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WO2017013165A1 - Ferritisches gusseisen mit kugelgraphit - Google Patents

Ferritisches gusseisen mit kugelgraphit Download PDF

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WO2017013165A1
WO2017013165A1 PCT/EP2016/067271 EP2016067271W WO2017013165A1 WO 2017013165 A1 WO2017013165 A1 WO 2017013165A1 EP 2016067271 W EP2016067271 W EP 2016067271W WO 2017013165 A1 WO2017013165 A1 WO 2017013165A1
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WO
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cast iron
ferritic
spheroidal graphite
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iron
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French (fr)
Inventor
Hauke MÜLLER
Lukas SCHLIMOK
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Eickhoff Giesserei GmbH
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Eickhoff Giesserei GmbH
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    • C21D2211/006Graphite

Definitions

  • the invention relates to ferritic spheroidal graphite cast iron, contained in mass%:
  • ferritic cast iron accompanying elements which mostly come from the starting materials used (scrap and / or pig iron and / or circulating material), for example, phosphorus (P), magnesium (Mg), chromium (Cr), nickel (Ni), Molybdenum (Mo), copper (Cu), aluminum (AI), titanium (Ti), vanadium (V), niobium (Nb), zirconium (Zr), antimony (Sb), tin (Sn), lead (Pb), Cerium (Ce), bismuth (Bi), tellurium (Te) and other rare earths dergl.
  • P phosphorus
  • Mg magnesium
  • Cr chromium
  • Ni nickel
  • Cu copper
  • aluminum (AI) titanium
  • Ti vanadium
  • Nb niobium
  • Zr zirconium
  • antimony Sb
  • lead (Pb) Cerium (Ce), bismuth (Bi), tellurium (
  • ferritic spheroidal graphite cast iron is an iron material that has a structure with interspersed spherical graphite.
  • This special microstructure results in advantageous properties, in particular a relatively high tensile strength of 320-400 N / mm 2 at an elongation of 12 to 22% and a high impact energy of 10 to 12J at temperatures from -20 ° C to -40 ° C (compare eg GJS-400-18-LT or GJS-350-22-LT according to the standard DIN-EN-1563: 201 1).
  • This relatively inexpensive material which can be produced with high process reliability is also distinguished by its high deformability before failure, by a high resistance to cracking and by a high crack absorption capacity.
  • the invention proposes, starting from a ferritic spheroidal graphite cast iron of the type mentioned that the accompanying elements chromium, vanadium, niobium and titanium are limited to a total of 0.05 mass%.
  • Nodular cast iron, ferritic having the following composition:
  • Nodular cast iron, ferritic having the following composition:
  • Nodular cast iron, ferritic having the following composition:

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Abstract

Die Erfindung betrifft ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit, enthaltend in Masse %: 3,4 % bis 3,8 % Kohlenstoff (C), 1,5 % bis 2,1 % Silizium (Si), maximal 0,25 % Mangan (Mn), maximal 0,05 % Schwefel (S), bis zu 0,6 % übliche Begleitelemente, Rest Eisen (Fe). Um bei einem solchen ferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit eine Kerbschlagarbeit von mindestens 20J bei einer Temperatur von -10° C zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Begleitelemente Chrom (Cr), Vanadium (V), Niob (Nb) und Titan (Ti) in Summe auf 0,05 Masse % begrenzt sind. Hierdurch ergibt sich in diesem Gusseisen eine Grafitkugelzahl, die die kleiner oder gleich 160/mm² ist. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Gusseisens für kälteempfindliche Bauteile, insbesondere an Schiffen oder Windkraftanlagen.

