EP0353804A1 - Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit Download PDF

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EP0353804A1
EP0353804A1 EP89201831A EP89201831A EP0353804A1 EP 0353804 A1 EP0353804 A1 EP 0353804A1 EP 89201831 A EP89201831 A EP 89201831A EP 89201831 A EP89201831 A EP 89201831A EP 0353804 A1 EP0353804 A1 EP 0353804A1
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cast iron
treatment agent
graphite
earth metals
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Jürgen Klaus Dr. Best
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SKW Trostberg AG
Metallgesellschaft AG
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C35/00—Master alloys for iron or steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C21C1/105—Nodularising additive agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite

Definitions

  • the invention relates to a process for producing cast iron with spheroidal graphite and / or vermicular graphite by treating the molten cast iron with a treatment agent containing magnesium or magnesium and rare earth metals.
  • spheroidal graphite cast iron it is known to treat the molten cast iron with spheroidal graphite-inducing elements such as alkali or alkaline earth metals, magnesium or rare earth metals.
  • spheroidal graphite-inducing elements such as alkali or alkaline earth metals, magnesium or rare earth metals.
  • the latter two are preferred in technical practice.
  • Magnesium can be used in a pure metallic form, using suitable devices that safely take into account the high reactivity of the metal during the melt treatment.
  • Magnesium-containing master alloys which are used, for example, as melt-cast moldings or as pressed powder bodies or briquettes, are usually simplified in the immersion process or by pouring.
  • Magnesium-containing treatment agents are also known as so-called cored wires, the powdered alloy being a pressed core wire and surrounded by a high-melting metal sheath, such as a steel sheath (DE-AS 26 03 412).
  • Alloy components of magnesium or rare earth metals are predominantly calcium, aluminum, silicon, nickel and iron.
  • Typical alloys have, for example, the composition 5.5 to 6.5% Mg, 1.5 to 2.5% Ca, 0.5 to 1.5% Al, 45 to 50% Si, balance Fe.
  • the invention has for its object to provide a treatment method for cast iron melts using a magnesium-containing treatment agent, in which the base melt does not experience any significant deviation from its directional analysis even when the agent is added excessively.
  • the invention solves the problem, starting from a method for producing cast iron with spheroidal graphite and / or with vermicular graphite by treating the molten cast iron with a magnesium-containing treatment agent.
  • the invention consists in that a treatment agent containing magnesium or magnesium and rare earth metals is used, the composition of which is carried out with the proviso that the components, with the exception of the magnesium or the magnesium and the rare earth metals, in the ratio (in% by weight) contained therein, which corresponds to the ratio (in% by weight) of the alloy components in the cast iron alloy to be treated.
  • Suitable magnesium-containing treatment agents in the process of the invention are those of the composition: 1.00 to 45.00 % By weight magnesium 3.00 to 5.00 “ carbon 1.50 to 6.00 " Silicon 0.10 to 0.60 " manganese Max. 0.05 " phosphorus Max. 0.01 " sulfur 0 to 5.00 " Rare earth metals 0 to 0.20 “ titanium 0 to 6.00 “ chrome 0 to 1.00 “ copper 0 to 40.00 " nickel rest iron
  • the magnesium-containing treatment agent used in the process of the invention must contain, in particular, carbon, silicon and manganese as essential components.
  • Cast iron melts suitable for treatment according to the method of the invention are, for example, those for the production of spheroidal graphite cast iron of the analysis: 3.7 wt% C 2.5 "Si 0.25 "Mn 0.008 "S 0.020 “P 0.040 "Mg 0.02 "Ti Rest of Fe or cast iron smelting for the production of cast iron with vermicular graphite of the analysis: 3.6 wt% C 2.6 "Si 0.20 "Mn 0.010 "S 0.020 “P 0.025 “Mg 0.16 "Ti Rest of Fe or cast iron smelting for the production of alloyed cast iron with spheroidal graphite Analysis: 2.6 wt% C 4.5 "Si 0.60 "Mn 30.0 "Ni 2.0 "Cr 0.050 "Mg Rest of Fe
  • the Mg-containing treatment agent used in the process of the invention is produced by methods known per se.
