SE443373B - Sett att framstella ferdiga metallgjutstycken med forbettrad ytkvalitet - Google Patents

Description

7803592-0 ligger i de flesta kontinuerligt gjutna stâlformer en centrum- region innehållande krympporositet. Icke desto mindre elimine- ras dessa blåsor och regioner av porositet i det närmaste full- ständigt under efterföljande valsning, och den färdiga, bearbe- tade produkteñ innehåller i själva verket ej något spår av den ursprungliga porositeten. .

På ett liknande sätt är ytdefekter i göt, platiner och ämnen ej ett problem för framställaren av bearbetade pro- dukter, eftersom dessa är mellanprodukter som undergår avse- värd mekanisk omarbetning och plastisk deformation före leve- rans. När ytdefekter uppträder kan de dessutom med lätthet av- lägsnas genom slipning eller gashyvling innan ytterligare meka- nisk behandling. I motsats till detta är ytkvaliteten hos gjut- stycken mycket viktig eftersom gjutstycken är färdigprodukt och varje defekt måste avlägsnas genom dyrbar och tidskrävande manuell slipning, gradning eller mejsling. Den så föranledda håligheten måste utfyllas genom svetsning eller påläggning av metall. Dessutom kan ytreparationer minska dimensionsnoggrann- heten och de mekaniska egenskaperna hos gjutstycket.

Det är därför tydligt att eftersom göt, plattämnen och ämnen är mellanprodukter kan vissa yt- och inre defekter to- lereras i dem, medan i gjutstycken sådana defekter ej kan tole- reras, eftersom gjutstycken gjutes direkt till deras färdiga form. _ 'Gjuteriindustrin har länge dragits med ett antal svå- ra problem föranledda genom otillfredsställande gjutstycken. sa problem är att tillskriva såväl ytdefekter som inre defek- Des ter. Medan många ytdefekter kan undanröjas genom ovannämnda dy- ra färdigställningsoperationer, måste ofta gjutstycken med inre defekter skrotas, omsmältas och gjutas om. En del av de vanliga ytfelen i gjutstycken inbegriper: varmsprickor, ytsprickor, grov yta, och hål i storlek från småporositet till stora gas- blåsor. I allmänhet är den ursprungliga -anledningen till dessa defekter ej väl känd. Följaktligen.erfordrar smältnings- och gjutningspraxis för att framställa tillfredsställande gjut- stycken en stor mängd av erfarenhet och empirisk bedömning. In- re defekter är i huvudsak porositet och inneslutningar som o- gynnsamt påverkar de mekaniska egenskaperna hos gjutstyckena, 7803592-0 d.v.s. hållfastheten, duktiliteten, segheten och slagsegheten.

Ovannämnda defekter, såväl som andra såsom sprödhet, åldrings- härdning och närvaron av flakes eller vita fläckar, tros vara tillskrivna närvaron av oreglerade mängder av syre, kväve, väte, fosfor och svavel i smältan. Följaktligen har det länge varit ett syfte inom gjuteriindustrin att framställa täta gjutstycken med låga eller reglerade nivåer av dessa fem element. Vid fram- ställning av gjutstycken av rostfritt stål, där korrosionshär- digheten är av avgörande vikt, är det ofta ännu ett syfte att framställa täta gjutstycken med låga kolnivåer.

Gjutdefekter avhjälpas vanligtvis under de.sâ kallade färdigställningsoperationerna. De flesta av dessa operationer fordrar kraftig arbetsinsats och är följaktligen mycket dyra.

Dessutom består många av färdigställningarna i slipning som för- anleder stoft som kan vara skadligt för hälsan. En del gjut- stycken kan emellertid ej repareras på grund av att en kritisk användning av gjutstycket ej tillåter detta. I sådant fall måste de felaktiga gjutstycket skrotas. Följaktligen har gju- teriteknikenlänge sökt efter ett sätt som kunde förbättra gjut- styckena Såväl beträffande deras ytkvalitet som deras fysika- liska egenskaper.

Olika metoder har tillämpats inom gjuteritekniken för att raffinera smältor före gjutning i syfte att förbättra kva- liteten hos de resulterande gjutstyckena. Det slutgiltiga ste- get hos smältning inbegriper ofta någon form av rening eller renings- eller raffineringsbehandling avsedd att påverka mikro- strukturen och renhetsgraden hos gjutstycket. Sådana behand- lingar inbegriper vanligtvis blåsning av gaser eller tillsätt- ning av vissa reagenser till ugnen eller överföringsskänken.

Dessa behandlingar kan inbegripa avkolning, avfosforering, desoxidation, avsvavling och avgasning.

Innan föreliggande uppfinning genomfördes avkolning av smält stål för gjutstycken vanligtvis genom att man blåste syre in i smältan genom en smältande lans instucken genom en öppning i ugnen. Denna teknik för avkolning är i första rummet farlig för operatören eftersom den exponerar honom mot varm metall och gnistor, eftersom operatören vanligtvis håller i lansen manuellt, som är synnerligen riskabelt. Dessutom är den- 7803592-0 na avkolningsteknik ofta mindre noggrann eftersom syret ej alltid reagerar med badet. Följaktligen är det ofta nödvändigt att på nytt blåsa det smälta stålet på grund av att otillräck- lig mängd kol avlägsnas från början. Sådan tidigare tekniks metod för avkolning tenderar dessutom att alstra en stor mängd rök som är farlig för hälsan och smutsar ner omgivningen.

