EP0312068A1 - Verfahren zur Aufstickung von Gusseisen - Google Patents

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EP0312068A1
EP0312068A1 EP88117062A EP88117062A EP0312068A1 EP 0312068 A1 EP0312068 A1 EP 0312068A1 EP 88117062 A EP88117062 A EP 88117062A EP 88117062 A EP88117062 A EP 88117062A EP 0312068 A1 EP0312068 A1 EP 0312068A1
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EP
European Patent Office
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cast iron
nitrogen
agent
weight
ppm
Prior art date
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Ceased
Application number
EP88117062A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Wolfsgruber
Hartmut Dr. Meyer-Grünow
Detlef Dr. Missol
Jochem Richter
Julius Dr. Veit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Halbergerhuette GmbH
Halbergerhutte GmbH
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Halbergerhuette GmbH
SKW Trostberg AG
Halbergerhutte GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Halbergerhuette GmbH, SKW Trostberg AG, Halbergerhutte GmbH filed Critical Halbergerhuette GmbH
Publication of EP0312068A1 publication Critical patent/EP0312068A1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/08—Manufacture of cast-iron

Definitions

  • the invention relates to means for embroidering cast iron with lamellar graphite or spheroidal graphite and methods for introducing the agent into the cast iron melt.
  • the material grades of cast iron with lamellar graphite are standardized. They are based on the tensile strength of a test bar with a raw casting diameter of 30 mm.
  • the tensile strength is influenced by the graphite formation, the amount of graphite and the basic structure, which can have a pearlitic / ferritic to pearlitic structure.
  • the structure of the basic structure can be specifically influenced by adding alloying elements.
  • the pearlite structure is stabilized with increasing effectiveness by the elements manganese, chrome, copper and tin.
  • the addition of these elements to cast iron represents a significant cost factor (e.g. copper and tin) and can only be done up to certain upper limits for chrome and manganese.
  • alloying elements such as manganese and chromium increase the risk of ledeburitic solidification, so that they can only be used up to a maximum of 1 or 0.5% by weight without a negative effect on the machinability of the cast iron.
  • care must also be taken to ensure that the chromium content does not degrade even after repeated remelting.
  • copper This fact also places limits on the alloying of copper, although it enables pearlite stabilization without additional risk of ledeburitic solidification.
  • only relatively expensive high-purity copper may be used in order to exclude the harmful effects of trace elements that may be contained in the copper.
  • Chromium and copper alloyed circuit material has considerable disadvantages.
  • a very effective pearlite stabilization is achieved with tin, but the costs are significant. With this element, a fully pearlitic structure is achieved in all areas of the casting. A further addition of tin to a cast iron, which already has a fully pearlitic structure, no longer increases its tensile strength.
  • DE-OS 24 02 945 describes high-strength cast iron with spheroidal graphite and a process for its production. Nitriding to contents of 0.0035 to 0.02% by weight of N takes place by means of alloys containing N such as Fe-Mn-N and Fe-Cr-N or with hexamine.
  • the nitrogen supply and thus the nitrogen yield is relatively broad.
  • the nitrogen yield is very low, so that the alloys have to be added in relatively large amounts, which in turn has undesirable effects such as introducing a relatively large amount of foreign metal, increased slag accumulation and inadequate dissolving behavior of the nitrogen.
  • Hexamine as explosive explosive (Textbook of Organic Chemistry, Paul Karrer, 1963, p. 500) is dangerous.
  • the solubility equilibrium for nitrogen in cast iron is affected by the alloying elements and the temperature of the molten iron. In the usual temperature range of 1400 to 1550 ° C, the solubility equilibrium for nitrogen in technical cast iron alloys is 40 to 60 ppm. The consequence of this is that all nitrogen contents which are above the value of this solubility equilibrium are unstable. The nitrogen loss is usually 10 ppm per 30 minutes of melt life at 1480 ° C. A subsequent correction of the nitrogen content by adding further N-containing alloys is no longer possible due to the associated increase in the manganese or chromium values, since this would cause undesired ledeburitic solidification of the cast iron.
