DD158257B2

DD158257B2 - METHOD FOR MICRO ALLOYING AUTOMATED STEEL USING FERRO ALLOYS

Info

Publication number: DD158257B2
Authority: DD
Publication date: 1984-02-22

Description

Title of the invention

Verfahren zum Mikrolegieren топ Automatenstahl unter Verwendung von FerrolegierungenMethod for microalloying free-cutting steel using ferroalloys

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl unter Verwendung von Ferrolegierungen, insbesondere von Perrobor nach DD. — PS 148 962The invention relates to a method for microalloying free cutting steel using ferroalloys, in particular perroboron according to DD. - PS 148 962

Characteristic of the known technical readings

Als Automatenstähle werden solche Stähle bezeichnet, die mit sogenannten Spanbrecherelementen legiert sind.Free-cutting steels are steels which are alloyed with so-called chipbreaker elements.

Zu den Spanbrecherelementen ist in erster Linie Schwefel zu rechnen·The chipbreaker elements are primarily sulfur. ·

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.These elements are either no connection, are practically insoluble in the iron matrix and are deposited as metallic inclusions in the steel or form compounds such. B * Sulfur with manganese, which is deposited as desired non-metallic inclusions in the steel.

Die durch die eingebrachten Einschlüsse bewirkten Veränderungen im Spanbildungsmechanismus und in den Kontaktbedingungen Span/ Werkzeug rufen eine Verbesserung der Zerspanbarkeit durch Kurz-The changes in the chip formation mechanism caused by the incorporated inclusions and in the contact conditions chip / tool call for an improvement in the machinability by means of short-term machining.

brüchigkeit der Späne, Verminderung des Werkzeugverschlelßes und Reduzierung der Schnittkräfte hervor.Fragility of the chips, reduction of Werkzeugverschlelßes and reduction of cutting forces.

Eine bessere Zerspanbarkeit ist erreichbar, wenn gemäß den US-Erfindungsbeachreibungen Nr. 2 197 259, Nr. 2 182 785 oder STr. 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.Improved machinability is achievable when, according to US Patent Specification Nos. 2,197,259, No. 2,182,785, or STr. 259 342 lead is alloyed as a chip breaker element. Machining excellence is made possible if, in addition to sulfur, and lead, an alloy of the steel with the special chipbreaker elements bismuth, selenium or tellurium according to the invention specifications FR - PS - 1 219 601, GB - PS - 1 020 423 and US - PS - 3 152 890 he follows.

Außer Schwefel haben, die genannten Legierungselemente, inabesondere 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 Haumluft an den Arbeitsplätzen in der Metallurgie überschritten, was zu Produktionsbeschränkungen bei der Herstellung dieser Stähle führt«In addition to sulfur, the above alloying elements, especially lead, have the disadvantage of producing toxic fumes in the alloying, heat treating and thermoforming processes of the steel. Despite the use of suction devices, the permissible levels of these elements or their compounds in the blown air at the workplaces are often high exceeded in metallurgy, which leads to production restrictions in the production of these steels «

Der Zusatz von Mikrolegierungselementen ist vorwiegend zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Bau-, Einsatz- und Vergütungsstählen bekannt· Es ist aber auch bei Automatenatählen nach den US-Erfindungsbeschreibungen Nr. 2 388 214 und Nr* 2 388 215 eine Iiikrоlegierung 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 ED-PS- 129 664 bezieht sich auf einen höhergeschwefelten, mit Bor mikrolegierten Weichautomatenstahl·The addition of micro-alloying elements is known primarily for improving the mechanical properties of construction, insert and tempering steels. However, it is also a case of automatic counting in accordance with US Patent Specification Nos. 2,388,214 and 2,888,215 that a nickel alloy with boron is used for improving the Machinability known, according to which the addition of boron in the form of perroboron takes place with a boron content of 10 to 20 percent by mass. Also, the ED-PS 129 664 refers to a high-sulfur, boron microalloyed soft-machining steel ·

Über den vorgenannten Stand der Technik hinausgehende konkrete Angaben zum Wesen der Herateilungstechnologie eines Automatenstahles mit Bor als Spanbrecherelement werden in der ΏΏ -PS. 148 962 beschrieben.Beyond the aforementioned state of the art concrete information on the nature of the Herateilungstechnologie a free cutting steel with boron as a chip breaker element in the ΏΏ -PS. 148 962 described.

