FR2487853A1

FR2487853A1 - Cast iron with compact vermicular graphite - produced by separate inoculation with magnesium and cerium

Info

Publication number: FR2487853A1
Application number: FR8016966A
Authority: FR
Inventors: Michel Costes
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1980-07-31
Filing date: 1980-07-31
Publication date: 1982-02-05
Also published as: FR2487853B1

Abstract

Cast iron contg. up to 0.03% S is treated in two separate stages by magnesium addn. to give a residual magnesium content of 0.008-0.02% and cerium addn. in amt. 0.02-0.05%. Pref. magnesium is added first, in amt. giving a residual content of about 0.01%, then cerium is added, pref. as mischmetal or silico-mischmetal, in amt. giving a residual cerium content of 75-300 ppm. The Mg addn. causes 'pref-spheroidisation' of the graphite while the subsequent Ce addn. causes controlled formation of compact vermicular graphite, so that cast iron with compact vermicular graphite is consistently produced. No Ti addns. are required so that the same equipment can be used for prodn. of the cast iron and for prodn. of spheroidal graphite cast iron.

Description

Procede' d'élaboration de fonte àaphite comnact- vermiculaire, et fonte ainsi obtenue. Process for producing comnact-vermicular-to-particle and cast iron thus obtained.

L'invention est relative à un procédé d'élaboration de fonte à graphite compact-vermiculaire, procédé selon lequel on part d'une fonte dont la teneur en soufre peut s'élever jusqu'à 0,03 %. The invention relates to a process for producing compact-vermicular graphite cast iron, a process according to which starting from a cast iron whose sulfur content can be up to 0.03%.

On sait qu'il existe deux grandes familles de fontes élaborées de façon industrielle avec des teneurs en soufre de cet ordre, à savoir - la fonte grise, à graphite lamellaire, d'un prix de revient relativement bas et présentant de bonnes caractéristiques de frottement et d'usinabilité toutefois les caractéristiques mécaniques de la fonte grise sont faibles et demandent à etre améliorées ; - la fonte dite GS, à graphite sphéroïdal,obtenue par addition de magnésium, qui présente de très bonnes caractéristiques mécaniques, avec de moins bonnes caractéristiques de frottement et d'usinabilité ; en outre l'élaboration de cette fonte à graphite spéroidal est coûteuse, du fait de l'obligation d'effectuer un traitement avec un élément sphéroidisant et d'une mise au mille importante. It is known that there are two large families of iron industrially developed with sulfur contents of this order, namely - gray cast iron, lamellar graphite, a relatively low cost and with good friction characteristics and machinability however the mechanical characteristics of gray cast iron are weak and need to be improved; - The so-called GS cast iron, spheroidal graphite, obtained by adding magnesium, which has very good mechanical characteristics, with less good characteristics of friction and machinability; furthermore, the production of this spheroidal graphite cast iron is costly, because of the requirement to carry out a treatment with a spheroidizing element and a significant mileage.

On a déjà proposé, notamment dans le brevet
FR. NO 1 480 448, des procédés pour élaborer des fontes intermédiaires entre la fonte grise et la fonte à graphite sphéroidal, ces fontes étant désignées par l'appellation fonte à graphite vermiculaire ou fonte à graphite compact ou fonte à graphite compactvermiculaire. Ces fontes contiennent du graphite dont la forme est intermédiaire entre la forme lamellaire et la forme sphéroidale. En général, on considère qu'une fonte est du type à graphite compact-vermiculaire lorsque la proportion des particules de graphite, contenues par cette fonte, qui se présentent sous la forme de vermicules, intermédiaires entre lamelles et sphéroïdes, est de l'ordre de 50 % ou plus, sans apparition de lamelles. It has already been proposed, in particular in the patent
EN. No. 1,480,448, methods for producing intermediate irons between gray cast iron and spheroidal graphite cast iron, these cast irons being referred to as vermicular graphite cast iron or compact graphite cast iron or compactvermicular graphite cast iron. These fonts contain graphite whose form is intermediate between the lamellar form and the spheroidal form. In general, it is considered that a cast iron is of compact-vermicular graphite type when the proportion of graphite particles, contained by this cast iron, which are in the form of vermicles, intermediate between lamellae and spheroids, is of the order 50% or more, without appearance of lamellae.

Le brevet FR. NO 1 480 448, déjà cité, insiste
sur les difficultés d'obtention, à coup sûr et de manière
reproductible sur le plan industriel, de fonte à graphite
compact-vermiculaire.The FR patent. No. 1,480,448, already cited, insists
on the difficulties of obtaining, for sure and so
industrially reproducible, graphite cast iron
CD-vermicular.

Ce brevet français propose un procédé d'élabo
ration faisant intervenir la présence du titane.This French patent proposes a method of elabo
ration involving the presence of titanium.

Or, le titane pour certaines fontes autres que
celles du type à graphite compact-vermiculaire, telles
la fonte à graphite sphéroïdal, constitue un élément poison qu'il convient d'éviter.Titanium for some fonts other than
those of the compact-vermicular graphite type, such
spheroidal graphite cast iron is a poison element that should be avoided.

Dans une fonderie industrielle, on est conduit à effectuer des coulées de fontes de différents types, en utilisant des résidus, ou des jets, od des rebuts de coulées précédentes, stockés dans des endroits déterminés ; en cas d'élaboration de fonte à graphite compact-vermiculaire contenant du titane, il faudra prévoir un circuit spécial avec une zone de stockage particulière afin d'éviter que des jets de fonte contenant du titane soient utilisés, par mégarde, pour l'élaboration de fontes telles la fonte à graphite sphéroïdal, pour lesquelles le titane est un poison. In an industrial foundry, one is led to perform castings of different types, using residues, or jets, od scrap of previous castings, stored in specific locations; in the case of the development of compact titanium-vermicular graphite cast iron, a special circuit with a special storage area must be provided in order to avoid the inadvertent use of titanium-containing cast iron such as spheroidal graphite cast iron, for which titanium is a poison.