Eftersom närvaron av syre är känd att vara skadlig för egenskaperna hos gjutstyckena, desoxiderar gjuterierna van- ligtvis den smälta metallen före gjutning. Desoxidering er- fordras dessutom i allmänhet för att förhindra bildandet av blåsor under stelning. Detta uppnås normalt genom tillsättning av välkända desoxidationsmedel såsom kisel eller aluminium, och även genom tillsättning av speciella desoxidanter, såsom “Calcibar" och “Hypercal". Uppnâendet av en väldesoxiderad smälta före gjutning är väsentligt för framställning av täta, sega gjutstycken.

Avsvavling av smält stål för gjutstycken, innan fö- religgande uppfinning, har generellt genomförts genom bildan- det av basiska slagger i ugnen, d.v.s. slagger innehållande ett högt förhållande av kalk till kiseldioxid, eller kalk till aluminiumoxid, och genom att därefter blanda slaggerna med väldesoxiderad metall. Jämvikt mellan slaggen och metallen iföranleder svavlet att överföras från metallen till slaggen.

Denna process är mycket långsam, erfordrar ofta flera timar, i synnerhet när mycket låg svavelhalt önskas (d.v.s. under 0,005 %). Det är ofta nödvändigt att avlägsna slaggen och fram- ställa en ny sådan. Ibkmfi måste detta steg upprepas flera gånger i syfte att nå den önskade låga svavelnivån. Denna pro- cess är mycket arbets- och tidskrävande, och exponerar alltför' mycket ugnsoperatören för smält_metall och ohälsosam rök. En alternativ, och mycket mera dyr avsvavlingsteknik är att till- sätta dyra svavelbortrensningselement, såsom kalcium, magne- sium eller sällsynta jordartsmetaller, till ugnen omedelbart före tappning eller till överföringsskänken. Kostnaden för denna teknik, såväl som dess icke reproducerbarhet, förhindrar dess allmänna tillämpning. I Kända avgasningsbehandlizxgar vakuumsmältning, vakuumavgasning, såväl som avgasning genom bubbling av renso-' p7soss92-0 pande gaser, såsom argon, genom smältan. Medan argonavgasning i skänkeln, före gjutning, kan förbättra kvaliten hos gjutstyc- kena genom att sänka väte- och syrehalten hos smältan, avlägs- nar den ej alla föroreningar eller når låga vätenivåer inom tillgänglig begränsad tid. Eftersom tiden som stårtill buds för avgasning är kraftigt begränsad genom värmeförlust från avgas- ningskärlet, har det visat sig att det ej är möjligt att sänka den upplösta gashalten tillräckligt för många tillämpningar.

Dessutom avlägsnar avgasningen i sig själv ej svavel och kan nödvändiggöra âtervärmning av smältan i syfte att erhålla tillräcklig flytbarhet för gjutning.

-Innan föreliggande uppfinning använde gjuteritekniken därför ovan beskrivna tekniker i en strävan efter att framstäl- la felfria gjutstycken. Dessa tidigare tekniker är emellertid dyra, ofta mindre noggranna eller icke-reproducerbara, tids- krävande, generellt hälsofarlig för operatören, och i stort sett otillräckliga för att uppfylla industrins krav. Följakt- ligen erfordras fortfarande omfattande reparationer av gjut-. styckena sedan de stelnat. I gjutstycken som exempelvis är av- sedda för nukleära tillämpningar överstiger i själva verket kostnaden för inspektion och reparation materialvärdet hos själva gjutstyckena.

Under de senaste 25 åren har framställare av bearbe- tade stålprodukter gjort stora vinster i att förbättra deras behandllingsteknik för den smälta metallen genom tillämpning av ett flertal nu välkända raffineringsprocesser såsom processerna med förkortningarna BOF, AOD, OBM eller Q-BOP och LWS. US-pa- tentskrifter som beskriver dessa processer är följande: 2 800 631, 3 252 790, 3 706 549, 3 930 É43 och 3 844 768.

Framställning av bearbetade stål innehållande reglerade nivåer av kol, fosfor, svavel, syre, kväve och väte är nu med lätthet och ekonomiskt bärbart genom riktigt val av någon, eller en kombination av mer än en, av ovannämnda processer. Inom gjute- riindustrin har emellertid jämförbara framsteg lyst med sin frånvaro. Medan industrin vid olika tidpunkter har framställt produkter med låga eller nsflerade nivåer av ett eller möjligen två av ovannämnda sex element, har framställning av gjutstycken 7803592-0 e med låga eller reglerade nivåer av alla sex elementen hittills ej varit möjlig, och följaktligen har värdet av eller fördelar- na med att vara i stånd att reglera alla sex elementen hit- tills ej varit kända. _ Den pneumatiska behandlingen av smält rostfritt stål för framställning av bearbetat stål genom den samtidiga in- sprutningen av argon och syre i smältan, vanligtvis benämnd som AOD-processen, har nått brett kommersiellt accepterande hos rostfria ståltillverkare för framställning av bearbetade pro- dukter. Den grundläggande AOD-raffineringsprocessen beskrives av Krivsky i US-PS 3 752 790. En förbättring utöver Krivsky hänförande sig till en programmerad blåsning av gaserna beskri- ves av Nelson et al, US-PS 3 046 107. Användandet av kväve i kombination med argon och syre för att uppnå förutbestämda kvä- yehalter beskrives av Saccomano et al i US-PS 3 754 894. En mo- difikation av AQD-processen visas även av Johnsson et al i US-PS 3 867 135, varvid användes ånga eller ammoniak i kombi- nation med syre för att raffinera smält metall.

