DD148963A1 - Verfahren zum mikrolegieren von automatenstahl mit nichtmetallischen borverbindungen - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemaesze Verfahren beschreibt eine Technologie zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen Borverbindungen, insbesondere mit Bor-Sauerstoffverbindungen, wie Bortrioxid und/oder Borsaeure. Es ist das Ziel der Erfindung, borlegierte Automatenstaehle zu erzeugen, die auf Grund ihrer guenstigen Zerspanungseigenschaften die entsprechenden bleilegierten Automatenstaehle weitgehend abloesen koennen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz durch die Zugabe nichtmetallischer Borverbindungen mindestens 90 % des Gesamtborgehaltes in Form von saeureloeslichen Bor-Sauerstoff-Verbindungen vorliegen, die in der entsprechenden Verteilung das Spanungsverhalten deutlich positiv beeinflussen.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen Borverbindungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen Borverbindungen, insbesondere mit Bor-Sauerstoffverbindungen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Automatenstählen handelt es sich um solche Stähle, die zur Verbesserung der spangebenden Bearbeitbarkeit auf automatischen Werkzeugmaschinen mit sogenannten Spanbrecherelementen legiert sind. Diese Elemente sind in der Stahlmatrix praktisch unlöslich und lagern sich als Einschlüsse im Stahl ab«

Durch die Unterbrechung der metallischen Grundmasse brechen die Späne bei der spangebenden Bearbeitung kurz ab. Außerdem wird die Schnittkraft reduziert. Diese Stähle eignen sich deshalb besonders zur Bearbeitung auf automatischen Werkzeugmaschinen und ermöglichen hohe Zerspanungsleistungen. Zu den Spanbrecherelementen gehört in erster Linie Schwefel. Darüber hinaus ist eine bessere Zerspanbarkeit erreichbar, wenn gemäß den US-Erfindungsbeschreibungen Nr. 2182 785, Nr. 2197 259 und Nr. 2259 342 Blei als Spanbrecherelement zulegiert wird.

Π ·; Γι ή i ι

Die höchsten Zerspanungsleistungen können erzielt werden, wenn Schwefel-Blei-legierte Stähle noch zusätzlich mit Wismut, Selen und Tellur nach den Erfindungsbeschreibungen FR-PS 1 219 601, GB-PS 1 020 423 und US-PS 3 152 890 legiert v/erden.

Die genannten Legierungselemente, außer Schwefel, haben den Nachteil, daß beim Legierungs-, Warmumform- und Wärmebehandlungsvorgang des Stahles toxische Dämpfe entstehen. Trotz des Einsatzes von Absaugeinrichtungen werden häufig die zulässigen Gehalte dieser Elemente oder ihrer Verbindungen in der Raumluft an den Arbeitsplätzen in der Metallurgie überschritten, wodurch Produktionsbeschränkungen bei der Herstellung dieser Stähle nicht zu vermeiden sind.

Der Zusatz von Mikrolegierungselementen ist vorwiegend zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Bau-, Einsatz- und Vergütungsstählen bekannt.

In den US-Erfindungsbeschreibungen Nr. 2 388 214 und Nr. 2 388 215 werden die Mikrolegierung von Automatenstahl mit Bor zur Verbesserung der Zerspanbarkeit erwähnt, wobei die Zugabe von Bor in Form von Ferrobor mit einem Borgehalt von 10 bis 20 Masseprozent erfolgt. Auch die DL-PS 129 664 beschreibt einen mit Bor mikrolegierten V/eich-Automatenstahl mit höherem Schwefelgehalt, wobei die Legierung des flüssigen Stahles mit Bor in der Gießpfanne vorgenommen wird.

