DE3034430A1 - Verfahren zum zweistufigen herstellen von edelbau- und werkzeugstaehlen - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum zweistu-
• fingen Herstellen von Edelban- und Werkzeugstählen mit einem Legierungmittelgehalt von hächstens 6% ausser Kohlensteff und Silizium.
• Mikro-., niedrig- und mittellegierte Edelbuau- und Werkzeugstähle werden im Hinblick auf den erforderlichen hohen Reiheitsgrad vornehmlich nach zweistufingen Verfahren hergestellt. Dabei zielt die sich an das Einschmelzen anschliessende zweite Verfahrenstufe von allen darauf ab, schädliche Verunreinigungen wie Oxyde und Sulfide zu entfernen. So setzt beispeilsweise die bei Blechen, Band und Breitflachst@ahl mit verbesserten Eingenschaften senkrecht zur Erzeugnisdicke vorgeschriebenen Brucheinschnürung von mindestens 35% wegen der nicht zu verneidenden Seigerung beim Blockerstarren normalerweise einen Schwefelgehalt von höchstens 0,05% voraus. Weitergehender noch sind die Anforderungen der Kerntschnik, die je nach Verwendungsweck Schwefelgehalte von höchstens 0,003% verlangt. Ebenso niedrige Schwefelgehalte müssen höherfeste mikrolegierte feinkornbaustähle aufweizen, um eine wasserstoffinduzierte Ko@rosien zu vermeiden.
• In veilen Fällen, insbesondere beim Erschmelzen von Stählen für Gro@blech, Stabstahl und Schmiedesrücke kommt es zudem im Hinblick auf Gefahr einer Flockenbildung auf niedrige Wasserstoffgehalte an, um ein ansonsten im Hinblick auf die Wasserstoffdifusion erforderliches lansames Abkühlen nach der Warnverformung zu vermeiden.
• Niedrige Wasserrstoff- und Schwefelgehalte erfordern zudem Gusstücke, um einen unerwünschten muschligen Bruch, ein poriges Gussgefüge und das Entstehen von Fischaugen zu verneiden.
• Voraussetzung für eine möglichst weitergehende Entschwefelung ist ein inniger Kontakt zwischen der zu entschwefelden Schmelze und dem Entschwefelungsmittel sowie ein rascher Konzentrationsausgleich bei möglichst niedrigen Saurstoffpotential und potimmler Reaktionstemperatur. Weniger bedeutend ist die Beschaffenheit und die Art das Einbrigens des Entschwefelungsmittels zowie dessen Zugabezeitpunkt.
• Bei dem bekannten Perrin-Schlackenreaktionsverfahren lassen sich niedrige Schwefelgehalte im der Weise erreichen, daß eine Stahlschwelze aus möglichst grosser Höhe in eine Schlacke gegessen wird. Die Schlacke muss hinreichend dünnflüssig sein, um das Entstehen einer Stahl/Schlacke-Emulsion zu erreichen und ein Trennen der beidem Reaktionsphasen zu ermöglichen. Je nach Beschaffenheit der Schlacke lassen sich beim Perrin-Verfahren nach niedrige Phosphor-und Saursteffgehalte erreichen. Das Verfahren ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand und Temperaturverlust verbunden. Aussersen ergeben sich Schwierigkeiten beim raschem Trennen der beiden Phasen.
• In den letzten Jahren daher eine Reihe von Verfahren in den Vordergrund getreten, bei denen Pfann@nschmelzen in Anwesenhekit synthetischer Schlseken, beispielsweise Kakl-Flußspat-Schlacken oder Kakl-Kiegelsäure-Tonerde-Schlacken mit beispielsweise je 40% Kalziumexyd und Kieselsäure sowie 20% Tonerde einer Spülgasbehandlung untervorfen werden. Das Einleiten eines Spül- bzw. Rührgases bringt eine erhebliche Reaktionsbeschleunigung, einen besseren Reinheitsgrad infolge Ausspülens der Oxyde und Sulfide und eine durchgreifende Homogenisierung der Schmelze mit sich. Sehr niedrige Sauerstoffgehalte lassen sich jedoch nur dann erreichen, wann eine Sauerstoffaufnahme aus der Atmosphare unterbunden wird.
• Der Erfindung leigt nun die Aufgabe zugrunde, ein Zwei-Stufen-Verfahren zu schaffen, mit dem sich aufenergiesparende Weise mikro-, niedrig- und mittellegierte Edelban- und Werkzeugstähle mit hohem Reinheitsgrad, insbesondere niedrigen Schwefel- und Sauerstoffgehalt, beispielsweise mit hüchstens 0,015% oder auch höchstens 0,003% Schwefel und/oder höchstens 2,8 ppm, vorzugsweise höchstens 2,4 ppm Wasserstoff auch bei hohen Chargengewichten von beispielsweise 20 t herstellen lassen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß in eniem Induktiensofen, vorzugsweise NF-Ofen, aus trockenen Einsatzstoffen, beispielsweise frischgehrannten, nicht hydratisierten, Kalk, eine Vorschmelze erzchmolzen, die Schmelze schlackenfrei bzw. möglichst schlackenarn abgestochen und danach durch Einblasen eines Sauerstoff/Inertgas-Gemischs, vorzugsweise Sauerstoff/Argon, in Anwesenheit eines Entschwefelungsmittels, beispielsweise KALk, gafrischt, abschliessend desoxydiert und auf die Fertiganalyse eingestellt wird.
