AT200597B - Verfahren zur Verminderung der Dendritenbildung im Gußgefüge von ledeburitischen Werkzeugstählen, insbesondere Schnellarbeitsstählen - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Verminderung der Dendritenbildung im Gussgefüge von ledeburitischen
Werkzeugstählen, insbesondere Schnellarbeitsstählen 
Es ist bekannt, dass bei der Weiterverarbeitung legierter Stähle, welche ein dendritisches Gefüge aufweisen, z. B. beim Schmieden, Walzen oder
Pressen, Schwierigkeiten auftreten und dass solche
Stähle zu Kantenrissen neigen. Ein grob den- dritisches Gefüge ergibt Seigerungen, die sich schon bei mässig legierten Stählen praktisch nicht mehr beseitigen lassen und zu Beanstandungen, wie z. B. starken Karbidzeilen oder örtlichen, chemischen Inhomogenitäten mit lokal verringer- tem Korrosionswiderstand   usf.,   Anlass geben. 



   Es wurde bereits vorgeschlagen, solche Seigerungen durch Diffusionsglühungen teilweise zu beseitigen, jedoch hat sich ergeben, dass ein einmal dendritisch erstarrter legierter Stahl nicht mehr völlig gleichmässig gemacht werden kann, da selbst bei weitgehender   Längsdurcharbeitung   noch immer in der Querrichtung ein fast unge- ändertes Dendritikum zu sehen ist. Es wurde auch vorgeschlagen, durch Überhitzung legierter Stahlschmelzen das Gussgefüge zu verfeinern. 



  Hiebei ergibt sich wohl eine Verfeinerung, jedoch kann die dendritische Erstarrung des Stahles nicht verhindert werden. Weiters wurde auch vorgeschlagen, durch künstliche Zugabe von Keimbildnern das Gussgefüge zu verfeinern. Bei der praktischen Durchführung ergaben aber solche Verfahren wesentliche Schwierigkeiten und wurden daher nur vereinzelt bei Leichtmetall, jedoch nicht bei Stählen angewendet. Bei legierten Stählen ist es daher, insbesondere bei grösseren Querschnitten, bisher nicht möglich gewesen, die Bildung von Dendriten zu verhindern. Die am Rande von 
Gussblöcken auftretende, nicht dendritische globulare Zone macht nur einen praktisch nicht ins Gewicht fallenden Teil aus und kann die schlechten Eigenschaften des übrigen dendritisch erstarrten Teiles in keiner Weise kompensieren.

   Ein besonders grobes, dendritisches Erstarrungsgefüge zeigen die Gussblöcke ledeburitischer Werkzeugstähle, insbesondere der Schnellarbeitsstähle. Diese Stähle sind durch den Gefügebestandteil Ledeburit, durch vorwiegend hohe Legierung und durch einen grossen Anteil an Karbiden gekennzeichnet. Das grob dendritische Erstarrungsgefüge ergibt starke Karbidseigerungen, die sich bei der weiteren Verarbeitung nicht mehr beseitigen lassen. 



   Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Ver- minderung der Dendritenbildung im Gussgefüge ledeburitischer Werkzeugstähle, insbesondere der
Schnellarbeitsstähle, zu erzielen, und sie besteht im wesentlichen darin, dass dem flüssigen Stahl
Alkali-und/oder Erdalkalimetalle in solchen
Mengen zugesetzt werden, dass nach einer ge- gebenenfalls eintretenden Verbindung mit dem
Sauerstoff   und/oder   Schwefel der Schmelze ein Überschuss verbleibt. Als geeignet hat sich hiebei insbesondere Magnesium erwiesen. Durch diesen Zusatz von Alkali- bzw. Erdalkalimetallen, welcher vorzugsweise in Form von Legierungen erfolgt, kann bei diesen Stählen das Auftreten einer dendritischen Erstarrung zum überwiegenden Teil oder sogar zur Gänze verhindert werden, wie Untersuchungen bei nach dem erfindungsgemässen Verfahren vergossenen Blöcken der üblichen Formate ergeben haben.

   Unter Erdalkalimetalle" werden hier die Metalle Ca, Sr, Ba und insbesondere Mg verstanden. 



   Der Zusatz der Alkali- bzw. Erdalkalimetalle zum flüssigen Stahl erfolgt vorzugsweise ausserhalb des Ofens, z. B. in der Pfanne, in der Giessrinne oder gegebenenfalls auch in der Kokille. 



  Es kann aber auch der Zusatz der Alkali- bzw. 



  Erdalkalimetalle zum Teil im Ofen und zum Teil ausserhalb desselben erfolgen. Dies ist insbesondere für die Stahlherstellung im Elektroofen von Vorteil, u. zw. dann, wenn das Bad durch eine geeignete   Feinungs- und   Desoxydationsschlacke bereits genügend rein und sauerstofffrei ist, so dass die als starke   Desoxydations- und   Entschwefelungsmittel bekannten Zusätze nicht für die hier ganz unwesentliche Bindung des Sauerstoff- und Schwefelgehaltes zur Gänze verbraucht werden. 



  Als Zusätze zur Verminderung bzw. Verhinderung der Dendritenbildung im Gussgefüge können mit 
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 mehreren bzw. im Gemisch verwendet werden. Auf diese Weise können mehrere geeignete Zusätze auf einmal gemacht werden. 