  • the object of the invention is therefore to provide a means and a method which permits simple, inexpensive pearlite stabilization or strength increase by working with a high nitrogen yield by increasing the pearlite content in cast iron with lamellar graphite or spheroidal graphite.
  • an agent for nitriding cast iron which is characterized in that it contains at least 50% by weight of nitrogen-containing compounds having an NCN structure or / and mixtures of calcium cyanamide with nitrides of silicon, ferrosilicon, manganese and chromium or consists of it.
  • nitrogen compounds give a high nitrogen yield without introducing undesirable alloy metals.
  • Advantageously used as nitrogen compounds are those with a high nitrogen content which are cheaply available on an industrial scale. This includes in particular cyanamide, dicyandiamide, guanidine, aminoguanidine, urea, hexamethylenetetramine, cyanuric acid, azulmic acid, melamine, melam, melem, melon, polymeric triazine compounds and guanamines, which are preferred.
  • nitrogen compounds preferred in the agent according to the invention have the property of disintegrating into gaseous products in the cast iron melt, as a result of which slag formation is avoided.
  • calcium cyanamide e.g. used in its technical form as calcium cyanamide and its mixtures with nitrides of silicon, ferrosilicon, manganese and chromium.
  • the agent according to the invention also contains additives which bring about an acceleration or deceleration of the reaction in the cast iron melt in an amount of 0.5 to 50% by weight and essentially consist of carbon, iron or / and silicon.
  • Suitable additives are flame carbon, ferrosilicon, iron, graphite, finely divided silica and silica-containing dusts, which can be used to optimize the nitrogen yield depending on the nitrogen compound used and the N requirement.
  • the agent preferably contains 10 to 35% by weight of one of the additives mentioned.
  • the nitriding can be carried out in the temperature range from 1200 to 1600 ° C.
  • composition of the agent at different temperatures is explained in more detail in the examples.
  • a mixture of about 97% by weight of urea and about 3% by weight of flame carbon is preferred (example 2).
  • urea is preferably used for nitriding (example 1), and at a temperature of 1460 ° C., for example, a mixture of 35% by weight of urea, 35% by weight of dicyandiamide and 30% by weight is used.
  • -% Ferrosilicon 75 added to the iron smelter (Example 3).
  • the amount of the agent is low. Depending on the type of agent, the form of application and the desired increase in strength, 0.1 to 6 kg of agent are used per ton of cast iron. An amount of 0.5 to 1 kg of the agent is preferably used in order to establish a nitrogen content of 50 to 200 ppm in lamellar graphite or spheroidal graphite cast iron.
  • the tensile strength (Rm) of this quality should be increased by embroidering the molten cast iron by 50 N / mm2 ( ⁇ Rm). Increasing the amount of nitrogen by 10 ppm free nitrogen improves the tensile strength by 7 N / mm2.
  • the nitrogen content of the untreated cast iron is 42 ppm.
  • the subsequently measured nitrogen concentration of 152 ppm in cast iron corresponds to a nitrogen yield of 32.5%.
  • the tensile strength measured on the 30 mm test bar, was increased from 260 to 315 N / mm 2.
  • the tensile strength was to be increased by 50 N / mm 2 as in Example 1.
  • a cored wire with a diameter of 13 mm is used, which contains a mixture of 97% by weight of urea and 3% by weight of flame carbon. Its filling weight is 120 g / m, the nitrogen content is 54 g / m.
  • the aim is to increase the tensile strength, measured on the test bar of 30 mm in diameter, by 50 N / mm2.
  • the nitrogen concentrations required to increase the tensile strength are calculated in accordance with Example 1 and give 41 ppm.
  • a 9 mm diameter cored wire is used to embroider the cast iron melt 35% by weight urea 35% by weight dicyandiamide 30% by weight FeSi 75 contains.
  • the fill weight of this wire is 34 g / m, the nitrogen content is 29 g / m.
  • the tensile strength measured on a 30 mm test bar, was increased from 210 to 264 N / mm2.
  • a 9 mm diameter cored wire is used to embroider the cast iron melt to this value 97% by weight of calcium cyanamide and 3% by weight flame coal contains.
  • the tensile strength measured on the 30 mm test bar, increased from 210 to 258 N / mm2.