Vorgenannte Beschreibungen zum Stand der Technik weisen den metallurgischen und verfahrenstechnischen Nachteil auf, daß keine hinreichenden Aussagen zum Wesen der Herstellungs- und Legierungstechnologie im Hinblick auf eine Sicherung der Gebrauchseigenschaften von Automatenstählen getroffen werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, daß ein mit Bor mikrolegierter Automatenstahl ohne toxische Nebenwirkungen erzeugt wird, der bessere Zerspanungseigenschaften als der nur mit Schwefel legierte Automatenstahl besitzt und den bleilegierten Automatenstahl ablösen kann·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß durch ein geeignetes Legierungsverfahren die Zerspanbarkeit von schwefellegierten Automatenstählen durch Verwendung nichtmetallischer Borverbindungen verbessert und somit die Gebrauchseigenschaften des bekannten Schwefel-Blei-legierten Automatenstahles annähernd erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß einer Stahlschmelze zusätzlich zu den für schwefellegierte Automatenstähle üblichen Legierungsmitteln nichtmetallische Borverbindungen, insbesondere Bor-Sauerstoff-Verbindungen in einer Menge bis zu 3,0 kg pro Tonne Stahl, vorzugsweise in einer Menge von 1,0 bis 2,0 kg pro Tonne Stahl in ein Schmelzaggregat und/oder in eine Abstichrinne und/oder in eine Stahlpfanne und/oder in eine Kokille und/oder in ein Verteilergefäß zugegeben werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gesichert, daß Gesamtborgehalte von 30 bis 160 ppm bei einem säurelöslichen Anteil des Gesamtborgehaltes von mindestens 90 % erreicht werden.

Es wurde gefunden, daß die zerspanungstechnisch wirksamen Phasen als Bor-Sauerstoff-Verbindungen vorliegen müssen. Pur die Zugabe in die warme Gießpfanne vor dem Abstich und/ oder während des Abstichs in die Abstichrinne oder in die

Gießpfanne kommt Bortrioxid oder Borsäure beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 10 bis 50 mm in Frage« Bei einfacher Schwerkraftzugabe in die Kokille und/oder in den Gießstrahl wird Bortrioxid oder Borsäure beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 5 bis 20 mm im Hinblick auf eine Verhinderung der Staubbelästigung verwendet.

Zur Verbesserung des Legierungsausbringens und der Homogenität muß die Zugabe von Bortrioxid oder Borsäure in Pulverform beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 60 bis 500 /um mittels Injektionsvorrichtung in das Stahlbad der Gießpfanne und/oder in ein Verteilergefäß und/ oder in eine Kokille und/oder in einen Gießstrahl erfolgen.

Ausführungsbei spie1

Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.

1· Nach dem Blasprozeß beträgt die Temperatur des Stahlbades in einem bodenblasenden Sauerstoffkonverter 1983 K mit folgender chemischer Zusammensetzung:

0,020 Masseprozent Kohlenstoff

Spuren Silizium 0,190 Masseprozent Mangan 0,043 Masseprozent Phosphor 0,018 Masseprozent Schwefel.

Nach dem Abschlacken wird die Schmelze mit 11,8 kg Ferromangan carbur§ je Tonne Stahl im Konverter vordesoxydiert. 10 Minuten vor dem Abstich werden in eine warme Gießpfanne 1,8 kg grobstückiges Bortrioxid pro Tonne Stahl zugesetzt. Beim Abstich werden in die Pfanne je .Tonne Stahl

7,1 kg Perromangan carbure (feinstückig)

3.1 kg Schwefelblüte

1.2 kg Raffinationsmittel

zugegeben.

Die erzielte Pertiganalyse von

0,1000 Masseprozent Kohlenstoff 0,0200 Masseprozent Silizium 1,1100 Masseprozent Mangan 0,0620 Masseprozent Phosphor O,,316O Masseprozent Schwefel 0,0040 Masseprozent Stickstoff 0,0076 Masseprozent Bor (säurelöslich)

liegt im Soll-Analysenbereich der Stahlmarke 9SMnB28.

