CH648599A5

CH648599A5 - Process for producing low-carbide, fine-grained high-carbon manganese steel castings, product and use

Info

Publication number: CH648599A5
Application number: CH883/82A
Authority: CH
Inventors: Ivo Henych
Original assignee: Fischer Ag Georg
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1982-02-12
Publication date: 1985-03-29
Also published as: ZA82963B

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von karbidarmen, feinkörnigem Manganhartstahlguss mit erhöhtem Verschleisswiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass - die Stahlschmelze mit einem Gehalt an Kohlenstoff von mindestens 1,2 Gew.-% mit einem zur vollständigen Austenitisierung ausreichenden Gehalt an Mangan und zusätzlich einem Gehalt an weiteren karbidbildenden Elementen in Kokillen vergossen wird, - die Stahlgussstücke nach Erstarrung der Schmelze, aber vor Erreichen der Karbidausscheidungstemperatur aus der Kokille entnommen werden und - die Stahlgussstücke in Wasser abgeschreckt werden.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleisswiderstand der Widerstand gegen Kerb- und/oder Mahlverschleiss ist.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Kohlenstoff zwischen 1,2 und 1,5 Gew.-% liegt.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die karbidbildenden Elemente Chrom und/oder Molybdän sind und dass die Summe ihrer Gehalte unter 5 Gew.-% liegt.

5. Verfahren gemäss Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Gehaltes an Mangan zum Gehalt an Kohlenstoff über 8:1 liegt.

6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Kohlenstoff zwischen 1,4 und 1,8
Gew.-% liegt.

7. Verfahren gemäss Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Gehaltes an Mangan zum
Gehalt an Kohlenstoff über 6,5:1 liegt.

8. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlgussstück anschliessend einem
Lösungsglühen unterworfen wird.

9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Lösungsglühen die Aufwärmung des Gussstückes über die Karbidausscheidungstemperatur und das anschliessende Abschrecken desselben in Wasser umfasst.

10. Karbidarmer, feinkörniger Manganhartstahlguss von erhöhtem Verschleisswiderstand, hergestellt mittels des Ver fahrens gemäss Anspruch 1.

II. Manganhartstahlguss gemäss Anspruch 10, hergestellt mittels der Verfahren gemäss den Ansprüchen 2 bis 9.

12. Verwendung des Manganhartstahlgusses gemäss
Anspruch 10 zur Herstellung von Anlageteilen, die hohem
Verschleiss unterworfen sind.

13. Verwendung gemäss Anspruch 12 zur Herstellung von
Mühlenauskleidungselementen, Lagern und Werkzeugen.

Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft ein Ver fahren zur Herstellung von karbidarmem, feinkörnigem
Manganhartstahlguss mit erhöhtem Verschleisswiderstand, den mittels des Verfahrens hergestellten Manganhartstahlguss und dessen Verwendung in Anlageteilen, die hohem Ver schleiss unterworfen sind.

Manganhartstahlguss bleibt dank seiner Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Zähigkeit nach wie vor ein bedeutsa mer Verschleisswerkstoff. In der westlichen Welt werden schätzungsweise etwa 600 kt/Jahr Manganhartstahlguss für
Verschleisszwecke hergestellt. Die konventionellen Mangan hartstahlqualitäten werden zurzeit mit ausreichender Qualität fabriziert. Ein geringer Teil des Manganhartstahles wird zu hochqualifiziertem Guss vergossen, z. B. zu Schlagleisten für spezielle Zwecke.

Im Archiv für Metallkunde Heft 1, Januar 1949, beschreibt F. Roll die Eigenschaften von Stahlrohguss mit 12% Mangan. Diese Stahlgussart wird auch nach dem Erfinder Hadfield-Stahlguss genannt.

