DD143632A5

DD143632A5 - Verfahren zur aufbereitung von eisenlegierungen

Info

Publication number: DD143632A5
Application number: DD79212076A
Authority: DD
Inventors: Mario Gorgerino; Daniel Videau
Original assignee: Universelle Acetylene Elect
Priority date: 1978-04-06
Filing date: 1979-04-06
Publication date: 1980-09-03
Also published as: FI68665B; FR2421948B1; NO152452B; FI791106A7; CA1155688A; MX6617E; JPS54136517A; DE2965601D1; ES479405A1; ATA245979A; AU4603179A; FI68665C; FR2421948A1; YU82579A; EP0004819A1; NO791147L; NO152452C; AU528318B2; US4414027A; EP0004819B1

Description

Me vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Eisenlegierungen, wie zum Beispiel lamellarem Gußeisen und/oder von Gußeisen mit Kugelgraphit oder von Stählen*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eisenlegierungen können eine Reihe von Gießfehlern .'aufweisen, wie z.B. Nadelstichporen, Lunkerungen oder Gußblasen, Karbidbildung_β

Die Nadelstichporen sowie die Gußblasen stellen die'hauptsächlichen Fehler der Formlinge insbesondere aus Gußeisen mit Kugelgraphit dar» Diese Gußblasen werden auch als Lunkerungen bezeichnet und stellen den Fehler B 221 der internationalen Klassifizierung der Gießfehler dar. Die Nadelstichporen befinden sich im allgemeinen unter der Haut des Gußstückes und erscheinen im allgemeinen in Form von Körnerns, wobei sie den Fehler B 123 der internationalen Klassifizierung der Gußfehler darstellen.

Die Anisotropie ist ein Fehler der Stähle, die dann in Längsrichtung gegenüber der Querrichtung unterschiedliche mechanische Eigenschaften insbesondere bezüglich der Schlagzähigkeit aufweisen. .

21· 9. 1979

O 22 O/ 212 076

212

ITach bekannten Verfahren wird Gußeisen mit Kugelgraphit durch Zusatz -von Magnesium zu einem Rohguß mit folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent ausgedrückt) aufbereitet:

G '—	3	,3	bis 3,8	?
Si'.=-	1	,8	bis 3;
Mn =?	O	,10	bis 0,	50;
P —		<	bis 0,	05;
			bis 0,	020.

Bas Magnesium wird entweder in Form von reinem Metall oder öfter in Form von Fe-Si-Mg-Legierungen zugesetzt. Einige dieser Legierungen enthalten Zer (0,2 bis 0,4 % der Legierung), um die gegebenenfalls auftretende Wirkung von Pb, Bi, As,"die jeweils knötchenhildungshemmende Elemente sind, zu vermeiden. "Das so behandelte Gußeisen erstarrt gemäß beiden Diagrammen "Fe-CFe " und "Fe-Graphit".

Der Zusatz von Magnesium im Gußeisen hat folgende Auswirkungen:

.a) Neigung zur Erstarrung nach dem metastabilen Diagramm Fe-CFe-, welche zur Bildung von Karbiden führt»

b) Dieser Erstarrungsvorgang erfordert bedeutende Unterkühlungen. Der Umfang der Unterkühlungen hängt von der Erstarrungsart ab, wobei letztere zum Teil nach dem DiagrammⁿFe-CFe^'^f und zum 'Teil nach dem Diagramm "Fe-Graphit" stattfindet. Zur Zeit ist der Erstarrungszyklus durch den Aufbereitungsvorgang nicht kontrolliert.

21. 9. 1979

C 22 0/ 212 076

c) Mit einer bedeutenden Impfung kann man im allgemeinen zu dem Fe-Graphit-Diagramm zurückkommen, aber die erzielten Ergebnisse sind im allgemeinen unregelmäßig, weil sie von dein Kühlungsmodul der Gußstücke oder bestimmter Bereiche derselben abhängen.

Mit diesem Verfahren kann in lamellaren grauen Gußeisen die Bildung von Karbiden verhindert werden. Versuche-mit lamellaren grauen Gußeisen oder mit Stahl, die mit Hilfe von "Mischmetal!" "(veränderliche Mischung von 15 Seltene-Erden-Slementen) oder mit Hilfe von Silicium-Verbindungen Seltener Erden durchgeführt worden sind, haben nu-r begrenzte, nicht übereinstimmende und in der Praxis nicht eansetzbare Ergebnisse gegeben. . · '

Ziel der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die genannten Nachteile zu beheben und ein Verfahren bereitzustellen, das bestimmte Fehler der Eisenlegierungen, wie insbesondere Nadelstichporen, Lunkerungen in Gußeisen mit Kugelgraphit, Karbidbildung in lamellarem Gußeisen, Anisotropie der Stähle oder dergleichen verringert oder sogar behebt, -wobei dieses Verfahren eine praktische Anwendung in der Industrie ermöglichen sowie die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Eisenlegierungen verbessern soll«

Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aufzuberei

21. 9* 1979

O 22 C/ 212 0?6

tenden Eisenlegierungen geeignete Zusätze beizumischen.