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Abstract

Ein Mittel zur Aufstickung von Gußeisen enthält mindestens 50 Gew.-% Stickstoff enthaltende Verbindungen mit N-C-N-Struktur wie z. B. Cyanamid, Dicyandiamid, Guanidin, Harnstoff, Hexamethylentetramin, Cyanursäure, Azulminsäure, Melamin, Melam, Melem, Melon, polymere Triazinverbindungen und Guanamine oder/und Mischungen von Kalkstickstoff mit Nitriden des Siliciums, Ferrosiliciums, Mangans und Chroms, sowie gegebenenfalls 0,5 bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer Zusatzstoffe aus Kohlenstoff oder Eisen oder/und Silicium.

Description

  • Die Erfindung betrifft Mittel zur Aufstickung von Guß­eisen mit Lamellengraphit oder Kugelgraphit und Verfah­ren zur Einbringung des Mittels in die Gußeisenschmelze.
  • Die Werkstoffsorten von Gußeisen mit Lamellengraphit sind genormt. Sie orientieren sich an der Zugfestigkeit eines Probestabs mit einem Rohgußdurchmesser von 30 mm. Die Zugfestigkeit wird beeinflußt durch die Graphitaus­bildung, die Graphitmenge und das Grundgefüge, welches eine perlitisch/ferritische bis perlitische Struktur haben kann. Die Struktur des Grundgefüges läßt sich gezielt durch Zusatz von Legierungselementen beeinflus­sen. Die Perlitstruktur wird durch die Elemente Mangan, Chrom, Kupfer und Zinn mit steigender Wirksamkeit stabilisiert. Der Zusatz dieser Elemente zum Gußeisen stellt einen nennenswerten Kostenfaktor dar (z.B. Kupfer und Zinn) und kann bei Chrom und Mangan nur bis zu gewissen Obergrenzen erfolgen. Insbesondere erhöhen Legierungselemente wie Mangan und Chrom die Gefahr der ledeburitischen Erstarrung, so daß sie nur bis maximal 1 bzw. 0,5 Gew.-% ohne negative Wirkung auf die Bearbeit­barkeit des Gußeisens einsetzbar sind. Bei der Anwendung von Chrom ist auch darauf zu achten, daß sich der Chromgehalt auch bei mehrmaligem Umschmelzen nicht abbaut. Das gilt auch für Kupfer. Dieser Umstand setzt auch dem Zulegieren von Kupfer Grenzen, obwohl dadurch eine Perlitstabilisierung ohne zusätzliche Gefahr ledeburitischer Erstarrung ermöglicht wird. Außerdem darf nur relativ teures Reinstkupfer verwendet werden, um eine schädliche Wirkung von Spurenelementen, die im Kupfer enthalten sein können, auszuschließen. Somit ist die Herstellung von Gußeisenwerkstücken unter Verwendung von Chrom- und Kupfer-legiertem Kreislaufmaterial mit erheblichen Nachteilen behaftet.
  • Mit Zinn wird eine sehr wirksame Perlitstabilisierung erreicht, doch sind die Kosten bedeutend. Mit diesem Element wird ein vollperlitisches Gefüge in allen Bereichen des Gußstückes erzielt. Eine weitere Zinnzu­gabe zu einem Gußeisen, welches bereits ein vollperli­tisches Gefüge aufweist, erhöht dessen Zugfestigkeit jedoch nicht mehr.
  • Es ist weiter bekannt, neben den vorgenannten Elementen Stickstoff als Legierungselement in Gußeisen einzubrin­gen, um die Festigkeit und Bearbeitbarkeit des Werkstof­fes zu verbessern. So wird in der DE-AS 16 08 409 die Aufstickung (Einführung von Stickstoff) einer Gußeisen­legierung mit üblicher Grundzusammensetzung gelehrt, um bei hohen Arbeitstemperaturen eine Gefügeumwandlung von Perlit nach Ferrit zu vermeiden. Das Einbringen des Stickstoffs erfolgt dabei durch Zugabe einer Stickstoff­verbindung, die mit einem Impfmittel zu Tabletten verpreßt ist. Auf diese Weise werden dem Gußeisen zwar 0,009 bis 0,018 % Stickstoff zulegiert, jedoch werden zusätzlich die Bestandteile des Impfmittels eingebracht. Angaben, auf welche Weise und in welcher Menge Stick­stoffverbindungen mit Impfmittel dem Gußeisen zugesetzt werden, fehlen, so daß eine Benutzung des Verfahrens erschwert bzw. eine zuverlässige Einstellung des Stick­stoffgehalts im Gußeisen nicht gewährleistet ist.