In der genannten Arbeit wird der Rohguss durch einen Mangangehalt zwischen 10% und 14% und einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,9 und 1,4 Gew.-% charakterisiert. An karbidbildenden Elementen werden nur in vereinzelten Fällen Chrom bis 0,5 Gew.-% genannt. Es wird betont, dass es bei der Herstellung des Manganhartstahles wichtig ist, hohe Karbidausscheidungen zu vermeiden. Diese Karbidausscheidungen hängen primär vom Kohlenstoffgehalt ab. Dieser ist somit eher niedrig zu halten. Eine hohe Karbidausscheidung führt zu Versprödung des Gussstückes.

In Giesserei Nr. 60 (1973), Heft 15, beschreibt I. Henych die Kornfeinung von Manganhartstahl, vor allem mittels Wärmebehandlung. Erwähnt wird in dieser Arbeit auch die Möglichkeit, durch Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit z.B. durch Abschrecken - neben der Erhöhung de Kornfeinung auch eine Verminderung von Karbidausscheidungen zu erreichen. Der Einfluss von Legierungselementen wird nur hinsichtlich der Primärkristallisation untersucht. Es wird dabei festgestellt, dass die Legierungselemente einen eher ungünstigen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des konventionell hergestellten Manganhartstahlgusses zeigen.

In bezug auf die Kornfeinung des Manganhartstahles durch Wärmebehandlung wird am Schluss festgehalten, dass nur Manganhartstahl mit sehr wenigen Nebenelementen wie Chrom, Molybdän und Vanadium sich für die Kornfeinung mittels Wärmebehandlung eignet. Bei höheren Anteilen solcher Elemente wird die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Kornfeinung ziemlich klein.

In Giesserei-Praxis, Heft 7, (1974), zeigt K. Röhrig Möglichkeiten zur Qualitätsverbesserung von Manganhartstahlguss durch Legieren mit Molybdän auf. Auch in dieser Arbeit wird auf die Notwendigkeit hingewiesen, Karbidausscheidungen zu vermeiden. Da aber ein erhöhter Kohlenstoffgehalt wegen dessen positivem Einfluss auf die Kaltverfestigung des Manganhartstahles gewünscht ist, werden zwei Methoden angegeben, um solche Ausscheidungen zu verhindern. Die erste Methode betrifft die Zulegierung von etwa 2 Gew.-% Molybdän zu Manganhartstahl mit etwa 12 Gew.-% Mangan.

Das Molybdän bewirkt dabei eine Verschiebung der Zeit während des Abkühlens des Gussstückes bis zum Ausscheiden von Korngrenzenkarbiden. Die zweite Methode betrifft die Verminderung des Mangangehaltes auf etwa 6%. Diesem Stahl wird zur Erreichung der notwendigen Festigkeitswerte ungefähr 1 Gew.-% Molybdän zugesetzt.

Die möglichst karbidausscheidungsfreie Herstellung von Manganhartstahl bildet also ein Problem, welches zum Stand der Technik gehört. Dabei können für herkömmliche Herstellverfahren zusammenfassend die folgenden Grenz-Kohlenstoffgehalte zur Erzielung eines vorwiegend karbidfreien Gefüges angegeben werden: - ohne Lösungsglühen unter etwa 0,6 Gew.-%, - mit Lösungsglühen unter etwa 1,2 Gew.-%.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von karbidarmem, feinkörnigem Manganhartstahlguss mit erhöhtem Verschleisswiderstand ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlschmelze mit einem Gehalt an Kohlenstoff von mindestens 1,2 Gew.-%, mit einem zur vollständigen Austenitisierung ausreichenden Gehalt an Mangan und zusätzlich einem Gehalt an weiteren karbidbildenden Elementen in Kokillen vergossen wird, die Stahlgussstücke nach Erstarrung der Schmelze, aber vor Erreichen der Karbidausscheidungstemperatur aus der Kokille entnommen werden und die Stahlgussstücke in Wasser abgeschreckt werden.

Neben dem Verfahren werden erfindungsgemäss auch der

karbidarme, feinkörnige Manganhartstahlguss von erhöhtem Verschleisswiderstand, welcher mittels des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt worden ist und die Verwendung des genannten Manganhartstahlgusses in Anlageteilen mit hohem Verschleiss beansprucht.