Cette nécessité de prévoir un circuit spécial pour les jets de fonte à graphite compact-vermiculaire au titane, avec une aire de stockage particulière entralne des investissements et des frais supplémentaires importants. En outre, un mélange par inadvertance de jets de fonte à graphite compact-vermiculaire au titane, avec d'autres jets de fonte ne contenant pas de titane reste toujours possible avec, comme conséquence, la perte d'une ou plusieurs coulées de fonte d'autres types. This need to provide a special circuit for titanium-vermicular compact graphite cast iron streams, with a particular storage area entails significant additional investment and expense. In addition, inadvertent mixing of titanium-vermicular compact graphite cast iron with other titanium-free cast iron streams is still possible with the consequent loss of one or more cast iron castings. other types.

L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé d'élaboration de fonte à graphite compactvermiculaire qui réponde mieux que jusqu'à ce jour, aux diverses exigences de la pratique et qui permette d'obtenir, à coup sur, la structure compacte-vermiculaire souhaitée pour le graphite, à partir d'une fonte dont la teneur en soufre peut s'élever jusqu'à 0,03 %, sans faire intervenir d'éléments qui constitueraient des poisons pour les autres types de fontes. The object of the invention is, above all, to provide a process for producing compactvermicular graphite cast iron which, to a greater extent than before, meets the various requirements of the practice and which makes it possible to obtain the structure compact-vermicular desired for graphite, from a cast iron whose sulfur content can rise up to 0.03%, without involving elements that would constitute poisons for other types of fonts.

Selon l'invention, un procédé d'élaboration de fonte à graphite compact-vermiculaire, dans lequel on part d'une fonte dont la teneur en soufre peut s'élever jusqu'à 0,03 X, est caractérisé par le fait qu'on fait subir à la fonte un traitement en deux retapes séparées, l'une de ces étapes consistant à ajouter du magnésium seul dans une proportion telle que la quantité de magnésium résiduel dans la fonte élaborée soit comprise entre 0,008 % et 0,02 %, tandis que, dans.une autre étape, du cérium est ajouté dans une proportion de 0,02 % à 0,05 %. According to the invention, a process for producing compact-vermicular graphite iron, in which one starts from a cast iron whose sulfur content can be up to 0.03 X, is characterized by the fact that the melt is subjected to a treatment in two separate retakes, one of these steps of adding magnesium alone in a proportion such that the amount of residual magnesium in the cast iron is between 0.008% and 0.02%, while in another step cerium is added in a proportion of 0.02% to 0.05%.

Avantageusement, le magnésium est ajouté lors d'une première étape, tandis que le cérium est ajouté lors de la seconde étape. Advantageously, magnesium is added in a first step, while cerium is added in the second step.

Le magnésium peut etre ajouté à la fonte dans un convertisseur, tandis que le cérium peut etre introduit dans un jet de coulée, lors du transvasement de la fonte liquide dans une poche de coulée. Magnesium can be added to the melt in a converter, while cerium can be introduced into a casting stream, when transferring liquid melt to a ladle.

De préférence, la quantité de magnésium ajoutée est telle que la proportion de magnésium résiduel soit de l'ordre de 0,01 %. Preferably, the amount of magnesium added is such that the proportion of residual magnesium is of the order of 0.01%.

Le cérium est généralement ajouté sous forme de Mischmétal, la quantité de Mischmétal ajouté correspondant à une proportion de 0,04 % à 0,10 %, du fait que le Mischmétal contient environ 50 % de cérium. Cerium is generally added as a Mischmetal with the amount of Mischmetal added being 0.04% to 0.10%, because the Mischmetal contains about 50% cerium.

De préférence, le Mischmétal est ajouté dans une proportion comprise entre 0,04 % et 0,05 %. Preferably, the Mischmetal is added in a proportion of between 0.04% and 0.05%.

De préférence, encore, le Mischmétal est introduit sous forme de silico-Mischmétal. Preferably, again, the Mischmetal is introduced in silico-mischmetal form.

L'invention concerne également la fonte à graphite compact-vermiculaire ainsi obtenue. Une telle fonte à graphite compact-vermiculaire se caractérise par le fait que sa teneur en magnésium résiduel est comprise entre 0,008 % et 0,02 %, et qu'elle peut etre exempte de titane. The invention also relates to compact-vermicular graphite cast iron thus obtained. Such compact-vermicular graphite cast iron is characterized by the fact that its residual magnesium content is between 0.008% and 0.02%, and that it may be titanium-free.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après dans la description détaillée donnée avec référence au dessin ci-annexé. The invention consists, apart from the arrangements set out above, in certain other provisions which will be more explicitly discussed below in the detailed description given with reference to the drawing appended hereto.

La figure 1, de ce dessin, est un diagramme schématique illustrant le procédé de l'invention. Figure 1 of this drawing is a schematic diagram illustrating the method of the invention.

La figure 2, enfin, est un schéma de certaines étapes du procédé de l'invention. Figure 2, finally, is a diagram of some steps of the method of the invention.

Pour élaborer une fonte à graphite compactvermiculaire, selon l'invention, on part d'une fonte dont la teneur en soufre peut s'élever jusqu'à 0,03 % (teneur en soufre 4 0,03 %). In order to produce a compact-size graphite cast iron, according to the invention, starting from a cast iron whose sulfur content can be up to 0.03% (sulfur content 0.03%).

