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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur grosstechnischen Herstellung von austenitischen Stählen mit N-Gehalten, die höher liegen als jene, die bei üblicher Erschmelzung unter Atmosphärendruck, z. B. in elektrischen Lichtbogenöfen oder in Mittelfrequenzöfen, erreichbar sind.
Solche Stähle sind bereits bekannt, wurden bisher aber nur in Form kleiner Versuchsschmelzen herge- stellt und untersucht. Es bestehen daher über die vorteilhaften Wirkungen, die durch hohe N-Gehalte erziel- bar sind, nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ konkrete Vorstellungen. Von grosseminteresse ist hie- bei vor allem die Möglichkeit der Erhöhung der Streckgrenze und der Festigkeit der austenitischen Stäh- le. Eine Legierung aus z.
B. 0, 04% C, 40% Cr und 2, 80% N, Rest im wesentlichen Fe, die zufolge ihres ho- hen N-Gehaltes austenitisch ist, erbrachte im abgelöschten Zustand Werte firdieStreckgrenzevonetwal40 und für die Zerreissfestigkeit von etwa 170 kg/mm2, Es liegt somit im Bereich der Möglichkeit, den weichen austenitischen Stählen durch hohe N-Gehalte Festigkeitseigenschaften zu verleihen, was sie fürhochfeste
Baustähle kennzeichnend sind, ohne dabei aber auf eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften, wie Unmagneti- sierbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Kaltverfestigungsfähigkeit u. dgl., verzichten zu müssen.
Das Kaltverfestigungsvermögen der austenitischen Stähle wird ausserdem durch hohe N-Gehalte noch zu- sätzlich verbessert, wobei die austenitstabilisierende Wirkung des N ein unerwünschtes Auftreten magneti- sierbarer Gefügebestandteile, wie z. B. Martensitbildungen, verhindert oder zumindest stark verzögert. Auch die guten Zähigkeitseigenschaften der austenitischen Stähle bleiben erhalten oderwerden nur geringfügig ver- schlechtert.
Die Streckgrenze der austenitischen Cr-Ni-Stähle ohne beabsichtigten N-Zusatz beträgt im abgelösch- ten Zustand etwa 20 bis max. 35, jene der austenitischen Cr-Mn-Stähle mit höheren C-Gehalten kaum mehr als 45 kg/mm2,
Der Wunsch, über ein Verfahren zu verfügen, mit dem austenitische Stähle mit hohen N-Gehalten auch grosstechnisch herstellbar sind, ist daher verständlich.
Die maximal mögliche N-Aufnahme hängt bei Verwendung offener Schmelzaggregate im wesentlichen von der chemischen Zusammensetzung der Schmelze ab. Bei reinem Fe oder bei unlegierten und niedrig legierten Stählen können nur wenige hundertstel Prozente an N von der Schmelze aufgenommen und in fester Lösung gehalten werden. Durch den Zusatz von Legierungselementen wird jedoch das Lösungsvermögen für N stark beeinflusst u. zw. wird es durch Elemente wie C, Si, Ni und Co weiter erniedrigt, hingegen durch Cr und Mn, die wesentliche Bestandteile der austenitischen Stähle sein können, beträchtlich erhöht. Diese Elemente haben die Eigenschaft, lösliche Nitride zu bilden.
Es ist bekannt, dass z. B. Cr-Stähle etwa 1/75 bis 1/100 des Cr-Gehaltes an N lösen. In austenitischen
Cr-Ni-Stählen mit z. B. 18% Cr und 8% Ni ergibt sich demnach ein maximal löslicher N-Gehalt im Bereich von 0, 2%, der im Vergleich zu den in unlegierten Stählen erreichbaren N-Gehalten um etwa eine Zehnerpotenz höher liegt. Das Einbringen von N in die Schmelze erfolgt hiebei durch den Zusatz entsprechender Mengen an hochaufgestickten Ferrolegierungen, im vorliegenden Falle durch den Zusatz an hochaufgesticktem Ferrochrom.
