present in the composition in an amount of 1 to 2.9% by weight of the composition, and the total amount of the nodularization elements in the composition does not exceed 12% and ferrosilicon is contained in an amount. of at least 88% by weight, the magnesium optionally used in the form of an alloy being present in an amount of 1-2.9% by weight of the alloy. In this way, the amounts of the individual elements must generally be adjusted so that the proportion of each nodularization element itself is not sufficient to form spheroidal graphite, but the total amount of nodularizing agent is sufficient to form spheroidal graphite.

En foretrukken udførelsesform for opfindelsen består i, at to eller flere nodulariseringsmidler er indeholdt i enA preferred embodiment of the invention is that two or more nodularizing agents are contained in a

4 . DK 153686B4. DK 153686B

silicium-jern-legering eller en blanding af silicium-jern--legeringer> hvorved legeringen eller blandingen af legeringer ikke indeholder mere end 2,9% af hvert enkelt nodularise-ringsmiddel, og kombinationen af alle nodulariseringsmidler i legeringen eller blandingen af legeringer ikke overskrider 12%, fortrinsvis 6%.silicon-iron alloy or a mixture of silicon-iron alloys> whereby the alloy or mixture of alloys does not contain more than 2.9% of each nodularizing agent and the combination of all nodularizing agents in the alloy or mixture of alloys does not exceed 12%, preferably 6%.

Herved opnås følgende: a) en drastisk formindskelse af røg og flammer, når legeringen sættes til smelten, b) en voldsomt formindsket hastighed for svindet i den sfæroidiserende virkning, c) en formindskelse af den totale mængde af nodulariserings-middel, der kræves til et givet støbegods, d) en reduktion af slaggeindholdet i støbegodset.This results in the following: a) a drastic reduction in smoke and flames when the alloy is added to the melt, b) a drastically reduced rate of shrinkage in the spheroidizing effect, c) a reduction in the total amount of nodularizing agent required for a (d) a reduction in the slag content of the castings.

I det følgende beskrives opfindelsen nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser de fundamentale trin i den gængse fremgangsmåde til fremstilling af sejt støbejern, som Opfindelsen ikke angår, fig. 2 grafisk viser mængden af effektive nodulariserings-elementer, de'r er tilbage i. en jernsmelte, som funktion af opbevaringstid, hvof man kan sammenligne tilsætning af ét nodulariserings-element (svarende til den kendte teknik) med tilsætning af to eller flere nodulariseringsélementer (ifølge opfindelsen), ’ fig.. 3 er et mikrofotograf i af grafitstrukturen af et rør, der er .støbt efter forlænget henstand af en smelte, til hvilken 5 nodulariseringselementer er tilsat ifølge opfindelsen, fig. 4 grafisk viser en sammenligning mellem de i en støbe-jernsmelte tilstedeværende procentiske mængder, beregnet på den oprindeligt tilsatte mængde, som funktion af opbevaringstid, hvor man kan sammenligne tilsætning af ét nodulariseringselement (svarende til den kendte teknik) med tilsætning af to eller flere nodulariserings-elementer ifølge opfindelsen, og fig. 5 grafisk viser den mængde af to nodularingselementer, der er til stede i et rør, der er fremstillet under produktionsbetingelser ,-som funktion af tid efter tilsætning ifølge opfindelsen.The invention will now be described in more detail with reference to the drawing, in which: FIG. 1 is a schematic representation of the fundamental steps of the conventional process for the manufacture of tough cast iron which the invention does not concern; FIG. 2 graphically shows the amount of effective nodularization elements remaining in an iron melt as a function of storage time, as compared to the addition of one nodularization element (similar to the prior art) with the addition of two or more nodularization elements ( Figure 3 is a photomicrograph of the graphite structure of a tube molded after prolonged standing by a melt to which 5 nodularization elements are added according to the invention; 4 graphically shows a comparison between the percentages present in a cast iron melt, calculated on the initially added amount, as a function of storage time, where one or more nodularisation element (similar to the prior art) can be compared with the addition of two or more nodularisation elements. elements according to the invention, and fig. 5 graphically shows the amount of two nodular elements present in a tube made under production conditions as a function of time after addition according to the invention.

DK 153686 BDK 153686 B

55

Fig. 1 viéer skematisk den gængse fremgangsmåde til fremstilling af sejt jernstøbegods. Den foreliggende opfindelse angår det sfæroidiserende trin, idet de foregående trin er velkendte for en -fagmand. Forholdet mellem de anvendte sfæroidiseringsmidler, anvendelsesmåden og dén sfæroidiserende virkning danner basis for opfindelsen.FIG. 1 schematically shows the conventional method of making tough iron castings. The present invention relates to the spheroidizing step, the previous steps being well known to those skilled in the art. The relationship between the spheroidizing agents used, the mode of application and the spheroidizing effect forms the basis of the invention.