Det bör observeras här att ej någon av ovannämnda pneumatiska smältraffineringstekniker har, innan föreliggande uppfinning, använts av gjuteriindustrin för framställning av gjutstycken. _ Ett syfte med föreliggande uppfinning är att förbätt- ra ytkvaliteten, inre kvaliteten och de fysikaliska egenskaper- na hos gjutstycken.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att förbättra sättet att framställa gjutstycken genom pneumatisk raffinering av smältan innan gjutning. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att öka utbytet av acceptabla gjutstycken. U Det har nu upptäckts att genom pneumatisk raffine- ring av smältan i ett separat kärl innan gjutning, gjutstycken av en kvalitet överlägsen den hittills erhållbara kan framstäl- ilas. Sådana gjutstycken har överraskande överlägsen såväl yt- kvalitet som inre kvalitet.

Ovannämnda och andra syften, som kommer att framgå för fackmannen på området, uppnås genom föreliggande uppfinning, vil- ken i huvudsak kännetecknas av åtgärderna a) att smälta utvalda ' 7803592-0 chargematerialet i en ugn, b) att överföra smältan från smältugnen till ett raffi- neringskärl, försett med åtminstone en forma under smältans i kär- let yta, c) att raffinera smältan genom att i densamma genom for- man (formorna) införa en syrehaltig gasblandning innehållande 10 - 90 % av en utspädningsgas och därefter införa en renande gas i smältan genom forman (formorna), _ d) att tappa smältan i en form eller formar för färdiga gjutstycken i vilken eller vilka smältan får stelna och e) att avlägsna det slutliga gjutet från formen (for- marna).

Företrädesvis omgives den syrgashaltiga gasströmmen med en ringformig ström av ett skyddande fluidum.

Uttrycket "raffinering" som användes i föreliggande beskrivning och patentkrav avser att inbegripa en eller flera av följande effekter: avkolning, avfosforering, avsvavling, av- gasning, desoxidation, legerande med gas, föroreningsoxidation, föroreningsförflyktning, slaggreduktion- och rotation och homo- genisering av icke-metalliska föroreningar. Föreliggande upp- finning är tillämplig för raffinering av varje järn-, kobolt- eller nickellegering, och uttrycket "metall" användes i den be- tydelsen.

Uttrycket "utspädningsgas" som här användes avser att beteckna en eller flera gaser som sättes till syrgasströmmen för syftet eller funktionen att minska partialtrycket hos kol- monoxiden i gasbubblorna som bildas under avkolning av smältan, och/eller för syftet att förändra matningsmängden av syrgas till smältan utan att väsentligen förändra den totalt inspru- tade gasströmsmängden. Lämpliga utspädningsgaser inbegriper: argon, helium, väte, kväve, kolmonoxid, koldioxid, ånga och kolvätegaser, t.ex. metan, etan, propan och naturgas. Argon är den mest föredragna utspädningsgasen.

Uttrycket "skyddande fluidum“ som här användes avser att inbegripa ett eller flera fluider som omger den syrehaltiga gasen och skydda munstycket och omgivande eldfasta infordring från alltför kraftig nötning. Lämpliga skyddande fluider inbe- griper: argon, helium, kväve, väte, kolmonoxid, koldioxid, kol- v7soz592-om vätefluider (gas eller vätska) och ånga. Metan, etan, propan eller naturgas är lämpliga kolvätegaser. Nr. 2 dieselolja är en lämplig kolvätevätska. Argon är det mest föredragna skyd- dande fluidet. 7 Uttrycket "rênöflflê 9aS"f som här användes avser att beteckna en eller flera gaser som fungerar för att avlägs- na föroreningar från smältan genom förflyktning eller överfö- ring till slagg genom infångning eller reaktion med slaggen.

Lämpliga renanåê gaser inbegriper: argon, helium, kväve och ånga. Argon är även den föredragna renande gasen.

Gjutstycken med förbättrad eller överlägsen ytkvali- _tet definieras som färdiga gjutstycken vilka, jämfört med ti- digare teknik, erfordrar minskad rengöring, slipning, mejsling, svetsning eller annan reparation. Sådan förbättrad ytkvalitet kan bevisas genom en minskad nivå av defekter fastställda un- der färginträngning eller magnafluxprovning.

I Gjutstycken med förbättrad eller överlägsen inre kva- litet definieras som färdiga gjutstycken vilka, jämfört medi tidigare teknik, visar en eller flera av följande egenskaper: en lägre nivå av inneslutningar, finare kornstorlek i det gjut- na tillståndet, minskad inre porositet, minskad tendens för väte- flakes under maskinbearbetning, minskad närvaro av defek- ter iakttagna genom röntgenstråleteknik eller bättre fysika- liska egenskaper såsom seghet.