Auf diesem Wege sind bisher austenitische Stähle üblicher Zusammensetzungen mit N-Gehalten bis zu etwa 0, 35% hergestellt worden. Die hiedurch erzielbaren Verbesserungen der Streckgrenze betragen aber kaum mehr als 15 kg/mm2, Die Möglichkeit, die N-Gehalte durch höhere Legierungszusätze an z. B. Chrom oder Mangan zu erhöhen, ist aber nicht nur unwirtschaftlich, sondern vielfach auch wegen der dadurch zu erwartenden Verarbeitungsschwierigkeiten technisch nicht vertretbar.
Um daher zu noch höheren N-Gehalten zu kommen, erscheint es notwendig, auf den bereits bei der Herstellung der Versuchsschmelzen bestrittenen Weg der Druckerschmelzung zurückzugreifen, wobei die Aufnahme des N entweder aus der Gasatmosphäre'durch Halten der Schmelze unter N-Druck während einer bestimmten und ausreichend langen Zeit oder durch Zulegieren von hoch aufgestickten Ferrolegierungen erfolgen kann, deren Menge auf Grund des Legierungsgehaltes und des Arbeitsdruckes über der Schmelze berechnet werden muss. Es ist bekannt, dass nicht nur in Eisenschmelzen, sondern auch in Schmelzen legierter Stähle, die maximal möglichen N-Gehalte durch Verwendung erhöhter N-Drücke entsprechend dem Legierungszusatz um einen Faktor zunehmen, der dem Wert der Quadratwurzel des verwendetenN-Druckes entspricht. Wenn also z.
B. die Schmelze einer Stahllegierung zufolge ihrer Zusammensetzung maximal 0, 2% N bei Atmosphärendruck zu lösen vermag, erhöht sich dieses Lösungsvermögen bei Anwendung eines N-Druckes von 25 at über der Schmelze um das Fünffache, also auf etwa 1, 0%.
Das Lösungsvermögen von Stahlschmelze für N kann somit durch Legierungszusätze im Vergleich zu
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Ausser Cr und Mn erhöhen eine Reihe weiterer Legierungselemente die Stickstofflöslichkeit. Diese Elemente finden aber nur in vergleichsweise geringen Mengen Verwendung, wie z. B. Mo, und sind daher im vorliegenden Zusammenhang von untergeordneter Bedeutung. Bei den Elementen V, Zr, Ti, AI, Nb und Ta, die ebenfalls das Aufnahmevermögen für den N erhöhen, ist zu beachten, dass sie sehr schwer lösliche Nitride
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bilden, wodurch nach der Erstarrung meist unerwünschte Nitridphasen entstehen. Diese Elemente sind daher nur in Sonderfällen von Interesse, wenn z. B. eine Ausscheidungshärtung erzielt werden soll und der dadurch verursachte Verlust an Zähigkeit in Kauf genommen werden kann.
Während aber bei der Aufstickung von Stahlschmelzen auch in grosstechnischem Masse wohl kaum noch we- sentliche Probleme bestehen, sofern Schmelzeinrichtungen zur Verfügung stehen, welche die Aufrechterhaltung der erforderlichen hohenN-Drücke über der Schmelze gestatten, ergeben sich bisher nicht beherrsch-
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Erwähnt sei, dass einem neueren Vorschlag zufolge die erforderliche Zeit für die Aufstickung aus der
Gasphase durch kontinuierliche oder portionenweise Behandlung von Teilmengen der Schmelze erheblich ver- kürzt werden kann.