2· In einem bodenblasenden Sauerstoffkonverter beträgt die Temperatur des Stahlbades nach dem Blasprozeß 1973 K mit folgender chemischer Zusammensetzung:

0,040 Masseprozent Kohlenstoff

Spuren Silizium 0,250 Masseprozent Mangan 0,047 Masseprozent Phosphor 0,020 Masseprozent Schwefel.

Nach dem Abschlacken wird die Schmelze mit 7,9 kg Perromangan carbure je Tonne Stahl vordesoxydiert· Beim Abstich werden in die Pfanne je Tonne Stahl

11,0 kg Perromangan carbure*

(feinstückig) 3,7 kg Schwefelblüte

1,2 kg Raffinationsmittel zugegeben*

Bei einer Gießtemperatur von 1853 K v/erden 2 kg Borsäure (H„BO„) je Tonne Stahl pulverförmig in den Gießstrahl von Gießbeginn bis 2/3 Kokillenfüllung legiert« Damit wird folgende, der Stahlmarke 9SMnB28 entsprechende Fertiganalyse erzielt:

0,1100 Masseprozent Kohlenstoff 0,0200 Masseprozent Silizium 1,0400 Masseprozent Mangan

0,0420 Masseprozent Phosphor 0,2510 Masseprozent Schwefel 0,0050 Masseprozent Stickstoff 0,0046 Masseprozent Bor (säurelöslich).

Die Verbesserung der Zerspanbarkeit von Automatenstahl der nach den beschriebenen Verfahren mit Bor mikrolegiert wurde, kann mit einem Komplex-Kurzprüfverfahren nachgewiesen werden· Die nach dem Schnittgeschwindigkeitssteigerungsverfahren ermittelten Erliegeschnittgeschwindigkeitsmeßwerte ν und die beim Drehen gemessenen Mittenrauhwerte Ra der Beispielchargen unterscheiden sich deutlich von den Mittelwerten der Basisstahlmarke 9SMn28 (Tabelle 1).

Tabelle 1: Ergebnisse bei der Messung der Erliegeschnittgeschwindigkeit v_ und des Mittenrauhwertes Ra (Drehen)

.Ei

, -1

Stahlmarke Bemerkung ν /*"m . min" J Ra Γΐι in 7

9SMn28	Stahlmarken-	129	2,04
	Mittelwert
9SMnB28	1. Beispiel	145	1,74
	charge
9SMnB28	2e Beispiel	148	1,48
	charge

Claims (4)

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen Borverbindungen, insbesondere mit Bor-Sauerstoff-Verbindungen, gekennzeichnet dadurch, daß die Bor-Sauerstoff-Verbindungen einer Stahlschmelze in ein Schmelzaggregat und/oder in eine Abstichrinne und/oder in eine Stahlpfanne und/oder in eine Kokille und/oder in ein Verteilergefäß in einer Menge bis zu 3,0 kg pro Tonne Stahl, vorzugsweise in einer Menge von 1,0 bis 2,0 kg pro Tonne Stahl zur Erreichung eines Gesamtborgehaltes im Stahl von 30 bis 160 ppm bei einem säurelöslichen Anteil von mindestens 90 % des Gesamtborgehaltes zugegeben werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Bor-Sauerstoff-Verbindungen Bortrioxid und/oder Borsäure beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 10 bis 50 mm vor dem Abstich in eine warme Gießpfanne und/ oder beim Abstich der Stahlschmelze in die Abstichrinne und/oder in die Gießpfanne zugegeben werden.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Bortrioxid und/oder die Borsäure in beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 5 bis 20 mm mittels Schwerkraft in die Kokille und/oder beim fallenden oder steigenden Guß sowie beim Strangguß dem Gießstrahl zugegeben v/erden.

4« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Bortrioxid und/oder die Borsäure in Pulverform beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 60 bis 500/um mittels einer Injektionsvorrichtung bekannter Bauart in das Stahlbad der Gießpfanne und/oder in das Verteilergefäß und/oder in eine Kokille und/oder in einen Gießstrahl eingeblasen werden«