Brfindungsgemäß wird den Eisenlegierungen im Verlaufe ihrer Aufbereitung eine Beimischung von mindestens 0,0001 Gewichtsprozent bis 0_s5 - 2 Gewichtsprozent Lanthan zugegeben. Vorzugs-weise sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Beimischung von etwa 0,0001 Gewichtsprozent bis O_SO1 Gewichtsprozent (d.h. 100 ppm) Lanthan zu der Eisenlegierung im Laufe ihrer Aufbereitung vor.

Gemäß einem, bevorzugten Merkmal der vorliegenden Erfindung können etwa 0,001 Gewichtsprozent (d, h. 10 ppm) bis 0,01 Gewichtsprozent und vorzugsweise etwa 0,003 Gewichtsprozent (d. h. 30 ppm) Lanthan der Eisenlegierung während der Aufbereitung zugesetzt werden.

te

Gemäß einem anderen Merkmal· der vorliegenden Erfindung wird das Lanthan in Form von Legierungen mit jedem Metall, welches mit Lanthan eine einheitliche Verbindung bilden kann, d. h,, welches mit Lanthan allein oder in Verbindung mit anderen Seltenen Erden für einen Zusatz von 0.01 bis 90 Gewichtsprozent ein Löslichkeitsdiagramm aufweist, beigemischt werden. Es kann ebenfalls in Form von Verbindungen, wie z. B. Chloriden, Fluoriden, Oxyden, die aus Lanthaniden gewonnen werden, oder in Form von Mischungen dieser Verbindungen zugesetzt werden, sofern das Lanthan/Seltene . Erden~(ausschließlich Lanthan)Gewichtsverhältnis zumindest mehr als 2/1 oder vorzugsweise mehr als 10/1 oder in bestimmten Sinsatzfallen mehr als 100/1 beträgt.

Man kann hier bemerken, daß die Beimischung von Mischiuetall mit hohem Zergehalt in einem Stahl die Eigenschaften der

21, 9. 1979

C 22 C/ 212 076

Sulfide verändert und die schädliche Wirkung letzterer herabgesetzt und daß jedoch dadurch der Reinheitsgrad des Stahles, der eine große Menge von Einschlüssen weiter behält, nicht verbessert wird. Mit der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem gelöst.

Man möchte darauf hinweisen, daß gegebenenfalls Lanthan in Form von reinem Lanthan-Metall mit einem Reinheitsgrad von vorzugSYjeise mehr als 99 % eingesetzt werden kann«, Die impfenden lanthanhaltigen Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in bevorzugter Weise die Legierungen auf Basis von Si-La-Al, La-M, La-Fe-Si, La-Fe-Mn, Si-Ca-Mg-Lg. La-Cr₈ Si-La-Mn, in welchen Eisen den Restbestandteil bildet«, Wenn diese impfenden lanthanhaltigen Legierungen andere Seltene Erden einschließlich Z-er enthalten, muß das genannte Gewichtsverhältnis von Lanthan zu Seltenen Erden (ausschließlich Lanthan) zufriedenstellend sein»

Lanthan kann auch erfindungsgemäß in Form -folgender -Legierungen zugesetzt werden (in Gewichtsprozent ausgedrückt)

- Si	s 60-90
- Ca	- OjOI- 4
- "αϊ	= 0,1-4
- La	=-- 0,01 - 3
- Fe	~ Restprozent
- Si	=45-70
- Ca	= 0,01 - 4
« Mg	- 3 - 30
- La	= 0_s01 - 3
- Fe	-·= Se s tDro sent.

- 6

2-u 9* 1979

O 22 C / 212 076

Die Erfindung betrifft weiterhin Eisenlegierungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereitet'worden sinds insbesondere Eisenlegierungen, die freies Lanthan oder in Form von Oxiden und/oder Sulfiden und/oder Hydriden und/oder Nitriden und/oder Karbiden in Kombination vorliegendes Lanthan enthalten» wobei die genannten Verbindungen in den Eisenlegierungen unschädliche Einschlüsse bilden«.

Bei diesen Eisenlegierungen handelt es sich erfindungsge» maß entweder um Gußeisen, insbesondere um Gußeisen mit Kugelgraphit oder lamellarem Graphit oder um Stähle, insbesondere um Baustähle, Edelstahles rostfreie Stähle_s Gußstähle oder Walzstählec

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Legierung, die eine Menge von Lanthan·>enthält und die den Eisenlegierungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugesetzt wird. Erfindungsgemaß werden dabei beispielsweise die oben angegebenen Legierungen a) oder b) zugesetzt«

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bestimmte Fehler des Gußeisens, wie z, B. die Nadelstichporen, Gußblasen oder Lunkerungen, herabgesetzt oder verhindert, und daneben wird die Anisotropie der Stähle verringert, so daß Eisenlegierungen mit besseren mechanischen Eigenschaften erhalten'werden·

Me genannten Fehler des Gußeisens mit Kugelgraphit_{ d_e tu die Nadelstichporen und Gußblasen, sind auf die Zurückhaltung eines sich während der Erstarrung entwickelnden Gases zurückzuführenο Ea hanlelt sich anscheinend um ein reduzierendes Gas_s da die Wanderungen der Blasen glatt und

- 7 «

21. 9. 1979

C 22 C/ 212

nicht oxydiert sind, und man kann annehmen, daß es sich entweder um CO oder um Wasserstoff oder um eine Kombination letzterer handelt«

