DD158257A2 - Verfahren zum mikrolegieren von automatenstahl unter verwendung von ferrolegierungen - Google Patents
Verfahren zum mikrolegieren von automatenstahl unter verwendung von ferrolegierungenInfo
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Abstract
Die Erfindung hat ein Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl unter Verwendung von Ferrolegierungen, insbesondere von Ferromangan und Ferrobor zum Gegenstand. Bei der Legierung mit Ferromangan wird der spezifische Zusatz so bemessen, dass eine obere Grenze des Gehaltes an nicht an Schwefel gebundenem Mangan eingehalten wird. Die Mikrolegierung mit Bor zur weiteren Verbesserung d. Zerspanbarkeit erfolgt durch Zugabe von Ferrobor mit einem B-Gehalt von 15 bis 20 Ma.-%. Es existieren zwei guenstige Bereiche fuer den B-Gehalt. Die Einstellg. d. gewuenschten B-Gehaltes geschieht durch d. spezifischen Zusatz Ferrobor. Ausser d. definierten Gehalten an Bor und Mangan ist eine gezielte Waermebehandlung zur Bildung gewuenschter borhaltiger Komplexoxide notwendig.
Description
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•i V '
Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl unter Verwendung von Ferrolegierungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl unter Verwendung von Ferrolegierungen, insbesondere von Ferrobor nach DD - PS 148 962 ·
Als Automatenstähle werden solche Stähle bezeichnet, die mit eogenannten Spanbrecherelementen legiert sind.
Zu den Spanbrecherelementen ist in erster Linie Schwefel zu rechnen.
Diese Elemente gehen entweder keine Verbindung ein, sind in der Eisengrundmasse praktisch unlöslich und lagern sich als metallische Einschlüsse im Stahl ein oder bilden Verbindungen, wie z. B. Schwefel mit Mangan, die sich als gewünschte nichtmetallische Einschlüsse im Stahl einlagern·
Die durch die eingebrachten Einschlüsse bewirkten Veränderungen im Spanbildungsmechanismus und in den Kontaktbedingungen Span/ Werkzeug rufen eine Verbesserung der Zerspanbarkeit durch Kurz-
brüchigkeit der Späne, Verminderung des Werkzeugverschleißes und Reduzierung der Schnittkräfte hervor.
Eine bessere Zerspanbarkeit ist erreichbar, wenn gemäß den US-Erfindungsbeschreibungen Nr. 2 197 259, Nr. 2 182 785 oder Nr. 259 342 Blei als Spanbrecherelement zulegiert wird. Spitzenleistungen der Zerspanbarkeit werden ermöglicht, wenn neben Schwefel und Blei eine Legierung des Stahles mit den Sonderspanbrecherelementen Wismut, Selen oder Tellur nach den Erfindungsbeschreibungen FR - PS - 1 219 601, GB - PS - 1 020 423 und US - PS - 3 152 890 erfolgt.
Außer Schwefel haben die genannten Legierungselemente, insbesondere Blei, den Nachteil, daß beim Legierungs-, Wärmebehandlungs- und Warmformgebungsprozeß 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, was zu Produktionsbeschränkungen bei der Herstellung dieser Stähle führt.
Der Zusatz von Mikrolegierungselementen ist vorwiegend zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Bau-, Einsatz- und Vergütungsstählen bekannt. Es ist aber auch bei Automatenetählen nach den US^Erfindungsbeschreibungen Nr. 2 388 214 und Nr. 2 388 215 eine Mikrolegierung mit Bor zur Verbesserung der Zerspanbarkeit bekannt, wonach die Zugabe von Bor in Form von Perrobor mit einem Borgehalt von 10 bis 20 Masseprozent erfolgt. Auch die DU - PS - 129 664 bezieht sich auf einen höhergeschwefelten, mit Bor mikrolegierten Weichautomatenstahl.