Den foreliggende opfindelse er baseret på erkendelsen af, at den totale mængde af' sfæroidiseringsmidler, der kræves til dannelse af sejt jern, kan reduceres, dersom man tilsætter mere end ét sfæroidiserende grundstof i passende mængder. Dette muliggør en reduktion af koncentrationen af nodulariseringselementerne i smelten, hvilket atter forøger effektiviteten, tilvejebringer en længere effektiv levetid, dvs. formindsker svind, minimaliserer lys- og røgforekomst og minimaliserer jernets tendens til slaggedannelse.The present invention is based on the recognition that the total amount of spheroidizing agents required to form tough iron can be reduced if more than one spheroidal element is added in appropriate amounts. This allows a reduction of the concentration of the nodularization elements in the melt, which in turn increases the efficiency, provides a longer effective life, ie. reduces shrinkage, minimizes light and smoke incidence and minimizes iron's tendency to slag.

De i tabellerne I og II viste resultater er opnået ved sfærodisering af smeltet støbejern med lavt svovlindhold på følgende måde:The results shown in Tables I and II have been obtained by spheroidization of low-sulfur molten cast iron as follows:

6 . DK 153686B6. DK 153686B

Tabel ITable I

Tilsatte Total , , ....... . ...Added Total,, ........ ...

. Tbtal mængde tilbage i smelten efter grund- tilsat. Tbtal amount left in the melt after basic added

Forsøg ' stoffer mængde_1_5_10_15 minutter_ A Mg 0,05 vægt-% 0,022 0.,016 0,011 0,008 B Ce 0,05 vægt-% 0,037 0,019 0,011 0,003 C Mg+Ce 0,05 vægt-% 0,041 0,037 0,030 0,027 (0,025 Mg+ (0,020) (0,017) .(0,015) (0,013) Mg—* 0,025 Ce) (0,021) (0,020) (0,015) (0,014) Ce D Mg' 0,05 vægt-% 0,034 0,029 0,025 0,022 +Ce (0,01 vægt-% (0,008 0,007 0,006 0,005.) Mg +La af hver af 5 (0,008 0,006 0,005 0,004) Ce +Nd grundstoffer) (0,0085 0,006 0,0025 0,001) La +Y (0,005 0,005 0,0065 0,010) NdExperiments Substances quantity_1_5_10_15 minutes_ A Mg 0.05 wt% 0.022 0., 016 0.011 0.008 B Ce 0.05 wt% 0.037 0.019 0.011 0.003 C Mg + Ce 0.05 wt% 0.041 0.037 0.030 0.027 (0.025 Mg + ( 0.020) (0.017) (0.015) (0.013) Mg - * 0.025 Ce) (0.021) (0.020) (0.015) (0.014) Ce D Mg '0.05% by weight 0.034 0.029 0.025 0.022 + Ce (0.01 % by weight (0.008 0.007 0.006 0.005.) Mg + La of each of 5 (0.008 0.006 0.005 0.004) Ce + Nd elements) (0.0085 0.006 0.0025 0.001) La + Y (0.005 0.005 0.0065 0.010) Nd

(0,005 0,005 0,005 ' 0,002) Y(0.005 0.005 0.005 '0.002) Y

XX

- Tal i parentes repræsenterer' mængden af individuelle grundstoffer.- Figures in parentheses represent 'the amount of individual elements.

Tabel IITable II

Tilsat Total ’ % af oprindelig total mængde tilbage i grund- tilsat smeltenAdded Total '% of original total amount left in the basic added melt

Forsøg stof_mængde_1_5_10_15 minutter A Mg alene 0,05 vægt-% 44 26,5 22 16 B Ce alene 0,05 vægt-% 74 38 22 6 C Mg+Ce - 0,05 vægt-% 80 64 60 52 D Mg+Ce+La+ 0,05 vægt-% 69 58 50 44Test substance_ amount_1_5_10_15 minutes A Mg alone 0.05% by weight 44 26.5 22 16 B Ce 0.05% by weight alone 74 38 22 6 C Mg + Ce - 0.05% by weight 80 64 60 52 D Mg + Ce + La + 0.05% by weight 69 58 50 44

Nd+YNd + Y

Ved hvert af forsøgene A-D, der er opsummeret i de ovenstående tabeller, er smelten af støbejern med lavt svovlindhold før sfæro-idiseringstrinnet sammensat af følgende grundstoffer i mængder inden for de viste områder:For each of the experiments A-D summarized in the above tables, the low sulfur cast iron melt prior to the spheroidization step is composed of the following elements in amounts within the ranges shown:

