ES2298771T3

ES2298771T3 - CAST IRON MATERIAL.

Info

Publication number: ES2298771T3
Application number: ES04741074T
Authority: ES
Inventors: Milan Lampic-Oplander; Jorg Billasch
Original assignee: WINTER FRITZ EISENGIESSEREI; Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Current assignee: WINTER FRITZ EISENGIESSEREI; Fritz Winter Eisengiesserei GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2008-05-16
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: EP1646732B1; WO2005007913A1; MXPA06000901A; EP1646732A1; DE502004005766D1

Abstract

Material de hierro fundido con grafito laminar que presenta la siguiente composición (en % en peso): C: 3,4 - 4,1%, Si: 0,9 - 1,4%, Mn: 0,4 - 0,7%, Cu: 0,4 - 0,6%, S: 0,01 - 0,04%, O2: 0,003 - 0,007%, P: <_ 0,04%, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, en el que la composición puede contener adicional y opcionalmente uno o varios de los elementos siguientes: Mo: 0,15 - 0,45%, La: 0,005 - 0,02%, Sr: 0,0005 - 0,01%, Ni: 0,05 - 0,8%, V: 0,005 - 0,1%, Sn: 0,05 - 0,15%, N: 0,05 - 0,08%, Ce: 0,01 - 0,02% y para el grado de saturación Sc = %C/4,26-0,3*(%Si+%P) (%C: contenido correspondiente de C, %Si: contenido correspondiente de Si, %P: contenido correspondiente de P) se cumple 0,85% <_ Sc <_ 1,05%, y para la cantidad correspondiente %CGE = 2,25% - 0,2%Si (%Si: contenido correspondiente de Si) se cumple 1,97% <_ %CGE <_ 2,07%.Cast iron material with laminar graphite having the following composition (in% by weight): C: 3.4 - 4.1%, Si: 0.9 - 1.4%, Mn: 0.4 - 0.7 %, Cu: 0.4 - 0.6%, S: 0.01 - 0.04%, O2: 0.003 - 0.007%, P: <_ 0.04%, the rest being Fe and unavoidable impurities, in the that the composition may additionally and optionally contain one or more of the following elements: Mo: 0.15-0.45%, La: 0.005-0.02%, Sr: 0.0005-0.01%, Ni: 0 , 05 - 0.8%, V: 0.005 - 0.1%, Sn: 0.05 - 0.15%, N: 0.05 - 0.08%, Ce: 0.01 - 0.02% and for the degree of saturation Sc =% C / 4.26-0.3 * (% Si +% P) (% C: corresponding content of C,% Si: corresponding content of Si,% P: corresponding content of P) meets 0.85% <_ Sc <_ 1.05%, and for the corresponding amount% CGE = 2.25% - 0.2% Yes (% Si: corresponding Si content) 1.97% <_ is met % CGE <_ 2.07%.

Description

Material de hierro fundido.Cast iron material.

La invención se refiere a un material de hierro fundido con grafito laminar que es especialmente adecuado para la fabricación de discos de freno, bloques de motor de construcción ligera y pesada, así como de culatas.The invention relates to an iron material molten with laminar graphite that is especially suitable for manufacture of brake discs, building engine blocks Light and heavy, as well as cylinder heads.

El hierro fundido con grafito laminar (fundición gris) es un material de construcción muy apreciado por su buena mecanizabilidad por arranque de virutas y sus ventajosas propiedades de fundición, presentando un riesgo reducido para la aparición de defectos ocultos. Así, a partir de los materiales de hierro fundido en cuestión se cuelan típicamente bloques para motores de combustión interna.Cast iron with laminar graphite (cast iron gray) is a building material highly prized for its good mechanizabilidad by start of shavings and his advantageous properties foundry, presenting a reduced risk for the appearance of hidden defects So, from cast iron materials in question typically block blocks for engines internal combustion.

Sin embargo, los requisitos exigidos actualmente respecto a la resistencia del material a la tracción han tocado los límites dentro los cuales se puede aplicar sin problemas la fundición gris convencional. Esto se debe a que por una parte se exigen mayores prestaciones, por ejemplo en la fundición de motores de combustión interna, y por otra es un objetivo central de las construcciones de fundición modernas la construcción ligera. El asunto se complica porque los usuarios no sólo exigen una mayor resistencia a la tracción, generalmente superior a 300 MPa, sino también la optimización de otras propiedades, como, por ejemplo, una elevada conductividad térmica, una elevada resistencia a la fatiga termomecánica y una elevada resistencia al desgaste por rozamiento y por deslizamiento. Además, la calidad del producto de fundición es sometida a pruebas rigurosas.However, the requirements currently demanded regarding the resistance of the tensile material they have touched the limits within which the conventional gray cast iron. This is because on the one hand they demand higher performance, for example in engine smelting of internal combustion, and on the other is a central objective of the modern foundry constructions light construction. He issue is complicated because users don't just demand more tensile strength, generally greater than 300 MPa, but also the optimization of other properties, such as a high thermal conductivity, high fatigue resistance thermomechanical and high resistance to friction wear and by sliding. In addition, the quality of the foundry product is subjected to rigorous tests.

Los requisitos exigidos respecto a unas elevadas resistencias a la tracción se pueden cumplir en principio reduciendo el contenido de carbono y de silicio y/o el grado de saturación, así como por aleación de Cr, Cu, Ni, Mn o Mo hasta obtener un contenido total de los elementos añadidos por aleación de hasta aproximadamente 2%. De esta manera también se puede aumentar lo suficiente la resistencia a la fatiga termomecánica.The required requirements regarding high tensile strengths can be met in principle reducing the carbon and silicon content and / or the degree of saturation, as well as by Cr, Cu, Ni, Mn or Mo alloy up to obtain a total content of the elements added by alloy up to about 2%. This way you can also increase Enough thermomechanical fatigue resistance.