   Die Alkali- bzw. Erdalkalimetalle können gemäss der Erfindung in einfacher Weise dem aus dem Ofen austretenden Strom des flüssigen Stahles, sei es in der Abstich- oder Giessrinne, sei es 

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 dem Giessstrahl, kontinuierlich zugeführt werden, wodurch eine gute Vermischung und Verteilung der Zusätze mit dem Stahl bzw. im Stahl gewährleistet wird. Der Zusatz von Legierungen der Alkali-und/oder Erdalkalimetalle kann in flüssiger Phase, z. B. in Form eines Strahles oder in Form von Tropfen, erfolgen. Hiedurch ergibt sich eine schnellere und bessere Verteilung der Zusatzmittel im flüssigen Stahl. Es können aber auch die Alkali- bzw. Erdalkalimetalle oder deren Legierungen dem aus dem Ofen austretenden Stahl in der Abstich- oder Giessrinne bzw. Giessstrahl kontinuierlich in Form kleiner Festteilchen zugeführt werden. 



   Durch die Erfindung wird die Dendritenbildung 
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 masses reduziert bzw. verschwindet überhaupt. 



   Solche erfindungsgemäss behandelte Blöcke können nun ohne Gefahr von Rissen schon in den ersten Arbeitsgängen bzw. Stichen mit starken Querschnittsabnahmen warmverformt werden, zeigen grösste Reinheit und es tritt praktisch kein Ausschuss bei der Weiterverarbeitung auf. Die Seigerungen werden auf ein Mindestmass herabgedrückt, so dass die Karbidseigerungen, z. B. bei Schnelldrehstählen, stark verringert werden. 



   Beispiel : 
Ein Schnelldrehstahl der bekannten Zusammen- setzung 18% W, 4% Cr, 1% V mit   0, 75%   C wird in der üblichen und bekannten Art und Weise erschmolzen und die   Feinungs-und Karbid-   schlackenbehandlung so durchgeführt, dass der
Schwefelgehalt der Schmelze nicht mehr als   0, 025%   beträgt und der nach der Al-Probe bestimmte Sauerstoffgehalt unter   0, 01%   liegt. In diese Schmelze wird nun ein Zusatz von Magnesium als   Cu-Mg-Si-Legierung   mit zweckmässig nicht mehr als 10-15% Mg in einer solchen Menge zugegeben, dass die rechnungsmässig ermittelte Magnesiummenge   0, 20%   beträgt. Der Zusatz erfolgt durch Untertauchen der Legierungsstücke unter die abgesteifte Schlacke, wodurch die auftretende Reaktion gering gehalten wird.

   Die Schmelze wird sodann ungefähr nach 5 Minuten, nach Beendigung der Einwirkung, normal abgestochen, beim Eingiessen in die Pfanne nochmals ein Zusatz der gleichen Legierung mit einem rechnungsmässigen Gehalt von etwa 0, 06 bis   0, 10%   Magnesium gegeben. Das ganze weitere Vergiessen erfolgt in üblicher Weise ohne besondere zusätzliche Massnahmen. Achtkantblöcke bis zu einem Durchmesser von 400 mm, in die normalen   Stahlwerkskokillen   vergossen, zeigen praktisch überhaupt keine Dendriten mehr.

   Man findet höchstens noch einige Zonen, in denen wenige, an sich runde Primärkristallite hinterein- ander in einer gewissen Reihung angeordnet sind.
Die Karbidseigerung ist bei den grösseren Blöcken mit 400 mm Durchmesser geringer als bei den kleinsten Blöcken mit 180 mm Durchmesser, die ohne die erfindungsgemässe Behandlung ver- gossen werden. Bei der Weiterverarbeitung und Erprobung der erfindungsgemäss gegossenen Blöcke haben sich keine Fehler, wie sie sich früher, durch das dendritische Gefüge bedingt, ergeben hatten, gezeigt. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Verfahren zur Verminderung der Dendritenbildung im Gussgefüge von ledeburitischen Werk-   zeugstählen,   insbesondere Schnellarbeitsstählen, dadurch gekennzeichnet, dass dem flüssigen Stahl Alkalimetalle   und/oder   Erdalkalimetalle, nämlich Ca, Sr, Ba und insbesondere Magnesium, in solchen Mengen zugesetzt werden, dass nach einer gegebenenfalls eintretenden Verbindung mit dem Sauerstoff   und/oder   Schwefel der Schmelze ein Überschuss verbleibt.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkali-und/oder Erdalkalimetalle in Form von Legierungen z. B.

   Mg-Cu, Mg-Cu-Si, Mg-Na-Si, CaMg-Si, Ca-Cu-Si, Mg-Fe-Si, Mg-NaCu, einzeln oder zu mehreren bzw. im Gemisch zugesetzt werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkali-und/oder Erdalkalimetalle dem flüssigen Stahl ausserhalb des Ofens, z. B. in der Pfanne, in der Giessrinne, in der Kokille, usw., zugesetzt werden.

   4. Verfahren nach Anspruch l, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle zum Teil im Ofen und zum Teil ausserhalb desselben erfolgt.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz der Alkali-und/oder Erdalkalimetalle oder deren Legierungen kontinuierlich zu dem aus dem Ofen austretenden flüssigen Stahlstrom, z. B. in der Abstich- oder Giessrinne, bzw. zum Giessstrahl erfolgt.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Legierungen von Alkali-und/oder Erdalkalimetallen in flüssiger Phase, z. B. in Form eines Strahles oder in Form von Tropfen, dem flüssigen Stahl zugeführt werden.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkali-und/oder Erdalkalimetalle bzw. deren Legierungen dem aus dem Ofen austretenden flüssigen Stahl in der Abstich- oder Giessrinne, bzw. dem Giessstrahl kontinuierlich in Form kleiner Festteilchen zugeführt werden.