Totalt carbon 3,4 -3,6 vægt-%Total carbon 3.4 -3.6% by weight

Silicium 1,9 L2,l vægt-% --1 Mangan 0,25 -0,30 vægt-%Silicon 1.9 L2, 1 wt% --1 Manganese 0.25 -0.30 wt%

Svovl. 0,005-0,012 vægt-%Sulfur. 0.005-0.012% by weight

Phosphor 0,04 -0,06 vægt-%Phosphorus 0.04-0.06% by weight

Ved forsøg A tilsættes de 0,05 vægt-% magnesium, beregnet på jernets vægt, i form af en gængs ceriumfri magnesium-ferrosilicium med et magnesiumindhold på 6,17 vægt-%. Ved forsøg B sættes 0,05 vægt-%In experiment A, 0.05 wt% of magnesium, based on the weight of iron, is added in the form of a conventional cerium-free magnesium ferrosilicon with a magnesium content of 6.17 wt%. In experiment B 0.05 weight% is added

7 DK 153686B7 DK 153686B

rent metallisk cerium til smelten i form af spåner. Ved forsøg C tilsættes magnesium og cerium i form af en legering indeholdende 3,0 vægt-% magnesium plus 3,0 vægt-% cerium, 45 vægt-% silicium, medens resten er jern. Den samlede sfæroidiserende tilsætning af 0,05 vægt-% består af 0,025 vægt-% magnesium plus 0,025 vægt-% cerium. Ved forsøg D udgør den samlede sfæroidiserende tilsætning igen 0,05 vægtprocent. I dette tilfælde består den sfæroidiserende tilsætning af 0,01 vægt-% af hver af følgende fem grundstoffer: magnesium, cerium, lanthan', neodym og yttrium. Magnesium og cerium tilsættes i form af en ferrosiliciumlegering indeholdende 3 vægt-% magnesium og 3 vægt-% cerium. Lanthan. og neodym tilsættes i metallisk form. Neodymet indeholder 74 vægt-% neodym og. 14 vægt-% praseodym. Yttrium tilsættes i form af en ferrosiliciumlegering indeholdende 20 vægt-% yttrium.pure metallic cerium for the melt in the form of shavings. In experiment C, magnesium and cerium are added in the form of an alloy containing 3.0% by weight of magnesium plus 3.0% by weight of cerium, 45% by weight of silicon, while the remainder is iron. The total spheroidizing addition of 0.05 wt% consists of 0.025 wt% magnesium plus 0.025 wt% cerium. In experiment D, the total spheroidizing addition again represents 0.05% by weight. In this case, the spheroidizing addition consists of 0.01% by weight of each of the following five elements: magnesium, cerium, lanthanum, neodymium and yttrium. Magnesium and cerium are added in the form of a ferrosilicon alloy containing 3 wt.% Magnesium and 3 wt.% Cerium. Lanthanum. and neodymium is added in metallic form. The neodymium contains 74% by weight neodymium and. 14% by weight praseodymium. Yttrium is added in the form of a ferrosilicon alloy containing 20% by weight of yttrium.

De i tabellerne I og II viste resultater er desuden vist grafisk i. fig. 2, hvor'den mængde sfæroidiseringsmiddel, der er til stede i en smelte af støbejern, for hvert af forsøgene A-D er optegnet som en funktion af tiden, ‘sammenlignet med den mængde sfæroidiseringsmiddel, der oprindeligt er tilsat smelten. Man ser af fig. 2, at magnesium- og ceriumindholdene svinder med tiden til lavere og lavere niveauer, og at indholdet på et vist tidspunkt bliver utilstrækkeligt til tilvejebringelse af en god sfæroidal grafitstruktur. Ved centrifugalstøbning af rør i metalforme har det vist sig, at der til støbejern med et svovlindhold af størrelsesordenen 0,004-0,006 vægt-% kræves et minimalt magnesrumindhold af størrelsesordenen 0,012--0,014 vægt-% til sikring af en grafitstruktur i et rør med en diameter på 152,4 mm, i hvilket ca. 90 vægt-% af grafitten består af velformede sfæroider. Hvis der anvendes cerium, har det nødvendige residualindhold vist sig at være ca. 0,016 vægt-%. Man ser således (jvf. kurverne. A og B i- fig. 2), at efter en opbevaringstid på 10 minutter vil hverken magnesium eller cerium være til stede i smelten i mængder, der er tilstrækkelige til at sikre dannelsen af den ønskede grafitstruktur, dvs. begge mængder ligger under det "kritiske niveau", dersom magnesium eller cerium, tilsættes alene.The results shown in Tables I and II are also shown graphically in FIG. 2, wherein the amount of spheroidizing agent present in a cast iron melt for each of experiments A-D is plotted as a function of time, as compared to the amount of spheroidizing agent initially added to the melt. From FIG. 2, that the magnesium and cerium contents diminish over time to lower and lower levels and that at some point the contents become insufficient to provide a good spheroidal graphite structure. In centrifugal casting of tubes in metal molds, it has been found that for cast iron having a sulfur content of the order of 0.004-0.006 wt%, a minimum magnetic space content of the order of 0.012-0-0014 wt% is required for securing a graphite structure in a diameter pipe of 152.4 mm, in which approx. 90% by weight of graphite consists of well-formed spheroids. If cerium is used, the required residual content has been found to be approx. 0.016% by weight. It is thus seen (cf. the curves. A and B in Fig. 2) that after a storage time of 10 minutes, neither magnesium nor cerium will be present in the melt in amounts sufficient to ensure the formation of the desired graphite structure. i.e. both amounts are below the "critical level" if magnesium or cerium is added alone.