Sin embargo, las medidas mencionadas provocan una disminución considerable de la colabilidad y de la capacidad de alimentación interna del material de hierro fundido elaborado. El riesgo de aparición de defectos ocultos y de solidificación semicarbúrica (dureza del borde) aumenta. Al mismo tiempo empeora considerablemente la mecanizabilidad del material por arranque de virutas. Por lo tanto, a cambio del aumento de la resistencia a la tracción y de la resistencia a la fatiga termomecánica logrado con las medidas mencionadas debe asumirse una proporción de productos defectuosos de hasta 30% en la producción industrial.However, the mentioned measures cause a considerable decrease in the colability and the capacity of Internal feeding of the elaborated cast iron material. He risk of occurrence of hidden defects and solidification semi-arboreal (edge hardness) increases. At the same time it gets worse considerably the mechanizabilidad of the material by starting of shavings. Therefore, in exchange for the increased resistance to tensile and thermomechanical fatigue resistance achieved with the mentioned measures should be assumed a proportion of products Defective up to 30% in industrial production.

Sin embargo, el requisito de una elevada conductividad térmica no puede cumplirse en ningún caso reduciendo el contenido de carbono y de silicio y/o el grado de saturación, ni por aleación con determinados elementos de aleación, pues es conocido que la conductividad térmica de la fundición gris es una función de la cantidad de grafito contenida en la fundición y disminuye a medida que bajan las cantidades de grafito. También los elementos añadidos por aleación producen en principio una disminución de la conductividad térmica.However, the requirement of a high thermal conductivity cannot be met in any case by reducing the carbon and silicon content and / or the degree of saturation, nor by alloy with certain alloy elements, it is known that the thermal conductivity of gray cast iron is a function of the amount of graphite contained in the foundry and decreases as the amounts of graphite decrease. Also they elements added by alloy produce in principle a decrease in thermal conductivity.

Esto último se manifiesta especialmente cuando a partir de un material aleado de forma correspondiente y que presenta resistencias relativamente elevadas se han de colar pastillas de freno eficaces.The latter manifests especially when from a correspondingly alloyed material and that It presents relatively high resistances to be strained effective brake pads.

La aleación con elementos que forman carburos, tales como Cr y Mo, conduce, debido al comportamiento de segregación de estos elementos, a la formación de carburos complejos no deseados, incluso cuando ésta se produce dentro de los límites teóricos de solubilidad de estos elementos (regla empírica: radio atómico del elemento correspondiente < 1,15 x radio atómico de Fe). Además del hecho de que en el caso de estos carburos se trata de "productos de desecho" con efectos negativos sobre la mecanizabilidad por arranque de virutas, existe el inconveniente fundamental de que cuando se hace recircular el material de fundición generado en el proceso de fundición, se produce un incremento de la entropía en la totalidad del sistema de circulación.The alloy with carbide-forming elements, such as Cr and Mo, leads, due to segregation behavior of these elements, to the formation of complex carbides not desired, even when it occurs within the limits Theoretical solubility of these elements (empirical rule: radius atomic of the corresponding element <1.15 x atomic radius of Faith). In addition to the fact that in the case of these carbides it is of "waste products" with negative effects on the mechanizabilidad by start of shavings, exists the disadvantage fundamental that when the material is recirculated foundry generated in the foundry process, a increased entropy in the entire system of circulation.

Cuando se reutiliza el material recirculado, los carburos generalmente no son disociados por completo. En lugar de ello se conservan en forma de los denominados "clusters" (aglomerados) que, al solidificarse, vuelven a formar carburos. Como consecuencia de una nueva aleación con la cantidad establecida en cada caso de cromo y molibdeno se vuelven a formar nuevos carburos. Como resultado, este proceso de enriquecimiento del material de fundición elaborado con carburos conduce a un aumento lento pero inevitable de cromo y molibdeno no aprovechables, que termina en un deterioro progresivo de las propiedades del material de fundición. Como consecuencia de que los elementos segregados influyen de forma diferente en el nivel térmico del equilibrio eutéctico en el sistema Fe-C-X y que las fases no metálicas inactivas, presentes igualmente en la masa fundida, también están sometidas al proceso del aumento progresivo, se puede producir durante el proceso de fundición, en caso extremo, el temido defecto de fundición denominado "fundición en coquilla inversa".When the recycled material is reused, the Carbides are generally not completely dissociated. Instead of this is preserved in the form of the so-called "clusters" (agglomerates) that, when solidified, return to form carbides. As a result of a new alloy with the set amount in each case of chromium and molybdenum new forms are formed again carbides As a result, this enrichment process of foundry material made of carbides leads to an increase slow but inevitable chrome and molybdenum not usable, which ends in a progressive deterioration of material properties foundry As a consequence of the segregated elements influence the thermal equilibrium level differently eutectic in the Fe-C-X system and that the inactive nonmetallic phases, also present in the melt, are also subject to the process of increase progressive, can occur during the casting process, in extreme case, the dreaded casting defect called "reverse shell casting".

Además del estado de la técnica antes expuesto se conoce por el documento EP 1213071 A2 un material de hierro fundido para la fabricación de árboles de levas que presenta (en % en peso) entre 3,5 y 3,7% de C, entre 0,9 y 1,1% de Si, hasta 1% de Mn, así como una proporción de 0,02 a 0,05% de lantano no unido a azufre, y puede contener opcionalmente entre 0,3 y 0,6% de Cr, entre 0,1 y 1,0% de Cu, entre 0,3 y 0,6% de Mo y entre 0,02 y 0,05% de Ti. La adición de lantano al material conocido se llevó a cabo con el propósito de aumentar la dureza del material y obtener un refinado de grano que mejora el comportamiento tribológico. En el documento EP 1213071 A2 se explican en detalle las propiedades de una aleación con una composición de este tipo mediante un ejemplo de realización que presentaba (en % en peso) 3,69% de C, 0,95% de Si, 0,05% de La, 0,029% de S, 0,0035% de O, 0,29% de Mn, 0,5% de Cr, 0,2% de Cu, 0,51% de Mo y 0,022% de Ti.In addition to the state of the art described above an iron material is known from EP 1213071 A2 cast for the manufacture of camshafts it presents (in% by weight) between 3.5 and 3.7% of C, between 0.9 and 1.1% of Si, up to 1% of Mn, as well as a proportion of 0.02 to 0.05% of lanthanum not bound to sulfur, and may optionally contain between 0.3 and 0.6% Cr, between 0.1 and 1.0% of Cu, between 0.3 and 0.6% of Mo and between 0.02 and 0.05% of you. The addition of lanthanum to the known material was carried out. in order to increase the hardness of the material and obtain a grain refining that improves tribological behavior. At EP 1213071 A2 explains in detail the properties of an alloy with such a composition by an example of performance that presented (in% by weight) 3.69% of C, 0.95% of Yes, 0.05% of La, 0.029% of S, 0.0035% of O, 0.29% of Mn, 0.5% of Cr, 0.2% Cu, 0.51% Mo and 0.022% Ti.