Ritningsfiguren visar en tvärsektionsvy av ett före- I draget raffineringskärl eller -konverter för att användas vid genomförandet av sättet enligt föreliggande uppfinning.

Det förväntades att användandet av pneumatisk raffi- nering för behandling av stâlsmältor för gjutstycken skulle å- stadkomma de flesta av de kemiska fördelar som erhölls genom raffinering av smält stål för framställning av bearbetade stål- produkter. I synnerhet förväntades det att en viss förbättrad *ïnre kvalitet skulle erhållas genom bättre desoxidering av smältan, genom bättre avskiljning av desoxidationsprodukter, och genom uppnâende av lägre svavelnivåer och lägre vätehalt.

Emellertid upptäcktes det överraskande att pneumatisk raffine- ring i enlighet med föreliggande uppfinning åstadkommer för- 7805592-0 bättringar i ytkvaliteten hos gjutstyckena vida utöver varje förväntan, att den åstadkommer gjutstycken med kraftigt förbätt- rad hållfasthet, duktilitet och seghet, och att den möjliggör framställning av gjutstycken med vida överlägsen kvalitet jäm- fört med den tidigare erhâllbar för låglegerade stål och kol- stål.

Som ett resultat av föreliggande uppfinning är gjute- rier nu i stånd att gjuta med avsevärt förbättrad garanti för att erhålla tillfredsställande gjutstycken, såväl som att er- hålla gjutstycken med högre kvalitet. Mera specifikt har ytkva- liteten hos de resulterande gjutstyckena färre sprickor och minskade varmsprickor. Dessutom har det visat sig att tillämp- ning av föreliggande uppfinning åstadkommer en slätare yta hos gjutstycket, som tros vara resultatet från minskad växelverkan mellan sandformen och smältan. Det har även visat sig att de fysikaliska egenskaperna hos gjutstyckena har överraskande för- bättrats. Förbättringarna tros hänföra sig till de lägre nivåer- na av inneslutningar, färre väte-flakes, såväl som lägre poro- sitet i gjutstyckena framställda i enlighet med föreliggande uppfinning. Smält stål behandlat i enlighet med föreliggande uppfinning har en högre flytbarhet vid samma temperatur än icke behandlad metall, resulterande i överlägsna gjutstycken, efter- som metallen kommer att strömma in i mindre eller mera intri- kata hålrum än icke-raffinerad smälta. Alternativt kan samma flytbarhet uppnås vid en lägre gjuttemperatur. Detta återigen bidrager till förbättrad ytkvalitet hos gjutstycket.

Den pneumatiska raffineringsbehandlingen enligt före- liggande uppfinning kan med fördel tillämpas på varje typ av järn- eller stålsmälta, och även på kobolt- och nickellegering- ar, normalt använda för framställning av metallgjutstycken.

Den har emellertid visat sig vara speciellt gynnsam vid behand- ling av ferritiska och austenitiska rostfria stål, låglegerade stål och kolstål. Speciella fördelar erhålles i gjutstycken gjorda av stål såsom WC6 och HY80 som är känsliga för väte-fla- kes såväl som för varmsprickning. Höghållfasta stål såsom HYl3O som normalt erfordrar omfattande mejsling, slipning och svetsning i syfte att reparera gjutna defekter, förbättras märk- 7803592-0 10 bart enligt föreliggande uppfinning, resulterande i avsevärda besparingar i färdigställningskostnad. Austenitiska rostfria kvaliteter såsom CN7M, CH20, CKZO, 3l0L, och 347L, vilka, in- nan föreliggande uppfinning, var extremt svåra att gjuta utan sprickbildning eller mikrosprickning, kan nu följande av före- liggande uppfinning med lätthet gjutas utan risk för sprick- bildning.

Fördelarna med föreliggande uppfinning medan den till- lämpbar på små, enkla gjutstycken såväl som på komplicerade el- ler stora sådana, är av speciell betydelse vid framställning av högkvalitativa gjutstycken som erfordras t.ex. för pumpar, och turbiner använda inom flygindustrin, skeppsbyggnadsindu- strin och kärnkraftsindustrin.

Förutom de ovan beskrivna överraskande resultaten en- ligt-föreliggande uppfinning, inbegriper andra fördelar som re- sultat av tillämpning av uppfinningen råmaterialbesparingar på grund av till minimum bragt oxidation av smält metall och på grund av möjligheten att använda låglegerade chargerings- material. ökad produktion blir även-resultatet från större noggrannhet vid uppnående av önskad smältsammansättning och mindre kassation på grund av förbättrad gjutstyckekvalitet.

Vid tillämpning av föreliggande uppfinning kan smält- ning av chargematerialen genomföras medelst någon känd teknik.

De mest vanliga gjuterismältugnar inbegriper bränsleeldade ugnar av härd- eller degeltyp, såväl som elektriska motstånds- ugnar, induktions- eller ljusbågsugn. De två sista föredrages.

Efter smältning av chargematerialen, överföres smältan medelst en skänk eller gjutes på annat sätt in i den pneumatiska kon- vertern visad i ritningsfiguren.