La préparation de cette fonte de départ est assurée à partir d'éléments ferreux rassemblés dans un récipient de stockage 1 (fig. 2). Une masse déterminée de ces déchets est ensuite transférée dans une benne 2, notamment par un électro-aimant , des additions à la matière contenue dans la benne 2 peuvent avoir lieu, selon la composition de cette matière . Ces additions peuvent etre, notamment, des additions de fer et de silicium, de fer et de manganèse ou de recarburant (carbone). The preparation of this starting cast iron is carried out from ferrous elements assembled in a storage container 1 (FIG 2). A determined mass of this waste is then transferred into a bucket 2, in particular by an electromagnet, additions to the material contained in the bucket 2 may take place, depending on the composition of this material. These additions can be, in particular, additions of iron and silicon, iron and manganese or recarburant (carbon).

L'ensemble de la matière contenue dans la benne 2 forme une charge qui est ensuite transférée dans un four de fusion 3, notamment un four à arc. La charge est alors mise en fusion et constitue la fonte de départ pour le traitement. All the material contained in the bucket 2 forms a charge which is then transferred to a melting furnace 3, in particular an arc furnace. The charge is then melted and is the starting cast for processing.

La fonte est ensuite versée du four à arc dans une poche 4 qui assure le transvasement de la fonte liquide dans un four à induction 5. Les additions de fer-silicium, de fer-manganèse ou de carbone ou autres produits peuvent avoir lieu dans ce four à induction 5, où la température de la fonte liquide est de l'ordre de 1 5000C. The cast iron is then poured from the arc furnace into a pocket 4 which ensures the transfer of the molten iron in an induction furnace 5. The additions of iron-silicon, iron-manganese or carbon or other products can take place in this furnace. induction furnace 5, where the temperature of the liquid iron is of the order of 1 5000C.

La fonte liquide est ensuite versée dans un convertisseur 6 encposition horizontale. Ce convertisseur 6 est équipé, d'une manière connue en soi, d'une poche 7 contenant du magnésium et disposée de manière à rester au-dessus du niveau de la fonte liquide lorsque le convertisseur est dans la position horizontale de remplissage. The molten iron is then poured into a horizontal converter. This converter 6 is equipped, in a manner known per se, with a pocket 7 containing magnesium and arranged to remain above the level of the molten iron when the converter is in the horizontal filling position.

Une étape du procédé selon l'invention, de préférence la première étape, consiste à ajouter, dans une proportion détermine, du magnésium seul à la fonte. A step in the process according to the invention, preferably the first step, consists in adding, in a determined proportion, magnesium alone to the melt.

Ce magnésium est placé dans la poche 7 de manière à réagir avec la fonte lorsque le convertisseur 6 est placé en position verticale comme représenté en A sur la figure 2.This magnesium is placed in the pocket 7 so as to react with the cast iron when the converter 6 is placed in a vertical position as represented in A in FIG.

Le magnésium est ajouté dans une proportion telle que la quantité de magnésium résiduel, dans la fonte élaborée, soit comprise entre 0,008 % et 0,020 % en masse. Magnesium is added in such a proportion that the amount of residual magnesium in the cast iron is between 0.008% and 0.020% by weight.

La quantité de magnésium résiduel dépend du rendement Mg en magnésium. Ce rendement PMg est égal au rapport de la masse de magnésium résiduel contenue dans la fonte élaborée, à la masse de magnésium ajoutée à cette fonte. The amount of residual magnesium depends on the Mg magnesium yield. This PMg yield is equal to the ratio of the residual magnesium mass contained in the cast iron, to the mass of magnesium added to this cast iron.

Ce rapport dépend de divers paramètres, notamment forme du convertisseur, composition de la fonte de départ etc. Toutefois, ce rendement est connu avec une bonne approximation pour une installation déterminée de telle sorte qu'il est possible, éventuellement après un ou deux essais de confirmation, de déterminer la quantité de magnésium à ajouter pour obtenir le magnésium résiduel souhaité. This ratio depends on various parameters, including converter shape, composition of the starting cast iron, etc. However, this yield is known with a good approximation for a specific installation so that it is possible, possibly after one or two confirmation tests, to determine the amount of magnesium to be added to obtain the desired residual magnesium.

De préférence, la quantité de magnésium ajouté lors de cette étape est telle que la proportion de magnésium résiduel soit de l'ordre de 0,01 % en masse. Preferably, the amount of magnesium added during this step is such that the proportion of residual magnesium is of the order of 0.01% by weight.

Cette quantité de magnésium ajouté est insuffisante pour provoquer la sphéroïdisation d'une proportion importante du graphite et insuffisante pour provoquer une vermicularisation appréciable du graphite. This amount of magnesium added is insufficient to cause the spheronization of a large proportion of the graphite and insufficient to cause appreciable vermicularization of the graphite.

Pratiquement, la quantité de magnésium ajouté constitue une phase préparatoire à la sphéroidisation. In practice, the amount of magnesium added is a preparatory phase for spheroidization.

Pour suivre schématiquement cette étape, on peut se reporter à la fig. 1. On a porté, en abscisses, le pourcentage de magnésium résiduel dans la fonte et, en ordonnées, la proportion de particules sphéroidales de graphite par rapport à l'ensemble des particules de graphite. L'origine 0 des pourcentages pour le Mg a été indiquée sur l'axe en trait plein. To follow this step schematically, we can refer to fig. The percentage of residual magnesium in the cast iron was plotted on the abscissa and the proportion of spheroidal particles of graphite in relation to all the graphite particles on the ordinate. The origin 0 percentages for Mg was indicated on the solid line.

Lorsque cette proportion de particules sphéroïdales est très faible, ou nulle, on est en présence de fonte grise ; pour une proportion moyenne, on voit apparaître parallèlement le graphite sous forme-vermicu- laire ce qui correspond à la plage B de l'axe des ordonnées. When this proportion of spheroidal particles is very small, or nil, we are in the presence of gray cast iron; for an average proportion, graphite in the form of vermicula appears in parallel, which corresponds to the range B of the ordinate axis.

Il convient de noter que le schéma de la figure 1 est destiné à faciliter les explications- mais ne doit pas etre interprété d'un point de vue quantitatif. It should be noted that the diagram in Figure 1 is intended to facilitate explanations - but should not be interpreted from a quantitative point of view.