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Por el documento EP 1004789 A1 se conoce otro ejemplo de un material de hierro fundido con grafito laminar. Este material se usa para la fabricación de discos de freno que se caracterizan por una duración prolongada. El material de fundición conocido por el documento EP 1004789 A1 contiene con este fin, en % en peso, entre 3,9 y 4,2% de C, entre 0,7 y 1,2% de Si, hasta 0,02% de P, hasta 0,02% de S y hasta 0,05% de Al. El material conocido puede contener adicionalmente contenidos en Mn, V, Cu y Cr, no debiendo sobrepasar la cantidad total de estos elementos de aleación el 1,6%. Una pastilla de freno fabricada a partir de un material de este tipo se caracteriza por una conducción térmica especialmente elevada y, al mismo tiempo, por una buena tenacidad. La aleación conocida se ensayó concretamente en un ejemplo de realización que contenía (en % en peso) 4,1% de C, 1,0% de Si, 0,02% de P, 0,03% de S, 0,3% de Mn, 0,01% de V, 0,4% de Cu, 0,3% de Mo y 0,015% de Al.From document EP 1004789 A1 another known example of a cast iron material with laminar graphite. This material is used for the manufacture of brake discs that are characterized by a prolonged duration. Foundry material known from EP 1004789 A1 contains for this purpose, in% by weight, between 3.9 and 4.2% of C, between 0.7 and 1.2% of Si, up to 0.02% of P, up to 0.02% of S and up to 0.05% of Al. Known material may additionally contain content in Mn, V, Cu and Cr, no must exceed the total amount of these elements of 1.6% alloy. A brake pad made from a material of this type is characterized by thermal conduction especially high and, at the same time, for a good tenacity. The known alloy was specifically tested in an example of embodiment containing (in% by weight) 4.1% C, 1.0% Si, 0.02% of P, 0.03% of S, 0.3% of Mn, 0.01% of V, 0.4% of Cu, 0.3% of Mo and 0.015% Al.

Partiendo del estado de la técnica antes expuesto, el objetivo de la invención consistía en crear un concepto de aleación que permitiera ajustar de forma sencilla para una amplia gama de productos las propiedades óptimas correspondientes por variación de los contenidos de los componentes de aleación correspondientes.Starting from the prior art before exposed, the objective of the invention was to create a concept of alloy that allowed to adjust easily for a wide range of products the corresponding optimal properties by variation of the contents of the alloy components corresponding.

Este objetivo se alcanza de acuerdo con la invención mediante un material de hierro fundido con grafito laminar que presenta la siguiente composición (en % en peso):This objective is achieved in accordance with the invention by means of a cast iron material with laminar graphite which has the following composition (in% by weight):

C:C:: 3,4 - 4,1%,3.4-4.1%,

Si:Yes:: 0,9 - 1,4%,0.9 - 1.4%,

Mn:Mn:: 0,4 - 0,7%,0.4 - 0.7%,

Cu:Cu:: 0,4 - 0,6%,0.4 - 0.6%,

S:S:: 0,01 - 0,04%,0.01 - 0.04%,

O_{2}:O_ {2}:: 0,003 - 0,007%,0.003 - 0.007%,

P:P:: \leq 0,04%,≤ 0.04%,

siendo el resto Fe e impurezas inevitables,the rest being unavoidable Faith and impurities,

en el que la composición puede contener adicional y opcionalmente uno o varios de los elementos siguientes:in which the composition may contain additionally and optionally one or more of the elements following:

Mo:Mo:: 0,15 - 0,45%,0.15 - 0.45%,

La:The:: 0,005 - 0,02%,0.005 - 0.02%,

Sr:Mr:: 0,0005 - 0,01%,0.0005 - 0.01%,

V:V:: 0,005 - 0,1%,0.005 - 0.1%,

Ni:Neither:: 0,05 - 0,8%,0.05 - 0.8%,

Sn:Sn:: 0,05 - 0,15%,0.05 - 0.15%,

N:N:: 0,05 - 0,08%0.05 - 0.08%

y para el grado de saturación S_{c} = %C/4,26-0,3*(%Si+%P) (%C: contenido correspondiente de C, %Si: contenido correspondiente de Si, %P: contenido correspondiente de P) se cumple 0,85% \leq S_{c} \leq 1,05%, y para la cantidad correspondiente %CGE = 2,25% - 0,2%Si (%Si: contenido correspondiente de Si) se cumple 1,97% \leq %CGE \leq 2,07%.and for the degree of saturation S_ {c} = % C / 4.26-0.3 * (% Si +% P) (% C: corresponding content of C,% Si: corresponding content of Si,% P: content corresponding to P) 0.85% ≤ S_ {c} ≤ 1.05% is met, and for the corresponding amount% CGE = 2.25% - 0.2% Yes (% Yes: corresponding content of Si) 1.97% \ leq% CGE \ leq is met 2.07%

La invención proporciona una aleación de fundición de Fe-C-Si-X que posee, en particular, una combinación de propiedades optimizada tanto respecto a su resistencia mecánica como a su conductividad térmica y colabilidad, y en la que se ha reducido al mínimo el riesgo de un empeoramiento progresivo de las buenas propiedades durante el proceso de fundición práctico.The invention provides an alloy of casting of Fe-C-Si-X that you own, in particular, a combination of properties optimized both regarding its mechanical resistance as its thermal conductivity and collability, and in which the risk of a progressive worsening of good properties during practical casting process.

El material de hierro fundido de acuerdo con la invención carece en gran medida de elementos y productos secundarios no deseados y/o innecesarios. Así, los contenidos de azufre y oxígeno están dimensionados de tal manera que ya no influyen negativamente en las propiedades del material de hierro fundido. De este modo se logra que la red de hierro esté limpia y presente una capacidad disponible suficiente para alojar los átomos extraños necesarios. Al mismo tiempo se establecen contenidos mínimos de oxígeno y de azufre porque ambos elementos sirven de componentes constructivos para la formación de gérmenes de cristalización.The cast iron material according to the invention largely lacks secondary elements and products Unwanted and / or unnecessary. Thus, the sulfur contents and oxygen are sized in such a way that they no longer influence negatively in the properties of the cast iron material. From This mode ensures that the iron net is clean and has a sufficient available capacity to accommodate foreign atoms necessary. At the same time, minimum contents of oxygen and sulfur because both elements serve as components constructive for the formation of crystallization germs.

