NO122503B - - Google Patents

Description

Støpejern.

Foreliggende oppfinnelse angår et stopejern som samtidig har flere teknisk viktige egenskaper, som en meget god stopbarhet,

meget god bestandighet mot slitasje i forbindelse med varmeutvek-sling eller varmeayklisering under f.eks. ulike stopemetoder hvor smeltet materiale kommer i kontakt med stopejernet ved hbye temperaturer. Stopejernet har også god holdfasthet og seighet ved hoye temperaturer, motvirker på grunn av sin oppbygning intern oxydasjon utgående fra overflaten og gir med de ovennevnte egenskaper også lavere varmespenninger ved varmesjokk enn hva som kan ventes i forbindelse med et jern med så hbye holdfasthets- og seighetsegen-skaper, og stopejernet virker dessuten stoppende overfor sprekkfor-plantninger. På grunn av sine lave silicium- og fosforinnhold er stopejernet også spesielt godt bearbeidbart.

Støpejernet ifolge oppfinnelsen egner seg spesielt som kokillemateriale ved stålstoping hvor hoye temperaturer, intern oxydasjon og varmesjokksprekker dominerer alitasjebildet. Stopejern med kulegrafitt som har en bedre holdfasthet og forlengelse enn grått stopejern, er i de senere år blitt anvendt som kokillemateriale istedenfor grått stopejern for å oke kokillenes levetid. Dette har i visse tilfeller gått bra, men i andre tilfeller har kulegra-fittjernet vist seg å by på problemer bl.a. på grunn av materialets dårlige varmeledningsevne.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er kulegrafittjernets for-deler kombinert med det grå stopejerns slik at det fåes et optimalt materiale. Ved podningsfremgangsmåter og tilsetninger av finkorn-dannere og legeringselementer kan holdfastheten forbedres ytterligere. Den oppnådde vinning må imidlertid sees i lys av den okede mengde legeringselementer, og det legere.de jern dekker derfor spesialtilfeller hvor kravene er spesielt hoye og motiverer mer-

- omkostningene i forbindelse med legeringselementene.

Et ulegert stopejern for de ovennevnte formål har en mikro-struktur bestående av grafitt, ferritt og perlitt. Materialets varmeledningsevne som står i forhold til spenningstoppene ved varmesjokk, påvirkes av grafittutformningen, den kjemiske analyse og grunnmassens strukturbestanddeler. Grafitten har på grunn av sin hexagonale oppbygning en bedre varmeledning langs enn på tvers av grunnplanet. Kulegrafitten som finnes i kulegrafittjern, har derfor en dårligere diametral varmeledningsevne enn hva flakgrafitt har langsefter graftttflakene. DenJ samlede mengde grafitt i flakgrafittholdig stopejern har derfor en bedre varmeledningsevne enn den samlede grafittmengde i et kulegrafittjern.

Ferrittens varmeledningsevne påvirkes av siliciummengden i materialet således at jo hoyere siliciuminnholdet er, jo dårligere blir varmeledningsevnen.

Perlitten er en dårligere varmeleder enn ferritten, men dette synes å være av mindre betydning i et flakgrafittholdig jern enn i et kulegrafittjern.

I materialer for den ovennevnte anvendelse er det i mindre grad den generelle oxydasjon enn den interne fra overflaten og inn-ad gående oxydasjon som er utslagsgivende for begynnende sprekk-dannelse. På grunn av dette er også et lavt siliciuminnhold spesielt rfordelaktig. Med hensyn til stopping av sprekkdannelser er kulegrafitten å foretrekke,men en fra begynnelsen av perlittisk struktur eller ved oppvarmning hurtig inntredende perlittisk struktur innen området med intern oxydasjon virker også stoppende på sprekk-dannelsen.

Stopejernet ifolge oppfinnelsen som har de i patentkrav l's overbegrep angitte egenskaper, er særpreget ved at det inneholder 2,0 - h,5% C, 0,5 - 1,8 % Si og 0,1 - 2,0 % Mn og lave forurensningsmengder av svovel og fosfor, idet S^ 0,005 % ofe P — 0,015 %,

hvorved grafitten i stopejernet foreligger i form av III-grafitt

(ASTM).

Det foreliggende stopejern har god varmeledningsevne, hby mot-standsevne overfor intern oxydasjon, god bestandighet overfor varmesjokk og en god evne til å stoppe sprekkdannelser. Siliciuminnholdet bor være lavt, som regel ikke over 1,2 %, og vil i vanlige tilfeller ligge mellom 0,7 - 1,2 %.

Det er fra U.S. patentskrift nr. 3.109.733 kjent et stopejern inneholdende 2,75 - ^,5 % carbon, 0,30 - 1,50 % mangan, 0,80 - 2,50$ silicium og 0,0^ - 0,50 % niob og med fosfor og svovel tilstede i vanlige mengder.