La sphéroïdisation du graphite, par addition du magnésium, se produit brutalement à partir d'une certaine proportion de magnésium résiduel ; cette variation brutale est traduite par la forte pente de la partie C de la courbe tracée sur la figure 1. The spheronization of graphite, by the addition of magnesium, occurs suddenly from a certain proportion of residual magnesium; this sudden variation is translated by the steep slope of the part C of the curve drawn in FIG.

Comme la zone B correspondant à la fonte à graphite compact-vermiculaire est associée à une proportion de graphite sphéroïdal correspondant à une plage de cette -courbe C, il apparaît que l'addition de magnésium seul ne permettra pas d'obtenir, à coup sur, de la fonte à graphite vermiculaire. En effet, en raison de la très forte pente de la zone C, une très légère variation de la proportion de magnésium ajouté (variation inévitable lorsque l'on opère sur des quantités industrielles), peut - ou bien faire passer dans la zone à graphite sphéroïdal où la majeure partie des particules de graphite a la forme de sphéroïdes - ou bien faire rester dans la zone de la fonte grise, audessous de la zone du graphite compact-vermiculaire. Since the zone B corresponding to the compact-vermicular graphite iron is associated with a proportion of spheroidal graphite corresponding to a range of this curve C, it appears that the addition of magnesium alone will not make it possible to obtain, suddenly, , vermicular graphite cast iron. Indeed, because of the very steep slope of the zone C, a very slight variation of the proportion of magnesium added (inevitable variation when one operates on industrial quantities), can - or to pass in the zone with graphite spheroidal where most of the graphite particles have the shape of spheroids - or have them remain in the gray cast iron zone, below the compact-vermicular graphite zone.

Les proportions de magnésium ajouté, selon l'invention, dans l'étape que l'on vient de considérer, correspondent à une plage D de la figure 1, dont la limite supérieure correspond seulement au début de la partie C à forte pente ; on reste au-dessous de la zone
B à graphite vermiculaire.The proportions of magnesium added, according to the invention, in the step just considered, correspond to a range D of FIG. 1, whose upper limit corresponds only to the beginning of the portion C with a steep slope; we stay below the zone
B with vermicular graphite.

Finalement, on peut dire que l'addition de magnésium dans l'étape de l'invention, provoque une sorte de pré-sphéroïdisation du graphite, sans risque de faire basculer à une très forte valeur, la proportion de graphite sphéroidal. Finally, it can be said that the addition of magnesium in the step of the invention causes a kind of pre-spheroidization of graphite, without the risk of switching to a very high value, the proportion of spheroidal graphite.

Lors d'une deuxième étape du procédé de l'invention, du cérium est ajouté à la masse de fonte en fusion, dans une proportion de 0,02 % à 0,05 % en masse. In a second step of the process of the invention, cerium is added to the mass of molten iron in a proportion of 0.02% to 0.05% by weight.

Cette addition de cérium est avantageusement effectuée dans le jet de coulée de fonte en fusion, lors du déversement du convertisseur 6 (voir fig. 2) dans un four 8 de maintien de la fonte en fusion ; ce four 8 est destiné au remplissage ultérieur de la poche 9 qui sert, elle-meme, au remplissage des moules 10. This addition of cerium is advantageously carried out in the molten cast stream when the converter 6 is discharged (see Fig. 2) into a furnace 8 for holding the molten cast iron; this furnace 8 is intended for the subsequent filling of the pocket 9, which itself serves to fill the molds 10.

Le cérium est ajouté sous forme de Mischmétal constitué par un mélange de cérium et de terres rares. La teneur en cérium du Mischmétal est de l'ordre de 50 % en masse. Cerium is added as a Mischmetal consisting of a mixture of cerium and rare earths. The cerium content of Mischmetal is of the order of 50% by weight.

De ce fait, la quantité de Mischmétal ajouté, lors de cette deuxième étape du procédé, correspond à une proportion de 0,04 % à 0,10 % en masse. De préférence, cette proportion est comprise entre 0,04 % et 0,05 %. As a result, the amount of Mischmetal added during this second stage of the process corresponds to a proportion of 0.04% to 0.10% by weight. Preferably, this proportion is between 0.04% and 0.05%.

De préférence, encore, le Mischmétal est introduit sous forme de silico-Mischmétal qui peut se présenter sous forme de granulés, introduits à la louche dans le jet de coulée. La teneur en silicium du silico
Mischmétal peut varier dans de larges proportions il suffit que la quantité de Mischmétal introduite corresponde à celle indiquée précédemment. A titre d'exemple, le silicium peut avoir une teneur d'environ 50 % dans le silico-Mischmétal introduit.Preferably, again, the Mischmetal is introduced in the form of silico-mischmetal which may be in the form of granules, introduced to the ladle in the casting stream. Silicon content of silico
Mischmetal can vary in large proportions it is sufficient that the amount of Mischmetal introduced corresponds to that indicated above. By way of example, the silicon may have a content of approximately 50% in the silico-mischmetal introduced.

Si l'on se reporte à la figure 1, on peut illustrer la deuxième étane du procédé de l'invention par la portion de courbe E, en tirets, qui représente la variation de la proportion de graphite sphéroldal portée en ordonnées, en fonction de la proportion de cérium (ou de Mischmétal) ajouté, portée en abscisses. Referring to FIG. 1, the second étane of the process of the invention can be illustrated by the curve portion E, in dashed lines, which represents the variation of the proportion of spheroidal graphite carried on the ordinate, as a function of the proportion of cerium (or Mischmetal) added, plotted on the abscissa.