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En cumplimiento de las reglas de coordinación establecidas de acuerdo con la invención para el grado de saturación y la cantidad de grafito eutéctico, los contenidos de carbono y de silicio están dimensionados de tal manera que la cantidad de grafito eutéctico %CGE permanezca elevada incluso en el caso de una variación comparablemente grande del grado de saturación S_{c}.In compliance with the coordination rules established in accordance with the invention for the degree of saturation and the amount of eutectic graphite, carbon content and silicon are sized in such a way that the amount of % CGE eutectic graphite remains elevated even in the case of a comparably large variation in the degree of saturation S_ {c}.

La cantidad de grafito eutéctico %CGE presente en el material de fundición de acuerdo con la invención supera con creces a la del hierro fundido normal. Su valor de %CGE habitualmente asciende tan sólo a aproximadamente 1,85% en peso. Por lo tanto, en el caso del material de fundición de acuerdo con la invención se dispone de una proporción en volumen que es 10% a 20% mayor. En este exceso reside una ventaja crucial del material de hierro fundido de acuerdo con la invención frente al material de hierro convencional. El material de acuerdo con la invención presenta una capacidad de alimentación interna para compensar la contracción del hierro por expansión del grafito claramente superior a la del material de fundición convencional. Durante el proceso de fundición práctico, esta propiedad produce un claro aumento de la fiabilidad, generándose productos de fundición de alta calidad.The amount of% CGE eutectic graphite present in the foundry material according to the invention exceeds with You grow to normal cast iron. Your% CGE value It usually amounts to only about 1.85% by weight. Therefore, in the case of foundry material according to the invention there is a proportion by volume that is 10% to 20% higher. In this excess lies a crucial advantage of the material of cast iron according to the invention against the material of conventional iron The material according to the invention It has an internal power capacity to compensate for iron contraction by graphite expansion clearly superior to that of conventional foundry material. During the practical casting process, this property produces a clear Increased reliability, generating high cast iron products quality.

En la producción de un material de fundición de acuerdo con la invención, el tratamiento reductor de la masa fundida por inoculación debe regirse estrictamente por el nivel correspondiente de los contenidos en oxígeno y/o azufre.In the production of a foundry material of according to the invention, the mass reducing treatment fused by inoculation must be strictly governed by the level corresponding content of oxygen and / or sulfur.

Como elementos de aleación la invención prevé elementos cuyo radio atómico no difiera demasiado de aquel del hierro. La desviación preferentemente asciende a como máximo 2%. Los elementos de aleación no deben ser potentes formadores de carburos ni segregar directamente. Por lo tanto, para ajustar las propiedades exigidas en cada caso, se prevé de acuerdo con la invención añadir por aleación en caso necesario cobre, níquel, manganeso o molibdeno al material de hierro. Con este fin también se puede añadir estaño, cuyo radio atómico es hasta 50% mayor que el del hierro.As alloy elements the invention provides elements whose atomic radius does not differ too much from that of iron. The deviation preferably amounts to a maximum of 2%. The Alloy elements should not be powerful carbide formers nor segregate directly. Therefore, to adjust the properties required in each case, it is planned according to the invention to add by alloy if necessary copper, nickel, manganese or molybdenum to the iron material. For this purpose you can also add tin, whose atomic radius is up to 50% greater than that of iron.

Por consiguiente, el material de hierro fundido de acuerdo con la invención contiene cobre en cantidades de 0,4% en peso a 0,6% en peso para fomentar la formación de perlita sin influir negativamente en la grafitización, que se desea sea alta. Otro efecto positivo adicional producido por la presencia de Cu reside en que en este elemento se generan bandas de segregación. En la fabricación de piezas de fundición más ligeras, tales como bloques de motor de construcción ligera, ha resultado ventajoso limitar los contenidos de Cu a un intervalo de 0,45 a 0,55 para lograr estos efectos.Therefore, the cast iron material according to the invention it contains copper in amounts of 0.4% in weight to 0.6% by weight to encourage the formation of perlite without negatively influence graffiti, which is desired to be high. Another additional positive effect produced by the presence of Cu it resides in that in this element segregation bands are generated. In manufacturing lighter castings, such as Lightweight engine blocks, it has proved advantageous limit Cu contents to a range of 0.45 to 0.55 for Achieve these effects.

La aleación de acuerdo con la invención también puede contener adicionalmente níquel en cantidades de 0,05 a 0,8% en peso, preferentemente de 0,05 a 0,7% en peso. También se pueden prever, en combinación con Ni o solos, contenidos en nitrógeno de 0,05 a 0,08% en peso. Ambos elementos de aleación aseguran la obtención de altas resistencias mecánicas de la pieza de fundición acabada aun cuando la perlita se descomponga parcialmente. Por lo tanto, el Ni y N, en combinación o solos, preferentemente están presentes en el material de hierro de acuerdo con la invención cuando se fabrican piezas de fundición que por su conformación o masa se enfrían lentamente, con el riesgo de que se produzca la descomposición de la perlita. Como regla debería aplicarse que los contenidos en Ni y/o N son mayores cuanto mayor es el módulo de la pieza de fundición correspondiente.The alloy according to the invention also may additionally contain nickel in amounts of 0.05 to 0.8% by weight, preferably 0.05 to 0.7% by weight. Can also be provide, in combination with Ni or alone, nitrogen content of 0.05 to 0.08% by weight. Both alloy elements ensure the obtaining high mechanical strength of the casting finished even when the pearlite partially decomposes. For the both Ni and N, in combination or alone, are preferably present in the iron material according to the invention when castings are manufactured that by their conformation or mass cool slowly, with the risk of the decomposition of the perlite. As a rule, it should be applied that Ni and / or N contents are greater the larger the module of the corresponding casting.

El término técnico "módulo" designa en este caso la relación entre el volumen de la pieza de fundición y el área que cede calor, y habitualmente se expresa en la unidad de medida "cm".The technical term "module" designates in this case the relationship between the volume of the casting and the area that yields heat, and is usually expressed in the unit of measure "cm".