Ritningsfiguren är ett tvärsektionsvy av ett föredra- get raffineringskärl l att användas vid tillämpning av före- liggande uppfinning. Kärlet l består av en yttre stålmantel 2, borttagbartansluten till svängtappsring 3. Svängtappsringen och följaktligen käriatar tippbaragenomd att fast anslutas till icke visade drivorgan; i syfte att underlätta chargering, prov-. tagning, slaggborttagning och tappning, Manteln:2_är"infodrad"'- fmed"basiska eldfasta tegel-4t~Ett~arrangemang med borttagbar 7803592-0 ll mantel föredrages, eftersom flera mantlar är nödvändiga för att hålla igång en kontinuerlig drift. Medan en mantel är i an- vändning, infofdras reservmanteln eller reservmantlarna på nytt.

Ett horisontalt anbragt koncentriskt rörmunstycke 5 är belägetå i sidoväggen hos kärlet nära botten av kärlet för insprutning av fluiderna. Eventuellt kan munstyckena vara belägna i kär- lets botten i stället för eller förutom i sidorna. Företrädesvis användes emellertid åtminstone två munstycken, och belägna i sidoväggen hos kärlet, nära botten och horisontalt anbragta så att de blir asymmetriska. D.v.s. att två munstycken bör ej an- ordnas så att deras axlar, och följaktligen fluidumströmmarna insprutas diametralt motstâende varandra. Asymetrisk anbring- ning av munstyckena förbättrar blandningen och smältan medelst de insprutade gaserna. Munstycket 5 består av ett inre rör 6 och ett koncentriskt yttre rör 7. Syre enbart eller blandat med en utspädningsgas insprutas genom innerröret 6 och den skyddan- a de gasen insprutas genom det yttre röret 7 hos mnnstycket. Det åsenare formar en skyddande ringformig mantel kring syreström- men, vilken skyddar den eldfasta infodringen från snabb förstö- ring. Trycket hos fluidernamåste vara tillräckligt stort för inträngning i smältan. Företrädesvis är de absoluta trycken hos fluidemu1vid mnnstycksinloppen, hos såväl den centrala som den ringformiga kanalen, åtminstone två gånger större än de absoluta trycken hos fluidermavid utloppen. .

'En detaljerad beskrivning av ett lämpligt kärl och munstycken för genomförande av föreliggande uppfinning visas av Saccomano och Ellis i US-PS 3 703 279. Den renande gasen kan insprutas i smältan antingen genom samma munstycke eller 'munstycken som användes för syreströmmen eller genom separata munstycken; det förra föredrages. Företrädesvis, sedan syre- blåsningen avslutats, insprutas den renande.gasen genom den centrala kanalen hos munstycket såväl som genom den ring- formiga' kanalen' i syfte att förhindra smält metall från' att strömma tillbaka in i munstycket, där den skulle stelna.

I allmänhet genomföres raffineringssteget för smält metall enligt föreliggande sätt genom insprutning av syre och en utspädningsgas, såväl som ett skyddande fluidum (båda kan vara argon) i smältan genom de nedsänkta munstyckena. Avkol- 7803592-0 12 ningen, d.v.s. reaktionen mellan det insprutade syret och ko- let i smältan, åstadkommer reglerad oxidation av badkomponen- terna, såväl som värmet som upprätthåller badtemperaturen.

Smältan blåses från början med ett högt förhållande av syre till utspädnings- och skyddande gaser. Beroende på stålkomposi- tionen som skall raffineras.kan, efterhand som kolhalten hos smäl- U¥1SjWfiEfl7 fiàhålhæfiæt syre till utspädningsgas och skyddande fluidum sänkas, generellt i flera steg, i syfte att upprätthål- la gynnsamma termodynamiska tillstånd genom hela blåsningen.

Eftersom syret och andra gaser införas under smält- nivån och vid hög hastighet, äger utmärkt blandning rum inuti smältan och intima gas-metall och slagg-metall kontakter äger rum. Som ett resultat förbättras kraftigt reaktionskinetikerna hos samtliga kemiska processer som äger rum inuti kärlet. Det- ta tillåter avsvavling till mycket låga nivåer (under 0,005 %), inom mindre än l0 minuters blåsning och utan tillsättning av dyra avsvavlingsmedel såsom kalcium, magnesium eller sällsynta jordartsmetaller. Avfosforering av legeringar innehållande mindre än cirka 1 % krom kan med lätthet nås genom_avkolning av badet vid under 0,1 % kol genom användning av en gasbland- ning innehållande minst 75 % syre. Den så bildade fosforhaltiga slaggen måste sedan dekanteras före blåsning med en renan- de gas eller tillsättning av några reduceringsmedel, desoxi- danter eller avsvavlingsmedel.

Andra väsentliga fördelar enligt uppfinningen består i mycket noggrann reglering av slutgiltiga kolhalten och myc- ket låga restvärden för syre, kväve och väte. Typiska restvär- den för dessa tre element erhållna genom tillämpning av uppfin- ningen visas i tabell I.