Über den vorgenannten Stand der Technik hinausgehende konkrete Angaben zum Wesen der Herstellungstechnologie eines Automatenstahles mit Bor als Spanbrecherelement werden in der DD - PS 148 962 beschrieben*
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Danach erfolgt die Mikrolegierung zweckmäßig durch Zugabe von Ferrobor in einer Menge bis zu 2,0 kg pro Tonne Flüssigstahl, der einen aktiven Sauerstoffgehalt von mindestens 0,02 Masseprozent aufweist, in ein Schmelzaggregat und/oder in eine Abstichrinne und/oder in eine Stahlpfanne und/oder in eine Kokille, um bei einem Gesamtborgehalt von 0,004 bis 0,016 Masseprozent mindestens 70 % des Gesamtborgehaltes als säurelöslichen Anteil darzustellen·
Der Stand der Technik offenbart keine Angaben, die eine Erzeugung von nichtmetallischen Einschlüssen mit definierter Zusammensetzung, die fein verteilt im fertigen Stahl vorliegen und durch Veränderungen im Spanbildungsmechanismus und der Kontaktbedingungen Span/Werkzeug eine Verbesserung der Zerspanbarkeit bewirken, auf der Grundlage der Mikrolegierung mit Bor "beschreiben·
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Mikrolegierung von Automatenstahl mit Bor anzuwenden, das es ermöglicht, durch Einhaltung vorgeschriebener Intervalle des Bor-, Mangan- und Schwefelgehaltes sowie vorgeschriebener Wärmebehandlungstechnologien gezielt nichtmetallische Spanbrechereinschlüsse mit zerspanungstechnisch günstigen Eigenschaften und günstiger Verteilung zu erzeugen·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete Mikrolegierung mit Bor in Verbindung mit einer optimalen Führung des Schmelzprozesses und der abschließenden Wärmebehandlung die Zerspanbarkeit von schwefellegierten Automatenstählen so zu verbessern, daß annähernd die Gebrauchseigenschaften der bekannten Schwefel-Blei-legierten Automatenstähle erreicht werden·
Erfindungegeraäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der spezifische Einsatz von Ferrolegierungen, insbesondere von Ferromangan neben Ferrobor so gewählt wird, daß bezüglich des Gehaltes an nicht an Schwefel gebundenem Mangan Werte von maximal 0,9 Masseprozent, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 Masseprozent, eingestellt werden* Dabei sollen Stickstoffgehalte unter 0,008 Masseprozent, vorzugsweise unter 0,006 Masseprozent, im Stahl eingestellt werden·
Beispielsweise für Stähle zur kombinierten Innen- und Außenzerspanung beträgt der Perroborzusatz 0,4 bis 1,0 kg pro Tonne Flüssigstahl, um einen Borgehalt zwischen 0,0010 und 0,0070 Masseprozent einzustellen, wodurch bei einer mehr als 0,5-stündigen Wärmebehandlung im Temperaturgebiet zwischen 1200 Grad C und 1350 Grad C im Stahl Oxidausscheidungen mit 30 bis 50 Masseprozent Bortrioxid erzeugt werden·
Für Stähle, die durch reine Außenzerspanung bearbeitet werden, beträgt der Ferroborzusatz 1,0 bis 1,6 kg pro Tonne Flüssigstahl, um einen Borgehalt zwischen 0,0070 und 0,0130 Masseprozent einzustellen, wodurch bei einer abschließenden Wärmebehandlung von mehr als 0,5 Stunden Dauer bei einer Temperatur oberhalb 950 Grad C mit nachfolgender schneller Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb 600 Grad C im Stahl Oxidausscheidungen mit mehr als 70 Masseprozent Bortrioxid erzeugt werden·
Die Bortrioxid enthaltenden oxidischen nichtmetallischen Einschlüsse dienen infolge ihres relativ niedrigen Schmelzpunktes von etwa 800 Grad C, wobei ein Erweichen bereits bei niedrigeren Temperaturen eintritt, einmal als Spanbrecher und bewirken andererseits sowohl durch Veränderung der Kontaktbedingungen zwischen Span und Werkzeug als auch durch Veränderungen im Spanbildungsmechanismus eine Reduzierung der spezifischen Schnittkräfte und eine Verbesserung der Oberflächengüte des Werkstückes·
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Ausführungsbeigpiel
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel mit zwei Tabellen näher erläutert werden:
Nach dem Blasprozeß in einem bodenblasenden Sauerstoffkonverter mit flüssigem Roheisen als Hauptbestandteil des metallischen Einsatzes, beträgt die Temperatur des Stahlbades 1685 Grad C und seine chemische Zusammensetzung:
0,030 Masseprozent Kohlenstoff Spuren Silizium
0,120 Masseprozent Mangan 0,041 Masseprozent Phosphor 0,053 Masseprozent Schwefel
Rest Eisen, Spurenelemente und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
Nach dem Abschlacken wird die Schmelze mit 12,0 kg Perromangan carbure pro Tonne Stahl im Konverter vordesoxydiert. Beim Abstich werden in die Pfanne nach 1/3 Pfannenfüllung je Tonne Stahl
8,4 kg Perromangan carbure
3,2 kg Schwefelblüte
0,6 kg Perrobor (Borgehalt 17,5 Masseprozent) 1,2 kg Raffinationsmittel
zugegeben.