Les pourcentages sont portés sur l'axe des abscisses en tirets , l'origine des abscisses, à titre indicatif, peut se situer dans la plage hachurée. La courbe E a une pente beaucoup plus faible que la courbe C de telle sorte que les points limites El, E2 qui correspondent aux intersections des limites de la bande B, correspondant à la fonte à graphite compact-vermiculaire, avec la courbe E sont nettement espacés l'un de l'autre suivant l'axe des abscisses. Ainsi, une légère variation de la proportion de Mischmétal ajoutée, lors de cette deuxième étape n'aura pas de conséquence sensible et ne provoquera pas une sphéroïdisation totale ou quasi-totale. On restera dans la zone à graphite compact-vermiculaire.The percentages are plotted on the abscissa axis in dashes, the origin of the abscissae, as an indication, may be in the hatched area. Curve E has a much slower slope than curve C so that the limit points E1, E2 which correspond to the intersections of the limits of band B, corresponding to compact-vermicular graphite iron, with curve E are clearly spaced apart from each other along the abscissa axis. Thus, a slight variation in the proportion of Mischmetal added during this second stage will have no appreciable consequence and will not cause a total or almost total spheronization. We will stay in the compact-vermicular graphite zone.

De même, une variation de Mg n'aura pas d'effet très sensible puisqu'une grande partie de la vermicularisation est effectuée par le cérium résiduel (et les terres rares résiduelles). Similarly, a variation of Mg will not have a very significant effect since a large part of the vermicularisation is carried out by the residual cerium (and the residual rare earths).

Lorsque la fonte a été coulée dans les moules 10, aucun traitement de post-inoculation de la fonte dans les moules n'est effectué (on désigne par post-inoculation, une inoculation de la fonte effectuée dans le moule) ; il a été constaté, en effet, qu'un tel traitement de post-inoculation dans le moule peut provoquer une sphéroïdisation trop importante du graphite. When the cast iron was poured into the molds 10, no post-inoculation treatment of the cast iron in the molds is carried out (the term "post-inoculation" means inoculation of the cast iron carried out in the mold); it has been found, in fact, that such a post-inoculation treatment in the mold can cause excessive spheronisation of the graphite.

Pour aboutir à l'invention, il a fallu vaincre un préjugé important selon lequel on pensait qu'il n'était pas possible d'obtenir, à coup sur, la structure vermiculaire désirée pour le graphite, en l'absence de titane, avec seulement le magnésium et le cérium (voir en particulier brevet FR. N 1 480 448 page 2, colonne de droite, 3ème paragraphe). In order to arrive at the invention, it was necessary to overcome an important prejudice according to which it was thought that it was not possible to obtain, suddenly, the desired vermicular structure for graphite, in the absence of titanium, with only magnesium and cerium (see in particular patent FR No. 1,480,448 page 2, right column, 3rd paragraph).

En passant outre ce préjugé, et en faisant apparaître des plages particulièrement avantageuses pour les proportions de magnésium et de cérium à ajouter lors de deux étapes séparées, l'invention permet d'élaborer une fonte à graphite compact-vermiculaire ne comportant pas de titane de telle sorte que les jets ou rebuts de cette fonte peuvent être stockés sans précaution spéciale dans une fonderie industrielle et sans nécessiter d'investissements supplémentaires importants. By overcoming this prejudice, and by showing particularly advantageous ranges for the proportions of magnesium and cerium to be added in two separate steps, the invention makes it possible to develop a compact-vermicular graphite cast iron that does not contain titanium. so that the jets or scrap of this cast iron can be stored without special precautions in an industrial foundry and without requiring significant additional investment.

La limite supérieure de la proportion de cérium ajouté reste au-dessous des valeurs qui conduisent à l'apparition en quantités non négligeables de carbures fragilisants. The upper limit of the proportion of cerium added remains below the values which lead to the appearance in significant quantities of embrittling carbides.

On donne ci-après, à titre d'exemple, divers résultats d'essais effectués à l'échelle industrielle. As an example, various results of tests carried out on an industrial scale are given below.

EXEMPLE N 1
On a élaboré de la fonte à partir d'une charge, versée dans le four à arc 3 (fig. n 2), dont la composition était la suivante
Acier 25 %
Hématite 35 %
Jets ou rebuts de fonte
à graphite sphéroïdal 40 %.EXAMPLE N 1
Cast iron was prepared from a charge, poured into the arc furnace 3 (Figure 2), the composition of which was as follows
25% steel
Hematite 35%
Jets or castings
40% spheroidal graphite.

Les proportions en masse exprimées en % de divers éléments de ce lit de fusion, étaient les suivantes

The proportions in mass expressed in% of various elements of this bed of fusion, were the following ones

----------------------------------------------------
<tb> <SEP> : <SEP> S <SEP> : <SEP> C <SEP> : <SEP> Si <SEP> : <SEP> Mn <SEP> : <SEP> Ni <SEP> : <SEP> Cr <SEP> : <SEP> Mo <SEP> : <SEP> Cu <SEP> :
<tb> <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb> <SEP> :-------:-----:-----:-----:-----:------:------:------:
<tb> <SEP> : <SEP> 0,014%:3,08%:2,32%:0,26%:0,06%: <SEP> 0,04%: <SEP> 0,01%:0,03% <SEP> :
<tb> <SEP> -----------------------------------------------------:
<tb>
Trois lots de 1000 kg de cette fonte de base ont subi trois traitements différents dans trois convertisseurs L, M, N. -------------------------------------------------- -
<tb><SEP>:<SEP> S <SEP>: <SEP> C <SEP>: <SEP> If <SEP>: <SEP> Mn <SEP>: <SEP> Ni <SEP>: <SEP> Cr <SEP>: <SEP> Mo <SEP>: <SEP> Cu <SEP>:
<tb><SEP>:<SEP>:<SEP>:<SEP>:<SEP>:<SEP>:<SEP>:<SEP>:<SEP>:
<tb><SEP>: -------: -----: -----: -----: -----: ------: ---- -: ------:
<tb><SEP>:<SEP> 0.014%: 3.08%: 2.32%: 0.26%: 0.06%: <SEP> 0.04%: <SEP> 0.01%: 0 , 03% <SEP>:
<tb><SEP> -------------------------------------------- ---------:
<Tb>
Three batches of 1000 kg of this basic cast underwent three different treatments in three L, M, N converters.

