View
5
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Inoculation of Cast Iron
Valuraudan ymppäys
Elkem Foundry Products
Kjell Wardenær
01.02.2019Developing people - creating value2
What is Inoculation?
Mitä on ymppäys?
The process of activating particles in the iron to:
Partikkeleiden aktivointia rautaan:
• control structure and properties
Kontrolloimaan rakennetta ja ominaisuuksia
• provide nucleation of graphite during solidification
säätelemään grafiitin ydintymistä jähmettymisen aikana
01.02.2019Developing people - creating value3
ASM Specialty Handbook: Cast Irons
Fe – C – 2.5% Silicon System
Fe – C – 2.5% Кремниевая система
01.02.2019Developing people - creating value4
Ymppäämätön Ympätty
Grey Iron
Серый чугун
Ductile Iron
Высокопрочный чугун
Effect of Cast Iron Inoculation
Ymppäyksen vaikutus valuraudassa
01.02.2019Developing people - creating value5
Ymppäyksen pääasialliset vaikutukset valuraudassa
• Avoid formation of carbides (cementite)Välttää karbidien muodostumista
• Promote formation of graphiteSäädellä grafiitin muodostumista
• Reduce segregation tendencyVähentää eriytymis taipumusta
• Reduce shrinkage tendencyVähentää imutaipumusta
• Improve machinabilityParantaa koneistettavuutta
• Promote homogeneous structure and propertiesEdistää tasalaatuista rakennetta ja ominaisuuksia
• Reduce hardnessAlentaa kovuutta
• Increase ductilityLisää sitkeyttä
01.02.2019Developing people - creating value6
Factors Influencing Cast Iron Inoculation
Ymppäyksen tehoon vaikuttavat tekijät
▪ Raw Materials
▪Raaka-aineet
▪Melting Process
▪Sulatus prosessi
▪ Preconditioning
▪Elvytys (edellytysten parantaminen esim happitaso)
▪ Time & Temperature
▪Aika ja lämpötila
▪Alloying
▪Seostus
▪ Nodularising
▪ Palloutuskäsittely
▪ Inoculation
▪Ymppäys
▪ Pouring Procedures
▪ Valukäytännöt
01.02.2019Developing people - creating value7
Raw Materials and Melting Process
Raaka-aineet ja sulatusprosessi
Raw Materials
Raaka-aineet
• Recarburiser
•hiiletysaine
• Silicon Carbide
• SiC
• Ferrosilicon
•Ferropii
• Pig Iron
•Harkkorauta
• Rust
• Ruoste ( teräs)
• Sulphur
• Rikki
• Steel scrap
• Teräsromu ( epäpuhtaudet Ti jne)
• Returns
• Paluuromu ( hiekka, analyysi)
• Alloys
•Seosaineet
+
Base Iron Nucleation State
Perusraudan ydintaso
Melting Process
Sulatusprosessi
• Furnace type
• Uunityyppi
•Stirringactions
•Seostus/panostuskäytäntö
• Process steps
• Prosessivaiheet ( ylikuumennus ,Si lisäys ym)
• Melt Temperatures
• Sulan lämpötilat
• Holding time
• Kuumanapitoaika / lämpötila
• Contact with air
•Ilmakontakti ( hapen muodost./poist)
01.02.2019Developing people - creating value8
Inoculation Methods for Cast Iron
Методы модификации чугунаE
xam
ple
s:
Пр
им
ер
ы: PositionПоложение
1 2 3 4 5
Addition rate [wt%]скорость добавки в плавку[% от веса]
0.2 0.3 – 1.0 0.3 – 0.5 0.05 – 0.2 0.04 – 0.2
Sizing [mm]Классификация по крупности [мм]
0-10 0.7 – 10 0.7 – 10 0.2 – 0.7 InsertВставка
In-stream
В заливке
In-Mould
В отливке
Transfer Ladle
Передаточный ковш
Pouring Ladle
Заливочный ковшFurnace
Печь
1Preconditioner 2 3 4
5
01.02.2019Developing people - creating value9
Graphite structure vs. Undercooling
Grafiittirakenne vs alijäähtyminen
Type E
Тип Е
Type D
Тип D
Type A
Тип А
Kish graphite in hyper-eutectic compositions
Kish grafiittia hypereutektisessa rakenteessa
Undercooled flake graphite
Alijäähtynyttä suomugrafiittia
Interdendritic flake graphite in hypo-eutectic compositions
Междендритный чешуйчатый графит в гипоэвтектических соединениях
Type C
Тип С
Cooling curves
Кривые охлаждения
01.02.2019Developing people - creating value10
01.02.2019Developing people - creating value11
Three-stage Model for Graphite Nucleation
Kolmivaihemalli grafiitin ydintymisestä
Graphite
Графит