t I modsætning til den opførsel magnesium eller cerium udviser, når de tilsættes individuelt i mængder på 0,05 vægt-%, fører tilsætning af mindre mængder (0,025 vægt-%) af magnesium og cerium sammen eller 0,01 vægt-% af hver af 5 sfæroidiserende grundstoffer til en mere effektiv udnyttelse af den sfæroidiserende tilsætning, idet der både opnås en større udnyttelse til at begynde med og en lænIn contrast to the behavior of magnesium or cerium, when added individually in amounts of 0.05% by weight, the addition of smaller amounts (0.025% by weight) of magnesium and cerium together or 0.01% by weight of each of 5 spheroidizing elements for a more efficient use of the spheroidizing addition, providing both greater utilization to begin with and a lean

8 ' DK 153686 B8 'DK 153686 B

gere effektiv levetid. Således ser man af kurverne C og D, at det samlede sfæroidiserende indhold i smelten er størrfe end 0,02 vægt-% endog 15 minutter efter tilsætningen.more efficient life. Thus, curves C and D show that the total spheroidizing content of the melt is greater than 0.02% by weight even 15 minutes after the addition.

Det har endvidere vist sig, at de forskellige nodulariserings-elementers sfæroidiserende evne varierer, når de sættes til støbejernssmelter hver for sig. Når de derimod tilsættes i kombination, synes det, at den samlede sum af procenterne af nodulariseringsele-menterne, der er til stede i smelten, kan anvendes til bestemmelse af deres sfæroidiserende evne i smelten.Furthermore, it has been found that the spheroidizing ability of the various nodularization elements varies when added to cast iron melts separately. By contrast, when added in combination, it seems that the total sum of the percent of nodularization elements present in the melt can be used to determine their spheroidizing ability in the melt.

Til illustration af dette punkt viser tabel I den resterende koncentration af fem nodulariseringselementer i en støbejernssmelte på tidspunkter op til 15 minutter efter tilsætningen $f 0,01 vægt-% af hvert grundstof. Der støbes et rør med en diameter på 152, 4 mm ud fra denne smelte (forsøg D) 18 minutter efter tilsætningen af de fem grundstoffer. Dette rør'har en acceptabel sfæroidal grafitstruktur, der er vist i fig. 3. Eftersom de resterende mængder af de en- . kelte nodulariseringselementer i denne smelte hver for sig er så små (jvf. tabel I), -kan den i fig. 3 viste struktur kun være tilvejebragt ud fra den forenede sfæroidiserende evne fra alle tilstedeværende elementer. Det fremgår også af tabel I, at den samlede sum af i den varme smelte resterende nodulariseringselementer, der kræves til dannelse af en acceptabel grafitstruktur i røret, er af samme størrelsesorden -som residualmængden af magnesium alene eller cerium alene, dvs. den mængde dér kræves til dannelse af den samme acceptable grafitstruktur.To illustrate this point, Table I shows the remaining concentration of five nodularization elements in a cast iron melt at times up to 15 minutes after the addition $ f 0.01% by weight of each element. A tube with a diameter of 152, 4 mm is cast from this melt (Experiment D) 18 minutes after the addition of the five elements. This tube has an acceptable spheroidal graphite structure shown in FIG. 3. Since the remaining quantities of the one-. cellular nodularization elements in this melt separately are so small (cf. Table I), as shown in FIG. 3 can only be obtained from the combined spheroidizing ability of all the elements present. It is also apparent from Table I that the total sum of the residual nodularization elements required in the hot melt to form an acceptable graphite structure in the tube is of the same order of magnitude as the residual amount of magnesium alone or cerium alone, i.e. the amount required to form the same acceptable graphite structure.

