Verfahren zur Herstellung von Stahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von Stahl in Verbindung mit .einer Vakuumbe handlung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Durch die bekannten Verfahren der Vakuumbe handlung beim Schmelzen und Giessen wird als unmit telbare Folge einer Entgasung ein Stahl gewonnen, der eine erhöhte Reinheit aufweist.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Herstellungsverfahrens für Stahl, bei welchem die Keimwirksamkeit und damit auch der Stahlcharakter, vor allem hinsichtlich Feinkörnigkeit, Zähigkeit und anderer Eigenschaften, weitgehend beeinflusst werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass die Stahlschmelze im Schmelzofen und/oder beim Giessen einer entkeimend wirkenden Vakuumbehandlung unterworfen wird und danach zur Erhöhung der Keimwirksamkeit der Stahl vom Giessen bis zum Erstarren und/oder im warmver formten Zustand bei erhöhter Temperatur einem ho hen Druck ausgesetzt wird.
Beim vorliegenden Verfahren kann also die Druckbehandlung sowohl im schmelzflüssigen als auch im bereits festen, jedoch noch warmverformba- ren Zustand erfolgen. Bereits im Zustand der festen Lösung, das heisst beim Entstehen des y-Mischkri- stalles, kann am entstehenden bzw. am entstandenen Stahlkörper sowie zu jedem Zeitpunkt des Ablaufes der Kristallisation des y-Mischkristalles die Druck einwirkung vorgenommen werden und so die entspre chend feine, für die Güte des Produktes massgebliche Grösse des Austenitkornes erzeugt werden. Die Tem peratur, bei welcher die Hochdruckbehandlung er folgt, sollte zweckmässig oberhalb des Ara liegen.
Vorzugsweise werden dabei Drücke von minde- stens <B>100</B> kp/cm2 angewendet, z. B. Drücke bis zu 700 kp/cm2 oder auch mehr.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeich- net, dass sie aus einer Vakuumkammer und einer mittels eines Sperrorgans druckmässig mit dieser ver- bindbaren Druckkammer besteht, und dass jede dieser Kammern mit einer absperrbaren Absaugleitung und einer absperrbaren Druckleitung versehen ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist diese Vorrichtung so ausgebildet, dass die Vakuumkammer und die Druckkammer eine geschlossene Baueinheit bilden, in der die Vakuumkammer oberhalb der Druckkammer und von dieser durch eine Zwischen wand getrennt angeordnet ist, die mit einer abdeck- baren Mittelöffnung und einem Schieber versehen ist, und dass die Vakuumkammer mit einem verschliessba ren Deckel versehen ist.
In einem solchen Zweikammergefäss können die Vakuumbehandlung und die anschliessende Hoch druck-Wärmebehandlung nach dem Giessen bzw. beim Erstarren erfolgen. Es kann dabei zunächst in der oberen Kammer die Vakuumbehandlung des Stahles vorgenommen werden, worauf dann die obere und die untere Stahlkammer gleichzeitig unter Druck gesetzt werden und der flüssige Stahl in der unteren Kammer unter hohem Druck zum Erstarren gebracht wird. Die Druckeinwirkung kann hierbei bereits beim Einlaufen des Giessstrahles des in der oberen Kam mer z. B. in einer Abstichpfanne befindlichen Stahles in die untere Stahlkammer erfolgen.
Als Druckmittel kann dabei ein für den flüssigen Stahl unschädliches in Form von Gas und/oder Luft verwendet werden.
Die Hochdruck-Wärmebehandlung kann auch in einer einzelnen Stahlkammer im Anschluss an eine Warmverformung oder an eine nochmalige Erhitzung des warmverformten Stahlkörpers erfolgen, insbeson dere in Verbindung mit einer geringen Formände rung, beispielsweise in einem dem Stahlkörper ange passten konischen Druckgefäss durch schichtenweises Anstauchen des Stahlkörpers bei partiell behinderter und schrittweise die natürliche Schrumpfung ausglei chender Formänderung.
Wenn beim Erstarren .einer Schmelze die Druck anwendung schon mit dem Eintritt des Giessstrahles des vakuumbehandelten, flüssigen Stahles in die Druckkammer beginnt, so steht der z. B. in einer Kokille entstehende Stahlkörper ebenfalls bereits in seinem Giess- bzw. Gussaufbau von Anfang an zu wachstumsschichtig-unter hohem Raumdruck.
Das vorliegende Verfahren kann allgemein in Verbindung mit einer einfachen Pfannenentgasung oder mit einer Giessstrahlentgasung angewendet wer den.
Im folgenden wird das Verfahren der Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert, in welcher ein als geschlossene Baueinheit ausgebildetes Zweikammergefäss zur Durchführung des Verfahrens dargestellt ist.
