NO742499L - - Google Patents

Description

"Tilsetningsmiddel for nikkel-krom-legeringer og Ni- Cr- Fe- legeringer"

Denne oppfinnelse angår metallurgiske tilsetningsmidler. Rustfrie austenitiske nikkel-krom-stål og andre nikkel-krom-legeringer har vanligvis dårlige støpeegenskaper. Det er i det siste blitt funnet at disse kan forbedres ved tilsetning av bestemte mengder av silicium og bor, jfr. patentsøknad nr. 3339/72, som angår rustfrie stållegeringer inneholdende 2-5% silicium, 0,3-1,4% bor, 6-30% nikkel og 14-26% krom, hvilken legering har uvanlig gode støpeegenskaper.

For å kunne fremstillé disse og andre bor- og silicium-holdige støpestykker ut fra skrap av nikkel-krom-legeringer som praktisk talt ikke inneholder bor og silicium, er det behov for et enkelt og pålitelig middel til innføring av de ønskede mengder av bor og silicium. Tilsetningen av disse i element-form, eller som i handelen tilgjengelige for-legeringer, eksempelvis ferrosilicium og ferrobor, har produksjonsulemper såsom et usikkert utbytte og fortynning av andre elementer som skal foreligge i den endelige legering. Å tilsette kompenserende mengder av andre elementer, eksempelvis nikkel og krom, vil ytterligere komplisere det problem å oppnå en endelig legering med ønsket sammensetning og medfører ytterligere kostnader og tid for beregning, måling og innføring av de forskjellige individuelle tilsetninger. Videre vil mulighetene for feil bli flere og påliteligheten bli mindre etterhvert som antallet av legeringstilsetninger øker.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes et metallurgisk tilsetningsmiddel som er egnet for innføring av bor og silicium i nikkel-krom-legeringssmelter, og midlet omfatter 7-50% nikkel, 12-40% silicium, 2-10% bor, 16-30% krom, 0-0,2% karbon, 0-6% mangan, 0-6% fosfor, 0-10% molybden og 0-10% kobber, resten, bortsett fra forurensninger, jern i en mengde på minst 10%.. Alle prosentangivelser i det foreliggende er på vektbasis.

Innholdet av svovel og andre forurensninger som kari være skadelige i nikkel-krom-legeringer, bør være så lavt som mulig,

og fortrinnsvis ikke over 0,02%. Hvis materialet skal brukes ved fremstilling av legeringer hvor fosfor er uønsket, bør fosfor-innholdet ikke overstige 0,02%;.kobber og molybden kan på lignende måte begrenses til. ikke over 0,5% av hvert metall.

Karboninnholdet kan om nødvendig, f.eks. hvis midlet skal brukes ved fremstilling av korrosjonsresistente legeringer, eksempelvis ACl-CF^, være begrenset til ikke over 0,15%, fordelaktig ikke over 0,08%, eksempelvis innen området 0,005 - 0,03%.

Nikkel-krom- og nikkel-krom-jern-legeringer hvis støpbarhet kan forbedres ved hjelp av tilsetningsmidlet, innbefatter rustfrie nikkel-krom-stål så som AISI Type 302 (17-19% Cr/8-10% Ni)

og andre legeringer inneholdende minst 7% nikkel, minst 16% krom, ialt minst 50% nikkel pluss jern ogkarakterisert vedliquidus-temperaturer på 1260°C eller høyere.

Tilsetningsmidlets sammensetning er slik at det bekvemt kan fremstilles i form av en legering ved sammensmelting av bestanddelene, som kan være i elementær eller forlegert form, eksempelvis elementært nikkel eller ferrokrom. De relative mengder av . ingrediensene gir gode smelte- og størkne-égenskaper, slik at man får en ren homogen legering og unngår sterk og skadelig segregering

eller oksydasjon.

Legeringen kan knuses og kan lett brytes opp til stykker som bekvemt kan veies, transporteres og eventuelt forpakkes til bruk som tilsetninger til ovnscharger eller metallbad.