Danach erfolgt die Mikrolegierung zweckmäßig durch Zugabe топ Perrobor in einer Menge bis zu 2,0 kg pro Tonne Flüssigstahl, der einen aktiven Sauerstoffgehalt von mindestens 0,02 Masse— prozent 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«Thereafter, the microalloying is conveniently carried out by adding perroboron in an amount of up to 2.0 kg per ton of liquid steel having an active oxygen content of at least 0.02% by mass, in a smelting unit and / or in a tapping tray and / or in a Steel pan and / or in a mold to represent at least 70 % of the total boron content as an acid-soluble fraction at a total boron content of 0.004 to 0.016% by mass.

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·The prior art does not disclose information describing production of non-metallic inclusions of defined composition based on microbialation with boron, which are finely dispersed in the finished steel and which bring about improvements in machinability through changes in chip formation mechanism and chip / tool contact conditions ·

Object of the invention

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 Wärmebs— handlungstechnologien gezielt nichtmetallische Spanbrechereinschlüsse mit zerspanungstechnisch günstigen Eigenschaften und günstiger Verteilung zu erzeugen«The object of the invention is to use a method for microalloying free cutting steel with boron, which makes it possible, by observing prescribed intervals of boron, manganese and sulfur content and prescribed heat treatment technologies, to selectively produce non-metallic chip breaker inclusions with favorable machining properties and favorable distribution "

Explanation of the essence of the invention

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·The invention is based on the object by a suitable microalloying with boron in conjunction with an optimal management of the melting process and the final heat treatment to improve the machinability of sulfur-alloyed free-cutting steels so that approximately the performance characteristics of the known sulfur-leaded free cutting steels are achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der spezifische Einsatz von Ferrolegierungen, insbesondere von Ferrornangan neben Perrobor ao 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·According to the invention the object is achieved in that the specific use of ferroalloys, in particular of ferron manganese is chosen in addition to Perrobor ao that with respect to the content of not bound to sulfur manganese values of not more than 0.9 percent by mass, preferably 0.3 to 0.5 percent by mass to be discontinued. Nitrogen contents should be set below 0.008% by mass, preferably below 0.006% by mass, in the steel.

Beispielsweise für Stähle zur kombinierten Innen- und Außenzerspanung beträgt der Perroborzusatz 0,4 bis 1,0 kg pro Tonne PlÜssigstahl, um einen Borgehalt zwischen 0,0010 und 0,0070 Masseprozent einzustellen, wodurch bei einer mehr als 0,5-* stündigen Wärmebehandlung im femperaturgebiet zwischen 1200 Grad C und 1350 Grad C im Stahl Oxidausscheidungen mit 30 bis 50 Masaeprozent Bortrioxid erzeugt werden·For example, for combined internal and external cutting steels, the perroboride additive is 0.4 to 1.0 kg per ton of mild steel to adjust a boron content of between 0.0010 and 0.0070 percent by weight, resulting in more than 0.5 hour heat treatment in the temperature range between 1200 degrees C and 1350 degrees C in the steel oxide precipitates are generated with 30 to 50 mass% boron trioxide ·

Pur Stähle, die durch reine Außenzerspanung bearbeitet werden, beträgt der Ferroborzusatz 1,0 bis 1,6 kg pro Tonne Plüssigstahl, 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«For pure steels processed by pure external machining, the ferroboron addition is 1.0 to 1.6 kg per tonne of pliable steel to set a boron content of between 0.0070 and 0.0130 mass%, thus providing greater than 0.5% final heat treatment Hours lasting at a temperature above 950 degrees C with subsequent rapid cooling to a temperature below 600 degrees C in the steel Oxide precipitations with more than 70 percent by mass boron trioxide are produced «

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·The boron oxide-containing oxide non-metallic inclusions are due to their relatively low melting point of about 800 degrees C, with softening already occurs at lower temperatures, once as a chip breaker and on the other hand cause both by changing the contact conditions between chip and tool as well as by changes in the chip forming mechanism, a reduction the specific cutting forces and an improvement of the surface quality of the workpiece ·

Embodiment ·

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausfüarungsbeispiel mit zwei Tabellen näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment with two tables:

Nach dem Blasprozeß in einem bodenblasenden Sauerstoffkonverter mit flüssigem Roheisen als Hauptbestandteil des metallischen Einsatzes, beträgt die Temperatur des Stahlbaues 1685 Grad C und seine chemische Zusammensetzung:After the blowing process in a bottom-blowing oxygen converter with molten pig iron as the main constituent of the metallic insert, the temperature of the steel construction is 1685 degrees C and its chemical composition:

0,030 Masseprozent Kohlenstoff Spuren Silizium0.030 mass% carbon traces silicon

0,120 Masseprozent Mangan 0,041 Masseprozent Phosphor 0,053 Masseprozent Schwefel0.120 mass% manganese 0.041 mass% phosphorus 0.053 mass% sulfur

Rest Eisen, Spurenelemente und herstellungsbedingte Verunreinigungen.Remaining iron, trace elements and production-related impurities.