Die Entwicklung ässes reduzierenden Gases (CO zumindest) wäre nicht, wie man es bis jetzt behauptet hat (oxydiertes Rohmaterial, oxydierende Atmosphäre oder dergleichen), zufällig, sondern vielmehr systematisch an bestimmten Phasen der Erstarrung} wahrscheinlich bei der Überschreitung der Liquiduslinie„ . '

Durch die Auswertung der für die Metallindustrie günstigen Eigenschaften sowie der wärmedynamischen Eigenschaften der jeweiligen Elemente der Seltenen Erden wurde bewiesen, daß letztere wohl spezifisch und manchmal entgegengesetzt sind* Es wurde nachgewiesen, daß*

- Zerium und Lanthan mit flüssigem Eisen vollkommen mischbar sind;

-die Löslichkeit von Zer in Eisen bei einer Temperatur von 600 ⁰C zwischen 0,3.5 und 0_s4-0 % liegt? dieses Element bildet dann Verbindungen wie z_e B, Ce-Fe,- (hart und brüchig) ,

oder dergleichen;

- Lanthan demgegenüber in Eisen wenig löslich ist (es werden keine bestimmten La-Fe-Verbindungen gebildet)_c

Daraus ergibt sich, daß die Wirkung von Ce geringfügig sein wird, da letztere nur in Form von inter-metallischen Verbindungen vorliegt, während Lanthan eins starke Wirkung haben wird₈ da es für die Reaktionen mit Sauerstoff und

21· 9ο 1979

0 22 C/ 212 076

~ 8 » £ I £%$ § § and Schwefel zur Verfügung steht * ·

Durch den linsatz von Lanthan in Form von Ver bundle gierun*- gen (knötoiienbildenden* impfenden, entschwefelnden Legierungen) kann ein besserer Reinheitsgrad des Bades bzgl* Sauerstoff und Schwefel erzielt werden, so daß sine stärkere Ferritisierung der Matrize und bessere mechanische Eigenschaften der hergestellten Eisenlegierungen erhalten werden*

Man möchte bemerken» daß das Vorhandensein von Zer entweder allein oder in Verbindung mit anderen Seltenen .erden (mit Ausnahme von Lanthan) in verhältnismäßig größen Mengen, de h_e ab etwa 1 % im Verhältnis zu dem Lanthananteil, wie das mit dem schon bekannten Mischmetall der Fall ist _s die Erzielung der Vorteile, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit Lanthan mit einem geringen Zeriumgehalt erzielt werden, nicht ermöglicht, da Zer gegenüber Lanthan eine schädliche und entgegengesetzte Wirkung besitzt_f die sich dann einstellt, sobald der Zergehalt im Verhältnis zu dem-Lanthananteil schon etwa 1 % beträgt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können bestimmte Fehler der Eisenlegierungen, ?jie z* B. Nadelstichporen, Lunkerungen oder Gußblasen, Karbidbildung in den Gußeisen mit Kugelgraphit unterdrückt bzw, verhindert werden,, Außerdem wird das Vorhandensein von Karbiden in dem lamellaren grauen Gußeisen vermieden. Man kann eine Verbesserung der Vergießbarkeit sowie der Walzbarkeit und eine Verringerung der Anisotropie der erzeugten Stähle feststellen*

Ausf ührungsbe ispiei

Die.Erfindung wird an einigen Ausführungsbeispielen näher

• « 9 «

21. 9. 1979

C 22 C/ 212 076

erläutert, die die Erfindung nicht einschränken sollen. In der beiliegenden Zeichnung zeigen?

Figuren 1 bis 6: die Erstarrungskurven von Gußeisen mit

Kugelgraphit, wobei die Temperatur als Ordinate und die Zeit als Abszisse aufgetragen sind,

Figuren 7 bis 10s die Gußblasen bzw. Lunkerungen, die auf

nach dem bekannten Stand der Technik hergestellten Gußstücken ( Fig. 7, 9 und 10) und auf Gußstücken nach der vorliegenden Erfindung (Fig. 8) festgestellt werden.

In den folgenden Beispielen ist der jeweilige Anteil der verschiedenen Bestandteile in Gewichtsprozent angegeben·

Es wi?d in einem basischen Kupolofen ein Gußeisen folgender Zusammensetzung aufbereiteti

C ~	3	»68;
Si' =	2	*65s
Mn =	0	,28;
S =	0	• 013.