Das Zweikammergefäss kann sowohl für die Va kuumbehandlung als auch für die Druckbehandlung verwendet werden; vorteilhaft ist dabei, dass es gege benenfalls auch ausschliesslich für die Druckbehand lung benutzt werden kann. Das Zweikammergefäss wird zweckmässig als Vakuum-Druckkammer be zeichnet.
Gemäss Abbildung besteht die ortsfeste oder trans portable Vakuum-Druckkammer aus einer vakuum- und druckdichten oberen Vakuumkammer a und unteren Druckkammer <I>b.</I> Die Vakuumkammer<I>a</I> ist durch einen vakuum- und druckdichten Deckel c ab geschlossen. Der Deckel c kann auch die für eine Giessstrahlentgasung benötigte, an sich bekannte übliche Eintrittsöffnung d enthalten, die jedoch nach Beendigung des Entgasungsvorganges ebenfalls druck fest, z.
B. durch eine darüber gesetzte Haube, ver- schliessbar sein muss.
Die nötige vakuum- und/oder drucksichere Ab dichtung nach aussen erfolgt durch vorzugsweise mo torischen, z. B. hydraulischen, Anzug der Verschluss- elemente, und zwar hinsichtlich drucksicherer Ab dichtung der Vakuum-Druckkammer vor allem zwi- schenstuflich durch einen nochmaligen Anzug zwi schen Vakuum- und Druckanwendung.
In die Vakuumkammer a der Vakuum-Druck- kammer wird die Pfanne e z. B. zur an sich bekannten einfachen Pfannen- oder Giessstrahlentgasung einge bracht und mit ihrem zunächst mit Stopfen verschlos senen Abguss über einer entsprechenden Öffnung f im Boden der Kammer a abgestellt.
Diese Bodenöffnung f bzw. die Abgussöffnung der Pfanne e und der Boden der Vakuumkammer a selbst brauchen nur dann auf übliche Weise vakuumdicht ausgeführt sein, wenn z.
B. entweder die Kammer a für sich allein (Absaugleitung hl) -oder auch die Vakuumkammer a und die - Druckkammer b (Ab- saugleitung h2) gemeinsam als Zweikammergefäss für eine Einfach- bzw. Doppelentgasung, und zwar vorzugsweise für eine solche mit unterschiedlichem Vakuum, fallweise verwendet werden.
Unter der Öffnung f im Boden der eigentlichen Vakuumkammer muss jedoch insbesondere bei ver fahrensgemässer Anwendung vorher ein Gefäss zur Aufnahme des flüssigen Giessstrahles bzw. Stahles aus. der Pfanne e, z. B. eine Kokille g, eingesetzt wor den sein. Der Boden der Vakuumkammer a muss daher vorher ganz oder teilweise entfernt werden können.
Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst die Kammer a bei aufgesetztem Deckel c mit der ein gesetzten Pfanne e bis auf den jeweils erforderlichen Druck evakuiert, und zwar über die für sich absperr bare Absaugleitung h.
Nach Beendigung des Entgasungsvorganges wird der Raum der Kammer<I>a</I> und<I>b</I> mit einem für den flüssigen Stahl unschädlichen Druckmittel in Form von Gas gefüllt, vorzugsweise mit Stickstoff, und zwar z. B. mit vorgewärmtem Gas, um Temperatur verluste für den flüssigen Stahl möglichst auszuschal ten.
Hierauf werden die beiden Kammern <I>a</I> und<I>b</I> (Vakuum- und Druckkammer) durch zusätzliches Gas, das für flüssigen Stahl möglichst unschädlich ist, unter Druck gesetzt, und zwar über ebenfalls für sich absperrbare Druckgaszuleitung oder -zuleitungen, die dann möglichst getrennt an den Stellen k1 und k2 in die Vakuum- bzw. Druckkammer münden.
Auf den benötigten Druck wird dieses Gas z. B. entweder in vorgeschalteten besonderen Druckkammern durch explosionsartig verlaufende bekannte chemische oder physikalische Vorgänge oder mit Hilfe von Ventilen, die erst bei einem bestimmten hohen Druck geöffnet werden oder sich öffnen, oder durch eine Kombina tion beider Vorgänge gebracht. Der hohe Druck in beiden Kammern<I>a</I> und<I>b</I> wird über den Giessvorgang hinaus so lange aufrechterhalten, dass der vergossene Stahl bis zur vollständigen Erstarrung und Auskristal- lisation abgekühlt werden kann.