  • Die DE-OS 24 02 945 beschreibt hochfestes Gußeisen mit Kugelgraphit und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Aufstickung auf Gehalte von 0,0035 bis 0,02 Gew.-% N erfolgt mittels N-haltiger Legierungen wie Fe-Mn-N und Fe-Cr-N oder mit Hexamin.
  • Bei Anwendung N-haltiger Legierungen ist das Stickstoff­angebot und somit die Stickstoffausbeute relativ breit gestreut. Die Stickstoffausbeute ist sehr gering, so daß die Legierungen in relativ großen Mengen zugesetzt werden müssen, was wiederum unerwünschte Effekte wie Einbringen einer relativ großen Menge an Fremdmetall, erhöhten Schlackenanfall und unzureichendes Lösungsver­halten des Stickstoffs zur Folge hat. Hexamin als brisanter Sprengstoff (Lehrbuch der Organischen Chemie, Paul Karrer, 1963, S. 500) ist gefährlich.
  • Das Löslichkeitsgleichgewicht für Stickstoff in Gußeisen wird durch die Legierungselemente und die Temperatur der Eisenschmelze beeinflußt. Im hierfür üblichen Temperaturbereich von 1400 bis 1550°C liegt das Löslich­keitsgleichgewicht für Stickstoff in technischen Guß­eisenlegierungen bei 40 bis 60 ppm. Dies hat zur Folge, daß alle Stickstoffgehalte, die über dem Wert dieses Löslichkeitsgleichgewichts liegen, instabil sind. Der Stickstoffverlust liegt im Regelfall bei 10 ppm je 30 Minuten Standzeit der Schmelze bei 1480°C. Eine nach­trägliche Korrektur des Stickstoffgehalts durch Zusatz weiterer N-haltiger Legierungen ist wegen der damit verbundenen Erhöhung der Mangan- oder Chromwerte nicht mehr möglich, da diese eine unerwünschte ledeburitische Erstarrung des Gußeisens verursachen würde.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Mittel und ein Verfahren zu schaffen, welches eine einfache, kostengün­stige, mit hoher Stickstoffausbeute arbeitende Perlitsta­bilisierung bzw. Festigkeitserhöhung durch Steigerung des Perlitanteils im Gußeisen mit Lamellengraphit oder Kugelgraphit erlaubt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Mittel zur Aufstickung von Gußeisen, das dadurch gekenn­zeichnet ist, daß es mindestens 50 Gew.-% Stickstoff enthaltende Verbindungen mit N-C-N-Struktur oder/und Mischungen von Kalkstickstoff mit Nitriden des Siliciums, Ferrosiliciums, Mangans und Chroms enthält oder daraus besteht.
  • Es wurde nämlich gefunden, daß solche Verbindungen eine hohe Stickstoffausbeute ergeben, ohne unerwünschte Legierungsmetalle einzubringen. Als Stickstoffverbindun­gen finden vorteilhafterweise solche mit einem hohen Stickstoffgehalt Verwendung, die großtechnisch wohlfeil zur Verfügung stehen. Hierunter fallen insbesondere Cyanamid, Dicyandiamid, Guanidin, Aminoguanidin, Harn­stoff, Hexamethylentetramin, Cyanursäure, Azulminsäure, Melamin, Melam, Melem, Melon, polymere Triazinverbindun­gen und Guanamine, die bevorzugt werden.
  • Diese im erfindungsgemäßen Mittel bevorzugten Stickstoff­verbindungen haben die Eigenschaft, in der Gußeisenschmel­ze in gasförmige Produkte zu zerfallen, wodurch Schlacke­bildung vermieden wird. Außerdem ist es damit jederzeit möglich, Stickstoffverluste durch wiederholte Zugabe des Mittels auszugleichen, ohne hierbei durch das übermäßige Einbringen anderer Legierungselemente, wie Z.B. Mangan und Chrom, unerwünschte Eigenschaftsänderun­gen befürchten zu müssen.
  • Neben den genannten bevorzugten Verbindungen mit N-C-N-­Struktur finden aber auch solche mit hohem Stickstoffge­halt (etwa 15 bis 40 Gew.-%) Verwendung, die eine Calcium oder Silicium enthaltende Schlacke bilden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung werden Calciumcyanamid, z.B. in seiner technischen Form als Kalkstickstoff und dessen Mischungen mit Nitriden des Siliciums, Ferrosiliciums, Mangans und Chroms eingesetzt.
  • Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn das erfindungsgemäße Mittel außerdem Zusatzstoffe, die eine Beschleunigung oder Verzögerung der Reaktion in der Gußeisenschmelze bewirken, in einer Menge von 0,5 bis 50 Gew.-% enthält und im wesentlichen aus Kohlenstoff, Eisen oder/und Silicium bestehen. Geeignete Zusatzstoffe sind Flammkohle, Ferrosilicium, Eisen, Graphit, hochdis­perse Kieselsäure und siliciumdioxidhaltige Stäube, durch die sich je nach der verwendeten Stickstoffverbin­dung und N-Bedarf die Stickstoffausbeute optimieren läßt. Vorzugsweise enthält das Mittel 10 bis 35 Gew.-% eines der genannten Zusatzstoffe.
  • Eine weitgehende homogene Verteilung in der Gußeisen­schmelze wird erzielt, wenn das Mittel in Pulverform mit einer Korngröße von 0,01 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm vorliegt. Aber auch ein Granulat der Korngröße 0,01 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm reagiert in vorteilhafter Weise in der Gußeisenschmelze ab. Um eine optimale Stickstoffausbeute und eine homogene Verteilung in der Gußeisenschmelze zu erreichen, wird das erfin­dungsgemäße Mittel, in einen Fülldraht verpackt, in die Schmelze eingeschossen. Ebenfalls hat es sich bewährt, das Mittel als Pulver oder als Granulat durch eine Tauchlanze mit Hilfe eines Gasstroms einzublasen. Als Trägergas wird hierbei beispielsweise Luft, Stickstoff oder Argon verwendet.
  • Auch besteht die Möglichkeit, Ammoniak als Trägergas zum Einblasen des erfindungsgemäßen Mittels einzusetzen, doch hat diese Methode den Nachteil einer nicht so exakt dosierbaren Stickstoffandienung, da Ammoniak bei den Temperaturen der Gußeisenschmelze zerfällt und damit selbst als Stickstoffdonator wirkt. Diese Methode findet vorteilhaft jedoch dann Anwendung, wenn Gußeisen mit Höchstwerten an Stickstoff herzustellen ist.
  • Es hat sich bewährt, je nach Temperatur und Eisenzusam­mensetzung unterschiedliche Stickstoffträger und Zusatz­stoffe einzusetzen. Besondere Beachtung ist der Tempera­tur der Eisenschmelze beizumessen. Durch die entspre­chende Zusammensetzung des Mittels kann die Aufstickung erfindungsgemäß im Temperaturbereich von 1200 bis 1600°C durchgeführt werden.
  • Die Zusammensetzung des Mittels bei unterschiedlichen Temperaturen wird in den Beispielen näher erläutert. Für den extrem niederen Temperaturbereich von 1260 bis 1280°C wird z.B. eine Mischung aus etwa 97 Gew.-% Harnstoff und etwa 3 Gew.-% Flammkohle bevorzugt (Bei­spiel 2). Im mittleren Temperaturbereich von 1310 bis 1340°C wird bevorzugt Harnstoff zur Aufstickung verwen­det (Beispiel 1), und bei einer Temperatur von 1460°C wird beispielsweise eine Mischung aus 35 Gew.-% Harn­stoff, 35 Gew.-% Dicyandiamid und 30 Gew.-% Ferrosili­cium 75 zur Eisenschmelze gegeben (Beispiel 3).
  • Infolge seines hohen Stickstoffgehalts und einer ausge­zeichneten Stickstoffausbeute ist der Mengenbedarf des Mittels gering. Abhängig von der Art des Mittels, der Form des Einbringens und der gewünschten Festigkeitser­höhung werden pro Tonne Gußeisen 0,1 bis 6 kg des Mittels angewendet. Bevorzugt wird eine Menge von 0,5 bis 1 kg des Mittels verwendet, um im Gußeisen mit Lamellengraphit oder Kugelgraphit einen Stickstoffgehalt von 50 bis 200 ppm einzustellen.
    • Beispiel 1
  • In einem Netzfrequenzinduktionstiegelofen befinden sich 13 t Gußeisen im Temperaturbereich von 1310 bis 1340°C mit folgender chemischer Zusammensetzung:
    C = 3,43 % S = 0,09 %
    Si = 1,82 % Al = 0,003 %
    Mn = 0,68 % Ti = 0,02 %
    Cr = 0,19 % N = 42 ppm
    Cu = 0,05 % Fe = Rest
  • Die Zugfestigkeit (Rm) dieser Qualität soll, gemessen am gegossenen Probestab von 30 mm Durchmesser, durch Aufsticken der Gußeisenschmelze um 50 N/mm² (ΔRm) erhöht werden. Eine Erhöhung der Stickstoffmenge um 10 ppm freien Stickstoff verbessert die Zugfestigkeit um 7 N/mm². Der Stickstoffgehalt des unbehandelten Gußeisens beträgt 42 ppm.
  • In Al und Ti ist gemäß nachstehender Berechnung folgen­de Stickstoffkonzentration als Nitrid gebunden:
    % N als Aluminiumnitrid =
    Figure imgb0001
    = 0,0015 entspr. 15 ppm