Beim Erstarren der Schmelze nach dem Abguss, also beim Übergang vom flüssigen in den festen Zu- stand, nimmt die N-Löslichkeit sprunghaft ab und sinkt weiter mit fallender Temperatur. Obwohl das Ab- giessen und Erstarren der Schmelze ebenfalls unter N-Druck erfolgt, um zu vermeiden, dass erhebliche N-Mengen aus der Schmelze austreten und der N-Gehalt derselben auf den dem Atmosphärendruck entsprechenden abnimmt, ist es dennoch auch bei Aufrechterhaltung des N-Arbeitsdruckes während des Vergiessens praktisch nicht vermeidbar, dass ein Teil des in der Schmelze gelösten N abgegeben wird, der dann zum Treiben, zur Bildung von Poren und Gasblasen und unerwünschten Nitridausscheidungen und Nitridanhäufungen führen kann.
Wenn bei der Abkühlung nach der Erstarrung ein Ferritgebiet durchlaufen wird oder teilweise bis zur Raumtemperatur erhalten bleibt (0 -ferrit), erhöhen sich diese Schwierigkeiten noch zusätzlich, weil die N-Löslichkeit im Ferrit geringer als im Austenit ist. Es ist bekannt, dass selbst bei der Herstellung kleiner Blöcke von nur 25 kg Gewicht solche Schwierigkeiten auftreten können, die naturgemäss mit der Blockgrösse, also mit der absoluten Menge des frei werdenden N, erheblich zunehmen müssen.
Die Warmverformung solcher fehlerhafter Blöcke führt zu einem schlechten Ausbringen oder wird überhaupt undurchführbar, weil die Blöcke beim Verformen zerfallen.
Diese Beobachtungen und Überlegungen führten zu der Erkenntnis, dass man zu grossen Blöcken mit den gewünschten hohen N-Gehalten nur dann kommen kann, wenn es möglich ist, nacheinander jeweils nur kleine Schmelzmenge aufzusticken und zur Erstarrung zu bringen.
Zur Realisierung dieser Erkenntnis wurde die Kombination des Elektroschlackeumschmelzverfahrens mit dem Druckerschmelzungsverfahren vorgeschlagen.
Bei diesem Verfahren wird in einem geschlossenen Gefäss unter N-Druck in einerwassergekühlten Kupferkokille eine Elektrode in einer Schlackenschicht zum Abschmelzen gebracht und dadurch der gewünschte Block schichtweise aufgebaut. Die Höhe des zur Verwendung kommenden N-Arbeitsdruckes richtet sich nach der chemischen Zusammensetzung und dem gewünschten N-Gehalt des Umschmelzblockes. Die erforderliche N-Menge wird in den flüssigen Sumpf mit Hilfe von N-abgebenden Schlacken eingebracht. Die Schlacke kann den erforderlichen N auch durch Zufuhr N-hältiger Legierungen in Pulverform erhalten.
Auch bei diesem Sonderverfahren wird gemäss der Praxis des üblichen Elektroschlackeumschmelzens die Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode mit der in der Kokille erstarrenden Stahlmenge derart abgestimmt, dass unter der Schlackenschicht während des gesamten Abschmelzvorganges die jeweils flüssige Stahlmenge praktisch gleich gross bleibt. Diese flüssige Stahlmenge wird ausserdem auch bei der Herstel-
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h.,vertikaler Richtung erfolgenden Erstarrung, die im Interesse einer guten Warmverformbarkeit nach Möglichkeit anzustreben ist.
Wenn es aber bei dieser Arbeitsweise, bei der also nur jeweils kleine Schmelzmenge erstarren, zu einer Abgabe von N kommt, ist auch die jeweils zu bewältigende N-Menge und damit die Möglichkeit zur Bildung von Blockfehler nur sehr gering. Das Verfahren eriuUt somit wesentliche Voraussetzungen für die Herstellung grosser und weitgehend fehlerfreier Blöcke.