Nucleus
Ядро
Al2O3-XO
Body
Тело
(Mn,X)S
©Elkem
Mapping of Al
Картограмма Al
Grey Iron Inoculation
Модификация серого чугуна
©Elkem
Grey Iron Inoculation
Модификация серого чугуна
Mapping of Mn
Картограмма Mn
©Elkem
Mapping of S
Картограмма S
Grey Iron Inoculation
Модификация серого чугуна
©Elkem
Mapping of C
Картограмма С
Grey Iron Inoculation
Модификация серого чугуна
©Elkem
Grey Iron Inoculation
Модификация серого чугуна
C
Mn S
Al
©Elkem
Grey Iron Inoculation
Модификация серого чугуна
©Elkem
Grey Iron Inoculation
Модификация серого чугуна
C Al
S
Mn
©Elkem
Active micro-particle in grey iron
Активная микрочастица в сером чугуне
01.02.2019Developing people - creating value20
➔ present in all irons
➔ Esiintyy kaikissa raudoissa
➔ Powerfull carbidepromotor if not neutralized
➔ Voimakas karbidinmuodostaja jos ei neutralisoitu
➔ balanced out by Mn to MnS, which acts as nucleation points
➔ Balansoidaan Mn -> MnS, jotka toimivat ydintymispisteinä
➔ Edistää pienempien eutektisten solujen muodostumista
➔ supports inoculation - 0.08 wt% is generally adequate
➔ Tukee ymppäyksen vaikutusta – 0,08 % on normaalisti riittävä
➔ for low sulphur systems, inoculant choice will change
➔ Matalarikkisessä systeemissä ympääysainevalinta voi muuttua
Sulphur
Rikki
01.02.2019Developing people - creating value21
Grey Iron Inoculation Key Points
Valuraudan ymppäyksen Avainasiat
• Keep Mn:S constant and min. 0.05% S
• Pidä Mn:S taso vakiona ja min 0,05 % S
• Recommended Al-level is 0.005 - 0.010%
• Suositeltava Al taso perusraudassa 0,005-0,010%
• Make sure the iron is “fresh” with a certain O-content available
• Varmista että rauta on ’tuoretta’ (happitaso riittävä)
• Minimise pouring time to avoid fading
• Minimoi kaato/kuljetusajat vaimenemisen välttämiseksi.
• Use inoculants with defined chemical composition and sizing
• Käytä oikeita ymppäysaineita ja oikeaa raekokoa
01.02.2019Developing people - creating value22
Fading of inoculation in cast iron
Ymppäyksen vaimeneminen valuradassa
• The effect of all inoculants fade
•Kaikkien ymppäysaineniden teho vaimenee
• Fading starts immediately after inoculation
•Vaimeneminen alkaa heti ymppäyksen alusta alkaen
• Some inoculants fade slower than others
• joidenkin aineiden teho vaimenee hitaammin kuin toisten
•Fading is caused by inclusion coarsening
• vaimeneminen johtuu sulkeumien kasvusta
FACTS
Faktoja
• Increased undercooling
•Alijäähtyminen lisääntyy
• Larger chill tendency
•Suurempi ’valko’ herkkyys ( sementtiitti)
• Reduced number of eutectic cells
•Alhaisempi eutekstisten solujen lukumäärä
• Less uniform flake distribution
•Epämääräisempi suomujen jakaantuminen
• Reduced nodule count
•Alentunut grafiittipallojen lukumäärä
• Reduced nodularity
• alentuut pallouma ( pallojen muoto)
• Reduced casting properties
•Huonotuneet valuominaisuudet
RESULT
seuraukset
01.02.2019Developing people - creating value23
Factors affecting inoculant selection
Ymppäysaineen valintaan vaikuttavat seikat
• S-content in base iron
• CE in iron
• Inoculation method
Grey Iron
• Type of nodularizer
• Type of Mg-treatment
• Composition of base iron
Ductile Iron
• Casting section sizes
• Nitrogen content in iron
• Shrinkage tendency
• Hold Time
• Required properties
• Temperature
• S-content in base iron
• CE in iron
• Inoculation method
Grey Iron
• Type of nodularizer
• Type of Mg-treatment
• Composition of base iron
Ductile Iron
• Casting section sizes
• Nitrogen content in iron
• Shrinkage tendency
• Hold Time
• Required properties
• Temperature
Valun seinämän paksuus
Typpipitoisuus raudassa ( suomugraf.)
Imutaipumus
Pitoaika
Vaaditut ominaisuudet ( esim. fer/perl)
Lämpötila
Suomugraf.
–perusraudan rikkipitois.
-hiiliekvivalentti
-ymppäystapa
Pallograf.