Dieses Gußeisen wird ohne Impfung entwickelt'und dient als Refei-ensmaterial«, Die Erstarrungskurve, die in einem MEOI-Tiegel .mit einem Cr-ITi»Thermoelement mit dem Refenzgußeisen erzielt wird, ist in Fig_a 1 dargestellt. Dieser

« 10 -

21· 9ο 1979

C 22 C/ 212 076

MECI-Tiegel beeinflußt überhaupt nicht die Erstarrung der Bramme und ermöglicht vielmehr die Erzielung einer Erstarrung, die mit derjenigen eines Gußstückes in einer Sandform vergleichbar ist«, Der eutektische Absatz bzw.i die eutektische Stufe der Kurve zeigt sich durch eine Unre- ' gelmäßigkeit in dem Verlauf der Kühlungskurve, die sich durch eine Wendujigsänderung der aufgezeichneten Kurve (Fig» 1) kennzeichnet«,

?ienn dem vorgenannten Gußeisen bei der Aufbereitimg O₉3 Gewichtsprozent einer Si-La-Al-Legierung (bei welcher Si 63 %, La s 2,1 %\ Al - 1,45 % beträgt und der Restbestandteil durch Eisen gebildet ist), d» h. 0,0063 Gewichtsprozent Lanthan, d* iu 63 ppm zugesetzt werden, erzielt man Gußstücke, die keine Gußblasen besitzen«, Die erzielte, in Figur 2 gezeigte Erstarrungskurve.läßt eine Verlängerung der Erstarrungsdauer in der Größenordnung von 37 % im Verhältnis zu der Kurve der Figur .1 sowie eine Erhöhung von 13 ⁰C der Temperatur der Umsetzungsstufe erkennen» Die Versetzung des eutektischen Absatzes ist zwangsweise durch den übergang zu dem Fe-Graphit-Diagramm bedingt, und die Verlängerung der Erstarrungsdauer ermöglicht tatsächlich die Entweichung der Gase« so daß ein einwandfrei» es Gußstück erzeugt wird.

Beispiel 2 ·

Es wird ein Gußmaterial folgender"Zusammensetzung benutzt*

- C s 3_si

- Si a'-2,70{

- Mn = 0,12;

- S - 0,010,

21. 9ο 1979 . C 22 C/ 212 076

welches im elektrischen Ofen aufbereitet worden ist* Während der Aufbereitung werden 0,4 % einer in der Gießerei-Industrie herkömmlichen impfenden Legierung mit folgender Zusammensetzung geimpftϊ

- Si =70?

- Ga = 0,7V

- Al _s 4; . . « Fe = Restprozent.

Die erzielte Erstarrungskurve bei Verwendung eines MSCI-Tiegels ist in Figur 3 dargestellt« Die erzeugten Gußstücke sind mit Oberflächenfehlern, v/ie z_e B. Lunkerungen, versehen* ·

Wenn man gemäß der vorliegenden Erfindung diesem Grundguß-., eisen 0/+ % einer Legierung folgender Zusammensetzung;

- Si = 63 %i

- La = 2,1 j

- Al = 1Λ5 %\

- Fe .-.= Restprozent

d© h_K. 0,0084 % Lanthan (84- ppm), zusetzt, erzielt man die inv.. Figur 4 gezeigte Erstarrungskurve, die eine Verlängerung der Erstarrungsdauer von etwa 30 % sowie eine Erhöhung der Temperatur der Umsetzungsstufe in der Größenordnung von 10 ⁰O erkennen läßt« Die hergestellten GuBstücke sind lunlcerfreie

Bei sgiel^j,

Έβ wird ein Gußeisen mit folgender Grimdzusommensetsung. eingesetzt j

- 12 - '

21. 9. 1979 . C 22 C/ 212 076

-O=. 3*4-3 %\ -' Si = 2,62 %; - Mn rs 0,18 #; .

-' S ~ 0,011 %_t

welches in einem elektrischen Ofen aufbereitet worden ist. Diesem Gußeisen werden bei der Aufbereitung O/I- % der in der Gießerei-Industrie gewöhnlich eingesetzten impfenden Legierungen, die im Beispiel 2 erwähnt ist, zugesetzt.. Man erhält die Erstarrungskurve der Figur 5» vjobei spezielle Tiegel eingesetzt worden' sind_e Diese Tiegel sind mit einer karbiderzeugenden Seschichtung versehen und ermöglichen eine Abkühlung ausschließlich gemäß dem metastabilen Fe-GFe^Diagramnu Diese sogenannten "Elektron-Tellur~S~ Tiegel" sind für die praktische Erstarrung der Gußstücke weniger repräsentativ und ermöglichen jedoch die Erzielung eines geprägten eutektischen Absatzes, so daß die unterschiedlichen Längen der jeweiligen eutektischen Absätze besser verglichen werden können»

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diesem Gußeisen eine Menge von 0_s4- % der im wesentlichen Zer-freien lanthanhalt igen Legierung des Beispiels 2 zugesetzt«, Man erhält dann die Kühlungskurve der Figur 6, die eine Vergrößerung der Länge der üinsetzungssstufe in der Größenordnung von 260.% sowie eine Erhöhung der ümsetzungstemperatur von etwa 10 ⁰O im Verhältnis su der in Figur;· 5 erzielten Erhöhung·erkennen

Die mit der erfindungsgemäßen Legierung gegossenen Stück sind praktisch einwandfrei _s wobei die Gieiiköpfe nur geringfügige dendritische Liuikererscheimmgen aufweisen _s

- 13 -

21· 9« 1979 . O 22 C/ 212

« 13 -

während die nach dein schon bekannten Verfahren gegossenen Stücke mit Gußblasen und Radeistichporen behaftet sind. ·

Uni die durch das erfindungsgeinäße Verfahren erzielte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften hervorzuheben, hat man Zugproben aufgestellt und getestet_s wobei die erz je ten Ergebnisse in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt sind» .· ··

TAEISLLE ' I

Probe 3 (Legierung nach

dem Stand der Technik)

Probe 3b

(Erfindimg sg e-

mäße Legierung? Ce-freies Lanthan)

Bruchfestigkeit

(da N/mm²)

56,4

Ausdehnung

8,2

13,9

Härte

237

198

Kehrbrucharbeit

(da J/mm²)

1,2

2,2

."Die wesentlich besseren erzielten Werte bezüglich der Ausdehnung und der Eehrbruchfest'igkeit beweisen.den Einfluß der ferrit.!sehen Struktur auf die mechanischen Eigen~ schäften*.