Foruten å forbedre støpbarheten av nikkel-krom-legeringer vil tilsetning av midlet ifølge oppfinnelsen i ovnscharger be-stående av metallskrap, eller delvis av skrap og delvis av råmaterialer, eller endog fullstendig av råmaterialer bidra til hurtig nedsmelting og til oppnåelse av en ren smelte. For å oppnå disse fordeler uten altfor sterk fortynning av chargen anbefales tilsetning i en andel på 5-15%, eksempelvis 10%, av skrapmaterialet eller annen'ovnscharge.

Nærvær av minst 7% nikkel i tilsetningsmidlet bidrar til opprettholdelse av en austenitisk struktur hos støpelegeringer fremstilt under anvendelse av midlet og hjelper også til å motvirke en eventuell tendens til at silicium skal gjøre støpen skjør.

Krom anvendes i tilsetningsmidlet for å gi støpelegeringen det riktige krominnhold, men innholdet av nikkel og krom er begrenset slik at man unngår en uønsket endring av legeringsbalansen i de støpte legeringer.

Molybden og kobber kan anvendes i tilsetningsmidlet når dette skal brukes ved fremstilling av stål som inneholder disse elementer, som undertiden tilsettes for visse ønskede formål så som korrosjonsmotstand. Fosfor kan tilsettes, eksempelvis i mengder på 4-6%, for å forbedre fluiditeten og motstanden mot varmriss, spesielt ved fremstilling av stål som skal støpes i metallformer.

Nærvær av 10-63% jern i midlet gjør det mulig å fremstille dette av kommersielt tilgjengelige billige råmaterialer såsom ferrokrom, ferrosilicium og ferrobor.

Tilsetningsmidlet fremstilles mest bekvemt som en legering, men kari fremstilles i andre egnede former, eksempelvis i brikett-form eller lignende, eventuelt som en blanding av bestanddelene,

og det kan anvendes som sundbrytte stykker, hagl av legeringen eller som omhyllede eller på annen måte emballerte partikler eller fragmenter.

Fire spesielt anvendelige områder for sammensetningen av tilsetningsmidlet er gjengitt i tabellen.nedenfor.

Sammensetning A og B er egnet til forbedring av støpbarheten av rustfritt stål og varmebestandige- nikkel-krom-jern-legeringer. Eksempelvis vil støpbarheten av en ovnscharge av skrap av nikkel-krom-stål av type 304 forbedres ved tilsetning av ca. 10-15 kg av sammensetning A eller 5-10 kg av sammensetning B pr. 100 kg ovns-smelte av skrapmaterialet. Sammensetning A kan fremstilles hovedsakelig av ferrolegeringer og elementært nikkel, mens sammensetning B, som krever råmaterialer med relativt lavt jerninnhold, kan være mer kostbart å fremstille. Sammensetning B er imidlertid spesielt egnet til forbedring av støpbarheten av rustfrie stål med høyt nikkelinnhold eller varmebestandige stål så som type HU (40% Ni) eller HW. (60% Ni). Sammensetning C er spesielt egnet til forbedring av støpbarheten med små tilsetninger til nikkelbaserte legeringer. F.eks. vil tilsetning av ca.. 5-9 kg av sammensetning C pr. 100 kg smelte av nikkelbasért legering inneholdende ca. 45% eller mer nikkel, 22% krom, 18% jern, 9% molybden, opptil 1,5% silicium, opptil 1,5% mangan og opp til 0,15% karbon gi forbedret støpbarhet og vil gi tilfredsstillende fylling av 5 mm tykke hulrom i sand-former og forhindrer defekter såsom foldninger, kold sveis eller ufylte hjørner.

Tilsetninger av en legering av sammensetning D til smelter eller ovnscharger av rustfritt stål inneholdende 6-12% nikkel, 15-20% krom, opptil 1,5% silicium, opptil 0,02% bor, opptil 0,15% karbon, resten hovedsakelig jern, anbefales spesielt i mengder på ca. 10-20 deler tilsetningslegering D pr. 100 deler stålsmelte for å forbedre smeltens støpbarhet, særlig når smeiten er fremstilt av skrap. Når det ønskes for rustfritt stål inneholdende molybden og/eller kobber, eksempelvis opptil 10% molybden og opptil 10% kobber, kan de samme andeler av molybden og kobber anvendes i tilsetningslegeringen.