  • the individual components are brought into powder form and the various powders are mixed to the desired composition, such as powder made of graphite, magnesium, FeSiMg, iron powder to form a treatment agent, for example the composition: 3.6% by weight C, 2.2% by weight. % Si, 0.11% by weight Mn, 16.0% by weight Mg, 0.1% by weight Cu, balance Fe.
  • the treatment agent obtained with the specified composition can then be used, for example, to produce a compact made from alloy powder.
  • the Mg-containing treatment agent in the form of a cored wire is used in the method of the invention, the treatment powder being enclosed in a metal jacket.
  • the casing material is generally steel; sheaths of the core filling made of nickel and nickel alloys can also be used.
  • a cladding material made of nickel alloys is used in the method according to the invention if e.g. an austenitic cast iron with nodular graphite is to be produced.
  • the advantages of the process of the invention are to be seen in the fact that, in particular in connection with a casting furnace, the amount of treatment agent containing Mg can be varied within wide limits without the composition of the cast iron, except in the Mg content or in the Mg content and changes SE metals significantly.
  • base irons of different analysis were melted in a mains frequency induction furnace and then treated in a treatment vessel known per se with a treatment agent containing magnesium or magnesium and rare earth metals at temperatures between 1460 and 1500 ° C.
  • the treatment agent consisted of a cored wire with an outside diameter between 5 and 6.5 mm.
  • the steel jacket enveloping the treatment powder had a thickness of 0.35 mm.
  • the chemical composition and the type and amount of graphite formation were determined on samples of the treated iron. example Base iron NFI furnace in% Mg treatment wire Treatment amount in kg Iron temperature in ° C Adding Mg container wire in% Chemical addition of iron in% Graphite formation in% Mg output in% Wire ⁇ in mm Chemical additives.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit, durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem Magnesium enthaltenden Behandlungsmittel wird erfindungsgemäß ein Magnesium oder Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltendes Behandlungsmittel eingesetzt, dessen Zusammensetzung mit der Maßgabe erfolgt, daß die Komponenten, ausgenommen das Magnesium bzw. das Magnesium und die Seltenen Erdmetalle, in dem Verhältnis (in Gew.-%) darin enthalten sind, welches dem Verhältnis (in Gew.-%) der Legierungskomponenten in der zu behandelnden Gußeisenlegierung entspricht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem Magnesium oder Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltenden Behandlungsmittel.
  • Zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit ist es bekannt, die Gußeisenschmelze mit die Kugelgraphitbildung induzierenden Elementen zu behandeln, wie Alkali- oder Erdalkalimetalle, Magnesium oder Metalle der Seltenen Erden. Die beiden letzteren werden in der technischen Praxis bevorzugt. Magnesium kann in reiner metallischer Form eingesetzt werden, wobei man sich geeigneter Vorrichtungen bedient, die der hohen Reaktivität des Metalls bei der Schmelzbehandlung in sicherer Weise Rechnung tragen. Eine vereinfachte Handhabung bieten magnesiumhaltige Vorlegierungen, die z.B. als schmelzgegossene Formkörper oder als gepreßte Pulverkörper bzw. Briketts üblicherweise im Tauchverfahren oder Übergießverfahren eingesetzt werden. Magnesiumhaltige Behandlungsmittel sind auch als sogenannte Fülldrähte bekannt, wobei die pulverförmige Legierung als gepreßter Kerndraht von einem hochschmelzenden Metallmantel, wie Stahlmantel umschlossen ist (DE-AS 26 03 412).
  • Legierungskomponenten des Magnesiums oder der Metalle der Seltenen Erden sind in den überwiegenden Fällen Calcium, Aluminium, Silicium, Nickel und Eisen. Übliche Legierungen haben beispielsweise die Zusammensetzung 5,5 bis 6,5 % Mg, 1,5 bis 2,5 % Ca, 0,5 bis 1,5 % Al, 45 bis 50 % Si, Rest Fe.