Dette kjente stopejern inneholder flakgrafitt mens stopejernet ifolge oppfinnelsen alltid inneholder grafitt av formen III som definert ifolge "ASTM designation A2h7- h7 for flake graphite in grey east iron". Derved motvirkes en intern oxydasjon i det foreliggende stopejern, og det kan for dette oppnås en hoy holdfasthet selv uten tilsetning av Nb. Det foreliggende stopejern og stopejernet ifolge U.S. patentskrift nr. 3.109.733 er dessuten forskjellige ved at stopejernet ifolge patentskriftet inneholder vanlige mengder P og S mens det foreliggende stopejern inneholder lave for-urensning smengder av svovel og fosfor.

Stopejernet ifolge U.S. patentskrift nr. 3.109.733 er således basert på en innvirkning av Nb på grunnmassen, og ikke på grafitt-, formen, mens det foreliggende stopejern, som har bedre egenskaper hva gjelder intern oxydasjon, i fbrste rekke er basert på en innvirkning på grafittformen. En slik innvirkning kan ikke oppnås i stopejernet ifolge U.S. patentskrift nr. 3.109.733 som inneholder vanlige P- og S-mengder. De bakenforliggende metallurgiske prin-sipper for å oke motstanden mot varmesjokk, oxydasjon og erosjon er derfor helt forskjellige, og det kan i jernet ifolge U.S. patentskrift nr. 3.109.733 f.eks. aldri oppnås en like god motstand overfor intern oxydasjon som i det foreliggende stopejern.

Stopejern av den foreliggende type kan fremstilles på forskjellige måter med eller uten podning avhengig av om innholdet av forurensninger er normalt eller spesielt lavt. Det foretrekkes å starte fra et basisjern med lave fosfor- og svovelinnhold, idet P—0,015 % og S ^0,005 %, for så å justere det hele ved hjelp av en egneyt podningsprosess. Ced tilstrekkelig lave innhold av forurensningene svovel og oxygen kan jernet fåes direkte uten podning. Det er imidlertid fordelaktig å #a et så stort antall eutektiske celler som mulig i jernet, og dette oppnås lettest ved podning med f.eks. SiCa og/eller SiMg. Ved podning med SiMg vil sluttinnholdet av Mg som regel ligge mellom 0,010-0,020 %, men aldri over 0,035 %.

For spesielle typer kokiller kreves et legert materiale for derved å oke kokilleveggens varmeholdfasthet. Et slikt materiale kan fremstilles som angitt ovenfor, men med tilsetning av legeringselementer, som f.eks. Cr, Ni, Mo, Co og Cu. De fleste av de nevnte elementer oker materialets hvitdybde i tynne seksjoner. For å opp-heve denne virkning tilsettes ifolge oppfinnelsen et mikrolegerings-element, som f.eks. Nb, V, Ta, Ti, Al og Zr, samtidig med f.eks. Cu og Ti. Også nitrogen tilsettes slik at mengden av nitrogen vil bli storre enn hva som er vanlig for den anvendte fremstillings-måte. Innholdet skal være 0,010-0,030 % N.

Eksempel

Kokiller for stålstoping ble utstbpt 1 to forskjellige

materialtyper:

Ved å pode materialet med SiMg slik at det ble oppnådd et sluttinnhold av 0,010 % Mg, fikk kokillen fblgende sluttstruktur: III-grafitt i A-fordeling ifolge ASTM med 20 % perlitt og resten ferritt.

Dette kbkillemateriale ble sammenlignet med et tidligere materiale i upodet tilstand og med faigende analyse:

Materialet hadde en struktur inneholdende I-grafitt i A-fordeling og var ferritt-perlittisk med ca. 15 % perlitt.

Materialet ifolge oppfinnelsen kunne. ved stålstoping i en viss kokilletype tåle 60 stopinger for vraking mens det sistnevnte materiale bare tålte 30 stopinger for det måtte vrakes.

Ved å oke manganinnholdet således at det ble oppnådd en full-stendig perlittisk struktur i jernet, var det mulig å oke holdfastheten ytterligere uten at stopbarheten ble dårligere.

Claims (1)

1. Stopejern med god stopbarhet og meget god bestandighet mot slitasje i forbindelse med varmeveksling eller varmesyklisering f.eks. i forbindelse med forskjellige stopemetoder hvor smeltet materiale kommer i kontakt med stopejernet ved hoye temperaturer, karakterisert ved at det inneholder 2,0 - *v,5 % C> 0,5 - 1,8 % Si, 0,1 - 2,0 % Mn og lave forurensningsmengder av svovel og fosfor, idet S^ 0,005 ^ og Pé 0,015 %, hvorved grafitten i stopejernet foreligger i form av III-grafitt (ASTM).

2. Stopejern ifolge krav 1, karakterisert ved at det har perlittisk struktur,

3. Stopejern ifolge krav 1 eller 2,karakterisert ved at det inneholder 0,7 - 1,2 % Si. h. Stopejern ifolge krav 1-3, karakterisert ved at det består av et stort antall eutektiske celler oppnådd ved podning med f.eks. SiCa og/eller SiMg.

5. Stopejern ifolge krav 1-<!>+, karakterisert ved at det inneholder tilsetninger av mikrolegeringselementer, f.eks. Nb, V, Ti, Ta, Al, Zr og spesielt tilsatt N.