Dans une première étape, du magnésium a été ajouté, dans chaque convertisseur, dans une proportion de 0,05 % en masse ; compte tenu du rendement en Mg, cette proportion ajoutée devait conduire à un Mg résiduel compris entre 0,008 % et 0,02 %. In a first step, magnesium was added in each converter in a proportion of 0.05% by weight; given the Mg yield, this added proportion was to lead to a residual Mg between 0.008% and 0.02%.

Lors de la deuxième étape, du Mischmétal a été ajouté dans le jet de fonte lors du transvasement de la fonte à partir des convertisseurs M et N
pour le convertisseur M : 0,05 % d'addition de
Mischmétal ;
pour le convertisseur N : 0,10 % d'addition de
Mischmétal.In the second step, Mischmetal was added to the cast stream when transferring the cast iron from the M and N converters
for the M converter: 0.05% addition of
Mischmetal;
for the N converter: 0.10% addition of
Mischmetal.

Pour le convertisseur L, il n'y a pas eu d'addition de Mischmétal (proportion ajoutée 0 %). For the L converter, there was no addition of Mischmetal (proportion added 0%).

En outre, une inoculation de Fe Si 75 % (alliage Fe Si à 75 % de Si) dans une proportion de 0,40 % en masse a été effectuée au jet, lors du transvasement, en même temps que l'addition de Mischmétal. In addition, an inoculation of Fe Si 75% (Fe Si alloy at 75% Si) in a proportion of 0.40% by weight was carried out with the jet, during the transfer, at the same time as the addition of Mischmetal.

Des moules ont été ensuite remplis avec la fonte de chaque convertisseur. Molds were then filled with the cast of each converter.

Pour certains de ces moules, il n'y a pas eu de post-inoculation dans le moule. For some of these mussels, there was no post-inoculation in the mold.

Pour d'autres moules il y a eu une postinoculation dans le moule avec 40grammesdepost-inoculant calibré (contenant 75 % de Si) par moule. For other molds there was a postinoculation in the mold with 40 grams of calibrated post-inoculant (containing 75% Si) per mold.

L'analyse du métal coulé est donnée par le tableau suivant (proportions en masse, exprimées en

The analysis of the cast metal is given by the following table (proportions in mass, expressed in

<tb> <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb> <SEP> Convertisseurs <SEP> : <SEP> L <SEP> : <SEP> M <SEP> : <SEP> N <SEP> :
<tb> -------------------------------------------
<tb> : <SEP> C <SEP> : <SEP> 3,65 <SEP> : <SEP> 3,60 <SEP> : <SEP> 3,60 <SEP> :
<tb> :
<tb> : <SEP> Si <SEP> : <SEP> 2,53 <SEP> : <SEP> 2,53 <SEP> : <SEP> 2,51
<tb> : <SEP> Mn <SEP> : <SEP> 0,28 <SEP> : <SEP> <SEP> 0,28 <SEP> : <SEP> 0,28
<tb> 5 <SEP> Ti <SEP> <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> : <SEP> Mg <SEP> (début <SEP> coulée: <SEP> 0,012 <SEP> : <SEP> 0,013 <SEP> : <SEP> 0,010 <SEP> :
<tb> rés.(fin <SEP> coulée <SEP> : <SEP> 0,007 <SEP> : <SEP> 0,011 <SEP> : <SEP> 0,008
<tb> :<SEP> (début <SEP> coulée <SEP> : <SEP> 0,0007: <SEP> 0,014 <SEP> : <SEP> 0,030
<tb> : <SEP> Ce <SEP> : <SEP> 0,0012: <SEP> 0,013 <SEP> : <SEP> 0,020
<tb>
Les examens métallographiques font apparaître que seul le traitement effectué avec la fonte du convertisseur M, avec addition de 0,05 % de Mischmétal, sans post-inoculation dans les moules, permet d'élaborer une bonne fonte à graphite vermiculaire sans carbure.<tb><SEP>:<SEP>:<SEP>:<SEP>:
<tb><SEP> Converters <SEP>: <SEP> L <SEP>: <SEP> M <SEP>: <SEP> N <SEP>:
<tb> -------------------------------------------
<tb>: <SEP> C <SEP>: <SEP> 3.65 <SEP>: <SEP> 3.60 <SEP>: <SEP> 3.60 <SEP>:
<tb>:
<tb>: <SEP> If <SEP>: <SEP> 2.53 <SEP>: <SEP> 2.53 <SEP>: <SEP> 2.51
<tb>: <SEP> Mn <SEP>: <SEP> 0.28 <SEP>: <SEP><SEP> 0.28 <SEP>: <SEP> 0.28
<tb> 5 <SEP> Ti <SEP><SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>: <SEP> Mg <SEP> (start <SEP> casting: <SEP> 0.012 <SEP>: <SEP> 0.013 <SEP>: <SEP> 0.010 <SEP>:
<tb> res (end <SEP> casting <SEP>: <SEP> 0.007 <SEP>: <SEP> 0.011 <SEP>: <SEP> 0.008
<tb>: <SEP> (start <SEP> casting <SEP>: <SEP> 0.0007: <SEP> 0.014 <SEP>: <SEP> 0.030
<tb>: <SEP> This <SEP>: <SEP> 0.0012: <SEP> 0.013 <SEP>: <SEP> 0.020
<Tb>
Metallographic examinations show that only the treatment carried out with the melting of the converter M, with addition of 0.05% of Mischmetal, without post-inoculation in the molds, makes it possible to develop a good carbide-free vermicular graphite cast iron.

Pour ce traitement, la proportion de magnésium résiduel contenue dans la fonte élaborée est d'environ 0,010 % comme le montre le tableau ci-dessus. For this treatment, the proportion of residual magnesium contained in the cast iron is about 0.010% as shown in the table above.