Die Warmverformbarkeit derart hergestellter Blöcke ist aber bei weitem schlechter, als dies nach allen bisherigen Erfahrungen erwartet werden konnte. Untersuchungen zur Klärung der Ursache dieser Erscheinungen führten zur Feststellung, dass die N-Gehalte in der Längsrichtung und in der Querrichtung dieser Blöcke starken Schwankungen unterliegen. Da nun mit steigenden N-Gehalten der Verformungswiderstand bekanntlich stark erhöht wird, liegen für die Verformung Blöcke vor, die aus zahlreichen Phasen bestehen, die sich durch den N-Gehalt und damit durch den Verformungswiderstand voneinander unterscheiden. Es ist bekannt, dass bereits beim Vorliegen von nur zwei Phasen mit unterschiedlichem Verformungswiderstand, z. B. von Austenit und Ferrit, je nach der Anordnung der Phasen zueinander, das Verformungsvermögen erheblich verschlechtert werden kann.
Die ungleichmässige N-Verteilung in den Umschmelzblöcken erklärt somit die beobachteten Verformungsschwierigkeiten in ausreichender Weise.
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Selbst wenn aber diese Verformungsschwierigkeiten beherrschbar wären, würden solche Umschmelzblöcke zu Erzeugnissen mit einem sehr unterschiedlichen Gebrauchsverhalten, z. B. mit sehr unterschiedli-
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nen N-Gehaltes abhängen.
Das Problem der Herstellung einwandfreier grosser Blöcke aus austenitischen Stählen mit hohen N-Ge- halten, z. B. mit N-Gehalten im Prozentbereich, kann daher mit den bisher bekannten Vorschlägen nicht ge- löst werden.
Die Lösung dieses Problems ist Gegenstand der Erfindung. Hiebei wird von der Voraussetzung ausge- gangen, dass der Vorschlag, das Elektroschlackeumschmelzverfahren mit dem Druckerschmelzungsverfah- ren zu kombinieren, grundsätzlich richtig ist, und dass die bestehenden Schwierigkeiten unmittelbar und aus- schliesslich mit der Abgabe des N an den flüssigen Sumpf zusammenhängen.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass die Art der N-Abgabe nur dann zielführend ist, wenn während des gesamten Umschmelzvorganges das Verhältnis zwischen der jeweils abschmelzenden
Stahlmenge und dem jeweiligen N-Angebot im wesentlichen konstant bleibt. Diese Erkenntnis bzw. diese For- derung ist bei den bisher empfohlenen Verfahren, bei denen der N aus der Schlacke in die Schmelze eingebracht wird, zweifellos nicht beachtet worden.
Dies ergibt sich ohne weiteres dann, wenn man das Verhalten der Schlacke während des Umschmelzvorganges berücksichtigt, die nicht nur dauernden Veränderungen ihrer Zusammensetzung sondern auch Temperaturänderungen vor allem dann in weiten Bereichen unterworfen ist, wenn dem Schlackenbad z. B.
Legierungen in Pulverform zugeführt werden. Mit der Schlackentemperatur und mit der Schlackenzusammensetzung verändern sich aber die thermodynamischen Voraussetzungen fir die N-Abgabe aus der Schlacke in den Metallsumpf, wodurch sich auch das Verhältnis zwischen der jeweils abschmelzenden Metallmenge und dem jeweiligen N-Angebot ständig ändert. Bei gleichbleibender Schlackentemperatur z. B. wird unter sonst gleichbleibenden Voraussetzungen die in der Zeiteinheit abschmelzende Metallmenge unverändert bleiben, hingegen wird sich die an den Sumpf abgegebene N-Menge mit der Veränderung der Schlackenzusammensetzung verändern. Es ist daher verständlich, dass der sich in der Kokille aufbauende Umschmelzblock aus Schichten mit unterschiedlichen N-Gehalten besteht.