  • Es ist ersichtlich, daß in einer Gußeisenschmelze, die für den erstrebten Zweck nur einmal mit einer Mg-Vorlegierung behandelt wird, der Einfluß der anderen, nicht induzierend wirkenden Legierungskomponenten, wie Silicium und Aluminium, auf die Basiseisenschmelze, nicht vernachlässigt werden kann; dies ist beispielsweise der Fall bei der Behandlung der Gußeisenschmelze mit Mg-haltigen Vorlegierungen auf Basis von z.B. Ferrosilicium in der Behandlungspfanne oder bei der Behandlung in der Gießform.
  • Hingegen erfordern Verfahrensweisen in sogenannten Vergießöfen in aller Regel besondere Aufmerksamkeit. In Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten solcher Vergießöfen, wie Bauweise, Alter, unterschiedlichste Fertigungsprogramme, z.B. Kugelgraphiteisen, Vermiculargraphiteisen, nickellegiertes Gußeisen usw., läßt sich der gewünschte Restmagnesiumgehalt der behandelten Schmelze in den überwiegenden Fällen nur in einer sogenannten Über- oder Unterbehandlung oder in einer Mehrfachbehandlung der Basisschmelzen mit einem Magnesiumträger einstellen. Ersichtlich wird durch eine z.B. Überbehandlung mit üblichen magnesiumhaltigen Vorlegierungen aber auch die Zusammensetzung des Basiseisens in meist unerwünschter Weise verändert, beispielsweise Veränderung des Gehaltes an z.B. Si, C, Al, Mn.
  • Eine unerwünschte Änderung der Analyse des Basiseisens bei der Magnesiumbehandlung von Eisenschmelzen läßt sich im Prinzip dadurch vermeiden, daß die Mg-Behandlung z.B. mit einem Produkt vorgenommen wird, das aus Reinmagnesium besteht. Ein solches Produkt ist unter den Bedingungen der Eisenschmelzen hochreaktiv und nur mit hohem technischen und apparativen Aufwand einzusetzen und daher wenig wirtschaftlich Außerdem läßt sich mit Reinmagnesium der angestrebte sogenannte Restmagnesium-Gehalt erfahrungsgemäß in der technischen Praxis nicht hinreichend genau und reproduzierbar einstellen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Behandlungsverfahren für Gußeisenschmelzen unter Verwendung eines magnesiumhaltigen Behandlungsmittels anzugeben, bei dem die Basisschmelze auch bei überhöhter Zugabe des Mittels keine nennenswerte Abweichung von ihrer Richtanalyse erfährt.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und/oder mit Vermiculargraphit durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem magnesiumhaltigen Behandlungsmittel. Bei einem Verfahren der genannten Art besteht lösungsgemäß die Erfindung darin, daß ein Magnesium oder Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltendes Behandlungsmittel eingesetzt wird, dessen Zusammensetzung mit der Maßgabe erfolgt, daß die Komponenten, ausgenommen das Magnesium bzw. das Magnesium und die Seltenen Erdmetalle, in dem Verhältnis (in Gew.-%) darin enthalten sind, welches dem Verhältnis (in Gew.-%) der Legierungskomponenten in der zu behandelnden Gußeisenlegierung entspricht.
  • In dem Verfahren der Erfindung werden als geeignete magnesiumhaltige Behandlungsmittel solche der Zusammensetzung eingesetzt:
    1,00 bis 45,00 Gew.-% Magnesium
    3,00 bis 5,00 " Kohlenstoff
    1,50 bis 6,00 " Silicium
    0,10 bis 0,60 " Mangan
    max. 0,05 " Phosphor
    max. 0,01 " Schwefel
    0 bis 5,00 " Seltene Erdmetalle
    0 bis 0,20 " Titan
    0 bis 6,00 " Chrom
    0 bis 1,00 " Kupfer
    0 bis 40,00 " Nickel
    Rest Eisen
  • Das im Verfahren der Erfindung eingesetzte magnesiumhaltige Behandlungsmittel muß als wesentliche Komponenten insbesondere Kohlenstoff, Silicium und Mangan enthalten.