Kombinasjoner av spesielle sammensetninger innenfor det brede sammensetningsområde for tilsetningsmidlet, eksempelvis en blanding av legering A og B, kan om det ønskes anvendes for inn-føring av spesielle andeler av tilsetningselementer.

Det skal nå gis noen eksempler.

Eksempel I

Et tilsetningsmiddel med sammensetningen 19,7% silicium, 3,04% bor, 30,5% nikkel og 16,9% krom, resten jern (ca. 35%) ble fremstilt som en tilsetningslegering (legering I) ved luft-smelting av 30% nikkel, 27% ferrokrom, 21% ferrobor og 22% ferrosilicium. Den smeltede legering ble støpt i grafittformer til avskrånede barrer med sirkulært tverrsnitt, og disse ble knust til stykker for anvendelse som smelte-tilsetninger.

15 vektdeler av legeringen ble tilsatt til et smeltet bad fremstilt ved smelting av 100 deler skrap av rustfritt stål av type 304, idet badsammensetningen var 0,096% C, 0,85% Si, 1,6% Mn, 9,4% Ni, 18,4% Cr, 0,025% P, 0,017% S, resten Fe. Tilsetnings-legeringens andel utgjør således ca. 13% av hele chargen etter tilsetning. Tilsetningslegeringen smeltet og blandet seg lett i smeltebadet, og metallsmelten' (stål IA) ble støpt til et kinesisk puslespill-mønster (KP) i råsand-former, idet støpingen ble av-sluttet ved 1454°C. ' Denne formen,med KP-mønster, som omfatter åtte innbyrdes forbundne plateformede fordypninger, anvendes til undersøkelse av. metallers støpbarhet, herunder metallsmeltens evne til å strømme gjennom passasjene i en komplisert form uten brå forandringer i strømningsretning som gjerne gir turbulens, slik at meta11strømmene løper sammen uten å inneslutte overflatefilmer og uten å danne foldningslinje-defekter, eksempelvis koldsveiser, og å fylle skarpe hjørner. , Støpeformen reproduserer vanskelige støpe-betingelser som man ofte har ved industriell produksjon av tynne kompliserte sandstøpte gjenstander. Visuell undersøkelse av støpe-stykkene av stål IA viste at metallet strømmet inn i formen på tilfredsstillende måte og fylte fine detaljerte seksjoner. Videre viste undersøkelsen at støpestykkene var av god kvalitet og uten

andre defekter såsom varmriss.

Eksempel II

En annen tilsetningslegering (legering II) ifølge oppfinnelsen ble fremstilt på lignende måte og hadde sammensetningen 34,6% Ni - 15,1% Si - 2,8% B - 19,8% Cr - 0,092% C, resten Fe.

Under kjølingen av denne legering begynte størkningen ved 1177°C. Legeringen var lett å knuse, f.eks. ved fall eller hamring..

Et austenitisk rustfritt stål (stål II) med sammensetningen 8,3% Ni - 0,42% Si - 17,7% Cr0- 1,17% Mn - 0,12% C, resten Fe,

ble induksjonssmeltet i luft, og en del av smeiten ble støpt ved 1510°C i en råsand-form (KPII-1). Bruddstykker av legering II

ble så tilsatt til resten av smeltebadet av stål II i en andel på

15 deler legering II pr. 100 deler stål II. Én porsjon av det resulterende bad (stål IIA) ble støpt ved 1510°C i en annen KP-mønstret form, hvorved man fikk støp KPII-2, og en ytterligere porsjon ble støpt ved 1454°C i en tredje KP-mønstret form, hvorved man fikk støp KPII-3. Resten av badet ble- holdt ved 1454°C i 10 minutter, og tilslutt ble en porsjon stål IIA støpt ved 1454°C i en fjerde KP-form, hvorved man fikk støp KPII-4. Undersøkelse av de fire støpestykkene viste at: KPII-1 hadde mer enn 20 synlige foldelinjedefekter ved minst hver femte fordypning, skjønt metallet hadde strømmet inn i seks av fordypningene og omtrent halvveis inn i den syvende.

