DE2429489A1 - Verfahren zur herstellung kohlenstoffarmer staehle - Google Patents
Verfahren zur herstellung kohlenstoffarmer staehleInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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Description
2A29489
ριργ.. IKO. Dietrich I. Etfiin · 8 μΟνοπεεγ -IQ · birnaper str. β
Gase: 0.15
GMiDRO SPERIMEFTALE MEiDALLURGIGO S.p.A.
Rom, Italien
Verfahren zur Herstellung kohlenstoffarmer Stähle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
kohlenstoffarmer otähle und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Stahls mit einem Kohlenstoffgehalt
von weniger als 100 ppm, der insbesondere frei von nicht-metallischen Einschlüssen ist.
!Fortschritte in der Technologie bedingen Stähle mit
immer weiter verbesserten Eigenschaften, von denen einige einen niedrigen Kohlenstoffgehalt erfordern.
Diese Eigenschaften sind beispielsweise notwendig für Elektrοstähle, für gewisse Klassen von rostfreien
Stählen, für liefziehstähle, für im Hochtemperaturbetrieb
einzusetzende Stähle etc.
Es gibt hierfür eine ganze Reihe von Verfahren, um
Kohlenstoffgehalte unter einer gewissen Grenze zu erhalten. Abgesehen von den traditionellen Verfahren,
bei denen ein verstärktes Sauerstoffblasen über einen
längeren Zeitraum oder die Verwendung eines metallischen Einsatzes erforderlich\st^ der sorgfältig ausgewählt
wurde, um zu einem niedrigen Kohlenstoffgehalt zu führen, basieren die bekannten Verfahren zur Herstellung
eines kohlenstoffarmen Stahls praktisch
alle auf der Anwendung von Vakuum. Diese Verfahren nutzen die Tatsache aus, daß die Decarburierungs-
reaktion G + 0 * CO unter Volumenzunahme statt-
7 gas
findet; so diktieren die physiko-chemisehe Gesetze, daß eine Druckverminderung das Gleichgewicht
gegen die Bildung von Kohlenmonoxid, d. h., gegen eine Decarburierung des Sauerstoffs und seine Entfernung
aus dem Bad, verschiebt. In den unteren schichten des Bades jedoch erzeugt als Ergenis des erheblichen
durch die darüber befindliche E'lüssigmetallsäule ausgeübten Druckes die Druckverminderung aufgrund
Anlegens des Vakuums nicht den gewünschten Decarburierungs- oder Entkohlungsgrad. Aus diesem
Grunde muß die Wirkung des Vakuums entweder physikalisch durch Mischen des Bades oder chemisch durch Einführen
zusätzlicher bauerstoffmengen unterstützt werden.
Auf alle Fälle erfordert das Anlegen von Vakuum erhebliche Kapitalinvestitionen und läßt im allgemeinen
nicht die Behandlung großer Mengen an flüssigem Metall zu. Das physikalische Mischen des
Bades, das in einem Induktionsfeld erhalten wird, erfordert weitere Investitionen und beschleunigt
die Behandlung nicht stark. Das Einführen von Sauerstoff sorgt, wenn ein wirklich niedriger Kohlenstoffgehalt
erwünscht ist, für eine merklich Oxydation des Bades der mittels Desoxydantien auf der Basis
von Si oder Al entgegengewirkt werden kann; abgesehen von deren Kosten verunreinigen sie jedoch das Bad mit
unerwünschten und schädlichen nicht-metallischen Ein-
- 3 -409883/0970
Schlüssen wie AIoO5und S
Kürzlich wurde eine vollständige Übersicht über die Verfahren-"'"der" Vakuumbehandlung und damit der De carburierung
in Stahl und Eisen 92 (1972) No. 15 vom 20.7.1972 auf den Seiten 716 - 724 veröffentlicht.