In Verbindung mit der im vorangehenden be schriebenen Ausführungsform des Verfahrens oder auch getrennt kann in der Vakuumkammer a oder in einer einfachen Druckkammer sowohl eine an sich bekannte einfache Pfannen- als auch Giessstrahl entgasung ausgeführt werden. In ersterem Fall müs sen die in der Regel miteinander in Verbindung ste hende Vakuum- und Druckkammer z.
B. durch Schie ber oder entsprechende Organe voneinander vakuum dicht getrennt werden können. Hierdurch und in einer vom vorstehenden Verfahren getrennten Anwendung desselben Gefässes, und zwar einschliesslich der vor handenen Druckkammer b,
als Zweikammergefäss für eine zum Beispiel an sich ebenfalls bekannte Doppel- bzw. Zweistufen-Entgasung mit gleichem oder unter schiedlichem Vakuum und mit zweifacher Giess strahlentgasung oder mit Pfannen- und Giessstrahlent- gasung ist eine vielseitige, über das eigentliche obige Verfahren hinausgehende und wirtschaftlich günstige Verwendbarkeit der Druck- oder Vakuum-Druck- kammer sichergestellt.
Gemäss einer Abwandlung der oben beschriebe nen Ausführungsform des Verfahrens in einer Va kuum-Druckkammer kann sich die Evakuierung auch von vornherein auf die Druckkammer b erstrecken. Auch dabei kann eine einfache Pfannen- oder Giess strahlentgasung zur Anwendung kommen.
Die Anwendung hohen spezifischen Druckes zur Erhöhung der Keimwirksamkeit bzw. der Anzahl wirksam werdender Keime führt daher zu einer Ergänzung und Erweiterung der bisherigen Anwen dung der Vakuumbehandlung von Stahl. Es ist daher kaum zu übersehen, dass mit diesem neuen Verfahren ein grosser Fortschritt verbunden ist. An sich geht es letztlich darum, dass der durch z.
B. immer aufwendi gere Schmiedepressen bzw. -einrichtungen, Elektro- denabschmelzverfahren usw. entstehende Aufwand der bisherigen Entwicklung beendet und zu ur sprungsgemässer Einwirkung hohen Druckes unmittel bar bei der Stahlerstarrung zurückgeführt wird.
Process for the production of steel The invention relates to a process for the production of steel in connection with a vacuum treatment and a device for carrying out the process.
Through the known method of Vakuumbe treatment during melting and casting, a steel is obtained that has an increased purity as a direct consequence of degassing.
The purpose of the invention is to create a production process for steel in which the germination effectiveness and thus also the steel character, especially with regard to fine grain size, toughness and other properties, can be largely influenced.
The method according to the invention is characterized in that the steel melt in the melting furnace and / or during casting is subjected to a sterilizing vacuum treatment and then to increase the germination effectiveness of the steel from casting to solidification and / or in the hot-formed state at elevated temperature Pressure is exposed.
In the present method, the pressure treatment can therefore take place in the molten state as well as in the already solid, but still thermoformable state. Even in the state of the solid solution, i.e. when the y mixed crystal is formed, the pressure can be applied to the steel body that is being formed or at any time during the course of the crystallization of the y mixed crystal and thus the correspondingly fine, the size of the austenite grain that is decisive for the quality of the product. The temperature at which the high-pressure treatment he follows should be above the Ara.
Pressures of at least 100 kp / cm2 are preferably used, e.g. B. Pressures up to 700 kp / cm2 or more.
The device for carrying out the method according to the invention is characterized in that it consists of a vacuum chamber and a pressure chamber that can be connected to the latter in terms of pressure by means of a blocking element, and that each of these chambers is provided with a shut-off suction line and a shut-off pressure line.
In the preferred embodiment, this device is designed so that the vacuum chamber and the pressure chamber form a closed structural unit in which the vacuum chamber is arranged above the pressure chamber and separated from it by an intermediate wall, which is provided with a coverable central opening and a slide is, and that the vacuum chamber is provided with a closable lid.
In such a two-chamber vessel, the vacuum treatment and the subsequent high-pressure heat treatment can take place after casting or during solidification. The steel can first be subjected to a vacuum treatment in the upper chamber, whereupon the upper and lower steel chambers are pressurized simultaneously and the liquid steel in the lower chamber is made to solidify under high pressure. The pressure can already be applied when the pouring stream enters the upper chamber z. B. in a tapping pan located steel in the lower steel chamber.
A pressure medium which is harmless to the liquid steel in the form of gas and / or air can be used.
The high-pressure heat treatment can also take place in a single steel chamber following hot deformation or further heating of the hot-deformed steel body, in particular in connection with a slight change in shape, for example in a conical pressure vessel adapted to the steel body by upsetting the steel body in layers partially disabled and gradually the natural shrinkage compensating change in shape.