Tabell I Rostfritt stål Låglegerat stål syre ' 40 - 70 ppm 20 - 50 ppm väte 2 - 4 ppm lz- 3 ppm kväve 150 - 200 ppm 20 - 50 ppm Dessutom minskas bly och zink i smältan till nivåer som är metallurgiskt icke skadliga. '7803592-0 13 De synergistiska resultaten erhållna medelst förelig- gande uppfinning, d.v.s. låg gashalt (syre, kväve och väte) tillsammans med låg svavelhalt och ökad flytbarhet hos smältan har förenats för att åstadkomma gjutstycken med hittills icke skådad ytkvalitet, inre renhet och förbättrade mekaniska egen- skaper. Tabell II jämför de kemiska och fysikaliska egenska- perna hos två gjutstycken av rostfritt stål kvalitet CAGNM, ett framställt enligt vanlig praxis och det andra enligt före- liggande uppfinning med ASTM specifikation A296.

Tabell II Kemisk kom- ASTM spec. Vanlig Enligt position (%) A296 praxis uppfinningen C 0,06 max 0,05 0,026 Mn 1,00 max 0,60 0,47 Si 1,00 max 0,55 0,96 Cr 11,5 - 14,0 12,70 12,81 Ni 3,5 - 4,5 3,80 4,00 MO 0,40- 1,00 0,50 0,57 S ' 0,03 max 0,025 0,022 P 0,04 max 0,020 0,025 Mekanisk brottgräns (kg/mmz) 77 min 115 122 ,s sträckgräns (kg/mmz) 56 min 100 108,3 förlängning (%) 15 min 29 21 areareduktion (%) 35 min 50 57 slagseghet vid rums- ej spec. 9,0 10,6 - 11,1 temp. Charpy V-skära (kgm) Man kan av tabell II se att gjutstycket framställt i enlighet med föreliggande uppfinning är överlägset i alla av- seenden, och i synnerhet beträffande slagseghet. Skillnaden i seghet är även ännu mera imponerande när man betänker att i detta speciella gjutstycke svavelnivån var 0,022 % snarare än 78035922-0 det vanliga värdet av mindre än 0,0l % som kan erhållas med pneumatisk raffinering. I detta fall användes ej någon spe- ciell avsvavlingsbehandling. g Med höghållfasta legeringar såsom HY-l30 har erhål-0 lits en 85 % förbättring i slagseghet än på ett gjutstycke framställt från HY-130 i enlighet med föreliggande uppfinning i jämförelse med ett gjutstycke av samma legering framställt från vakuumavgasad metall. Sådan hög slagseghet överskrider vi- da varje tidigare erhållen slagseghet på gjutstycken framställ- da från denna legering. ' ' Exempel l En elektrisk ljusbågsugn chargerades med 2853 kg HY-80 skrot, 2662 kg skrot av mjukt kolstâl och 136 kg kalk.

Energi tillfördes elektroderna och chargen smältes inom cirka l timme. Efter nedsmältningen reglerades kompositionen, i enlig- het med vanlig praxis, för att giva en ugnstappningskomposi- tion visad nedan, och vid en temperatur av cirka 17000 C.

Ovannämnda smälta tappades från ljusbågsugnen till en överföringsskänk, och chargerades sedani raffineringskärlet. 227 kg kalk, 45 kg MgO och 27 kg aluminium sattes till chargen.

Vid starten för den pneumatiska raffineringsperioden var tempe- raturen hos smältan l590° C. Smältan blåstes genom två nedsänk- ta, horisontala, koncentriska rörmunstycken, asymmetriskt an- bragta i nedre sidoväggen hos ett med eldfast material infod- rat raffineringskärl som visas i ritningsfiguren.

Blåsningsgasen, bestående av syre utspätt med argon, insprutades genom centrumröret hos munstyckena, Argon användes som skyddande fluidet, och insprutades genom den ringformiga kanalen hos munstyckena. Förhållandet mellan syreströmnings- mängd till den för de sammantagna argonströmningarna var 3 till l. Totalt insprutades 60,8 m3 syre. Den sammantagna gasström- ningsmängden hos de insprutade gaserna var cirka 169,8 m3/h.

Cirka 9 minuter efter strömningen började tillsattes 5,0 kg krom och 8,2 kg mangan till smältan. Vid slutet avflblåsningen var temperaturen hos smältan l690° C och kolhalten var 0,10 %.

Efter tillsättning av 45,3 kg av 50 % FeSi bestänktes och omrördes smältan genom insprutning av argon i en mängd av -cirka ll3,2 m3/h under 4 minuter genom båda kanalerna hos båda 7sns592éo 15 munstyckena. Smälttemperaturen vid denna tidpunkt var l650° C Smältan desoxiderades sedan på vanligt sätt och renades med argon under ytterligare 2 minuter innan den tappades i en skänk försedd med bottentappníng för efterföljande gjutning i formar. Ugnssatsningsanalysen och färdiganalysen för den raffi- nerade smältan vid gjutning angives nedan.

Analys % C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo % P % S ugnstappning 0,32 0,54 0,55 1,29 2,85 0,43 0,014 0,004 raffinerad smälta 0,l0 0,61 0,35 1,49 2,97 0,42 0,017 0,001 Exemgel 2 I jämförande syfte framställdes en på vanligt sätt behandlad smälta av HY-80 (ett lâglegerat stål) som följer. En elektrisk ljusbågsugn chargerades med 6800 kg HY-80 skrot, 24,9 kg krom, 6387 kg skrot av mjukt kolstål och 272 kg kalk.