Andere Verfahren zur Herstellung von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt existieren, beispielsweise
das irischen mittels Plasma oder mittels !Elektronenstrahl;
es handelt sich bei diesen jedoch um extrem komplizierte und teure Verfahren, die in jedem Falle
nur im Labor oder für die Verwendung relativ kleiner
Mengen hochwertiger Stähle, für die die Kostennicht von irgendeiner Wichtigkeit sind, Anwendung finden.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme sollen nun kohlenstoff
arme Stähle, insbesondere Stähle hergestellt werden, die weniger als 100 ppm Kohlenstoff enthalten, und
zwar auf einfachem Wege, bei dem die Verwendung teurer Vakuumaggregate vermieden wird.
Während eines Studiums d?r Möglichkeit der Desoxydation
eines Bades schmelzflüssigen Stahls in Luft mittels Wasserstoff zeigt es sich, daß ein Blasen trockenen
Wasserstoffs tatsächlich zu einer Desoxydation führte,
daß aber auch in absolut unerwarteter und überraschender Weise für eine Decarburierung gesorgt wurde; die
Kinetik der letztgenannten'Reaktion war sehr schnell,
so daß ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 100 ppm bei ziemlich begrenztem Wasserstoffverbrauch erreicht
wurde.
Gewisse Hypothesen wurden im Hinblick auf diese über-
AO9 883/0 97 0 - 4 -
raschende Tatsache unter Beobachtung der bekannten Yerfahren der Decarburierung von Elektroblechen
während des Anlassens nach dem Kaltwalzen aufgestellt, Elektrostahlbleche werden nämlich nach dem Niederwalzen
auf die gewünschte Dicke mittels Kaltwalzens auf etwa 6000C in einer Atmosphäre entweder trocknen
oder feuchten Wasserstoffs zur Decarburierung angelassen.
Mit diesem Verfahren werden Kohlenstoffniveaus von 20 - 30 ppm erreicht. Wenn der Wasserstoff trocken
ist, reagiert er hier mit dem Kohlenstoff zur Bildung von Kohlenwasserstoffen, hauptsächlich Methan,
während dann, wenn er feucht ist, das Wasser den Kohlenstoff oxydiert, wobei hauptsächliche Punktion
des Wasserstoffs darin besteht, das Wasser in der Dampfphase zu transportieren.
Erfindungsgemäß wird trockener Wasserstoff für Zeiträume bis zu 60 Minuten und in Mengen bis zu 20 Nnr
pro Tonne Stahl verwendet, so daß nach dem oben genannten Mechanismus Methan sich bilden sollte.
Im vorliegenden Fall sind die thermodynamisehen Bedingungen
jedoch nicht günstig für die Bildung von Kohlenwasserstoffen und außerdem zeigte die chromatographische
Analyse der am Mund des Reaktionsgefäßes
aufgefangenen Rauchgase keine Spur von Kohlenwasserstoffen, sondern nur Wasserstoff, Stickstoff, Wasser,
Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd.
Der Decarburierungsmechansimus muß somit ein anderer
sein, völlig unterschiedlich sein und mit dem oben genannten in keiner Zuordnung stehen. Die bisher ge-
- 5 409883/0970
machten Hypothesen haben sich jedoch als unzufriedenstellend
herausgestellt.
Ebenfalls überraschend wurde gefunden, daß das Blasen
von Wasserstoff in das Bad nicht nur zu einer erheblichen Verminderung des Kohlenstoffgehaltes sondern
auch zur Herstellung eines Stahls führte, der insbesondere
frei von nicht-metallischen Einschlüssen war. Dieses weitere Merkmal nach der Erfindung wird
durch die folgende Tafel 1 unterstrichen. In ihr sind die Ergebnisse gewisser Versuche eingetragen, bei
denen das Metallbad in zwei gleiche Teile unterteilt wurde: der eine wurde nach der Erfindung mit trockenem
Wasserstoff behandelt, der andere mit den üblichen Desoxydantien und dann einem Argonblasen ausgesetzt «
Die Ausgangszusammensetzung des Bades nach Gewichtsteilen war die folgende: G 0,037 ^, O2 0,064 #, Si
0,02 0M Mn 0,5 % S 0,02 $>\ P 0,01 fi und dem Äest
Eisen und kleinere Verunreinigungen.