    % N als Titannitrid =
    Figure imgb0002
    = 0,0059 enspr. 59 ppm
  • Die erforderliche Stickstoffkonzentration für eine Erhöhung der Zugfestigkeit um 50 N/mm² berechnet sich nach
    Figure imgb0003
    x 10 + ppm Nitrid-Stickstoff = ppm Gesamt-Stickstoff

    Figure imgb0004
    x 10 + 15 + 59 = 146

    Erforderliche Erhöhung des Stickstoffgehalts

    = 146 ppm - 42 ppm = 104 ppm
  • Zur Aufstickung der Gußeisenschmelze wird ein Fülldraht von 13 mm Durchmesser verwendet, der 120 g/m pulverför­migen Harnstoff enthält, entsprechend 55 g/m Stickstoff.
  • Dem Ofen werden 4 t Flüssigeisen entnommen. Der verblei­bende Inhalt wird ohne Badbewegung auf Temperatur gehalten und 80 m des Fülldrahts mit einer Einspulge­schwindigkeit von 50 m/min eingebracht. Anschließend wird der Ofen auf 13 t Inhalt aufgefüllt.
  • Die danach gemessene Stickstoffkonzentration von 152 ppm im Gußeisen entspricht einer Stickstoffausbeute von 32,5 % .
  • Durch diese mit dem Mittel der Erfindung erzielte Erhöhung des Stickstoffgehaltes wurde eine Erhöhung der Zugfestigkeit, gemessen am 30 mm Probestab, von 260 auf 315 N/mm² erreicht.
    • Beispiel 2
  • In einem Netzfrequenzinduktionstiegelofen befinden sich 13 t Gußeisen im Temperaturbereich von 1260 bis 1280°C mit nachstehender Zusammensetzung:
    C = 3,38 % S = 0,08 %
    Si = 1,83 % Al = 0,004 %
    Mn = 0,60 % Ti = 0,02 %
    Cr = 0,17 % N = 48 ppm
    Cu = 0,04 % Fe = Rest
  • Die Zugfestigkeit war wie in Beispiel 1 um 50 N/mm² zu erhöhen.
  • Die Berechnung der zu dieser Erhöhung der Zugfestigkeit erforderlichen Stickstoffkonzentration gemäß Beispiel 1 ergibt 103 ppm.
  • Zur Aufstickung der Gußeisenschmelze wird ein Fülldraht mit 13 mm Durchmesser verwendet, der eine Mischung aus 97 Gew.-% Harnstoff und 3 Gew.-% Flammkohle enthält. Sein Füllgewicht beträgt 120 g/m, der Stickstoffgehalt liegt bei 54 g/m.
  • Von diesem Fülldraht werden 78 m mit einer Einspulge­schwindigkeit von 40 m/min in 9 t Gußeisenschmelze eingebracht und weitere 4 t Gußeisen zugesetzt. Die gemessene Stickstoffkonzentration von 148 ppm im Guß­eisen entspricht einer Stickstoffausbeute von 30,8 %.
  • Durch diese Erhöhung der Stickstoffmenge wurde eine Erhöhung der Zugfestigkeit, gemessen am 30 mm Probe­stab, von 240 auf 288 N/mm² erreicht.
    • Beispiel 3
  • In einer Transportpfanne mit einem Fassungsvermögen von 3 t wird Gußeisen nachstehender Zusammensetzung bei 1460°C zur Aufstickung bereitgehalten.
    C = 3,38 % S = 0,07 %
    Si = 2,06 % Al = 0,003 %
    Mn = 0,55 % Ti = 0,01 %
    Cr = 0,14 % N = 55 ppm
    Cu = 0,05 % Fe = Rest