KPII-2 hadde bare en mindre foldning, nemlig i den femte fordypning, skjønt metallet bare hadde runnet delvis inn i den sjette fordypning.

KPII-3 hadde alle de åtte fordypningene fylt uten noen foldninger, men hadde en defekt i en av fordypningene.

KPII-4 hådde seks fordypninger fylt uten noen foldninger.

Overflaten av KPII-1 og KPII-2 hadde endel 'påbrennings"-ruhet nær formens innløp på grunn av den høyere støpetemperatur, mens KPII-3 og KPII-4 ikke hadde noen "påbrenning" og hadde bedre, glattere overflate.

Mens forskjellene i antallet fordypninger som ble fylt, sannsynligvis skyldes små variasjoner i støpetemperaturen og støpe-teknikken, var de tre støpestykkene av stål IIA etter tilsetning av legering II langt mer fri for foldningslinjedefekter enn støpe-stykkene KPII-1.. Sammenligning mellom KPII-4 og KPII-3 viste at de gunstige virkninger av tilsetningen av legering II på støpbarheten ikke avtok, hvilket er viktig i støperipraksis når et stort antall former fylles fra en og samme smelte.

Tilsetningsmidler ifølge oppfinnelsen anvendes med særlig fordel ved fremstilling av støpestykker av austenitisk rustfritt nikkel-krom-stål inneholdende ca. 3% silicium og 0,5% bor.

Claims (9)

1. Metallurgisk tilsetningsmiddel, karakterisert ved at det inneholder 7-50% nikkel, 12-40% silicium, 2-10% bor, 16-30% krom, 0-0,2% karbon, 0-6% mangan, 0-6% fosfor, 0-10% molybden og 0-10% kobber, resten, bortsett fra forurensninger, jern i en mengde på minst 10%.

2. Tilsetningsmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder 30-45% nikkel, 14-22% silicium, 2,5-5% bor, 16-30% krom, 0-0,15% karbon, 0-2% mangan, 0-5% fosfor, 0-5% molybden og.0-5% kobber, resten jern, bortsett fra forurensninger.

3.T ilsetningsmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder 40-50% nikkel, 25-35% silicium, 3,5-5,5% bor, 16-22% krom, 0-0,15% karbon, 0-2% mangan, 0-5% fosfor, 0-6% molybden og 0-9% kobber, resten, bortsett fra forurensninger, jern i en mengde på 10-20%.

4. Tilsetningsmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder 7-20% nikkel, 30-40% silicium, 5-9% bor, 16-22% krom, 0-0,15% karbon, 0-2% mangan, 0-2% fosfor, 0-10% molybden og 0-5% kobber, resten jern, bortsett fra forurensninger.

5. Tilsetningsmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder 30-40% nikkel, 14-18% silicium, 2-3,5% bor, 20-25% krom, 0-0,2% karbon, 0-2% mangan, .0-0,02% fosfor, 0-10% molybden og 0-10% kobber, resten, bortsett fra forurensninger, jern i en mengde på minst 10%.

6. Tilsetningsmiddel ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det er i form av en legering.

7. Fremgangsmåte hvor nikkel-krom-legeringers støpe-egenskaper forbedres ved tilsetning av et middel ifølge et av de foregående krav til en ovnscharge eller et smeltet bad.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at ovnschargen eller badet har sammensetningen til en austenitisk nikkel-krom-legering inneholdende minst 7% nikkel, minst 16% krom og minst 50% ialt av nikkel og/eller' jern og har en liquidus-temperatur på minst 12 60°C.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at tilsetningsmidlet tilsettes i mengder på 5-25 deler pr. 100 deler ovenscharge eller bad.