Ausgehend ύοώ. einem Grundgußeisen folgender Zusammensetzung

21. 9« 1979

C 22 O/ 212 076

?' 4 Cl ^ ⁸F /^

G ^ 3»65i-Si = 2,65; Mn = 0_s08; S= 0_s010 Gewichtsprozent, das durch den Einsatz einss speziellen Verfahrens zur Bildung von Kugeln in dem Gußeisen in der Form (Inmold-Verfanren) aufbereitet worden ist» hat man folgende Legierungen eingesetzt» um den Einfluß von Lanthan auf die Lunkemeigwig des nach diesem Verfahren gegossenen Gußeisens hervorzuheben» Beide Legierungen wurden ausgehend von einer Fe-Si-Mg-Gr'undlegierung gebildet?

Legierung 1 (nach dem bekannten Legierung 2 (gemäß der vorlie«

genden Erfindung)

	Stand der	= 48,2 %	Technik)	' Si =	48	>,4	%
Si	= 0,58 %		Ga =	0,	57	%
Ca	<= 5·8 %		Mg =	5»	65	%
Mg	st 0,5 % (Mischmetall		La =	o;	45	%
Ce	= 1 %)

Fe = Eestprozent Pe = Kestprozent

Das eingesetzte Mischmetall woist folgende Zusammensetzung aufs

- Ce .= 49 %\

- La = 20 %· .

« Bestbestandteile s andere Seltene Erden,

Die durch die Beimischung von 1 % der Legierungen 1 und 2 erzielten Gußerzeugnisse sind jeweils in Figuren 7 und 8 im Schnitt dargestellt« Bezug nehmend auf Figuren 7 und 8 kann man feststellen, daß die erfindungsgemäße Legierung 2 die Erzeugung von Gießköpfen ermöglicht, welche nur eine primäre dendritische Lunkererscheinung zeigen, während der -mit dem Mischmetall nach dem Stand der Technik aufbereitete Gießkopf eine starke Gußblasen- oder Lunkerneigung

· - 15 -

21. 9ο 1979

C 22 0/ 212 076

zeigt» Es wird darauf hingewiesen, daß das"Lanthan-Seltene· Erden-Verhältnis in dem Mischmetall 0,25 beträgt. Dieses erfindungsgemäße Verhältnis muß, wie schon erwähnt_f mindestens 2, vorzugsweise mindestens 10 und vorzugsweise noch mindestens 100 betragen«,

Mechanische Teste wurden auf Blöcken_r die als Probe dienen

und unter Beimischung der Legierung 1 oder der Legierung 2

aufbereitet worden sind, durchgeführt und sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt. . '

OiA-BBLTiB II ' '

Probe Legierimg 1

Probe

Legierung 2 (gemäß der vorlο Erfindung)

Bruchfestigkeit (da N/inm²)

41,4-

4-3*6

Elastizitäts·

grenze ~ (da N/mm )

31,5 32,1

Ausdehnimg.

17,2

22,5

Die erzielten Ergebnisse bestätigen den günstigen Einfluß von Lanthan auf die Struktur (Ferritisierung) und die Kompaktheit der Gußstücke,,

Um die spezifische Wirkung von Lanthan, zn be?jeisen und die entgegengesetzte Wirkung von Zsr hervorzuheben_f wurden awe

- 16

21. 9. 1979 .' C 22 G/ 212 076

- 16 - 212 0 7.6

zusätzliche Versuche durchgeführt, wobei dem. Gußeisen jeweils 1 % folgender Legierungen zugesetzt wurdeί

Legierung y. Si = 48_S 2 %; Oa = 0_$58 %i Mg = 5₈8 %\ Ce = 1 % (Misohmetall 2 %) ; Fe s Eestpro.zent.

Das eingesetzte Mischmetall weist die für die Legierung 1 angegebene Zusammensetzung auf«

^O£±eTm2.B.JjJ Gleiche Zusammensetzung wie die Legierung 3-s jedoch mit dem Unterschieds daß 0,50 % Zer in Form von Fe-Ce anstatt des Mischmetalls zugesetzt -wird„

Die Figuren 9 und 10 zeigen jeweils die unter Beimischung der Legierungen 3 und 4 erhaltenen Gußerzeugnisse_β Man kann bemerken, daß, auch mit der Legierung 3, bei welcher der La-Endgehalt 0,4 % betragt, keine Verringerung der Gußblasenbildung erreicht wird, und daraus kann man schließen» daß das Vorhandensein von Zer in einem Anteil von mehr als 1 Gewe-% im Verhältnis zu dem Lanthangewicht die günstige Wirkung von Lanthan hemmt.