  • Angestrebt wird eine Erhöhung der Zugfestigkeit, gemes­sen am Probestab von 30 mm Durchmesser, um 50 N/mm².
  • Die Berechnung der zur Erhöhung der Zugfestigkeit benötigten Stickstoffkonzentrationen erfolgt gemäß Beispiel 1 und ergibt 41 ppm.
  • Zur Aufstickung der Gußeisenschmelze wird ein Fülldraht mit 9 mm Durchmesser verwendet, der eine Mischung aus

    35 Gew.-% Harnstoff
    35 Gew.-% Dicyandiamid
    30 Gew.-% FeSi 75

    enthält. Das Füllgewicht dieses Drahtes beträgt 34 g/m, der Stickstoffgehalt liegt bei 29 g/m.
  • In die Gußeisenschmelze werden 28 m dieses Fülldrahtes mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min eingespult. Die gemessene Stickstoffkonzentration von 119 ppm im Guß­eisen entspricht einer Stickstoffausbeute von 23,6 %.
  • Es wurde eine Erhöhung der Zugfestigkeit, gemessen am 30 mm Probestab, von 210 auf 264 N/mm² erreicht.
    • Beispiel 4
  • In einem Netzfrequenzinduktionstiegelofen von 9 t Nutzvolumen befinden sich 8,2 t Gußeisen bei einer Temperatur von 1320°C mit nachstehender Zusammenset­zung:
    C = 3,47 % S = 0,08 %
    Si = 1,85 % Al = 0,003 %
    Mn = 0,60 % Ti = 0,02 %
    Cr = 0,14 % N = 27 ppm
    Cu = 0,05 % Fe = Rest
  • Die Zugfestigkeit dieses Gußeisens sollte um 80 N/mm² erhöht werden. Die Berechnung der zur Erhöhung der Zugfestigkeit erforderlichen Stickstoffkonzentration erfolgte gemäß Beispiel 1. Sie ergab 161 ppm.
  • Zur Aufstickung der Gußeisenschmelze wird ein Fülldraht mit 13 mm Durchmesser verwendet, der eine Mischung aus 97,5 Gew.-% Hexamethylentetramin und 2,5 Gew.-% hochdis­perse Kieselsäure enthält. Sein Füllgewicht beträgt 108 g/m, der Stickstoffgehalt liegt bei 42 g/m.
  • Von diesem Fülldraht werden 96 m mit einer Einspulge­schwindigkeit von 55 m/min. in 8,2 t Gußeisenschmelze eingebracht. Die gemessene Stickstoffkonzentration von 207 ppm im Gußeisen entspricht einer Stickstoffausbeute von 36,6 %.
  • Es wurde eine Erhöhung der Zugfestigkeit, gemessen am 30 mm Probestab, von 244 auf 310 N/mm² erreicht.
    • Beispiel 5
  • In einer Transportpfanne werden 3 t Gußeisen der Zusam­mensetzung gemäß Beispiel 3 bei einer Temperatur von 1478°C zur Aufstickung bereitgehalten.
  • Angestrebt wird eine Erhöhung der Zugfestigkeit, gemes­sen am Probestab von 30 mm Durchmesser, um 40 N/mm².
  • Die Berechnung der zur Erhöhung der Zugfestigkeit benötigten Stickstoffkonzentration erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben. Sie ergibt 61 ppm.
  • Zur Aufstickung der Gußeisenschmelze auf diesen Wert wird ein Fülldraht mit 9 mm Durchmesser verwendet, der