  • Zur Behandlung gemäß dem Verfahren der Erfindung geeignete Gußeisenschmelzen sind beispeilsweise solche zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit der Analyse: 3,7 Gew.-% C
    2,5   "    Si
    0,25  "    Mn
    0,008 "    S
    0,020 "    P
    0,040 "    Mg
    0,02 "    Ti
    Rest       Fe
    oder Gußeisenschmelzen zur Herstellung von Gußeisen mit Vermiculargraphit der Analyse:

    3,6 Gew.-% C
    2,6   "    Si
    0,20  "    Mn
    0,010 "    S
    0,020 "    P
    0,025 "    Mg
    0,16  "    Ti
    Rest       Fe

    oder Gußeisenschmelzen zur Herstellung von legiertem Gußeisen mit Kugelgraphit der Analyse:

     2,6    Gew.-% C
     4,5       "   Si
     0,60      "   Mn
    30,0       "   Ni
     2,0       "   Cr
     0,050     "   Mg
    Rest           Fe
  • Die Herstellung des im Verfahren der Erfindung verwendeten Mg-haltigen Behandlungsmittels erfolgt nach an sich bekannten Methoden. Beispielsweise werden die einzelnen Komponenten in Pulverform gebracht und die verschiedenen Pulver zur gewünschten Zusammensetzung vermischt, wie Pulver aus Graphit, Magnesium, FeSiMg, Eisenpulver zu einem Behandlungsmittel, beispielsweise der Zusammensetzung: 3,6 Gew.-% C, 2,2 Gew.-% Si, 0,11 Gew.-% Mn, 16,0 Gew.-% Mg, 0,1 Gew.-% Cu, Rest Fe.
  • Das erhaltene Behandlungsmittel der angegebenen Zusammensetzung kann dann beispielsweise zur Herstellung eines Preßkörpers aus Legierungspulver verwendet werden.
  • Insbesondere wird in dem Verfahren der Erfindung das Mg-haltige Behandlungsmittel in Form eines Fülldrahtes verwendet, wobei das Behandlungspulver von einem Metallmantel umschlossen ist. Der Mantelwerkstoff ist im allgemeinen Stahl; es können aber auch Ummantelungen der Kernfüllung aus Nickel und Nickellegierungen verwendet werden. Ein Mantelwerkstoff aus Nickellegierungen wird im erfindungsgemäßen Verfahren dann verwendet, wenn z.B. ein austenitisches Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt werden soll.
  • Die Vorteile des Verfahrens der Erfindung sind darin zu sehen, daß insbesondere im Zusammenhang mit einem Vergießofen die Zugabemenge des Mg-haltigen Behandlungsmittels in weiten Grenzen variiert werden kann, ohne daß sich die Zusammensetzung des Gußeisens, außer im Mg-Gehalt oder im Gehalt an Mg und SE-Metallen nennenswert ändert.
  • Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher und beispielhaft erläutert.
  • In den nachfolgenden in der Tabelle aufgeführten Beispielen wurden Basiseisen unterschiedlicher Analyse in einem Netzfrequenz-Induktionsofen erschmolzen und anschließend in einem an sich bekannten Behandlungsgefäß mit einem Magnesium bzw. Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltenden Behandlungsmittel bei Temperaturen zwischen 1460 und 1500°C behandelt. Das Behandlungsmittel bestand aus einem Fülldraht mit einem Außendurchmesser zwischen 5 und 6,5 mm. Der das Behandlungspulver einhüllende Stahlmantel hatte eine Dicke von 0,35 mm. An Proben des behandelten Eisens wurden die chemische Zusammensetzung sowie an Schliffbildern Art und Menge der Graphitausbildung ermittelt.