Description

Ferritisches Gusseisen mit Kuaelaraohit
Die Erfindung betrifft ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit, enthaltend in Masse%:
3,4 bis 3,8 % Kohlenstoff (C)
1 ,5 bis 2,1 % Silizium (Si)
maximal 0,25 % Mangan (Mn)
maximal 0,05 % Schwefel (S)
maximal 0,6 % übliche Begleitelemente
Rest Eisen (Fe)
Die am häufigsten in ferritischem Gusseisen vorkommenden Begleitelemente, die zumeist aus den verwendeten Einsatzstoffen (Schrott und/oder Roheisen und/oder Umlaufmaterial) stammen, sind beispielsweise Phosphor (P), Magnesium (Mg), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Kupfer (Cu), Aluminium (AI), Titan (Ti), Vanadium (V), Niob (Nb), Zirkonium (Zr), Antimon (Sb), Zinn (Sn), Blei (Pb), Cer (Ce), Wismut (Bi), Tellur (Te) sowie weitere seltene Erden u. dergl.. Einige dieser Begleitelemente können, insbesondere soweit es sich um Karbidbildner handelt, das sich ausbildende Gefüge beeinträchtigen. Aus diesem Grund wird in der Regel der Gesamtgehalt an Begleitelementen beim handelsüblichen ferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit auf den oben angegebenen Wert begrenzt. Die für ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit einschlägige Norm DIN-EN 1535 überlässt die chemische Zusammensetzung im Einzelnen und damit auch den Gehalt an Begleitelementen dem Hersteller, solange die in der Norm zusammengestellten physikalischen Eigenschaften eingehalten werden.
Grundsätzlich ist ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit ein Eisenwerkstoff, der ein Gefüge mit eingelagertem kugelförmigem Graphit aufweist. Durch diese besondere Gefügestruktur ergeben sich vorteilhafte Eigenschaften, darunter insbesondere eine relativ hohe Zugfestigkeit von 320-400 N/mm2 bei einer Dehnung von 12 bis 22 % sowie eine hohe Kerbschlagarbeit von 10 bis 12J bei Temperaturen von -20° C bis -40° C (vergleiche z.B. GJS-400-18-LT oder GJS- 350-22-LT nach der Norm DIN-EN-1563:201 1 ). Dieser relativ preisgünstige und mit großer Prozesssicherheit herstellbare Werkstoff zeichnet sich außerdem durch seine hohe Verformbarkeit vor dem Versagen, durch einen großen Widerstand gegen Risse und durch ein großes Rissauffangvermögen aus. Aus diesem Grund ist dieser Werkstoff besonders für Anwendungsfälle geeignet, bei denen die Bauteile häufigen zyklischen Belastungskollektiven - auch bei niedriger Temperatur - ausgesetzt sind. Es gibt allerdings Einsatzfälle, bei denen die bisher erzielte Kerbschlagarbeit in Höhe von 12J bei -40° C nicht ausreicht. So verlangen zum Beispiel die Regeln für den Bau von Schiffen, die in arktischen Gewässern zum Einsatz kommen, oder für den Bau von Windkraftanlagen, die an extrem kalten Standorten arbeiten, eine Kerbschlagarbeit von mindestens 20J bei einer Temperatur von -10° C - gemessen an Charpy-Proben (V-Kerb) nach EN ISO 148-1 :2010. Eine derart hohe Schlagarbeit lässt sich bisher nur mit austenitischem Gusseisen erzielen, welches in erheblichem Umfange teure Legierungselemente wie zum Beispiel Nickel enthält. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, prozesssicher ein ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine Kerbschlagarbeit von mindestens 20J bei einer Temperatur von -10° C aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem ferritischen Gusseisen mit Kugelgraphit der eingangs genannten Art vor, dass die Begleitelemente Chrom, Vanadium, Niob und Titan in Summe auf 0,05 Masse% begrenzt sind. Es hat sich überraschenderweise anhand von gezielt angestellten Serienversuchen herausgestellt, dass diese vier Begleitelemente, die alle starke Karbidbildner sind, allein oder im Zusammenwirken einen außerordentlich großen Einfluss auf die erzielbare Kerbschlagarbeit bei niedrigen Temperaturen haben und dass man bei ferritischem Gusseisen mit Kugelgraphit der eingangs genannten Art die prozesssicher erzielbare Kerbschlagarbeit auf mehr als 20J bei -10° C steigern kann, wenn man gezielt darauf hinwirkt, dass in der Schmelze die vier oben genannten Begleitelemente in Summe auf 0,05 Masse % beschränkt werden. Dies erfolgt zweckmäßig durch eine sorgfältig eingestellte und überwachte Gattierung, um bestimmte, solche Begleitelemente enthaltende Einsatzstoffe fernzuhalten bzw. so zu dosieren, dass der oben angegebene Höchstwert nicht überschritten wird. Bei Einhaltung dieser Regeln stellt sich dem so hergestellten ferritischen Gusseisen prozesssicher eine Graphitkugelzahl ein, die kleiner oder gleich 1 60 pro mm2 ist. Eine solche Herabsetzung der Graphitkugelzahl bekanntlich zu einer Erhöhung der Kerbschlagarbeit. Nachfolgend werden drei konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert: Beispiel 1 :
Ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit mit folgender Zusammensetzung:
Kohlenstoff (C)
Silizium (Si)
Mangan (Mn)
Schwefel (S)
Phosphor (P)
Magnesium (Mg)
Nickel (Ni)
Molybdän (Mo)
Kupfer (Cu)
Aluminium (AI)
Zirkonium (Zr)
Antimon (Sb)
Zinn (Sn)
Blei (Pb)
Cer (Ce)
Wismut (Bi)
Tellur (Te)
Chrom (Cr)
Titan (Ti)
Vanadium (V)
Niob (Nb)
Rest Eisen (Fe)
Bei einer derartigen Zusammensetzung stellen sich in dem so hergestellten ferritischen Gusseisen eine Graphitkugelzahl von 1 60/mm2 und eine Kerbschlagarbeit von mehr als 20J bei einer Temperatur von -10° C ein. Beispiel 2:
Ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit mit folgender Zusammensetzung:
Kohlenstoff (C)
Silizium (Si)
Mangan (Mn)
Schwefel (S)
Phosphor (P)
Magnesium (Mg)
Nickel (Ni)
Molybdän (Mo)
Kupfer (Cu)
Aluminium (AI)
Zirkonium (Zr)
Antimon (Sb)
Zinn (Sn)
Blei (Pb)
Cer (Ce)
Wismut (Bi)
Tellur (Te
Chrom (Cr)
Titan (Ti)
Vanadium (V)
Niob (Nb)
Rest Eisen (Fe)
Bei einer derartigen Zusammensetzung stellen sich in dem so hergestellten ferritischen Gusseisen eine Graphitkugelzahl von 130/mm2 und eine Kerbschlagarbeit von mehr als 20J bei einer Temperatur von -10° C ein. Beispiel 3:
Ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit mit folgender Zusammensetzung:
Kohlenstoff (C)
Silizium (Si)
Mangan (Mn)
Schwefel (S)
Phosphor (P)
Magnesium (Mg)
Nickel (Ni)
Molybdän (Mo)
Kupfer (Cu)
Aluminium (AI)
Zirkonium (Zr)
Antimon (Sb)
Zinn (Sn)
Blei (Pb)
Cer (Ce)
Wismut (Bi)
Tellur (Te
Chrom (Cr)
Titan (Ti)
Vanadium (V)
Niob (Nb)
Rest Eisen (Fe)
Bei einer derartigen Zusammensetzung stellen sich in dem so hergestellten ferritischen Gusseisen eine Graphitkugelzahl von 1 10/mm2 und eine Kerbschlagarbeit von mehr als 20J bei einer Temperatur von -10° C ein.

Claims

Patentansprüche
1. Ferritisches Gusseisen mit Kugelgraphit, enthaltend in Masse %
3.4 bis 3,8 % Kohlenstoff (C)
1.5 bis 2,1 % Silizium (Si)
maximal 0,25 % Mangan (Mn)
maximal 0,05 % Schwefel (S)
maximal 0,6 % übliche Begleitelemente
Rest Eisen (Fe) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Begleitelemente Chrom (Cr), Vanadium (V), Niob (Nb) und Titan (Ti) in Summe auf 0,05 Masse% begrenzt sind.
2. Verwendung von ferritischem Gusseisen nach Patentanspruch 1 für kälteempfindliche Bauteile, insbesondere an Schiffen oder Windkraftanlagen.
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