Unos contenidos de Mn comprendidos en el intervalo de 0,4% en peso a 0,7% en peso contribuyen igualmente a la formación de perlita. También el manganeso se añade, en especial, para generar bandas de segregación en el manganeso. Para la fabricación de piezas de fundición más ligeras que se enfrían más rápidamente se pueden restringir los contenidos de Mn al intervalo de 0,45 a 0,65% en peso para lograr este efecto.Some contents of Mn included in the range of 0.4% by weight to 0.7% by weight also contribute to Perlite formation. Also manganese is added, especially to generate segregation bands in manganese. For the manufacture of lighter castings that get cooler You can quickly restrict the contents of Mn to the interval from 0.45 to 0.65% by weight to achieve this effect.

El contenido máximo de fósforo se limita al 0,04% en peso para minimizar la formación de fosfuro eutéctico, que sería perjudicial para la tenacidad del material. Por este motivo también el contenido en azufre está limitado a un máximo de 0,04% en peso para evitar la formación de sulfuros. En caso de que esté presente cerio, los contenidos de al menos 0,01% en peso previstos de acuerdo con la invención sirven para la germinación que genera oxisulfuros finamente distribuidos. Como regla puede aplicarse que, en presencia de Ce, el contenido de Ce debe ser tanto mayor cuanto mayor sea el contenido correspondiente de S. Los oxisulfuros formados por cerio en combinación con azufre fomentan la formación de grafito y provocan un aumento de la resistencia mecánica y de la dureza del material sin reducir la tenacidad del material.The maximum phosphorus content is limited to 0.04% by weight to minimize the formation of eutectic phosphide, which It would be detrimental to the toughness of the material. For this reason also the sulfur content is limited to a maximum of 0.04% by weight to avoid sulfide formation. In case you are present cerium, the contents of at least 0.01% by weight expected according to the invention they serve for the germination that generates finely distributed oxysulfides. As a rule it can be applied that, in the presence of Ce, the Ce content should be as much higher as higher the corresponding content of S. The oxisulfides formed by cerium in combination with sulfur promote formation graphite and cause an increase in mechanical strength and material hardness without reducing the toughness of the material.

Se puede añadir Mo al material de hierro fundido de acuerdo con la invención en cantidades de 0,15% en peso a 0,45% en peso para bloquear, en caso de solicitación térmica, los movimientos de dislocación por difusión de la red de hierro y evitar de este modo que se inicie la formación de grietas. La seguridad con la que se alcanzan las propiedades del material de acuerdo con la invención que se ajustan mediante la adición de Mo se puede incrementar restringiendo el límite superior del contenido en Mo a 0,35% en peso y/o subiendo el límite inferior a 0,2%.Mo can be added to the cast iron material according to the invention in amounts of 0.15% by weight to 0.45% in weight to block, in case of thermal solicitation, the dislocation movements by diffusion of the iron network and avoid the formation of cracks in this way. The security with which the material properties of according to the invention that are adjusted by the addition of Mo can be increased by restricting the upper limit of the content in Mo to 0.35% by weight and / or raising the limit below 0.2%.

Unos contenidos en estaño que ascienden a entre 0,05% en peso y 0,15% en peso conducen, en el caso de un tiempo de permanencia prolongado de la pieza de fundición en el molde, a la formación de una zona de microsegregación alrededor de las lamelas de grafito y evitan la difusión del carbono desde el grafito hacia la matriz básica.Tin contents that amount to between 0.05% by weight and 0.15% by weight lead, in the case of a time of prolonged permanence of the casting in the mold, to the formation of a microsegregation zone around the lamellae graphite and prevent carbon diffusion from graphite to The basic matrix.

La adición de estroncio favorece la germinación y la formación de una textura ventajosa con vistas a las propiedades deseadas. Para lograr con seguridad este objetivo se requiere al menos 0,0005% en peso de Sr. En cambio, si los contenidos superan el 0,01% en peso, ya no se observa ningún efecto positivo. Especialmente en el caso de las piezas de fundición más grandes, en las que la resistencia mecánica es especialmente importante, se obtiene un efecto especialmente positivo en presencia de unos contenidos en Sr de 0,0005 a 0,002% en peso.The addition of strontium favors germination and the formation of an advantageous texture with a view to the properties desired. To achieve this goal safely, the minus 0.0005% by weight of Mr. On the other hand, if the contents exceed 0.01% by weight, no positive effect is observed. Especially in the case of larger castings, in which mechanical resistance is especially important, it obtains an especially positive effect in the presence of some contents in Sr from 0.0005 to 0.002% by weight.

Unos contenidos de lantano comprendidos en el intervalo de 0,005 a 0,02% en peso ejercen un efecto ventajoso sobre la colabilidad de la aleación de fundición de acuerdo con la invención y fomentan la dureza del material, así como su comportamiento tribológico, produciendo un refinado de grano.Lanthanum contents included in the 0.005 to 0.02% weight range exert an advantageous effect on the colability of the casting alloy according to the invention and encourage the hardness of the material, as well as its tribological behavior, producing a grain refining.

En caso necesario se añade vanadio a la aleación de acuerdo con la invención para aumentar la dureza y la resistencia del material a la tracción. El vanadio alea la cementita de la perlita y conduce a la formación de lamelas redondeadas y más cortas de grafito laminar, con la consecuencia de que aumentan la dureza y la tenacidad. Si se añade vanadio con este fin a una aleación de acuerdo con la invención, esto se puede llevar a cabo en función del módulo del elemento de construcción correspondiente para lograr con seguridad el éxito deseado. El contenido en V debe aumentar a medida que aumenta el grosor. Así, ensayos prácticos han demostrado que la pieza de fundición presenta unas propiedades óptimas cuando el contenido en V asciende a entre 0,025 y 0,035% en peso en el caso de un módulo de la pieza de fundición correspondiente de 0,25 a 0,65 cm, a entre > 0,035 y 0,065% en peso en el caso de un módulo de 0,65 a 1,2 cm y a entre más de 0,055 y 0,1% en peso en el caso de un módulo superior a 1,2 cm. Cuando los contenidos de acuerdo con la invención superan el 0,1% en peso, se sobrepasa el límite de
solubilidad.If necessary, vanadium is added to the alloy according to the invention to increase the hardness and tensile strength of the material. Vanadium alloys the cementite of the perlite and leads to the formation of rounded and shorter lamellar graphite lamellae, with the consequence that they increase the hardness and toughness. If vanadium is added for this purpose to an alloy according to the invention, this can be carried out depending on the module of the corresponding construction element to safely achieve the desired success. The V content should increase as the thickness increases. Thus, practical tests have shown that the casting has optimal properties when the V content is between 0.025 and 0.035% by weight in the case of a module of the corresponding casting from 0.25 to 0.65 cm , between> 0.035 and 0.065% by weight in the case of a module from 0.65 to 1.2 cm and between more than 0.055 and 0.1% by weight in the case of a module greater than 1.2 cm. When the contents according to the invention exceed 0.1% by weight, the limit of
solubility.