Selbst wenn die Möglichkeit bestünde, die Schlackenzusammensetzung durch ständigen Austausch der Schlacke konstant zu halten, bliebe immer noch das Problem der Konstanthaltung der Schlackentempera- tur ungelöst, das aber allein schon der Natur des Verfahrens nach deshalb unlösbar ist, weil auch unter gün- stigen Voraussetzungen die Schlackentemperatur im Bereich der Abschmelzelektrode immer höher als im Bereich der Kokillenwand sein wird. Der Aufwand fir das Konstanthalten der Schlackenzusammensetzung, der unter Berücksichtigung des Umstandes, dass das Umschmelzen im geschlossenen Gefäss unter hohem Druck vorgenommen werden muss, zweifellos erheblich wäre, würde daher nur zu einer völlig unzureichenden Lösung des Problems führen und ist schon aus diesem Grunde technisch nicht vertretbar.
Aus diesen Überlegungen ergibt sich aber, dass im Gegensatz zu den bisherigen Vorschlägen die Schlacke als Medium Bir die Einbringung des N in den flüssigen Sumpf ungeeignet und daher abzulehnen ist.
Gemäss der Erfindung wird daher vorgeschlagen, als Übertragungsmedium für den N nicht die Schlacke, sondern die Abschmelzelektrode zu verwenden, die zu diesem Zweck den N in ausreichenden Mengen und in gleichmässiger Verteilung enthalten muss. Bei Verwendung solcher Abschmelzelektroden bleibt beim Abschmelzvorgang unabhängig von der Abschmelzgeschwindigkeit, also von der in der Zeiteinheit abschmelzenden Stahlmenge, das Verhältnis zwischen Stahlmenge und N-Menge konstant.
Die Forderung nach gleichmässiger N-Verteilung in der Abschmelzelektrode ist für die Praxis in ausreichender Weise auch dann erssillt, wenn über die gesamte Elektrodenlänge der durchschnittliche N-Gehalt im Elektrodenquerschnitt praktisch konstant bleibt.
Solche Abschmelzelektroden können daher auch aus zwei oder mehreren Teilen mit unterschiedlichen N-Gehalten bestehen. Zu beachten ist hiebei, dass ein gleichmässiges Abschmelzen über den Elektrodenquerschnitt gewährleistet sein muss. Ein Vor- oder Nacheilen des Abschmelzens von Elektrodenbereichen mit unterschiedlichen N-Gehalten würde die gleichmässige N-Aufnahme des Umschmelzblockes selbstverständlich stören und muss daher durch geeignete Werkstoffauswahl für die Bestandteile der Elektrode vermieden werden.
Die Möglichkeit des gleichmässigen Übergangs des N aus der Abschmelzelektrode in den Umschmelzblock bzw. das Umschmelzerzeugnis hat aber nicht nur die Verwendung einer geeigneten Abschmelzelektrode, sondern ausserdem die Verwendung einer Schlacke zur Voraussetzung, die weder N abgibt, noch aus dem Metallsumpf oder aus der Gasphase N aufnimmt. Eine weitere Voraussetzung : Kir den Erfolg des Verfahrens ist, dass über der Schlacke ein Arbeitsdruck aufrecht erhalten wird, der mindestens dem durchschnittlichen N-Gehalt der Elektrode entspricht. Schlackenzusammensetzungen, die diesen Anforderungen entspre-
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Gasgemischen aufrecht erhalten werden, die der Schlacke gegenüber inert sind.
Der erforderliche Mindestarbeitsdruck P in at errechnet sich aus der Formel
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wobei N der durchschnittliche N-Gehalt der Abschmelzelektrode und No der N-Gehalt in Prozent ist, der ma- ximal in einem Stahl gemäss der durchschnittlichen Zusammensetzung der Abschmelzelektrode bzw. der Zu- sammensetzung des Umschmelzerzeugnisses bei Atmosphärendruck löslich wäre.