Beispiel 5

Bei der Aufbereitung eines hypereutektischen Gußeisens bei einer Temperatur von etwa 1310 ⁰C wird in an sich bekannter Weise in letzterem 0*5 G-ewe-% der in der Gießereiindustrie gewöhnlich, eingesetzten impfenden Legierung mit folgender Zusammensetzung (A) geimpfts

- 17 -

21. 9. 1979

C,22 O/ 212

- 17 -

Si =75;

Ca = 3;

Pe = Restprozent.

Man erhält ein Gußeisen mit der in Tabelle III angegebenen Zusammensetzung mit den physikalischen ebenfalls in Tabelle III angegebenen Eigenschaften*

Mit einem Zusatz von 0,5 Gew.-% einer erfindungsgemäßen impfenden Legierung mit folgender Zusammensetzung (B);

Si = 75?

Oa = 3s - ..··

Al = 4; " . .

La = 0,5,

d_e Ii» 25*10"" (7eviu-% Lanthan bzw. 25 ppm, erzielt man ein Gußeisen mit der Zusammensetzung und den physikalischen Eigenschaften, die ebenfalls in Tabelle III zusammengefaßt sind« Man kann feststellen, daß die Anzahl von Graphitkugeln wesentlich größer ist und die Auswirkungen der Härte (karbidhaltige Zone) wesentlich geringer mit der erfindungsgemäßen impfenden Legierung als mit der an sich bekannten impfenden Legierung sind, und zwar entgegen allen Ervvartuneen«

18 -

TABELLE III

Impfende

•

B

Zusammensetzung

Physikalische Eigenschaften S

(1

j

0,10297

Mg = 0,039

W Έ

ί

7,156

^g

I i

8,4-375

0,989

P 4- C

a

j

•

0,0175

.

Q_ = Qualitätsindex (Verteilung der Kügelcben,

= Perlit ι

Legierung

gemäß

des erzeugten

G = Anteil von Graphit in Vol.-55

nA'₌ I nL

£Γ ΠΓ w

1 !

;· - . i

S ρ. + σ

ideale Yert« ind Zement it

der

Gußeisens

NA = Anzahl von Kügelohen/mm

j

• Ί

O₅5598 j O,0425

5llung =1)

A ' I Nach dem

Erfindung

C = 3.92

Stand der

Si a 2,31

0,859

Technik

Mn = O

P = 0,025

ι

S = 0,007

491,02

Bemerkung:

Ni= 0,73

0,10734

Cr-- 0,04

Mg= 0,038

0,4677

G = 3,91

Si = 2,26

Mn = 0

P = 0_s026

S -- 0,008

568,75

ITi = 0,70.

Cr = 0,05

-T= Anzahl von Kügelchen/mm

- Karbid, Anteile in YoI·-

21.. 9. 1979

C 22 C/ 212 076

Lanthan ist außerdem in der Lage, die mit der Desoxydierung des Stahles verbundenen Probleme zu lösen. Um die entschwefelnden Eigenschaften von Lanthan am besten auszunutzen, muß der Stahl in herkömmlicher Vveise vorher schon desoxydiert werden, und zwar durch eine Desoxydierungsvorbe« handlung in einem Ofen durch einen Zusatz von 0,8 bis 1 Gew*™% Aluminium, welches durch eine Desoxydierung in der Gießpfanne ergänzt wird. Die dabei eingesetzten Lanthananteile liegen innerhalb der vorgenannten Zusammensetzungsbereiche, d. h. daß Lanthan in der Menge von vorzugsweise 10" und 10 Gew.~%, d„ h. 1 bis 100 ppm, und vorzugsweise von 1 - 10 bis 30 ppm vorliegt.

Durch den geringen Lanthanzusatz gibt es sehr wenig Einschlüsse; die sehr regelmäßig verteilt sind, wobei dadurch die Viskosität der«Einschlüsse verhindert wird. Dieses führt dann zur Erzielung eines sehr flüssigen Stahlbades, zur einwandfreien Erstarrung sowie zur Erzeugung eines sehr reinen Stahles* Die Entschwefelung des Stahles ist beinahe vollständig und die Oberflächenspannung des Stahles ist geringer * so οΞβ dessen Vergießbarkeit verbessert wird.

Diese Feststellungen werden durch das folgende Beispiel bestätigt*

Der aufbereitete Stahl weist folgende chemische Zusammensetzung auf %

C = 0,19 - 0_t?A Mn = 0,65 - 0_E90 Si = 'O₉AkO - 0,60 . - "r9 -

21. 9. 1979

O 22 C/ 212 076

P = c^:bis 0,025

S= ^bis 0,012

Cr a ^bis 0,30-

Al = 0_s025 - 0

Ausgehend von einem Stahl herkömmlicher Zusammensetzung_s erhält man eine Schmelze von 13570 kg in einem Ofen_s welcher 0*07 % Kohlenstoff und 0,15 % Mn zugesetzt werden.