Una variante de la aleación de acuerdo con la invención, adecuada especialmente para la fabricación de discos de freno, se caracteriza porque sus contenidos en carbono se encuentran en el intervalo de 3,8 a 4,1% en peso. El contenido relativamente alto en carbono proporciona resistencias mecánicas que se encuentran en el intervalo de 150 a 200 MPa. Al mismo tiempo, las piezas de fundición producidas a partir de aleaciones con una composición de este tipo presentan una alta conductividad térmica junto con una igualmente alta tenacidad. El contenido en silicio se encuentra con el mismo fin preferentemente en el intervalo de 0,9 a 1,2% en peso.A variant of the alloy according to the invention, especially suitable for the manufacture of discs of brake, it is characterized because its carbon contents are in the range of 3.8 to 4.1% by weight. Content relatively high carbon provides mechanical strengths found in the range of 150 to 200 MPa. At the same time, the pieces of foundry produced from alloys with a composition of This type has a high thermal conductivity together with a equally high toughness. The silicon content meets the same purpose preferably in the range of 0.9 to 1.2% in weight.

Para la fundición de piezas de fundición en las que es de especial interés una elevada resistencia mecánica junto con una buena conductividad térmica, otra variante de la invención prevé que el contenido en C se encuentre en el intervalo de 3,4 a 3,8% en peso, en especial de 3,4 a 3,6% en peso.For the casting of castings in the which is of special interest a high mechanical strength together with a good thermal conductivity, another variant of the invention anticipates that the C content is in the range of 3.4 to 3.8% by weight, especially 3.4 to 3.6% by weight.

Los ensayos han demostrado que un material de hierro fundido de acuerdo con la invención con una composición de este tipo presenta elevadas resistencias a la tracción, que en estado colado ascienden siempre a más de 300 MPa.Tests have shown that a material of cast iron according to the invention with a composition of this type has high tensile strengths, which in Strained state always amount to more than 300 MPa.

En la fundición de piezas de fundición de paredes gruesas resulta ventajoso además que el contenido de Si en la aleación ascienda a entre 1,15 y 1,4% en peso, en especial a entre 1,2 y 1,4% en peso, para afrontar durante la fundición el riesgo de una reoxidación a contenidos de C reducidos.In the foundry casting of thick walls are advantageous in addition to the Si content in the alloy amounts to between 1.15 and 1.4% by weight, especially between 1.2 and 1.4% by weight, to face during casting risk of reoxidation to reduced C contents.

Se atribuye una especial importancia a los contenidos de oxígeno en una aleación de hierro fundido de acuerdo con la invención. Por medio del contenido en O_{2} se regulan la velocidad y la magnitud de la germinación. Así, un aumento del contenido en oxígeno provoca un crecimiento rápido de las partículas, mientras que unos contenidos en oxígeno más bajos tienen como consecuencia un crecimiento más reducido. Estos efectos se logran con unos contenidos de O_{2} que se encuentran en el intervalo de 30 a 70 ppm. Si a partir de las aleaciones de acuerdo con la invención se fabrican discos de freno o elementos de construcción comparables, se pueden obtener texturas óptimas a través del contenido en oxígeno limitando los contenidos en oxígeno a entre 30 y 40 ppm. En el caso de piezas de fundición de paredes delgadas, tales como bloques de motor ligeros o similares, con un módulo de 0,1 a 0,4 cm, han resultado ventajosos unos contenidos en O_{2} elevados, de 50 a 70 ppm, puesto que favorecen un crecimiento de grano rápido en el breve tiempo de enfriamiento. En el caso de piezas de construcción de paredes más gruesas, con módulos comprendidos en el intervalo de 0,4 a 1 cm, por ejemplo de bloques de motor pesados, se obtiene una textura con propiedades optimizadas cuando el contenido en O_{2} asciende a entre 40 y 60 ppm. En cambio, en la fundición de piezas de fundición de forma compleja, tales como culatas, con un módulo comprendido en el intervalo de 1 a 2,5 cm, se logra un crecimiento de grano optimizado en cuanto a las propiedades exigidas para estas piezas de construcción cuando el contenido de O_{2} en la aleación de acuerdo con la invención se encuentra en el intervalo de 30 a 50 ppm.Special importance is attached to oxygen contents in a cast iron alloy according with the invention By means of the O2 content, the speed and magnitude of germination. Thus, an increase in oxygen content causes rapid growth of particles, while lower oxygen contents they have as a consequence a smaller growth. These effects are achieved with O2 content found in the 30 to 70 ppm range. If from the alloys agreed with the invention brake discs or elements of comparable construction, optimal textures can be obtained at through oxygen content by limiting oxygen content at between 30 and 40 ppm. In the case of wall casting parts thin, such as light engine blocks or the like, with a module from 0.1 to 0.4 cm, some contents have been advantageous in High O 2, from 50 to 70 ppm, since they favor a Fast grain growth in the short cooling time. In the case of thicker wall construction parts, with modules in the range of 0.4 to 1 cm, for example of heavy engine blocks, you get a texture with properties optimized when the content in O_ {2} amounts to between 40 and 60 ppm. Instead, in the foundry casting of form complex, such as cylinder heads, with a module included in the range of 1 to 2.5 cm, optimized grain growth is achieved as for the properties required for these pieces of construction when the content of O2 in the alloy of according to the invention is in the range of 30 to 50 ppm.