Uach dem Abschlacken wird die Schmelze mit 12,0 kg Ferromangan carbure pro Tonne Stahl im Konverter vordesoocydiert· Beim Abstich werden in die Pfanne nach 1/3 Pfannenfüllung je Tonne StahlAfter the slagging, the melt with 12.0 kg Ferromangan carbure per ton of steel is pre-desorbed in the converter · When tapping into the pan after 1/3 Pfannenfüllung per ton of steel

8,4 kg Perromangan carbure8.4 kg perromanganese carbure

3,2 kg Schwefelblüte3.2 kg sulfur bloom

0,6 kg Ferrobor (Borgehalt 17,5 Masseprozent) 1,2 kg Raffinationsmittel0.6 kg of ferroboron (boron content 17.5 mass%) 1.2 kg of refining agent

zugegeben.added.

Die erzielte Fertiganalyse vonThe achieved final analysis of

0,1300 Masseprozent Kohlenstoff O,O16O 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 Verunreinigungen0.1300 mass% carbon O, O16O mass% silicon 1.0000 mass% manganese 0.0550 mass% phosphorus 0.3030 mass% sulfur 0.0040 mass% nitrogen 0.0043 mass% boron (total) balance Iron, trace elements and manufacturing impurities

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.is within the target analysis range of the steel brand 9SMnB28. The content of manganese not bound to sulfur is 0.48 mass% · The whole boron is practically in acid soluble form.

40 Minuten nach dem Ende des Vergießens werden Block und Kokille entformt· Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung der Blöcke in herkömmlichen Tiefofenanlagen mit einer Dauer von 2 Stunden bei einer Ofenraumtemperatur von 1250 Grad C·Block and mold are removed from the mold 40 minutes after the end of potting. This is followed by a heat treatment of the blocks in conventional deep-furnace plants with a duration of 2 hours at a furnace chamber temperature of 1250 ° 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.The control of the result of the inventive melting and alloying technology firstly by measuring the specific main cutting force when turning at a speed of 80 meters per minute, a feed of 0.1 millimeters per revolution and a depth of cut of 2.0 millimeters and a carbide insert as a tool and secondly, by determining the average yield speed after the cutting rate increase process, the effects of lowering the specific cutting force (Table 1) and improving the wear performance (Table 2) were clearly compared to the corresponding test values of boron-free steels of otherwise nearly the same chemical composition.

Table 1

Ergebnisse der Messung der spezifischen Hauptschnittkrai't K₀1.0,1Results of the measurement of the specific major section K ₀ 1.0.1

Stahlmarke Bemerkung K₀ 1*0,1 (MPa)Steel mark Comment K ₀ 1 * 0,1 (MPa)

9SMn28 Stablmarkenmittelwert 2160 9SMnB28 Versuchscharge 20109SMn28 Stablmarktmittelwert 2160 9SMnB28 Trial batch 2010

Table 2

Ergebnis der Bestimmung der Erliegeschnittgeschwindigkeit Y^ Result of the determination of the seasonal cutting speed Y ^

Stahlmarke Bemerkung V_Steel brand remark V_

9SMn28 Stafalmarkenmittelwert9SMn28 Stafalmarkenmittelwert

9SMnB28 Verauchscharge9SMnB28 Verauchscharge

Claims

- f i i i i..:. ν. Oh

1 »TerrJv-lirea золі Llikroiegieren. of free-cutting steel using ferroalloys, in particular of jerrobor according to DE-PS 143 Эb2, characterized in that: 3 by combining the microalloying with boron with a final thermal treatment of more than 0.5 hours duration at temperatures between 950 and 1350 ⁰ G ira steel Oxide de-ionungo. with a defined content of boron trioxide: «

2. Method according to item 1, characterized in that the perroboron addition is 0.4 "to 1.0 kg per tonne of liquid steel in order to set a boron content of between 0.0010 and 0.0070% by mass, whereby at more than 0, 5 hour heat treatment in the temperature range between 1200 ⁰ C and 1350 ⁰ G in the steel Oxide precipitates are formed with 30 to 5 "O mass percent boron trioxide ·

3 * procedure after. Item 1, characterized in that the perroboron additive is T, .Q to 1.6 kg per (Bonne fluid steel to adjust a boron content between 0.0070 and 0.0130 mass%, whereby, in a final thermal treatment of more than 0.5 hours duration at a temperature above 950 ⁰ G with subsequent rapid cooling to a temperature below 600 ⁰ G in steel oxide precipitates are formed with more than 70 percent by mass boron trioxide ..