-palloutusaine
-käsittelymetodi
-perusraudan analyysi
01.02.2019Developing people - creating value24
Inoculating Elements
Ymppäävät elementit
Improve inoculation at 0.005-
0.010% in grey iron
Parantaa ymppäystä
suomuraudoissa 0,005-0,010%
tasolla
Promotes H-pinholes at 0.015-
0.25% in grey iron
Lisää vety pin holes riskiä 0,015-
0,025 % tasolla
Improves dissolution rate
Parantaa liukenemista
Increased tendency to slag
formation
Lisää
kuonanmuodostumisherkkyyttä
Increase ferrite in ductile iron
Lisää ferriitin määrää
palloraudassa
AlBa
Medium potency element
Keskitason vaikutus
Good fade resistance
Hyvä vaimenemisen vastustuskyky
Especially effective in ductile and
low-S grey irons
Erityisen tehokas pallorautojen
sekä matalarikkisten
suomugrafiittirautojen
ymppäyksessä
Used in combination with Ca
Käytetään yhdessä Ca :n kanssa
Slag defects in excess
Kuonavikariski ylikäytössä
Graphite promoting element
Grafiittia suosiva elementti
Essential element for cast iron
inoculation
Olennainen elementti raudan
ymppäyksessä
Medium potency element
Keskitason vaikutus
Less potent than Sr
Vähemmän voimakas kuin Sr
Effect fades fast
Teho vaimenee nopeasti
Relative high addition rates
necessary
Vaatii kohtalaisen suuren
lisäysmäärän
Ca Sr
High potency in grey iron
Korkea tehovaikutus
suomugrafiittiraudoissa
Effective chill reducer
Tehokas ’valkon’ vähentäjä
Reduces shrinkage
Vähentää imuja
Effective in small concentrations
Tehokas pienissä määrissä
käytettynä
Low cell count
Alhainen solumäärä
Beneficial effect lost if Ca is
present
Teho häviää mikäli Ca on läsnä (
FeSi)
01.02.2019Developing people - creating value25
Inoculating elements
Модифицирующие элементы
Zr
Neutralizes N
Neutraloi typeeä
Refines cell structure in grey iron
Hienontaa solurakennetta
suomuraudoissa
Especially effective in medium S grey
iron
Erityisen tehokas keskirikkisissä
suomuraudoissa
Used in combination with Ca, Sr or Ba
Käytetään yhdessä Ca,Sr tai Ba kanssa
Increased undercooling in excess
Ylikäytettynä lisää alijäähtymistä
Nitrides may improve nucleation
Nitridit voivat parantaa ydintymistä
Ce
Increases nodule count in ductile iron
Kasvattavat pallomäärää palloraudassa
Reduces chill and shrink effectively
Vähentää ’valkoa’ ja kutistumaa
tehokkaasti
Especially effective in converter treated iron
Erityisen hyvä konvertteri käsitellyille
raudoille
Neutralizes subversive elements
Neutralisoivat haitallisia elementtejä (
Ti,Pb,As, Sb)
Form sulphides that might increase viscosity
Muodostavat sulfideja jotka saattavat nostaa
viskositeettia.
Mn
Neutralizes S in grey iron
Neutraloi rikin suomuraudoisa
Improves dissolution rate
Parantaa liukenemista
Reduces alloy melting point
Alentaa seoksen sulamispistettä
Increases pearlite
Lisää perliitin määrää
La
01.02.2019Developing people - creating value26
Example: Inoculation & ferrosilicon
Пример: Модификация и ферросилиций
Uninoculated
Не модифицированный
HP-FeSi
FG-FeSi(0.8% Ca)
Silicon has no inoculation effect
Piillä EI OLE ymppäysvaikutusta
01.02.2019Developing people - creating value27
Key Points - Grey Iron inoculation
Основные вопросы – модификация серого чугуна
• Keep Mn:S constant and min. 0.05% S
• Pidä Mn :S taso vakaana ja 0,05% S min.
• Recommended Al-level is 0.005 - 0.010%
• Suositeltava Al taso on 0,005-0,010%
• Make sure the iron is “fresh” with a certain O-content available
• Varmista että rauta on ’tuoretta ’ ja tietty O –taso on saavutettu
• Minimise pouring time to avoid fading
• Minimoi valuaika välttääksesi vaimenemista
• Use inoculants with defined chemical composition and sizing
• Käytä oikeaa ymppäysainetta ja oikeaa raekokoa oikeassa paikassa
• Use specialised inoculants for specific purposes
• Käytä erikoisymppäysaineita erikoisvaatimuksiin!
01.02.2019Developing people - creating value28
Some dos and don’ts
Tee näin , ei näin !
Dos
Что делать
Don’ts
Чего не делать
add the inoculant as late as possible
Lisää ymppäysaine mahdollisimman myöhään
remove all slag from the base metal
Poista kaikki kuona perusraudasta
add the inoculant while pouring
Lisää ymppäysaine kaadon yhteydessä
use the right sizing
Käytä oikeaa raekokoa
add the inoculant after Mg-treatment (or as
cover in 1.step inoculation)
Lisää ymppäysaiane Mg käsittelyn jälkeen
add the inoculant from start to end of pouring
(Late Metal Stream)
Lisää ymppäysainetta kaadon alusta kaadon
loppuunTwo step inoculation is better than one!
Kaksivaiheymppäys on parempi kuin yksivaihe!
don’t add the inoculant and pour over
Älä lisää ymppäysainetta ja ’kaada yli’
don’t add more inoculant than necessary
älä käytä ymppäysainetta enempää kuin on
tarpeellista
don’t use inoculants without defined spec on size
and chemistry
älä käytä specioimattomia ( raekoko ja analyysi)
ymppäysaineita! Vaadi tarkka analyysi!
01.02.2019Developing people - creating value29
More info
Дополнительная информация:
www.foundry.elkem.no
Recommended