Las elevadas resistencias de un material de fundición de acuerdo con la invención a la tracción se pueden garantizar con especial seguridad si en el material de hierro fundido de acuerdo con la invención, en estado colado, más de 50% del oxígeno contenido en él está presente en forma de un óxido cuya temperatura de inicio de la reducción con oxígeno es superior a 1.700 K.The high resistance of a material of cast iron according to the invention can be tensile guarantee with special security if in the iron material cast according to the invention, in a cast state, more than 50% of the oxygen contained in it is present in the form of an oxide whose start temperature of oxygen reduction is greater than 1,700 K.

Además de la resistencia mecánica, conductividad térmica, tenacidad y mecanizabilidad por arranque de virutas mejoradas, el material de hierro fundido de acuerdo con la invención también muestra una buena resistencia a la corrosión. Gracias a esta combinación especial de propiedades, el material de hierro fundido de acuerdo con la invención es especialmente adecuado para la fabricación de discos de freno, así como de bloques de motor o culatas para máquinas de combustión interna. Especialmente las elevadas resistencias a la tracción en combinación con la buena colabilidad, mecanizabilidad por arranque de virutas y conductividad térmica hacen que el material de acuerdo con la invención sea especialmente adecuado para el uso como material para la fabricación de bloques para motores diésel modernos, en los que durante el proceso de combustión se producen cargas por compresión extremadamente elevadas en la zona de la cámara de combustión.In addition to mechanical resistance, conductivity thermal, toughness and machinability by chip removal improved, the cast iron material according to the invention It also shows good corrosion resistance. Thanks to this special combination of properties, the iron material cast according to the invention is especially suitable for the manufacture of brake discs, as well as engine blocks or cylinder heads for internal combustion machines. Especially the high tensile strengths in combination with the good colabilidad, mechanizabilidad by start of shavings and conductivity thermal make the material according to the invention be especially suitable for use as a manufacturing material of blocks for modern diesel engines, in which during the combustion process compression loads occur extremely high in the combustion chamber area.

Las propiedades del material de hierro fundido de acuerdo con la invención se han demostrado en numerosos ejemplos.The properties of cast iron material according to the invention have been demonstrated in numerous examples.

Así, a partir de las aleaciones de hierro fundido de acuerdo con la invención, con las composiciones B1 a B7 indicadas en % en peso en la tabla 1a, se colaron pastillas de freno para camiones cuyo valor de S_{c}, valor de %CGE, resistencia a la tracción Rm y dureza Brinell HB se indican en la tabla 1b. La tabla 1b contiene adicionalmente una valoración de la textura de los productos obtenidos en cada caso.Thus, from iron alloys cast according to the invention, with compositions B1 to B7 indicated in% by weight in table 1a, brake pads were sneaked for trucks whose value of S_ {c}, value of% CGE, resistance to Rm traction and Brinell HB hardness are indicated in table 1b. The Table 1b additionally contains an assessment of the texture of the products obtained in each case.

Se aprecia que las pastillas de freno para camiones coladas a partir de las aleaciones indicadas en la tabla 1a poseen sin excepción resistencias a la tracción comprendidas en el intervalo de 160 a 230 MPa. Los valores de dureza se encuentran en el intervalo de 147 a 220, de manera que las pastillas de freno no sólo poseen altas resistencias mecánicas sino también una buena resistencia al desgaste. Asimismo presentan una excelente conductividad térmica, de forma que incluso bajo cargas elevadas pueden absorber y eliminar con seguridad las fuerzas ejercidas sobre
ellas.It is appreciated that the brake pads for cast trucks from the alloys indicated in Table 1a have, without exception, tensile strengths in the range of 160 to 230 MPa. The hardness values are in the range of 147 to 220, so that the brake pads not only have high mechanical resistance but also good wear resistance. They also have excellent thermal conductivity, so that even under high loads they can safely absorb and eliminate the forces exerted on
they.

En la tabla 2a se indican los contenidos de C, Si, S, Mn, Cu, V, Mo, Sn y Ni para las aleaciones D1 a D5 de los materiales de hierro fundido de acuerdo con la invención a partir de los cuales se colaron bloques de motor de paredes delgadas para turismos con un módulo que asciende a entre 0,7 y 0,8 cm. Las aleaciones D1 a D5 en cuestión contenían adicionalmente 60 ppm en peso de O_{2} y 0,01% en peso de La, respectivamente. La tabla 2b contiene los valores correspondientes de %CGE, SC, la resistencia a la tracción Rm y la dureza Brinell HB media hallada a partir de diferentes puntos de medida, así como una valoración de la textura.Table 2a shows the contents of C, Si, S, Mn, Cu, V, Mo, Sn and Ni for alloys D1 to D5 of the cast iron materials according to the invention from which sneaked thin-walled engine blocks to cars with a module that rises between 0.7 and 0.8 cm. The alloys D1 to D5 in question additionally contained 60 ppm in O 2 weight and 0.01% by weight of La, respectively. Table 2b contains the corresponding values of% CGE, SC, resistance to Rm traction and average Brinell HB hardness found from different measurement points, as well as an assessment of the texture.

En la tabla 3a se indican los contenidos de C, Si, S, Mn, Cu, V, Mo, Sn y Ni para las aleaciones Z1 a Z6 de los materiales de hierro fundido de acuerdo con la invención a partir de los cuales se colaron culatas de 100 kg (aleaciones Z1 a Z4) y 400 kg (aleaciones Z5, Z6). El módulo de las culatas de 100 kg se encontraba entre 2,5 y 3 cm, mientras que el módulo de las culatas de 400 kg se encontraba en 1 cm. Las aleaciones Z1 a Z6 en cuestión contenían adicionalmente 40 ppm en peso de O_{2} y 0,01% en peso de La, respectivamente. La tabla 3b contiene los valores correspondientes de %CGE y SC, la resistencia a la tracción Rm y la dureza Brinell HB, así como una valoración de la textura.Table 3a shows the contents of C, Si, S, Mn, Cu, V, Mo, Sn and Ni for alloys Z1 to Z6 of the cast iron materials according to the invention from which strained 100 kg butts (alloys Z1 to Z4) and 400 kg (Z5, Z6 alloys). The 100 kg cylinder head module is It was between 2.5 and 3 cm, while the cylinder head module of 400 kg was in 1 cm. The Z1 to Z6 alloys in question additionally contained 40 ppm by weight of O2 and 0.01% by weight of La, respectively. Table 3b contains the values corresponding of% CGE and SC, the tensile strength Rm and the Brinell HB hardness, as well as a texture assessment.