Wenn der Wert für No nicht bekannt ist, kann er für praktische Zwecke und bei Berücksichtigung der wichtigsten Legierungselemente mit ausreichender Genauigkeit für Cr-Gehalte bis 30% errechnet werden, ent- sprechend dem Wert des Ausdruckes (1/75 Cr % + 1/120 Mn % - 1/6 C % - 1/40 Si % - 1/200 Ni %). Wenn also eine Abschmelzelektrode im Durchschnitt z. B. 17% Mn, 5% Cr und 0, 8% N enthält, ergibt sich ein Wert für No von 0, 21%. Der erforderliche Mindestarbeitsdruck für das Abschmelzen dieser Elektrode unter Vermeidung von N-Verlusten beträgt dann 0, 82/0, 212 = 0,64/0, 04 = 14,5 at. Bei Verwendung niedrigerer Arbeitsdrücke besteht die Gefahr von N-Austritten aus dem flüssigen Sumpf.
Wesentlich höhere Arbeitsdrücke sind an sich unschädlich und für den Erfolg des Verfahrens belanglos, können aber zu anlagebedingten und unnötigen technischen Schwierigkeiten führen. Da aber in der Praxis immer mit Druckschwankungen gerechnet werden muss, ist es zweckmässig, nicht die unbedingt notwendige untere Grenze, also nicht den Druck P sondern einen Betriebsdruck zu wählen, der um etwa 2 bis 5 at höher liegt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von austenitischen Stählen und Legierungen mit N-Gehalten, die höher liegen, als die bei Atmosphärendruck maximal löslichen, unter Verwendung des an sich bekannten Verfahrens des Elektroschlackeumschmelzens in einem geschlossenen Schmelzgefäss unter Überdruck in einer inerten Atmosphäre und die Erfindung besteht darin, dass Elektroden mit durchschnittlichen und im Elektrodenquerschnitt über die gesamte Elektrodenlänge gleichbleibend hohen N- und Legierungsgehalten, die dem gewünschten N- und Legierungsgehalt des Umschmelzerzeugnisses entsprechen, in einer an sich bekannten Schlacke abgeschmolzen werden, die weder N abzugeben oder aufzunehmen vermag und dass das Umschmelzen unter einem Mindestdruck P eines der Schlacke gegen- über inerten Gases oder Gasgemisches erfolgt,
der dem Wert des Quotienten N2 /No2 entspricht, wobei N der durchschnittliche N-Gehalt der Abschmelzelektrode und No der beiAtmosphärendruck im Umschmelzerzeugnis maximal lösliche N-Gehalt ist.
Da erfindungsgemäss die Schlacke an den Vorgängen der N-Aufnahme und N-Abgabe unbeteiligt ist, wird der Erfolg des Verfahrens nicht beeinträchtigt, wenn in die Schlacke z. B. praktisch N-freie Legierungselemente, Desoxydationszusätze od. dgl. in Pulverform in geringen Mengen eingebracht werden. Eine dadurch verursachte Temperaturabnahme der Schlacke würde lediglich die Abschmelzgeschwindigkeit der Elektrode, nicht aber das Verhältnis zwischen der abschmelzenden Stahlmenge und der gleichzeitig zur Verfügung stehenden N-Menge verändern.
ZurHerstellung erfindungsgemäss zur Verwendung kommender Elektroden kann z. B. das bekannte Druckerschmelzungsverfahren herangezogen werden, wobei aber die in bekannter Weise aufgestickte Schmelze zur Vermeidung von Verformungsvorgängen nicht in Form von Blöcken, sondern im Formgussverfahren unmittel- bar zu den gewünschten Elektroden vergossen wird, die dann im Gusszustand abgeschmolzen werden. Für die Herstellung solcher Elektroden ist jedoch eine entsprechend grosse Anlage notwendig, in der das Aufsticken der Schmelze und das Formgiessen unter N-Druck möglich sein muss. Die dabei zu erwartenden Gussfehler spielen bei Verwendung solcher Gussstücke als Abschmelzelektroden keine wesentliche Rolle.