Le cérium ajouté a un effet parce que le cérium cérium résiduel est situé entre 75 p.p.m. et 300 p.p.m. The added cerium has an effect because the residual cerium cerium is between 75 p.p.m. and 300 p.p.m.

à titre indicatif.for information.

Les pièces coulées étaient des masses d'équilibrage et des chapeaux de palier. The castings were balancing weights and bearing caps.

La fonte à graphite vermiculaire était de type ferritique, sans carbure. The vermicular graphite cast iron was ferritic type, carbide-free.

Les caractéristiques mécaniques de cette fonte étaient les suivantes
limite élastique apparente R E = 250 MP
a
résistance à la traction R M = 350 MPa
allongement en % après ) A = 5 %
rupture
essai de dureté Brinnell HB 10-3000 : 149-156. The mechanical characteristics of this font were as follows
apparent elastic limit RE = 250 MP
at
tensile strength RM = 350 MPa
elongation in% after) A = 5%
breaking
Brinnell HB 10-3000 hardness test: 149-156.

Ces caractéristiques mécaniques correspondent à celles d'une fonte à graphitefvermiculaire ferritique (perlite inférieure à 20 %). These mechanical characteristics correspond to those of a ferritic ferrite graphite cast iron (perlite less than 20%).

Le traitement correspondant au convertisseur N avec 0,10 % de Mischmétal, sans post-inoculation, a également permis d'obtenir un graphite compact vermiculaire, Toutefois, la matrice de la fonte comporte des carbures. The treatment corresponding to the N-converter with 0.10% of Mischmetal, without post-inoculation, also made it possible to obtain a compact vermicular graphite. However, the matrix of the iron comprises carbides.

La post-inoculation dans le moule a tendance à régénérer le graphite sous forme sphéroïdale. Celuici se présente alors comme un mélange de sphéroïdes, généralement hétérogènes en taille, et de pseudolamelles plus fines que de véritables vermicules. Postinoculation in the mold tends to regenerate graphite in spheroidal form. It then presents itself as a mixture of spheroids, generally heterogeneous in size, and pseudolamellas finer than true vermicules.

Les micrographies effectuées sur les éprouvettes ont permis de constater que pour le traitement correspondant au convertisseur L (aucune addition
de Mischmétal) le graphite se présentait sous une forme
lamellaire à 100 %. The micrographs carried out on the test specimens showed that for the treatment corresponding to the converter L (no additional
of Mischmetal) graphite was in a form
100% lamellar.

EXEMPLE NO 2
D'autres essais à échelle industrielle ont
été effectués avec coulée de disques de frein.EXAMPLE 2
Other large-scale trials have
been made with cast brake discs.

Trois convertisseurs ont été utilisés pour trois essais différents. Three converters were used for three different tests.

Dans un premier essai (essai NO 1) lors de
la première étape, la proportion de magnésium ajoutée était de 0,05 % ; dans-la deuxième étape, on a ajouté
0,05 % de Mischmétal,
Dans un deuxième essai (essai NO 2)-, la première étape était semblable à celle du premier essai, mais lors de la deuxième étape, on a ajouté
0,10 % de silico-Mischmétal (à 50 % - 50 % de silicium et de Mischmétal).In a first test (test NO 1) during
the first step, the proportion of added magnesium was 0.05%; in-the second step, we added
0.05% of Mischmetal,
In a second trial (Trial # 2) - the first step was similar to the first trial, but in the second step, we added
0.10% Silico-Mischmetal (50% - 50% Silicon and Mischmetal).

Un troisième essai (essai NO 3) a permis d'obtenir une matrice perlitique brute de coulée par addition d'éléments d'alliage
Cu = 1,5 %
Sn = 0,07 %.A third test (test NO 3) made it possible to obtain a raw pearlitic casting matrix by addition of alloying elements.
Cu = 1.5%
Sn = 0.07%.

Les essais 1 et 2 ont.permis d'obtenir une bonne fpnte à graphite compact-vermiculaire dans laquelle
la proportion de particules de graphite sous forme de vermicules est supérieure à 70 % (proportion de
sphéroïdes inférieure à 30 %), cette proportion pouvant
varier selon le type de pièces moulées.Tests 1 and 2 have made it possible to obtain a good compact-vermicular graphite fraction in which
the proportion of graphite particles in the form of vermicles is greater than 70% (proportion of
spheroids less than 30%), this proportion may
vary according to the type of molded parts.

En effet, pour chaque essai, non seulement des disques de frein ont été coulés , mais aussi des
éprouvettes formées par des blocs-quilles et des barreaux cylindriques, notamment de diamètre 30 mm.Indeed, for each test, not only brake discs have been cast, but also
test pieces formed by keel blocks and cylindrical bars, in particular of diameter 30 mm.

La matrice obtenue est ferrito-perlitique
sur les disques, dans les essais 1 et 2, sans addition
d'éléments d'alliage, alors que cette matrice est
ferritique sur les blocs-quilles qui se refroidissent plus lentement.The matrix obtained is ferrito-pearlitic
on the disks, in tests 1 and 2, without addition
of alloying elements, while this matrix is
ferritic on the skittle blocks that cool down more slowly.

Le remplacement du Mischmétal par du silico
Mischmétal pour la deuxième étape du procédé, permet l'obtention d'une structure métallographique et des caractéristiques mécaniques plus homogènes que celles obtenues avec le Mischmétal.Replacement of Mischmetal with silico
Mischmetal for the second stage of the process, allows obtaining a metallographic structure and more homogeneous mechanical characteristics than those obtained with Mischmetal.

L'addition d'éléments d'alliage dans l'essai NO 3 régénère une partie importante du graphite sous forme sphéroïdale. The addition of alloying elements in the NO 3 test regenerates a substantial portion of the graphite in spheroidal form.