De i fig. 2 viste kurver bestemmes ved tilsætning af udelukkende et af nodulariseringselementerne eller kombinationer af grundstofferne til smeltet støbejern, der indeholder følgende grundstoffer i mængder inden for følgende intervaller:The 2 curves are determined by adding only one of the nodularization elements or combinations of the molten cast iron elements containing the following elements in amounts within the following ranges:

Totalt'carbon 3,4 -3,6 vægt-%Total carbon 3.4 -3.6% by weight

Silicium 2,7 -2,9 vægt-%Silicon 2.7 - 2.9% by weight

Mangan 0,25 -0,30 vægt-%Manganese 0.25 - 0.30% by weight

Svovl 0,004-0,008 vægt-%Sulfur 0.004-0.008% by weight

Phosphor 0,04 -0,06 vægt-%Phosphorus 0.04-0.06% by weight

Indholdet af tabel II, der er afledt fra tabel I, illustreres grafisk i fig. 4, der viser den'højere udnyttelse af nodulariserings-midlerne ifølge .opfindelsen, sammenlignet med de kendte nodularise-ri-ngsmidler. ‘ -The contents of Table II derived from Table I are illustrated graphically in FIG. 4, which shows the higher utilization of the nodularisers of the invention, compared to the known nodularisers. '-

Ved fremstillingsforsøg sættes magnesium.plus cerium til seks-tonsportioner af jern i en støbeske. Før magnesium- og cerium-In manufacturing experiments, magnesium.plus cerium is added to six-ton portions of iron in a casting spoon. Before magnesium and cerium

9 DK 153686 B9 DK 153686 B

tilsætningen har jernet følgende sammensætning:the addition has the iron composition of the following:

Totalt,carbon 3,4 -3,6 vægt-%Total carbon 3.4 -3.6% by weight

Silicium 1,9 -2,1 vægt-%Silicon 1.9 -2.1% by weight

Mangan -0,25 -0,30 vægt-%Manganese -0.25 -0.30% by weight

Svovl 0,005-0,012 vægt-%Sulfur 0.005-0.012% by weight

Phosphor . 0,04-0,06 vægt-%Phosphorus. 0.04-0.06% by weight

DK 153686BDK 153686B

ll

Data fra disse fremstillingsforsøg er anført i tabel III.Data from these manufacturing experiments are listed in Table III.

tn (ti o rH o m in in uo u) o cn cn cn o lo m r- o m in £> ^ fe * t *» | ·* i *»-»··* «. *·tn (ti o rH o m in in uo u) o cn cn cn o lo m r- o m in £> ^ fe * t * »| · * I * »-» ·· * «. * ·

Mlr-*LO^in UD UO UD UD UD LOMlr- * LO ^ in UD UO UD UD LO

« ,¾«, ¾

UU

>1 O . ,> 1 O. .

OirHininmo in minOirHininmo in min

Mm f-t- mm r- o r- cn m m (ti + »*•»*1*1*·*’» >. -Mm f-t- mm r- o r- cn m m (ti + »* •» * 1 * 1 * · * '»>. -

Jti r-1 O 01 CO O CM r-1 CN .-I i-l O t—I —I i—1 *—I «—I ·—I r-1 i—l g HJ d) , i—i tn M <-l o d> m m m o o o . ooo o- m it-ltji ·. **··*··»·· '1 *·«* ·. · oo r- m t-- rt r- rococo oo r-Jti r-1 O 01 CO O CM r-1 CN.-I il O t — I —I i — 1 * —I «—I · —I r-1 i — lg HJ d), i — i tn M <-lod> mmmooo. ooo o- m it-ltji ·. ** ·· * ·· »·· '1 * ·« * ·. · Oo r- m t-- rt r- rococo oo r-

dP i—1 i—I —I τ—I r—1 i—I i—Ir—I*—1 i—1 i—IdP i — 1 i — I —I τ — I r — 1 i — I i — Ir — I * —1 i — 1 i — I

aim i ,y 6 t-. <d< o o t'- σ> co r- t-~ σι ro M n I ro ro o o co co in ro ro o <m O' W >1 »»·**·»·· '’ *·»·*· ·-aim i, y 6 t-. <d <oo t'- σ> co r- t- ~ σι ro M n I ro ro oo co co in ro ro o <m O 'W> 1 »» · ** · »··' '* ·» · * · ·