    97 Gew.-% Kalkstickstoff und
    3 Gew.-% Flammkohle

    enthält.
  • Das Füllgewicht dieses Drahtes beträgt 85 g/m, der Stickstoffgehalt liegt bei 19 g/m.
  • In die bereitstehende Gußeisenschmelze werden 25 m dieses Fülldrahtes mit einer Geschwindigkeit von 25 m/min. eingespult. Die danach gemessene Stickstoff­konzentration von 112 ppm entspricht einer Stickstoff­ausbeute von 15,2 %.
  • Die Zugfestigkeit, gemessen am 30 mm Probestab, erhöhte sich von 210 auf 258 N/mm².

Claims (12)

1. Mittel zur Aufstickung von Gußeisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß es mindestens 50 Gew.-% Stickstoff enthalten­de Verbindungen mit N-C-N-Struktur oder/und Mi­schungen von Kalkstickstoff mit Nitriden des Siliciums, Ferrosiliciums, Mangans und Chroms enthält oder daraus besteht.
2. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Stickstoff enthaltende Verbindung Cyanamid, Dicyandiamid, Guanidin, Harnstoff, Hexamethylentetramin, Cyanursäure, Azulminsäure, Melamin, Melam, Melem, Melon, polymere Triazinver­bindungen und Guanamine enthält.
3. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es Stickstoff enthaltende Verbindungen enthält, die in der Gußeisenschmelze eine Calcium oder Silicium enthaltende Schlacke bilden.
4. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel 0,5 bis 50 Gew.-% eines oder mehre­rer Zusatzstoffe aus Kohlenstoff oder Eisen oder/­und Silicium enthält.
5. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß es als Zusatzstoff Flammkohle, Ferrosilicium, Eisen, Graphit, hochdisperse Kieselsäure oder/und siliciumdioxidhaltige Stäube enthält.
6. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel 10 bis 35 Gew.-% eines Zusatzstoffes enthält.
7. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel als Pulver der Korngröße 0,01 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm vorliegt.
8. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel als Granulat der Korngröße 0,01 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm vorliegt.
9. Verfahren zur Aufstickung von Gußeisen mit Lamellen­graphit oder Kugelgraphit,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 8 in Form eines Fülldrahts in die Gußeisenschmelze eingebracht wird.
10. Verfahren zur Aufstickung von Gußeisen mit Lamellen­graphit oder Kugelgraphit,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 8 mit Hilfe eines Gasstroms durch eine Tauchlanze in die Gußeisenschmelze eingeblasen wird.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß pro Tonne Gußeisenschmelze 0,1 bis 6 kg, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 kg des Mittels verwendet werden.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß Gußeisen mit einem Stickstoffgehalt von 50 bis 200 ppm hergestellt wird.
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