Der Mangangehalt im erfindungsgemäss hergestellten Manganhartstahlguss entspricht derjenigen Menge Mangan, die nötig ist um die möglichst vollständige Austenitisierung des Gusses zu gewährleisten.

Der Verschleisswiderstand des erfindungsgemässen Manganhartstahles ist naturgemäss speziell hoch gegen Kerbund/oder Mahlverschleiss, wie es bei Mühlauskleideelementen, Lagern, Werkzeugen usw. auftritt. Kerbverschleiss entsteht dann, wenn ein Element kerbenartig in ein anderes eingreift und dadurch zur Verschleissbeanspruchung führt.

Im erfindungsgemässen Verfahren können vor allem Stahlschmelzen mit Kohlenstoffgehalten zwischen 1,2 und 1,5 Gew.-% verarbeitet werden. Höhere Kohlenstoffgehalte können in einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens erhalten werden, die ein anschliessendes Lösungsglühen des Gussstückes umfassen. In diesem Fall kann der Kohlenstoffgehalt bis zu 1,8 Gew.-% betragen. Das Lösungsglühen umfasst dabei das Aufwärmen des Gussstückes über die Karbidausscheidungstemperatur und das anschliessende Abschrecken in Wasser.

Zur Veranschaulichung der Vorgänge während des Abkühlens wird auf die beiden in der Zeichnung wiedergegebenen Phasendiagramme der Hauptelemente Eisen, Mangan und Kohlenstoff verwiesen, wobei die Fig. 1 und die Fig. 2 das System Fe-C-13 Gew.-% Mn in unterschiedlichen Kohlenstoff- und Temperaturbereichen darstellen.

Durch die beiden Phasendiagramme ist auch die im erfindungsgemässen Verfahren angegebene Karbidausscheidungstemperatur definiert. Es ist diejenige Umwandlungstemperatur zwischen der Gammaphase (Austenit) und der Gammaphase plus dem Eisenmangankarbid.

Das erfindungsgemässe Verfahren relaubt es also, feinkörnigen Manganhartstahlguss herzustellen, welcher gegenüber den heute herstellbaren Qualitäten einen erhöhten Kohlenstoffgehalt und erhöhte Gehalte an karbidbildenden Elementen aufweist.

Die nachfolgend tabellarisch dargestellten Beispiele illustrieren verschiedene spezielle Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens und dessen Produkte. Es sind sowohl Varianten mit mässig erhöhtem Kohlenstoffgehalt mit oder ohne Lösungsglühen und mit zusätzlichem Karbidbildner (Chrom) angeführt. Die Manganhartstahlproben verschiedener Kohlenstoff- und Karbidbildnergehalte wurden dabei.

im 10-kg-Laborinduktionsofen erschmolzen und in Kupferoder GG-Kokillen zu zylindrischen Probekörpern mit 40 mm Durchmesser vergossen. Nach dem Erstarren der Schmelze, aber vor Erreichen der Karbidausscheidungstemperatur im Gussstück, wurde die Kokille geöffnet (Auspacktemperatur und das Gussstück in Wasser abgeschreckt. Beim Lösungsglühen wurden die Gussstücke im Laborglühofen auf Temperaturen über der Karbidausscheidungstemperatur gebracht und anschliessend wiederum in Wasser abgeschreckt. Die Beispiele mit verschiedenen Analysen sind mit Angabe ihrer Herstellungsparameter sowie ihres Gefüges und der erzielten physikalischen Eigenschaften in den folgenden Tabellen zusammengestellt.

Die Tabelle 1 enthält für die verschiedenen Beispiele die jeweiligen Herstellungsparameter und die Analyse während die Tabelle 2 das resultierende Gefüge und die physikalischen Eigenschaften angibt.