-& M-PtnaiHHOC7iI> οι ΟΙ σι O O- & M-PtnaiHHOC7iI> οι ΟΙ σι O O

in co ro ro· co to Μ Ο •Μ • οι aim tn ι^ίΒο^ΗσιοΐΓ' η η η mT μΤ η G OMS'ti’cnoooæm id ro ro in m η -η 3 >ι \ 7 ~ Η r-1 Μ Ρ θ' ι—1 CN CO ι—1 ιΗ Ο Hr-1 Η Η r-t η οοοιλ: ιηιηιηιηιηιη ιηιηιη in ιη r—I -t-| - <D -Ρ § +j dl -P Φ t( φ Η & Φ uin co ro ro · co to Μ Ο • Μ • οι aim tn ι ^ ίΒο ^ ΗσιοΐΓ 'η η η mT μΤ η G OMS'ti'cnoooæm id ro ro in m η -η 3> ι \ 7 ~ Η r- 1 Μ Ρ θ 'ι — 1 CN CO ι — 1 Η Ο Hr-1 Η rt η οοολλ: ιηιηιηιηιηιη ιηιηιη in ιη r-I -t- | - <D -Ρ § + j dl -P Φ t (φ Η & Φ u

14- (ti (ti M COMl,lDl0LnCN(OCO(Tlinf'''-l,J'-(O14- (ti (ti M COMl, lDl0LnCN) OCO (Tlinf '' '- l, J' - (O

lw r)"S+ CNCNCNCNCNCNCOCNCNCNCNCNCNCNlw r) "S + CNCNCNCNCNCNCOCNCNCNCNCNCNCN

•ri H il .oooo oooooooooo tti Ή tn -• ri H il .oooo oooooooooo tti Ή tn -

M dP .P ·Η S OOOOOOOO OOOOOOM dP .P · Η S OOOOOOOO OOOOOO

p (ti p (ti o <D t^oooiDO'Uor^coooo^-i mo fl) O Or—li—li—lOOr—lOOrHHi—li—li—1 tn oooooooooooooo (ti P - Λ® oooo oooo oo oooo i—1 M *p (ti p (ti o <D t ^ oooiDO'Uor ^ coooo ^ -i mo fl) O Or — li — li — lOOr — lOOrHHi — li — li — 1 tn oooooooooooooo (ti P - Λ® oooo oooo oo oooo i-1 M *

•ri -S• ri -S

P uP u

CJI O'^lO.lDOllOOOlDi-llO'ti'OlOrOCJI O '^ lO.lDOllOOOlDi-llO'ti'OlOrO

<JP-rlS i—I i—{ r—1 i—I 1—i I—I I—1 I—1 CN *—1 r—I r—1 —I r—1 oooooooooooooo — - oooooooooooooo I H +1 I -ri -ri <U _<JP-rlS i — I i— {r — 1 i — I 1 — i I — II — 1 I — 1 CN * —1 r — I r — 1 —I r — 1 oooooooooooooooo - - oooooooooooooo IH +1 I -ri -ri <U _

I Μ P M P (ti Ό. “ fil ι-l r-1 MI M P M P (ti Ό. ”File ι-l r-1 M

ω S a) rititm · iω S a) rititm · i

•ri 0 Ό (ti G• ri 0 Ό (ti G

P G -H H = = = = = = = = = = = = = et? s -P G -H H = = = = = = = = = = = = = = et? s -

(ti P t n G(ti P t n G

M (ti O' -ri CN CM CM CM CM CMM (ti O '-ri CN CM CM CM CM CM CM

P G G ‘ ^ \ \ \ \P G G '^ \ \ \ \

5Ι·Η Λ Η I—1 r-1 r-1 r-1 H5Ι · Η Λ Η I — 1 r-1 r-1 r-1 H

Ό G M -Øl , •ri-rid)P o^I-^cM'd,ιo^'0'ti,ιor'σιt-^cM1d, EH ti Hl Dl i—I —1 —I i—1 i—i CM CM CM CM (O (O (Ο lΌ GM-beer, • ri-rid) P o ^ I- ^ cM'd, ιo ^ '0'ti, ιor'σιt- ^ cM1d, EH ti Hl Dl i — I —1 —I i — 1 i— in CM CM CM CM {O {O {Ο l