Por último se coló una caja del cigüeñal pesada a partir de una aleación de hierro fundido de acuerdo con la invención formada por (en % en peso) 3,6% de C, 1,35% de Si, 0,1% de Sn, 0,5% de Mn, 0,5% de Cu, 0,01% de V, 0,2% de Mo, 40 ppm en peso de O_{2} y 0,03% de S, así como por hierro e impurezas inevitables como resto. El valor SC de la aleación ascendió a 0,93 y su valor de %CGE a 1,98. La caja acabada presentaba una resistencia a la tracción Rm de 320 MPa y una textura perlítica finamente estructurada.Finally a heavy crankshaft case was slipped from a cast iron alloy according to the invention formed by (in% by weight) 3.6% of C, 1.35% of Si, 0.1% of Sn, 0.5% Mn, 0.5% Cu, 0.01% V, 0.2% Mo, 40 ppm by weight of O 2 and 0.03% of S, as well as iron and unavoidable impurities as rest. The SC value of the alloy amounted to 0.93 and its value from% CGE to 1.98. The finished box had a resistance to 320 MPa Rm traction and a finely perlithic texture structured.

Con la invención se dispone, pues, de un material de hierro fundido que posee un espectro de propiedades superior que se puede variar en un amplio intervalo. El material de acuerdo con la invención se caracteriza por una mecanizabilidad por arranque de virutas especialmente buena. Su elevada resistencia a la tracción permite producir las construcciones de fundición conocidas que hasta ahora sólo se fabricaban a partir de fundición gris convencional con resistencias mecánicas más elevadas sin que sean necesarias para ello costosas reestructuraciones.With the invention, therefore, a cast iron material that has a spectrum of properties superior that can be varied over a wide range. The material of according to the invention is characterized by a machinability by chip startup especially good. Its high resistance to traction allows to produce the known foundry constructions which until now were only manufactured from gray cast iron conventional with higher mechanical resistance without being necessary for this costly restructuring.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip

TABLE 1a

1one

TABLE 1b

22

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       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip

TABLE 2a

33

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       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip

TABLE 2b

44

TABLE 3a

55

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip

TABLE 3b

66

Claims

1. Cast iron material with graphite sheet presenting the following composition (in% by weight):

C:C:: 3,4 - 4,1%,3.4-4.1%,

Si:Yes:: 0,9 - 1,4%,0.9 - 1.4%,

Mn:Mn:: 0,4 - 0,7%,0.4 - 0.7%,

Cu:Cu:: 0,4 - 0,6%,0.4 - 0.6%,

S:S:: 0,01 - 0,04%,0.01 - 0.04%,

O_{2}:O_ {2}:: 0,003 - 0,007%,0.003 - 0.007%,

P:P:: \leq 0,04%,≤ 0.04%,

the rest being unavoidable Faith and impurities,

in which the composition may contain additionally and optionally one or more of the elements following:

Mo:Mo:: 0,15 - 0,45%,0.15 - 0.45%,

La:The:: 0,005 - 0,02%,0.005 - 0.02%,

Sr:Mr:: 0,0005 - 0,01%,0.0005 - 0.01%,

Ni:Neither:: 0,05 - 0,8%,0.05 - 0.8%,

V:V:: 0,005 - 0,1%,0.005 - 0.1%,

Sn:Sn:: 0,05 - 0,15%,0.05 - 0.15%,

N:N:: 0,05 - 0,08%,0.05 - 0.08%,

Ce:EC:: 0,01 - 0,02%0.01 - 0.02%

and for the degree of saturation S_ {c} = % C / 4.26-0.3 * (% Si +% P) (% C: corresponding content of C,% Si: corresponding content of Si,% P: content corresponding to P) 0.85% ≤ S_ {c} ≤ 1.05% is met, and for the corresponding amount% CGE = 2.25% - 0.2% Yes (% Yes: corresponding content of Si) 1.97% \ leq% CGE \ leq is met 2.07%

2. Cast iron material according to claim 1, characterized in that the C content is between 3.8 and 4.1% by weight.

3. Cast iron material according to claim 2, characterized in that the Si content is between 0.9 and 1.2% by weight.

4. Cast iron material according to one of claims 2 or 3, characterized in that the O2 content is between 0.003 and 0.004% by weight.

5. Cast iron material according to claim 1, characterized in that the C content is between 3.4 and 3.6% by weight.

6. Cast iron material according to claim 5, characterized in that the Si content is between 1.15 and 1.4% by weight.

7. Cast iron material according to one of claims 5 or 6, characterized in that the content in Sr amounts to between 0.005 and 0.002% by weight.

8. Cast iron material according to one of claims 5 to 7, characterized in that the V content is between 0.025 and 0.045% by weight.

9. Cast iron material according to one of claims 5 to 8, characterized in that the Sn content is between 0.05 and 0.15% by weight.

10. Cast iron material according to one of claims 5 to 9, characterized in that the Si content is between 1.15 and 1.25% by weight.

11. Cast iron material according to one of claims 5 to 10, characterized in that the O2 content is between 0.003 and 0.005% by weight.

12. Cast iron material according to one of claims 5 to 10, characterized in that the O2 content is between 0.004 and 0.006% by weight.

13. Cast iron material according to one of claims 5 to 7, characterized in that the O2 content is between 0.005 and 0.007% by weight.

14. Cast iron material according to one of the preceding claims, characterized in that the S content amounts to at least 0.02% by weight.

15. Cast iron material according to one of the preceding claims, characterized in that the Mo content amounts to between 0.2 and 0.4% by weight.

16. Cast iron material according to one of the preceding claims, characterized in that the content in Mn amounts to between 0.45 and 0.65% by weight.

17. Cast iron material according to one of the preceding claims, characterized in that the Cu content is between 0.45 and 0.55% by weight.

18. Cast iron material according to one of the preceding claims, characterized in that its content in Sr amounts to at least 0.05% by weight.

19. Cast iron material according to one of the preceding claims, characterized in that in the molten state more than 50% of the oxygen contained therein is present in the form of an oxide whose starting temperature of the reduction with oxygen is greater than 1,700 K.