Energi tillfördes elektroderna och chargen smältes' och värmdes till 1s3z° c :nam cirka 15 minuter. cirka 113,2 m3 tades sedan i badet medelst en handmanövrerad smältande lans. syre inspru- Den därvid bildade slaggen avskildes och badtemperaturen mät- tes till att vara 156s° c.

Följande tillsatser gjordes sedan till smältan: 90,7 kg kol, 227 kg 50 % Fesi, 227 kg kalk, 100 kg krom, l29 kg Ni och 29,9 kg Mo 03.

Energi tillfördes ånyo elektroderna och badtemperatu- ren ökades under en period av 45 minuter till 16600 C. Vid den- na punkt togs ett preliminärt prov som hade den nedan visade analysen. Därefter gjordes tillsatser av 227 kg kalk, 90,7 kg krom, 61,2 kg Ni och 12,7 kg FeMo, och smältan avkolades ytter- ligare genom insprutning av 189,6 m3 syre i badet medelst en handmanövrerad smältande lans. Efter cirka 20 minuters blås- ning uppmättes kolhalten vara 0,07 %. 124,7 kg SiMn och 59,4 kg av 75 % FeSi tillsattes och smältan tappades omedelbart och provtogs. Kompositionen hos färdigtappningen visas nedan. 7003592-0 16 Analys % C % Mn % Si % Cr % Ni % M0 % P % S preliminär 0,63 0,26 1,06 0,93 2,32 0,34 0,016 0 005 I ugnstappaa 0,10 0,63 0,47 1,40 2,79 0,40 0,015 0,007 Tabell III visar jämförelse mellan de fysikaliska egenskaperna hos gjutstyckena framställda från smältor beredda i exempel 2 ovan, vilka båda värmebehandlades på i huvudsak sam- ma sätt i enlighet med vanlig teknik.

Tabell III (HY-80) Exempel l Exempel 2 brottgräns (kg/mmz) , 72,2 71,9 sträckgräns (kg/mmg) 61,3 51,3 förlängning (%) 22 21 areareduktion (%) 2 55 53 slagseghet - Charpy V vid 2 8,0; 13,8; 5,03; 5,22; minus 73° C (kgm) 14,9 5,12 Av tabell III kan man se att samtliga egenskaper hos gjutstyckena, andra än den kraftigt förbättrade slagsegheten hos gjutstyckena framställda enligt föreliggande uppfinning, är i huvudsak desamma. Man kunde förvänta att erhålla liknande egenskaper eftersom såväl den kemiska kompositionen som värme- behandlingen av gjutstyckena var i huvudsak densamma. Den för- bättrade slagsegheten tros återspegla den förbättrade inre ren- heten hos smältan framställd i enlighet med föreliggande upp- finning. Medan denna ökning i seghet, i sig själv, är en avse- värd förbättring i kvaliteten hos gjutstycket, iakttogs ännu en förbättring av stor betydelse i reningen och färdigställningen av gjutstyckena. Gjutstyckena framställda från smälta enligt exempel l erfordrade väsentligt mindre rening, slipning, svets- ning och annan reparation än tidigare teknikens gjutstycke framställt från smältan enligt exempel 2. Denna förbättring var överraskande och ej förutsägbar från tidigare erfarenhet, och är av stor betydelse för gjuteriindustrin eftersom arbetslöne- besparingar representerar en väsentlig del av gjutstyckets kost- _ nad.. 7803592-0 Förutom de överraskande förbättringarna som ovan be- skrivits, har även iakttagits andra förbättringar på HY-80 gjutstycken framställda i enlighet med föreliggande uppfinning.

T.ex. uppgick antalet svetsningsreparationer på en experimen- tell gjutstyckeserie framställd enligt föreliggande uppfinning endast till 5, jämfört med att 95 reparationer medelst svets- ning erfordrades på samma gjutserie framställd enligt vanlig praxis. Gjutstycken framställda i enlighet med föreliggande uppfinning visade ej några väte-flakes ens i 330 mm tjocka sek- tioner.

Exempel 3 En elektrisk ljusbågsugn chargerades med 4058 kg skrot av 18-8 rostfritt stål, 18,1 kg kol och 227 kg kalk.

Energi tillfördes elektroderna och chargen smältes. Efter ned- smältningen reglerades sammansättningen på vanligt vis för att giva en komposition hos ugnstappningen som visas nedan och med en temperatur hos smältan av cirka 17000 C.

Ovannämnda smälta tappades från ljusbågsugnen till en överföringsskänk och chargerades sedan i raffineringskärlet. 227 kg kalk sattes till chargen. Vid påbörjande av den pneuma- tiska raffineringsperioden var temperaturen hos smältan 1599° C.

Smältan blåstes genom två nedsänkta, horisontala, munstycken av koncentriska rör, asymmetriskt anbragta i nedre sidoväggen hos raffineringskärlet visat på ritningsfiguren. Blåsningsgasen be- stod av syre utspätt med argon och insprutas genom centrumrören.

Argon insprutades som det skyddande fluidet genom den ringfor- miga kanalen hos munstyckena. Förhållandet syre till de samman- tagna argonströmningsmängderna var 3 till l. Totalt insprutades 50,9 m3 syre. De sammantagna strömningsmängderna av insprutade gaser (d.v.s. syre plus argon) var cirka 198 m3/h. Efter 21 mi- nuters blåsning vid förhållande 3:1 var smälttemperaturen 17160 C och kolhalten 0,15 %. Förhållandet syreströmningsmängd till den av sammantagna argonströmningar ändrades då till 1:1.