If when solidifying .einer melt the pressure application begins with the entry of the pouring jet of the vacuum-treated, liquid steel into the pressure chamber, the z. B. in a mold produced steel body also already in its cast or cast structure from the beginning to growth layers-under high room pressure.
The present method can generally be used in connection with a simple pan degassing or with a pouring jet degassing who the.
In the following, the method of the invention is explained with reference to the drawing, for example, in which a two-chamber vessel designed as a closed structural unit is shown for carrying out the method.
The two-chamber vessel can be used for both vacuum treatment and pressure treatment; The advantage here is that it can also be used exclusively for pressure treatment if necessary. The two-chamber vessel is conveniently referred to as a vacuum pressure chamber.
According to the figure, the stationary or portable vacuum pressure chamber consists of a vacuum- and pressure-tight upper vacuum chamber a and lower pressure chamber <I> b. </I> The vacuum chamber <I> a </I> has a vacuum- and pressure-tight cover c from closed. The cover c can also contain the usual inlet opening d required for a Giessstrahlentgasung, known per se, but which is also pressure-tight after the end of the degassing process, for.
B. by a hood placed over it, must be lockable.
The necessary vacuum and / or pressure-tight seal from the outside is done by preferably motor-driven, z. B. hydraulic, tightening of the locking elements, namely with regard to pressure-proof sealing of the vacuum pressure chamber, above all between stages by a repeated tightening between vacuum and pressure application.
In the vacuum chamber a of the vacuum pressure chamber, the pan e z. B. to the per se known simple pan or Giessstrahlentgasung is introduced and parked with their initially closed with stoppers cast over a corresponding opening f in the bottom of the chamber a.
This bottom opening f or the pouring opening of the pan e and the bottom of the vacuum chamber a itself only need to be made vacuum-tight in the usual way if, for.
B. either the chamber a alone (suction line hl) - or the vacuum chamber a and the - pressure chamber b (suction line h2) together as a two-chamber vessel for a single or double degassing, preferably for one with different vacuum , can be used on a case-by-case basis.
Under the opening f in the bottom of the actual vacuum chamber, however, a vessel for receiving the liquid pouring jet or steel must first be taken out, especially when used according to the method. the pan e, z. B. a mold g, used wor to be. The bottom of the vacuum chamber a must therefore be completely or partially removed beforehand.
To carry out the method, the chamber a is first evacuated with the lid c in place with the pan e set up to the required pressure, via the suction line h which can be shut off for itself.
After the degassing process has ended, the space in the chamber <I> a </I> and <I> b </I> is filled with a pressure medium in the form of gas, preferably nitrogen, for example, which is not harmful to the liquid steel. B. with preheated gas to eliminate temperature losses for the liquid steel as possible.
The two chambers <I> a </I> and <I> b </I> (vacuum and pressure chamber) are then pressurized by additional gas, which is as harmless as possible for liquid steel, also by itself Lockable compressed gas supply line or lines, which then open into the vacuum or pressure chamber as separately as possible at points k1 and k2.
At the required pressure, this gas is z. B. either in upstream special pressure chambers by explosive known chemical or physical processes or with the help of valves that are only opened at a certain high pressure or open, or brought by a combination of both processes. The high pressure in both chambers <I> a </I> and <I> b </I> is maintained beyond the casting process for so long that the cast steel can be cooled down until it has completely solidified and crystallized out.
In connection with the embodiment of the method described in the foregoing or also separately, both a simple pan and pouring jet known per se can be performed in the vacuum chamber a or in a simple pressure chamber. In the first case, the usually connected standing vacuum and pressure chamber z.
B. can be separated from each other in a vacuum-tight manner by slider or corresponding organs. As a result and in a separate use of the same vessel from the above process, including the existing pressure chamber b,
As a two-chamber vessel for double or two-stage degassing, which is also known per se, with the same or different vacuum and with double pouring jet degassing or with ladle and pouring jet degassing, it can be used in a versatile and economically favorable way beyond the actual above process the pressure or vacuum pressure chamber ensured.
According to a modification of the above-described embodiment of the method in a vacuum pressure chamber, the evacuation can also extend to pressure chamber b from the start. Simple ladle or pouring jet degassing can also be used here.
The use of high specific pressure to increase the effectiveness of the germs or the number of germs becoming effective therefore leads to a supplement and expansion of the previous application of vacuum treatment of steel. It can therefore hardly be overlooked that this new process is a major step forward. In itself it is ultimately about that the z.
B. more and more expensive forging presses or devices, electrode melting processes, etc., the effort of the previous development is ended and the original high pressure is returned immediately to the solidification of the steel.