Eine andere Möglichkeit besteht gemäss der Erfindung darin, zwei- oder mehrteilige Abschmelzelektroden zu verwenden, die zum Teil aus hochaufgestickten Vorlegierungen, die in bekannter Weise unter Atmosphärendruck hergestellt werden können und zum Teil aus legierten Stählen derart bestehen, dass die durchschnittliche Zusammensetzung der Elektrode im Elektrodenquerschnitt über die gesamte Elektrodenlänge praktisch konstant bleibt und der gewünschten Zusammensetzung des Umschmelzerzeugnisses entspricht.
Diese Voraussetzungen können in ausreichenderweise z. B. dann erfüllt werden, wenn ein aus einer Vorlegierung bestehender zylindrischer Kern, der ein Formgussstück oder ein pulvermetallurgisches Erzeugnis sein kann, von einem zylindrischen Mantel aus einem Stahl mit den fiir den Umschmelzblock zusätzlich erforderlichen Anteilen an Legierungselementen umgeben wird, so dass das Verhältnis der Querschnittsflächen der beiden Elektrodenteile über die gesamte Elektrodenlänge konstant bleibt.
Grundsätzlich ist es zweckmässig, die für das Umschmelzerzeugnis erforderliche Menge an Legierungselementen, welche das Aufnahmevermögen für den N erhöhen, gemeinsam mit der erforderlichen N-Men- ge in der Vorlegierung zu konzentrieren und die Legierungselemente, welche das Aufnahmevermögen Bir den N vermindern, im Rest der Elektrode unterzubringen.
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Als Vorlegierungen bieten sich zur Herstellung austenitischer Stähle z. B. solche an, die neben Fe hohe Anteile an Cr und Mn, einzeln oder gemeinsam enthalten, so dass sie bereits bei Atmosphärendruck N-Gehalte im Prozentbereich aufzunehmen vermögen. Hingegen wird z. B. ein im Umschmelzblock erforderlicher NiAnteil zweckmässig im Rest der Abschmelzelektrode untergebracht.
Für die Herstellung von Abschmelzelektroden gemäss den erfindungsgemässen Anforderungen stehen der Technik zahlreiche Verfahren zur Verfügung, von denen nur eine Auswahl aussichtsreich erscheinender Möglichkeiten aufgezeigt werden kann. So kann z. B. auf den gegossenen oder gesinterten Kern aus der Vorlegierung ein Rohr aus der Legierung des Aussenmantels ausgeschrumpft werden. Ferner kann die Legierung des Aussenmantels in eine Rundkokille gegossen und anschliessend ein zylindrischer Stab aus der Vorlegierung in kaltem oder vorgewärmtem Zustand zentrisch in die Kokille getaucht werden, so dass das flüssige Metall verdrängt wird und schliesslich den Kern allseitig umschliesst. Nach Erstarrung der Schmelze liegt dann eine
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Dieses Verfahren ist auch derart anwendbar, dass zuerst die Vorlegierung in die Kokille gegossen und anschliessend ein Stab aus legiertem Stahl zentrisch in die flüssige Vorlegierung eingetaucht wird. Selbstverständlich können auch mehrere Stäbe oder ein oder mehrere Rohre aus Stahl gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung in die flüssige Vorlegierung eingetaucht werden. Wesentlich hiebei ist nur, dass das Verhältnis der Querschnittsflächen der unterschiedlich zusammengesetzten Elektrodenteile im Elektrodenquerschnitt über die gesamte Elektrodenlänge konstant bleibt und im Durchschnitt die gewünschte Zusammensetzung des Umschmelzerzeugnisses ergibt. Eine starke Unterteilung des Elektrodenquerschnittes kann z.
B. dann zweckmässig sein, wenn es notwendig ist, für die erforderliche Legierungsmenge des Umschmelzblockes zwei oder mehrere legierte Stähle heranzuziehen, oder wenn die Gefahr besteht, dass beim Abschmelzen der Elektrode ein Vor- oder Nacheilen des Abschmelzens einzelner Elektrodenbestandteile eintritt. Die Auswirkung solcher Erscheinungen ist umso geringer, je kleiner die davon betroffenen Querschnittsbereiehe sind.