Die erzielte Fertiganalyse von
0,1300 Masseprozent Kohlenstoff O,O16Ö Masseprozent Silizium 1,0000 Masseprozent Mangan 0,0550 Masseprozent Phosphor 0,3030 Masseprozent Schwefel 0,0040 Masseprozent Stickstoff 0,0043 Masseprozent Bor (gesamt) Rest Eisen, Spurenelemente und herstellungsbedingte Verunreinigungen
liegt im Soll-Analysenbereich der Stahlmarke 9SMnB28· Der Gehalt an nicht an Schwefel gebundenem Mangan beträgt 0,48 Masseprozent* Das gesamte Bor liegt praktisch in säurelöslicher Form vor·
40 Minuten nach dem Ende des Vergießens werden Block und Kokille entformte Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung der Blöcke in herkömmlichen Tiefofenanlagen mit einer Dauer von 2 Stunden bei einer Ofenraumtemperatur von 1250 Grad C·
Die Kontrolle des Ergebnisses der erfindungsgemäßen Schmelz- und Legierungstechnologie erstens durch Messung der spezifischen Hauptschnittkraft beim Drehen bei einer Geschwindigkeit von 80 Meter pro Minute, einem Vorschub von 0,1 Millimeter pro Umdrehung und einer Schnittiefe von 2,0 Millimeter und einer Hartmetallwendeplatte als Werkzeug und zweitens durch Bestimmung der Erliegeschnittgeschwindigkeit nach dem Schnittgeschwindigkeitssteigerungsverfahren ergab deutlich die Effekte der Absenkung der spezifischen Schnittkraft (Tabelle 1) und der Verbesserung des Verschleißverhaltens (Tabelle 2) im Vergleich zu den entsprechenden Prüfwerten von borfreien stählen mit sonst annähernd der gleichen chemischen Zusammensetzung«
4 b J {^ J J I
Ergebnisse der Messung der spezifischen Hauptschnittkraft K0 1.0,1
| Stahlmarke | Bemerkung | Kg 1.0,1 | (MPa) |
| 9SMn28 9SMnB28 | Stahlmarkenmittelwert Versuchscharge | 2160 2010 | |
| Tabelle 2 |
Ergebnis der Bestimmung der Erliegeschnittgeschwindigkeit V„
Stahlmarke Bemerkung Y-
Xi
9SMn28 Stahlmarkenmittelwert 129 ) 9SMnB28 Versuchscharge 145
Claims (4)
1· Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl unter Verwendung von Ferrolegierungen, insbesondere von Perrobor, nach DD - PS 143 962 , gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Einsatz der Ferrolegierungen, insbesondere von Ferromangan neben Ferrobor so gewählt wird, daß bezüglich des Gehaltes an nicht an Schwefel gebundenem Mangan Werte von maximal 0,9 Masseprozent, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 Masseprozent, eingestellt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Stickstoffgehalte unter 0,008 Masseprozent, vorzugsweise unter 0,006 Masseprozent, im Stahl eingestellt werden·
3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ferroborzusatz 0,4 bis 1,0 kg pro Tonne Flüssigstahl beträgt, um einen Borgehalt zwischen 0,0010 und 0,0070 Masseprozent einzustellen, wodurch bei einer mehr als 0,5 stündigen Wärmebehandlung im Temperaturgebiet zwischen 1200 0C und 1350 °C im Stahl Oxidausscheidungen mit 30 bis 50 Masseprozent Bortrioxid gebildet werden·
4· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ferroborzusatz 1,0 bis 1,6 kg pro Tonne Flüssigstahl beträgt, um einen Borgehalt zwischen 0,0070 und 0,0130 Masseprozent einzustellen, wodurch bei einer abschließenden Y/ärmebehandlung von mehr als 0,5 Stunden Dauer bei einer Temperatur oberhalb 950 0C mit nachfolgender schneller Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb 600 0C im Stahl Oxidausscheidungen mit mehr als 70 Masseprozent Bortrioxid gebildet werden·
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