TAFEL 1
| Endcharakteristiken | Behandlung mit | Desoxydantien u. |
| H2 | Waschen mit Ar | |
| gon | ||
| 0,009 | 0,030 | |
| #o2 | 0,04 | 0,01 |
| Index für Einschlüsse bezogen auf den Inhalt des mit H2 behandelten Bades, gleich 100 gesetzt |
100 | 216 |
| 40 9883/ | 0970 |
mm ^j »·
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie zu begrenzen.
Ein Stahl, der nach der Behandlung mit oauerstoff im Ofen die folgende Gewichtszusammensetzung hatte:
G 0,032 i»\ O2 0,068 #, Si 0,014 %, Mn 0,44 #, S 0,015 #,
P 0,009 #, temperatur 16800C
wurde 3 Minuten und 40 Sekunden lang mit Wasserstoff
■z
in einer Menge, gleich 1,6 Nm pro Tonne Stahl "behandelt.
Nach der Behandlung ergab sich folgende Analyse des
Stahls:
G 0,009 #, O2 430 ppm, H£ 10 cc/100 g Stahl, Si 0,011 #,
Mn 0,20 #, S 0,012 56, P 0,009 #. Die Temperatur nach der
Behandlung lag bei 163O0G.
Nach dem Waschen mit Argon fiel der H2-Gehalt bis auf
4 Kubikzentimeter pro 100 g Stahl, während die Temperatur
auf 15950G fiel.
Beispeil 2
Ein btahl mit der Zusammensetzung:
Ein btahl mit der Zusammensetzung:
C 0,040 Si, O2 0,04 i»y Si 0,020 §έ, Mn 0,50 #, S 0,018 #, P
0,010 %, Temperatur 167O°C,
wurde 5 Minuten lang mit Wasserstoff mit einer Menge, die 2,5 Nnr/t Stahl äquivalent war, behandelt.
409883/097 0
Mach der Behandlung mittels Wasserstoff, Vaschens
mittels Argon und der Zugabe der erforderlichen Elemente, hatte der Stahl die folgende Analyse:
G 0,009 #, -O2 400 ppm, H2 3cc/100 g Stahl^ Mn 0,28
Si 0,01$>, S 0,014 >, P 0,010 #, Cr-ijfe, Gu 0,15
Mo 1 %. Die Badtemperatur lag bei 16000O.
Ein Stahl der Zusammensetzung:
G 0,025 &, O2 750 ppm, Si 0,01 $, Mn 0,2 #, S 0,01 %,
G 0,025 &, O2 750 ppm, Si 0,01 $, Mn 0,2 #, S 0,01 %,
p 0,Oi $>
Temperatur 167O°C,
wurde 5 Minuten lang mit Wasserstoff in einer Menge, die 3 Nnr/t ütahl äquivalent war, behandelt.
Nach der Behandlung mittels Wasserstoff und dem Waschen mit Ar sowie der Zugabe der erforderlichen
Elemente hatte der Stahl die folgende Zusammensetzung:
0 0,007 1°y O2 500 ppm, H2 2 cc/100 g ^tahl, Mn 0,09 #,
P 0,008 $>, S 0,009 #, Si 0,006 $>, M 16,3 #, Co 6,3 ^,
Mo 5,6 96, Al 0,09 #, iDi 0,3 9^. ·
Die Badtemperatur lag bei 15800C.
*bzw. 0,8 "Ä
Patentanspruch - 8 -
409883/0970
Claims (1)
1. Verfahren zum Herstellen kohlenstoffarmer und
insbesondere von nicht-metallischen Einschlüssen freier Stähle, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze
vor irgendeiner Zugabe an Legierungselementen und vor dem Abstich mittels trocknen Wasserstoffs behandelt
wird, indem Wasserstoff in die Schmelze während eines Zeitraums bis zu 60 Minuten und bei
einer Wasserstoffmenge bis zu 20 Nm pro Tonne Stahl geperlt wird, wobei sich hieran das Waschen des
Bades mittels Argon anschließt.
409883/0970
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