inoculation of cast iron valuraudan ymppäys - svy · 2019-05-22 · fading of inoculation in cast...

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


ASM Specialty Handbook: Cast Irons

Fe – C – 2.5% Silicon System

Fe – C – 2.5% Кремниевая система


Ymppäämätön Ympätty

Grey Iron

Серый чугун

Ductile Iron

Высокопрочный чугун

Effect of Cast Iron Inoculation

Ymppäyksen vaikutus valuraudassa


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


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


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)


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


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



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



Mapping of Mn

Картограмма Mn

©Elkem

Mapping of S

Картограмма S



©Elkem

Mapping of C

Картограмма С



©Elkem



C

Mn S

Al

©Elkem



©Elkem



C Al

S

Mn

©Elkem

Active micro-particle in grey iron

Активная микрочастица в сером чугуне


➔ 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


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


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


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


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)


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


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


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!


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!


More info

Дополнительная информация:

www.foundry.elkem.no

inoculation of cast iron valuraudan ymppäys - svy · 2019-05-22 · fading of inoculation in cast...

Documents