Tabelle
Herstellung Analyse Bsp. Schmelz-T. Auspack-T. Glüh-T. C Mn Cr Nr. ("C) ("C) ( C) (Gew.-(Gew.-(Gew. /o) 70) io) 1 1350 1080 - 1,61 12,6 3,30 2 1350 1080 1100 1,61 12,6 3,30
Tabelle 2
Physikalische Bsp. Gefüge Eigenschaften Nr. Makro-G. Mikro-G. Härte Kaltverfesti- Kerschlag (HB) gung zähigkeit (HB) (Jcm-2) 1 sehr fein Austenit 275 780 145 +2%
Karbid 2 sehr fein Austenit 225 780 165

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von karbidarmen, feinkörnigem Manganhartstahlguss mit erhöhtem Verschleisswiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass - die Stahlschmelze mit einem Gehalt an Kohlenstoff von mindestens 1,2 Gew.-% mit einem zur vollständigen Austenitisierung ausreichenden Gehalt an Mangan und zusätzlich einem Gehalt an weiteren karbidbildenden Elementen in Kokillen vergossen wird, - die Stahlgussstücke nach Erstarrung der Schmelze, aber vor Erreichen der Karbidausscheidungstemperatur aus der Kokille entnommen werden und - die Stahlgussstücke in Wasser abgeschreckt werden.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleisswiderstand der Widerstand gegen Kerb- und/oder Mahlverschleiss ist.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Kohlenstoff zwischen 1,2 und 1,5 Gew.-% liegt.
4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die karbidbildenden Elemente Chrom und/oder Molybdän sind und dass die Summe ihrer Gehalte unter 5 Gew.-% liegt.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Gehaltes an Mangan zum Gehalt an Kohlenstoff über 8:1 liegt.
6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Kohlenstoff zwischen 1,4 und 1,8 Gew.-% liegt.
7. Verfahren gemäss Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Gehaltes an Mangan zum Gehalt an Kohlenstoff über 6,5:1 liegt.
8. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlgussstück anschliessend einem Lösungsglühen unterworfen wird.
9. Verfahren gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Lösungsglühen die Aufwärmung des Gussstückes über die Karbidausscheidungstemperatur und das anschliessende Abschrecken desselben in Wasser umfasst.
10. Karbidarmer, feinkörniger Manganhartstahlguss von erhöhtem Verschleisswiderstand, hergestellt mittels des Ver fahrens gemäss Anspruch 1.
II. Manganhartstahlguss gemäss Anspruch 10, hergestellt mittels der Verfahren gemäss den Ansprüchen 2 bis 9.
12. Verwendung des Manganhartstahlgusses gemäss Anspruch 10 zur Herstellung von Anlageteilen, die hohem Verschleiss unterworfen sind.
13. Verwendung gemäss Anspruch 12 zur Herstellung von Mühlenauskleidungselementen, Lagern und Werkzeugen.

Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft ein Ver fahren zur Herstellung von karbidarmem, feinkörnigem Manganhartstahlguss mit erhöhtem Verschleisswiderstand, den mittels des Verfahrens hergestellten Manganhartstahlguss und dessen Verwendung in Anlageteilen, die hohem Ver schleiss unterworfen sind.

Manganhartstahlguss bleibt dank seiner Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Zähigkeit nach wie vor ein bedeutsa mer Verschleisswerkstoff. In der westlichen Welt werden schätzungsweise etwa 600 kt/Jahr Manganhartstahlguss für Verschleisszwecke hergestellt. Die konventionellen Mangan hartstahlqualitäten werden zurzeit mit ausreichender Qualität fabriziert. Ein geringer Teil des Manganhartstahles wird zu hochqualifiziertem Guss vergossen, z. B. zu Schlagleisten für spezielle Zwecke.

Im Archiv für Metallkunde Heft 1, Januar 1949, beschreibt F. Roll die Eigenschaften von Stahlrohguss mit 12% Mangan. Diese Stahlgussart wird auch nach dem Erfinder Hadfield-Stahlguss genannt.