11 DK 153686B11 DK 153686B

Tilsætningerne består af magnesium-ferrosilicium (indehol-' dende 5 vægt-% magnesium) plus en tilsætning af cerium-ferrosili-cium' (indeholdende 10' vægt-% cerium). De tilsatte mængder er 0,025· vægt-% magnesium + 0,025 vægt-% cerium, der giver en samlet tilsætning af sfæroidiseringsmiddel på 0,05 vægt-%. Forsøgene viser, at man kan støbe rør med én"god sfæroidal grafitstruktur så éent som 3.4 minutter efter tilsætnings tidspunktet. De i tabel III angiv-.ne data er vist grafisk i fig. 5. Kurverne i fig. 5 yiser, at et rør, der er støbt 34 minutter efter magnesium- og ceriumtilsætningen,' indeholder 0,013 vægt-% magnesium + 0,010 vægt-% cerium. Det afgørende træk ved disse data består i,· at intet af grundstofferne er til stede i en mængde, der er tilstrækkelig til alene at sikre tilvejebringelsen afen god sfæroidal grafitstruktur. Derimod er den samlede mængde af sfæroidiserende grundstoffer (0,023 vægt-%) tilstrækkelig til dannelse af den ønskede grafitstruktur. Dette forsøg illustrerer desuden den effektivitet og længere effektive leve- . tid, der tilvejebringes ved små tilsætninger af nodulariseringsele-ment, eftersom residualindholdet af magnesium + cerium (0,023 vægt-%) repræsenterer en udnyttelse på 46% af den oprindeligt tilsatte mængde nodulariseringsmiddel 34 minutter efter tilsætningen. Tabel III viser desuden resultater af mekaniske forsøg, der viser kvaliteten af de strukturer, der tilvejebringes i røret. Disse rør opfylder de strenge kr.av, som de kommercelle specifikationer stiller til kærvslagstyrke, brud- og trækstyrke.The additions consist of magnesium ferrosilicon (containing 5 wt% magnesium) plus an addition of cerium ferrosilicon (containing 10 wt% cerium). The amounts added are 0.025 wt% magnesium + 0.025 wt% cerium which gives a total spheroidizing additive of 0.05 wt%. The experiments show that one can cast pipes with one "good spheroidal graphite structure as one as 3.4 minutes after the addition time. The data given in Table III are shown graphically in Fig. 5. The curves in Fig. 5 indicate that a pipe molded 34 minutes after the magnesium and cerium addition contains 0.013 wt% magnesium + 0.010 wt% cerium The crucial feature of these data is that none of the elements are present in an amount sufficient to ensure the formation of a good spheroidal graphite structure alone, on the other hand, the total amount of spheroidizing elements (0.023% by weight) is sufficient to form the desired graphite structure.This experiment also illustrates the efficiency and longer effective life time provided by small additions of nodularizing element since the residual content of magnesium + cerium (0.023% by weight) represents a utilization of 46% of the initially added amount of nodularizing agent 34 minutes after the sentence. In addition, Table III shows results of mechanical tests showing the quality of the structures provided in the pipe. These pipes meet the strict requirements of the commercial specifications for notch strength, breaking and tensile strength.

En anden forsøgsrække gennemføres under produktionsbetingelser for at bestemme, om de resultater, der tilvejebringes ved kombineret tilsætning af to forskellige legeringer (magnesium-ferro-silicium plus cerium-ferrosilicium), kan opnås, ved tilsætning af én legering indeholdende både magnesium og cerium. Ved disse forsøg behandles 6 tons portioner af støbejern ved tilsætning af en legering indeholdende 2,5 vægt-% magnesium plus 2,4 vægt-% cerium. Ved et forsøg tilsættes 0,83 vægt-% af denne legering. Dette svarer til en tilsætning på 0,021 vægt-% magnesium plus 0,020 vægt-% cerium, dvs. en total tilsætning af nodulariseringselement på 0,04 vægt-%. Ved dette forsøg indeholder et rør med en diameter på 203,2 mm, der er udstøbt 31 minutter efter sfæroidiseringsbehandlingen, 0,011 vægt-% magnesium plus 0,012 vægt-% cerium svarende til en sum på 0,023 vægt-% magnesium + cerium. Totalvægten af de nodulariserings-elementerne i det smeltede støbejern ligger mellem ca. 0,03 og 0,12 T7Æ»fff —S _ hprpano+- nå cttip! fon Hof fp CTraror +**{ 1 pn nrln^rff p! op nå ^£3A second test series is conducted under production conditions to determine whether the results obtained by the combined addition of two different alloys (magnesium-ferro-silicon plus cerium-ferrosilicon) can be obtained by the addition of one alloy containing both magnesium and cerium. In these experiments, 6 tons aliquots of cast iron are treated by adding an alloy containing 2.5 wt% magnesium plus 2.4 wt% cerium. In one experiment, 0.83% by weight of this alloy is added. This corresponds to an addition of 0.021 wt% magnesium plus 0.020 wt% cerium, i.e. a total addition of nodularization element of 0.04% by weight. In this experiment, a tube with a diameter of 203.2 mm cast 31 minutes after the spheroidization treatment contains 0.011 wt% magnesium plus 0.012 wt% cerium corresponding to a sum of 0.023 wt% magnesium + cerium. The total weight of the nodularization elements in the molten cast is between approx. 0.03 and 0.12 T7Æ »fff —S _ hprpano + - now cttip! fon Hof fp CTraror + ** {1 pn nrln ^ rff p! up reach ^ £ 3