Zusätzlich können solche Elektroden noch mit einem Aussenmantel z. B. durch Aufspritzen oder durch Aufschrumpfen eines Rohres, versehen werden.
Zur Herstellung von Elektrodenteilen ist selbstverständlich auch die Heranziehung des Stranggiessverfahrens und gegebenenfalls auch des Druckgiessverfahrens möglich. Zur Herstellung von rohrförmigen Elektrodenteilen aus Vorlegierungen oder aus legierten Stählen kann auch das Schleudergussverfahren Anwendung finden. Auch die Herstellung eines Verbundgussstückes mit Hilfe des Schleudergussverfahrens ist möglich. Die aufgezeigten Möglichkeiten sind in beliebiger Weise kombinierbar, soferne die erfindungsgemässen Anforderungen an die Abschmelzelektroden erhalten bleiben.
Ausführungsbeispiele : l. Zur Herstellung eines Umschmelzblockes mit 600 mm 0 und einer Länge von 1, 5 m entsprechend einem Gewicht von 3, 35 t aus einem Stahl mit 0, 06% C, 18% Cr, 10% Ni, 2% Mn, 0, 8% N, Rest im wesentlichen Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wurde eine zweiteilige Abschmelzelektrodevon400 mm und einer Länge von 3, 4 m verwendet, Der Kern der Elektrode mit 200 mm & bestand aus einer Vorlegierung aus 70% Cr, 2% Mn, 3% N, Rest im wesentlichen Eisen. Für den Aussenteil der Elektrode wurde eine Legierung aus 13, 4% Ni, 2% Mn, Rest im wesentlichen Eisen verwendet.
Zur Vorbereitung der Elektrodenherstellung wurde zunächst ein Stab aus der Vorlegierung mit 200 mm 0 und einer Länge von 3, 4 m gegossen. Nach dem Vorliegen dieses Stabes erfolgte die eigentliche Elektrodenherstellung in der Weise, dass die Legierung des Aussenmantels in eine Rundkokille von 400 mm 0 und 3, 6 m Höhe bis zu einer Höhe von 2, 55 m eingefüllt und unmittelbar anschliessend der aus der Vorlegierung bestehende Stab zentrisch in das flüssige Metall eingetaucht wurde.
Das flüssige Metall wurde hiedurch bis zu einer Höhe von 3, 4 m verdrängt, so dass nach der Erstarrung desselben die gewünschte Abschmelzelektrode der Kokille entnommen werden konnte. Das Abschmelzen die- 3er Elektrode erfolgte mit Hilfe einer Schlacke aus 40% CaF2, 28% CaO, 28% Al2 Os und 4% Si02 die den er- Eindungsgemässen Anforderungen entsprach, wobei über der Schlacke ein Druck von 20 atm mit Hilfe von technisch reinem Argon aufrecht erhalten wurde. Der gemäss der Erfindung mindestens erforderliche Arzeitdruck P entsprechend dem Wert des Quotienten N2 /No2 würde im vorliegenden Fall 16 atm ergeben, da No mit 0, 28% und N mit 0, 8% eingesetzt werden muss.
Für das Umschmelzen wurden 95 kg der oben angeführten Schlacke verwendet. Das Umschmelzen selbst erfolgte mit einer Leistungszufuhr zum Schlackenbad von 480 KW, wobei die Schmelzstromstärke 14 KA be-
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Damitsen einschliesslich des Schopfheizvorgangs betrug 7 h 20 min.
Die Verteilung der Stickstoffwerte im Umschmelzblock zeigte ein befriedigendes Ergebnis. Auch die mit einem Blockrest durchgeführten Verformungsversuche verliefen befriedigend.
2. Um einen Umschmelzblock mit 750 mm j und einer Länge von 2 m entsprechend einem Gewicht von
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