• Die Verwendung trockener Einsatzstoffe einschliesslich eines wasserstoffarmen Kalks ermöglicht es, bei niedrigen Endschwefelgehalten ohne eine Vakuumbehandlung niedrigsrte Wasserstoffgehalte zu erreichen.
• Vorzugsweise enthält die Vorschmelze 1,2 bis 3,0% Kohlenstoff, 0,5 bis 2,0% Silizium, 0,5 bis 1,5% Mangan, höchstmas 0,035% Pharsphor, höchstens 0,035% Schwefel und höchstens 3% andere Legierungsmittel, Rest Eisen einschliesslich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
• Die Vorschmelze sellte mkit einer Abstichtemperatur von höchstens 1620°C in eine vorgewärmte Pfanne abgestochen wender. Um die Wärmeverluste gering zu halten, kann die Transportfanns such mit einem wärmeisolierende Deckel versehen sein.
• In die Pfanne kann für die nachfolgende Entschwefelung erfolderliche Entschwefelungsnittel, beispielsweise Kalk oder eines Kalk/Klußspat-Gemischs gegeben werden, ehe die Schmelze in einem geschlossenen Konverter, beispielsweise einen AOD-Konverter, eingefüllt wird. In dem Konverter wird die Schmelze mit Hilfe eines unterhalb der Badoberfläche, beispielsweise durch einen porözen Bodenstopfen, eingblasenen Sauerstoff/Inertgas-Gemischs gefrischt und dabei - gegebenfalls mit Hilfe einer Zugabe exothern oxydierbarer Stoffe wie Aluminium und Silizium - auf die gewünschte Endtemperatur und -analyse eungestellt. Danach wird die Schmelze des desoxydiert und gegebenfalls einer Analysenkorrektur durch Zugabe von Legierungsmitteln unterworfen.
• Das geschiert vorzugsweise unter gleichzeitigen Einblasen eines Rührgases, vorzugsweise Argon. Unabhängig davon kann die Schmelze aber auch mit Hilfe eines stickstoffhaltigen Rührgases aufgestickt werden. Um eine Wasserstoffaufnahme zu vermeiden, sollte ein etw@iges Schlussaufkohlen der Schmelze mit @hemisch gebunde@em Kohlenstoff geschehen.
• Nach der Dezoxydation und dem Einstellen der Fertiganalyse wird der Stahl schlackenfrei in eine vrozugsweise mit einem wärmeisolierenden Deckel verzehene Gi@sspfan@e abgestochen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, auf umwaltfreundliche Weise niedrig- oder auch niedrigstellgierte Stähle h@hen Reinh@itsgrads ohne die Anwendung einer Vakuumbehandlung oder auch eines energieaufwendigen Elektro-Schlacke-Umschmelzens herzustellen. Die Auswertung zahlreicher Betriebsversuche hat hervorragende Kerbschlagzähigkeiten ergeben. So wurden für wärmebehandelte Schmiedestücke aus den Stählen 15 MnNi63 und 20 MnMo Ni55 Brucheinschnürungen von 65 bzw. 72% erreicht. Eine wesentliche Verbesserung ergab sich auch im Falle einer stoßartigen oder mehrachsigen Beanspruchung von Queproben. So zeigt ein Vergleich der jeweiligen Diagramme der Fig. 1 und 2 die in der zweiten Vrfahrensstufe erzielbare Verbesserung der Kerbschlagarbeit, e während sich aus einem entsprechenden Vergleich der Diagramme der Fig. 3 und 4 eine merkliche Verbesserung der NDT-Werte bzw. Übergangstemperaturen bei den erfindungsgemäß behandelten Stählen (rechte Diagramme) ergibt.

Claims (7)

1. "Verfahren zum zweistufigen Herstellen von Edelbau- und Werkzeugstählen" Patentansprüche: 1. Verfahren zum zweistufigen Herstellen von Endelbau- und Werkzeugstählen mit einem Legierungsmittelgehalt von höchstens 6% ausser Kohlenstoff und Silizium, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß aus trockenen Einsatzstoffen in einem Induktionsofen eine Vorschmelze erschmolzen, die Schmelze schlackenfrei abgestochen und durch Einblasen eines Sauerstoff/Inertgas-Gemischs in Anwesenheit eines Entschefelungsmittels gefrischt sowie anschliessend desoxydiert und auf die Fertigenalyse eingestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Vorschmelze auf die folgende Analyse eingestellt wird: 1,2 bis 3,0% Kohlenstoff 0,5 bis 2,0% Silzium 0,5 bis 1,5% Mangan höchstens 0,033% Phosphor höchstens 0,033% Schwefel höchstens 3% Legierungselemente, Rest Eisen einschliesslich erschmelzungabedingter Verunreinigungen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Abstichtemperatur der Voeschmalze höchstens 1620°C beträgt.
4. 4. Verfahren nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Verhältnis von Sauerstoff zu Argen von 4 : 1.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schmelze vor oder während des Frischens exotherm oxydierbare Stoffe zugesetzt werden.
6. 6. Verfahren nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorschmelze einer Pfa@@@@@ntphosphorung unterworfen wird.
7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schmelze aufgestickt wird.