Zur Reduzierung des Sauerstoffgebaltes findet zuerst eine Besoxydierungsvorbehandlung im Ofen nach dem herkömmlichen Verfahren durch einen Zusatz von etwa 0,8 % Aluminium statt«, Each erfolgtem Aluminiumzusatz; "wird-aus dem Ofen unmittelbar eine Stahlprobe entnommen, die folgende Zusammensetzung aufweistί · '

C —	0,20
Si =	0,30
Mn =	0,46
P SS	0,007
S =	0,012
Al =	0.026

Cu	vz 0,06
Cr	= 0,12
Ni	= 0,07
Sn	= 0,007
Mo	= 0,03
Oo	= 0,011

Die Analyse durch Kristallographie zeigt, daß dieser Stahl Makro-Einschlüsse von Aluminat und Silikat sowie MikroSulfiden enthalte

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach der Desoxydierungsbehandlung im Ofen mit Hilfe von Aluminium eine Desoxydierungsbehandlung in der Gießpfanne in der V/eise durchgeführt, daß man 27 kg einer Silizium-Lanthan-Legie» rung mit 45 %, Si, O₈5 % La und Eisen als Restbestandte.il, cU "he 0_f 20 % der lanthanhalt ig eo. Legierung, zusetzt,

21.. 9. 1979

C 22 C/ 212 076

einem Zusatz von etwa 10"^ % Lanthan oder 10 ppm entspricht» · .

Eine Stahlprobe wird-nach, der Desoxydierungsbehandlung mit der erfindungsgemäßen lanthanhaltigen impfenden Legierung aus der Gießpfanne entnommen, wobei dieser Stahl folgende Zusammensetzung aufweist: . - ... ·

C S	0,23	Cu =	0,06
Si =	0_s51	Cr =	0,13
Mn =	0,85	Ni =	0,07
P =	o_too7	Sn -	0,007
S —	0,009	Mo =	0,03
Al =	0,031	- O₀=	0,006

Die Analyse dieses Stahles durch Kristallographie zeigt, daß der Stahl Aluminat- und Silikatmikroeinschlüsse enthält und daß feuerfeste Kügelchen mit einem geringen mittleren Durchmesser von 1 bis 2 Mikron, und zwar in begrenztem Umfang enthalten sindo

Das erfindungsgemäße mit anderen Metallen legierte Lanthan, welches ebenfalls mit Seltenen Erden, sofern das genannte Lanthan-Seltene-Erden-Verhältnis nicht überschritten wird, beigemischt werden kann, ermöglicht es, im Laufe der Desoxydierungsbshandlungen die Anzahl von Einschlüssen mit den gewünschten Abmessungen und Zusammensetzungen entsprechend der vorgesehenen Anwendung des erzeugten Stahles einzustellen, wobei das ein industrielles Ergebnis wesentlicher Bedeutung darstellt«,

Der Zusatz von Lanthan unter den gemäß der vorliegenden

. »21-

21. 9c 1979

O 22 C/ 212 076

Erfindung vorgesehenen Bedingungen verringert die Anisotropie der Stähle und verbessert aus diesem Grund das Ver~ hältnis der längsgerichteten Kehrbnchfestigkeit au der quergerichteten Kehrbruchfestigkeit«

Ss wird darauf hingewiesen, daß im allgemeinen Lanthan in Form von Verbindungen wie z«B_e Oxiden, Sulfiden» Nitriden, Hydriden, Karbiden, die unschädliche Einschlüsse bilden, in den Eisenlegierungen vorliegt_c

Bei der Entwicklung bzv^_e bei der Aufbereitung der Eisenlegierung* vorausgesetzt j daß das Gußeisen oder der Stahl gut dekantierts müssen etwa 70 % der gebildeten Lanthanverbindungen in die Schlacke übergehen.So sind im allgemeinen weniger als 30 % der Lanthanverbindungen in der erzeugten Eisenlegierung vorhanden«-

Vorzugsweise wird Lanthan der Eisenlegierung im Laufe der Aufbereitung in Form einer impfenden Legierung mit folgender Zusammensetzung (in Gewe-% ausgedrückt) zugesetztϊ

Si —	60 - 90 .,	Si	=45-70
Ca =	0_?001 - 4	Ca	= 0*01 - M-
Al 3	0,1 ~ 4 .	Mg	_s 3-30 ..
La s	0_s01 ~ 5	La	= 0,01 ~ 5
Pe =	Restprozent	Fe	= Eestprozent

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereiteten Stähle können insbesondere als Baustahl, Edelstahl, rostfreier Stahl». Gießstahl oder Walzstahl eingesetzt werden und sind jedoch nicht auf solche Anwendungsgebiete beschränkt«

Claims

21. 9. 1979 ,
C 22 C/ 212 076

1» Verfahren zur Aufbereitung von Bisenlegierungen zur Reduzierung oder Verhinderung von bestimmten den Eisenlegierungen anhaftenden Fehlern, wie z.B. Nadelstichporen und Gußblasen in Gußeisen mit Kugelgraphit, Karbidbildung in dem grauen blättrigen Gußeisen oder der-. gleichen sowie zur Verbesserung der Vergießbarkeit,
der Walzbarkeit, der Isotropie der Stähle sowie der
mechanischen Eigenschaften der genannten Eisenlegierungen, gekennzeichnet dadurch, daß es die Beimischung
von mindestens 0,0001 % bis 0,5 - 2 Gev;_e-% Lanthan mit der Eisenlegierung im Laufe der Aufbereitung vorsieht.