    Beispiel Basiseisen NFI-Ofen in % Mg-Behandlungsdraht Behandlungsmenge in kg Eisentemperatur in °C Zugabe Mg-Beh.-draht in % Chemische Zus.setzung d.beh.Eisens in % Graphitausbildung in % Mg-Ausbringen in %
    Draht-⌀ in mm Chemische Zus.setz. in %
    1 C 3,600 5,0 C 3,600 1.000 1.470 0,85 C 3,600 95 Kugeln ca. 35
    Si 2,200 Si 2,200 Si 2,200
    Mn 0,110 Mn 0,110 Mn 0,120
    P 0,025 P 0,004 P 0,025
    S 0,011 S 0,005 S 0,009
    Fe Rest Mg 16,000 Mg 0,048
    Fe Rest Fe Rest
    2 C 3,700 5,0 C 3,600 600 1.490 1,0 C 3,600 > 90 Kugeln ca. 31
    Si 2,300 Si 2,200 Si 2,300
    Mn 0,160 Mn 0,110 Mn 0,150
    P 0,031 P 0,004 P 0,030
    S 0,020 S 0,005 S 0,016
    Fe Rest Mg 16,000 Mg 0,050
    Fe Rest Fe Rest
    3 C 3,900 6,5 C 4,000 1.500 1.470 0,35 C 3,870 70 vermicular ca. 40
    Si 2,600 Si 2,600 Si 2,650
    Mn 0,240 Mn 0,110 Mn 0,220
    P 0,026 P 0,004 P 0,025
    S 0,010 S 0,005 S 0,005 30 Kugeln
    Ti 0,150 Mg 16,000 Mg 0,021
    Fe Rest Ti 0,150 Ti 0,150
    Fe Rest Fe Rest
    4 C 3,900 5,0 C 3,900 900 1.460 0,35 C 3,850 75 vermicular ca. 38
    Si 2,600 Si 2,800 Si 2,650
    Mn 0,240 Mn 0,100 Mn 0,230
    P 0,026 P 0,004 P 0,025
    S 0,010 S 0,005 S 0,009 25 Kugeln
    Ti 0,150 Mg 17,500 Mg 0,023
    Fe Rest Ti 0,150 Ti 0,150
    CerMM 3,5 CerMM 0,006
    Fe Rest Rest Rest
    5 C 3,600 6,5 C 4,000 800 1.500 3,40 C 3,720 > 90 Kugeln ca. 25
    Si 1,700 Si 1,900 Si 1,760
    Mn 0,750 Mn 0,650 Mn 0,730
    P 0,030 P 0,004 P 0,030
    S 0,045 S 0,005 S 0,040
    Cr 3,250 Mg 17,500 Mg 0,150
    Ni 17,500 Ni 20,000 Ni 17,600
    Fe Rest Cr 3,000 Cr 3,100
    Fe Rest Fe Rest

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit, durch Behandeln der Gußeisenschmelze mit einem Magnesium enthaltenden Behandlungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnesium oder Magnesium und Seltene Erdmetalle enthaltendes Behandlungsmittel eingesetzt wird, dessen Zusammensetzung mit der Maßgabe erfolgt, daß die Komponenten, ausgenommen das Magnesium bzw. das Magnesium und die Seltenen Erdmetalle, in dem Verhältnis (in Gew.-%) darin enthalten sind, welches dem Verhältnis (in Gew.-%) der Legierungskomponenten in der zu behandelnden Gußeisenlegierung entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behandlungsmittel verwendet wird der Zusammensetzung:
1,00 bis 45,00 Gew.-% Magnesium
3,00 bis  5,00    "   Kohlenstoff
1,50 bis  6,00    "   Silicium
0,10 bis  0,60    "   Mangan
     max. 0,05    "   Phosphor
     max. 0,01    "   Schwefel
   0 bis  5,00    "   Seltene Erdmetalle
   0 bis  0,20    "   Titan
   0 bis  6,00    "   Chrom
   0 bis  1,00    "   Kupfer
   0 bis 40,00    "   Nickel
   Rest               Eisen
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel als gepreßter Pulverkörper Formkörper verwendet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsmittel in Form eines Drahtes verwendet wird, wobei ein Pulvergemisch als Kern von einem Metallmantel umschlossen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelwerkstoff Stahl oder Nickel und Nickellegierungen ist.
EP89201831A 1988-07-16 1989-07-11 Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit und/oder Vermiculargraphit Expired - Lifetime EP0353804B1 (de)

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