Vid detta förhållande fortsattes insprutningen under cirka 15 minuter, under vilken tid 28,3 m3 syre totalt insprutades. Där- efter ändrades förhållandet syre till sammantagna argonström- ningar återigen till l:3 och 2,83 m3 syre insprutades under 4 mi- 7803592-0 18 nuters tid. 181,4 kg av FeCrSi, 45,3 kg kalk och 97,5 kg av 50 % FeSi tillsattes sedan, och smältan omrördes och :enades under 17 minuter med argon enbart insprutat genom båda kanaler- na hos båda munstyckena. Tappningstemperaturen var 16040 C.

Smältan tappades sedan in i en ljusskänk med bottenplugg för efterföljande gjutning i formar.

Analys I % C % Mn % Si % Cr % Ni % Cu % Mo % P % S ugns- tappning 0,35 0,75 0,34 19,29 8,95 0,34 0,65' 0,029 0,00 raffinerad . smälta 0,02 0,70 1,47 20,09 9,54 0,33 0,63 0,028 0,00 Exemoe1'4 I jämförande syfte framställdes en på vanligt sätt be- 8 handlad smälta av 18-8 rostfritt stål såsom följer. En elekt- risk ljusbågsugn chargerades med 8483 kg 18-8 skrot, 169,6 kg FeNi, 68 kg kol och 1134 kg kalk. Energi tillfördes elektro- derna och chargen smältes och värmdes till l566° C inom cirka 118 minuter. Ett preliminärt prov taget vid denna tidpunkt ha- de den komposition som visas nedan. Cirka 339,6 m3 syre inspru- tades sedan i_badet medelst en handmanövrerad skärpande lans.

Den bildade slaggen avlägsnades och följande tillsatser gjor- des till smältan: 1033 kg FeCrSi, 136 kg CFeCr med låg kolhalt, 363 kg kalk, 36,3 kg Nickel.

Energi tillfördes ånyo elektroderna och smältan tappa- des i en skänk för efterföljande gjutning i formar. Komposi- ' tionen hos det preliminära provet och kompositionen hos den slutgiltiga tappningen visas nedan.

Analys % % Mn % Si % Cr % Ni % Mo % P % I preliminär 0,45 0,58 0,42 17,65 8,78 0,83 0,028 0,010 tappning 0,05 0,63 1,21 19,84 8,85 0,78 0,033 o,oos De mekaniska egenskaperna hos gjutstyckena framställ- da av smältorna enligt exemplen 3 och 4, d.v.s. enligt uppfin- 7803592-0 19 ningen respektive tidigare teknik, var i huvudsak desamma.

Emellertid var den genomsnittliga tid som erfordrades för re- ning och reparation, baserad på sex gjutserier, gjorda enligt uppfinningen cirka 30 % mindre än den genomsnittliga tid som erfordrades för rening och reparation av sju liknande gjutse~ rier framställda enligt tidigare teknik.

Claims (11)

78103592-0 zo Patentkrav

1. -Sätt att framställa färdiga metallgjutstyckexï med förbättrad in- re kvalitet och förbättrad ytkvalitet, k ä n n e t e c k n a i'- av åtgärderna a) att smälta utvalda chargematerial i en ugn, b) att överföra smältan från smältugnen till ett raffi- neringskärl, försett med åtminstone en forma under smältans i kärlet yta, c) att raffinera smältan genom att i densam- ma genom forman (formorna) införa en syrehaltig gasblandning innehållande 10 - 90 % av en utspädningsgas och därefter in- föra en renande gas i smältan genom forman fformorna), d) att tappa smältan i en form eller fornarför färdiga gjutstycken i vilken eller vilka smältan får stelna och e) att avlägsna det slutliga gjutet från formen (formerna).

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den syrgashaltiga gasströmmen omgives med en ringformig ström av ett skyddande fluidum.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att utspäd- ningsgasen väljas från en grupp bestående av argon, helium, väte, kväve, kolmonoxid, koldioxid, ånga och en kolvätegas.

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ute spädningsgasen är argon.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n-n e t e c k n a t av att den renandegasen väljes från en grupp bestående av argon, helium, kväve och ånga.

6. Sätt enligt krav_1, k ä n n e t e c k n a t av att den renande gasen är argon.

7. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det skyddande fluidet väljes från en grupp bestående av argonf helium, väte, kväve, kolmonoxid, koldioxid, ånga och ett kol- vätefluidum.

8. Sätt enligt krav 2, k ä n_n e t e c k n a t av att det skyddande fluidet är argon. 21_ vsossaz-o

9. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att raffineringskärlet förses med minst två nedsänkta munstycken.

10. Sätt enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att munstyckena lokaliseras i sidoväggen hos kärlet nära botten, anordnas horisontalt, och anbringas så att munstycksaxlarna är asymmetriska.

11. sättenligi-.kravm kännetecknat avatt det absoluta trycket hos de insprutade fluiderna vid munstycks- inloppen hålles minst tvâ gånger det absoluta trycket hos fluiderna vid munstycksutloppen.