DK 153686BDK 153686B

af den oprindelige mængde, og man ser, at den høje udnyttelse af . ^ . og den længere effektive levetid for nodulariseringselementerne kan tilvejebringes ved samtidig tilsætning af forskellige legeringer, der hver indeholder' ét sfæroidiseringsmiddel eller ved tilsætning af en legering indeholdende mere end ét s'færoidiseringsmiddel. Ved disse produktionsforsøg, hvor der anvendes en legering indeholdende 2,5 vægt-% magnesium plus 2,4 vægt-% cerium, undgås praktisk taget de generende lys- og røgfænomener, der sædvanligvis optræder ved tilsætning af magnesiumholdige legeringer.of the original quantity, and it is seen that the high utilization of. ^. and the longer effective life of the nodularization elements can be provided by the simultaneous addition of different alloys, each containing one spheroidal agent or by the addition of an alloy containing more than one spheroidal agent. In these production experiments, where an alloy containing 2.5 wt% magnesium plus 2.4 wt% cerium is used, practically the annoying light and smoke phenomena usually encountered by the addition of magnesium-containing alloys are avoided.

Det fremgår af det ovenstående, at tilsætning af en legering eller en blanding af legeringer, der ikke indeholder mere end 3 vægt-% af hver af to eller flere sfæroidiseringsmidler, i små mængder vil sikre, at der er tilstrækkelige mængder sfæroidiseringsmidler til stede gennem et længere tidsrum, end hvis der tilsættes den samme totalmængde'af ét sfæroidiseringsmiddel. Desuden elimineres den vold-- somme reaktion, der sædvanligvis foregår ve.d tilsætningen. Dette fænomen er særdeles overraskende og kan ikke forklares fuldt ud..It is apparent from the above that adding an alloy or mixture of alloys containing no more than 3% by weight of each of two or more spheroidizing agents will, in small amounts, ensure that sufficient amounts of spheroidizing agents are present through a longer period than if the same total amount of one spheroidal agent is added. Furthermore, the violent reaction that usually takes place during the addition is eliminated. This phenomenon is very surprising and cannot be fully explained.

Ved eksperimenter, hvor denne legering med 2,5 vægt-% magnesium + 2,4 vægt-% cerium anvendes ved fremstilling af støbegods i sandforme, har det vist sig, at der kan tilvejebringes acceptable grafitstrukturer ved tilsætning af nodulariseringselementer, der er. 20% mindre end det, der kræves ved anvendelse af en gængs 5%’s magnesium-ferrosilicium. Der kræves altså en mindre legeringstilsæt- ψ ning, hvilket atter fører til reduktion af.mængden af dannede slag- c ger.In experiments where this alloy of 2.5 wt.% Magnesium + 2.4 wt.% Cerium is used in the manufacture of castings in sand molds, it has been found that acceptable graphite structures can be provided by the addition of nodularization elements. 20% less than that required using a common 5% magnesium ferrosilicon. Thus, a smaller alloy addition is required, which in turn leads to a reduction in the amount of slag formed.

» s»S

Claims

13 DK 153686 B Patent claims.

1. Nodularization composition for use in the manufacture of tough iron castings containing magnesium content and at least one additional nodularization element in the form of cerium, yttrium, lanthanum, neodymium and / or praseodyme, characterized in that magnesium and each of the additional elements are present in the composition of an amount of 1 to 2.9% by weight of the composition and the total amount of the nodularization elements in the composition does not exceed 12% by weight and ferrosilicon is contained in an amount of at least 88% by weight, the magnesium optionally used in the form of an alloy being present in an amount of 1-2.9% by weight of the alloy.

Composition according to claim 1, characterized in that the nodularisation elements of the composition are in the form of at least one ferrosilicon alloy.

Composition according to claim 1 or 2, characterized in that the nodularisation elements of magnesium and cerium are formed by substantially equal amounts.

Composition according to one of claims 1-3, characterized in that it contains at least two alloys, one containing magnesium in an amount of 1-2.9% by weight and the other containing at least one nodularisation element in the form of cerium, yttrium. , lanthanum, neodymium and / or praseodyme, each present in an amount of 1 to 2.9% by weight in the alloy.

Composition according to one of claims 1 to 4, characterized in that the alloy contains the individual nodularisation elements in substantially equal amounts of 2.9% by weight, calculated on the alloy.