2« Verfahren nach„Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
es den Zusatz von etwa 0*0001 bis 0,01 Gevv..-% Lanthan zu. der Eisenlegierung im Laufe der Aufbereitung vorsieht»

3c·· Verfahren nach. Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß es den Zusatz von etwa 0,001 bis 0,003 - 0,01
Gew«~% Lanthan zu der Eisenlegierung im Laufe der
Aufbereitung vorsieht,

4«, Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß man₉ ausgehend von_;einem G_rundgußeisen mit folgender Zusammensetzung (in Gev?·-^) ausgedrückt) :
G = 3,3 bis 3,8
Si .- 1,8 bis 3
Mn = 0,1 bis 0,5
21.. 9_β 1979

C 22 O/ 212 076

ρ s-c^ bis Og5

Fe js» Restprozent

welchem während dessen Aufbereitung Lanthan in den vorgegebenen Mengen beigemischt wird, ein Gußeisen mit Kugelgraphit herstellt»

Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, ge-, kennzeichnet-dadurch» daß Lanthan in Form von Legierungen mit jedem Metall, welches mit Lanthan eine einheitliche Verbindung bilden kann, d« h₀ mit Lanthan allein oder in Verbindung mit anderen Seltenen Erden (einschließlich Zer)_s und zwar mit einem Lanthananteil von 0f01 bis 90 Gevj_e-#, ein Löslichkei'tsdiagramm aufweist, sofern die lanthanhaltige Legierung allein oder/in Verbindung mit "anderen Seltenen Erden einen geringen Zergehalt aufweist_s zugesetzt wird_e

Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4_S gekennzeichnet dadurch^ daß Lanthan in Form von Verbindungen, wie z, B. Chloriden, Fluoriden, Oxiden, die aus Lanthaniden gewonnen werden» oder in Form von Mischungen der~ artiger Verbindungen, vorausgesetzt, daß diese Lan» thanid-Verbindungen allein oder in Verbindung mit anderen Seltenen Erden einen geringen Zergehalt aufweisen, beigemischt wird.

Verfahren nach Punkt 5 oder 6_S gekennzeichnet dadurch» daß das Gewichtsverhältnis von Lanthan zu den Seltenen Erden (mit Ausnahme von Lanthan) in den genannten
21. 9* 1979

C 22 C/ 212 076

« 25-

Legierungen bzw» Lanthanid«Verb indungen zumindest mehr als 2/1, vorzugsweise meiir als 10/1 und vorzugsweise noch mehr als 100/1 beträgt,

8_C' Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte 1 bis 4_e gekennzeichnet dadurch, daß Lanthan in Form von Lanthanmetall mit einem Reinheitsgrad von mehr als 90 % beigemischt wird,

9· \^rerfahren nach Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß Lanthan in Form von Legierungen auf Basis von Si-La-Al, la-Ni-r La-Fe-Si, La-Fe-Mn, Si-Ca-Mg-La, La-Cr,. Si-La-Mn, in welchen Eisen den Restbeetandteil bildet, beigemischt wird. .

10_e Verfahren nach"Punkt 9» gekennzeichnet dadurch, daß Lanthan in Form von einer Legierung mit folgender Zusammensetzung (in Gev/,~% ausgedrückt):

11« Verfahren nach Punkt 9_S gekennzeichnet dadurch, daß Lanthan in Form von einer Legierung mit folgender Zusammensetzung (in Gewe-% ausgedrückt):

- Si = 45- 70

- Ca = 0,01 --4 P Mg = 3 - ,30 - La - 0,01 - 5

. - Fe ~ Restprozent

21ο 9« 1979

0 22 C/ 212 076

zugesetzt wird* ..

12* Eisenlegierungen, gekennzeichnet dadurch, daß sie durch den Einsatz des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche aufbereitet ?;erden_ö

13* Bisenlegierungen, gekennzeichnet dadurch^ daß sie freies Lanthan oder in Form von Oxiden und/oder uulfiden und/oder Hydriden und/oder Nitriden und/oder Karbiden in Kombination vorliegendes Lanthan enthalten, wobei die genannten Verbindungen in den Eisenlegierungen unschädliche Einschlüsse bilden.

14·«, Eisenlegierungen nach Punkt 12 oder.13» gekennzeichnet dadurch, daß es sich um Gußeisen, insbesondere um Gußeisen mit Kugelgraphit oder lamellarem Graphit, handelte * '

1J?_e Eisenlegierungen nach Punkt 12 oder 13» gekennzeichnet dadurch, daß es sich um Stähle_f insbesondere um Baustähle₈ Edelstahle, rostfreie Stähle* Gußstähle oder Walζstähle₉ handelte

16» !Legierung, die eine Menge von Lanthan enthält $ die den Einsatz des Verfahrens nach Punkt 10 ermöglicht, gekennzeichnet dadurch, daß sie_s in Gevjo-% ausgedrückt, folgende Zusammensetzung aufweist?
21. 9. 1979

O 22 C/ 212 076
17. Legierung» die Lanthan in einer Menge enthält₉ die den Einsatz des Verfahrens nach Punkt 11 ermöglicht, gekennzeichnet dadurch, daß sie; in Gew«-% ausgedrückt, folgende Zusammensetzung aufweistί

Ut8EU_iLSeiten Zeichnungen