Dans l'ensemble, les résultats de l'exemple NO 1 sont confirmés. Overall, the results of the NO 1 example are confirmed.

Les caractéristiques mécaniques d'une bonne fonte à graphite compact-vermiculaire ferritique, obtenue lors des essais visés par l'exemple N 2 sont les suivantes
Résistance à la traction:RM = 350 MPa Limite élastique apparente M = 260 MPa A].longement % à la
rupture : A = 5-7 % Résilience KVC =0,6 daJ/an2 En 10/3000 : 149 à 163
Le procédé de l'invention permet d'obtenir, dans des conditions intéressantes, de la fonte à graphite compact-vermiculaire, à partir d'une fonte de départ dont la teneur en soufre, qui peut atteindre 0,03 %, n'impose pas de contrainte sévère ; en effet, les fontes ordinaires ont généralement une teneur en soufre répondant à cette condition, c'est-à-dire inférieure à 0,03 %.The mechanical characteristics of a good ferritic compact-vermicular graphite cast iron obtained during the tests referred to by Example N 2 are as follows:
Tensile strength: RM = 350 MPa Apparent elastic limit M = 260 MPa A].
rupture: A = 5-7% Resiliency KVC = 0.6 daJ / year 2 In 10/3000: 149 to 163
The process of the invention makes it possible to obtain, under advantageous conditions, compact-vermicular graphite iron from a starting pig iron whose sulfur content, which can reach 0.03%, does not no severe constraint; in fact, ordinary cast irons generally have a sulfur content satisfying this condition, that is to say less than 0.03%.

Le procédé de l'invention conduit à une fonte à graphite compact-vermiculaire qui peut etre exempte de titane et qui ne contient pas, ou pratiquement pas de carbures fragilisants du fait que le cérium est ajouté en quantités relativement faibles. The process of the invention results in a compact-vermicular graphite cast iron which may be titanium-free and which contains no or substantially no embrittling carbides because cerium is added in relatively small amounts.

La description précédente est relative, surtout, à un exemple de traitement au convertisseur. Il est clair, cependant,
que le procédé de l'invention n'est pas limité à ce traitement. Le magnésium peut, en effet, etre ajouté par tout autre moyen pourvu que le Mg résiduel soit dans la fourchette visée. De même, le
Mischmétal peut etre ajouté autrement que dans le jet de coulée. The foregoing description relates, in particular, to an example of converter processing. It is clear, however,
that the method of the invention is not limited to this treatment. Magnesium can, in fact, be added by any other means provided that the residual Mg is within the target range. Similarly,
Mischmetal can be added other than in the casting stream.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d'élaboration de fonte à graphite compact-vermiculaire, procédé selon lequel on part d'une fonte dont la teneur en soufre peut s'élever jusqu'à 0,03 %, caractérisé par le fait qu'on fait subir à la fonte un traitement en deux étapes séparées, l'une de ces étapes consistant à ajouter du magnésium seul dans une proportion telle que la quantité de magnésium résiduel dans la fonte élaborée soit comprise entre 0,008 % et 0,02 % tandis que, dans une autre étape, du cérium est ajouté dans une proportion de 0,02 % à 0,05 %. 1. Process for the production of compact-vermicular graphite cast iron, process according to which the starting point of a cast iron with a sulfur content of up to 0.03%, characterized by the fact that melting a treatment in two separate steps, one of these steps of adding magnesium alone in a proportion such that the amount of residual magnesium in the cast iron is between 0.008% and 0.02% while in a another step, cerium is added in a proportion of 0.02% to 0.05%.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le magnésium est ajouté lors d'une première etape, tandis que le curium est ajout lors de la seconde étape. 2. Method according to claim 1, characterized in that the magnesium is added in a first step, while the curium is added in the second step.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le cérium est ajouté dans un jet de coulée lors du transvasement de la fonte liquide dans une poche de coulée. 3. Method according to claim 2, characterized in that the cerium is added in a casting jet during the transfer of the molten iron in a ladle.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la quantité de magnésium ajoutée est telle que la proportion de magnésium résiduel soit de l'ordre de 0,01 %. 4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the amount of magnesium added is such that the proportion of residual magnesium is of the order of 0.01%.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ce;rium est ajouté sous forme de Mischmétal, caractérisé par le fait que le 5. Process according to any one of the preceding claims, in which theium is added in the form of Mischmetal, characterized in that the

Mischmétal est ajouté dans une proportion de 0,04 % à 0,10 Z, notamment comprise entre 0,04 % et 0,05 %.Mischmetal is added in a proportion of 0.04% to 0.10%, especially between 0.04% and 0.05%.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le cérium est ajouté suivant une quantité tellaeUS e cérium résiduel soit situé entre 75 p.p.m et 300 p.p.m. 6. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the cerium is added in a residual amount and the residual cerium is between 75 p.p.m and 300 p.p.m.

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que le Mischmétal est introduit sous forme de silico-Mischmétal. 7. Method according to claim 5 or 6, characterized in that the Mischmetal is introduced in the form of silico-mischmetal.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le silico-Mischmetal est à 50 % de silicium, 50 % de Mischmétal et qu'il est ajouté à la fonte dans une proportion de 0,10%. 8. Process according to claim 7, characterized in that the Silico-Mischmetal is 50% silicon, 50% Mischmetal and is added to the cast iron in a proportion of 0.10%.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la fonte préparée ne subit, après versement dans les moules, aucun traitement de post-inoculation. 9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cast iron is not subjected, after pouring into the molds, no post-inoculation treatment.

10. Fonte à graphite compact-vermiculaire préparée par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que sa teneur en magnésium est comprise entre 0,008 % et 0,02 % et qu'elle peut être exempte de titane. 10. Compact vermicular graphite iron prepared by the method according to any one of the preceding claims, characterized in that its magnesium content is between 0.008% and 0.02% and can be free of titanium.