In der genannten Arbeit wird der Rohguss durch einen Mangangehalt zwischen 10% und 14% und einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,9 und 1,4 Gew.-% charakterisiert. An karbidbildenden Elementen werden nur in vereinzelten Fällen Chrom bis 0,5 Gew.-% genannt. Es wird betont, dass es bei der Herstellung des Manganhartstahles wichtig ist, hohe Karbidausscheidungen zu vermeiden. Diese Karbidausscheidungen hängen primär vom Kohlenstoffgehalt ab. Dieser ist somit eher niedrig zu halten. Eine hohe Karbidausscheidung führt zu Versprödung des Gussstückes.

In Giesserei Nr. 60 (1973), Heft 15, beschreibt I. Henych die Kornfeinung von Manganhartstahl, vor allem mittels Wärmebehandlung. Erwähnt wird in dieser Arbeit auch die Möglichkeit, durch Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit z.B. durch Abschrecken - neben der Erhöhung de Kornfeinung auch eine Verminderung von Karbidausscheidungen zu erreichen. Der Einfluss von Legierungselementen wird nur hinsichtlich der Primärkristallisation untersucht. Es wird dabei festgestellt, dass die Legierungselemente einen eher ungünstigen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des konventionell hergestellten Manganhartstahlgusses zeigen.

In bezug auf die Kornfeinung des Manganhartstahles durch Wärmebehandlung wird am Schluss festgehalten, dass nur Manganhartstahl mit sehr wenigen Nebenelementen wie Chrom, Molybdän und Vanadium sich für die Kornfeinung mittels Wärmebehandlung eignet. Bei höheren Anteilen solcher Elemente wird die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Kornfeinung ziemlich klein.

In Giesserei-Praxis, Heft 7, (1974), zeigt K. Röhrig Möglichkeiten zur Qualitätsverbesserung von Manganhartstahlguss durch Legieren mit Molybdän auf. Auch in dieser Arbeit wird auf die Notwendigkeit hingewiesen, Karbidausscheidungen zu vermeiden. Da aber ein erhöhter Kohlenstoffgehalt wegen dessen positivem Einfluss auf die Kaltverfestigung des Manganhartstahles gewünscht ist, werden zwei Methoden angegeben, um solche Ausscheidungen zu verhindern. Die erste Methode betrifft die Zulegierung von etwa 2 Gew.-% Molybdän zu Manganhartstahl mit etwa 12 Gew.-% Mangan.

Das Molybdän bewirkt dabei eine Verschiebung der Zeit während des Abkühlens des Gussstückes bis zum Ausscheiden von Korngrenzenkarbiden. Die zweite Methode betrifft die Verminderung des Mangangehaltes auf etwa 6%. Diesem Stahl wird zur Erreichung der notwendigen Festigkeitswerte ungefähr 1 Gew.-% Molybdän zugesetzt.

Die möglichst karbidausscheidungsfreie Herstellung von Manganhartstahl bildet also ein Problem, welches zum Stand der Technik gehört. Dabei können für herkömmliche Herstellverfahren zusammenfassend die folgenden Grenz-Kohlenstoffgehalte zur Erzielung eines vorwiegend karbidfreien Gefüges angegeben werden: - ohne Lösungsglühen unter etwa 0,6 Gew.-%, - mit Lösungsglühen unter etwa 1,2 Gew.-%.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von karbidarmem, feinkörnigem Manganhartstahlguss mit erhöhtem Verschleisswiderstand ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlschmelze mit einem Gehalt an Kohlenstoff von mindestens 1,2 Gew.-%, mit einem zur vollständigen Austenitisierung ausreichenden Gehalt an Mangan und zusätzlich einem Gehalt an weiteren karbidbildenden Elementen in Kokillen vergossen wird, die Stahlgussstücke nach Erstarrung der Schmelze, aber vor Erreichen der Karbidausscheidungstemperatur aus der Kokille entnommen werden und die Stahlgussstücke in Wasser abgeschreckt werden.

Neben dem Verfahren werden erfindungsgemäss auch der **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.