DD250953A1 - Automatenstahl mit weichmagnetischen eigenschaften - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Automatenstahl mit weichmagnetischen Eigenschaften, der eine gute Umformbarkeit, Zerspanbarkeit und Magnetisierbarkeit besitzt. Der erfindungsgemaesse Stahl eignet sich besonders fuer die Herstellung von magnetisierbaren Konstruktionselementen, wie z. B. Gehaeusen und Kernen fuer Magnetventile. Es ist das Ziel der Erfindung, die weichmagnetischen Eigenschaften von umformbarem Einsatz-Automatenstahl so zu verbessern, dass eine oekonomische Fertigung von Magnetbauteilen moeglich ist. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein niedriggekohlter umformbarer Automatenstahl zusaetzlich mit Si, Al, Ni und Co legiert wird. Darueber hinaus sind Mikrolegierungsgehalte an Ca, B, Ba und Na erforderlich.

Description

gekennzeichnet dadurch, daß dieser zusätzlich

0,005 bis 0,100 Ma.-% Aluminium 0,05 bis 0,40 Ma.-% Nickel 0,05 bis 0,40 Ma.-% Chrom und 0,005 bis 0,15 Ma.-% Kobalt

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen

enthält.

2. Automatenstahl mit weichmagnetischen Eigenschaften nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß dieser zusätzlich

0,0002 bis 0,0020 Ma.-% Natrium

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthält.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Automatenstahl mit weichmagnetischen Eigenschaften, der aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung gute Umformbarkeit, Zerspanbarkeit und Magnetisierbarkeit besitzt.

Der erfindungsgemäße Stahl eignet sich besonders für die Herstellung von magnetisiserbaren Konstruktionselementen wie z.B. Gehäusen und Kernen für Magnetventile, für deren Fertigung die genannten Gebrauchseigenschaften eine wichtige Voraussetzung sind. Als hauptsächliche Anwender kommen die Elektronik, die Hydraulik- und Pneumatikindustrie sowie die Normteilindustrie in Frage.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zum bekannten Stand derTechnik gehören Weichautomatenstähle mit ausgezeichneter Zerspanbarkeit aber schlechter Umformbarkeit und schlechter Magnetisierbarkeit, umformbare Automatenstähle mit kombinierten Zerspanungs- und Umformeigenschaften bei mäßiger Magnetisierbarkeit und elektrotechnische Stähle mit weichmagnetischem Verhalten, aber extrem schlechter Zerspanbarkeit.

Ein niedriglegierter Eisenwerkstoff, der die für moderne Fertigungsverfahren wünschenswerte Kombination von spanloser Umformbarkeit, Zerspanbarkeit und Magnetisierbarkeit optimal in sich vereinigt, ist nicht bekannt.

Lediglich die SU-EB beschreibt einen Automatenstahl mit 0,10 bis 0,60Ma.-% C, 0,60 bis 1,40Ma.-% Mn, 0,15 bis 0,40Ma.-% Si, 0,02 bis 0,10Ma.-% P, 0,03 bis 0,20Ma.-% S, 0,002 bis 0,004Ma.-% Ca und 0,002 bis 0,010Ma.-% Ba. Hinsichtlich der Umformbarkeit sind bei niedrigen Mn-oder hohen S-Gehalten Probleme zu erwarten. Andererseits verhindert das Fehlen von Al, Ni und Co hohe Werte für die magnetische Induktion. Die hohen Si-Gehalte sind für eine gute Zerspanbarkeit ungeeignet.

Ein umformbarer Automatenstahl ist Gegenstand der DD-EB 213453. Dieser Stahl enthält nur max. 0,10 Ma.-% Si und kein Al, Ni und Co, weshalb nur eine mäßige Magnetisierbarkeit erzielt wird.

Die japanische Erfindungsbeschreibung 59-232258 befaßt sich mit einem korrosionsbeständigen, weichmagnetischen Automatenstahl, der durch C + Ng 0,02%, Si + Al S 3,5%, Ti = 0,1 bis 0,6%, Cr = 5 bis 15%, Mn S 0,4%, S S 0,03% und Pb = 0,05 bis 0,25% charakterisiert ist. Von großem Nachteil ist die Verwendung des toxischen Spanbrecherelementes Blei.

Schließlich enthält die US-EB 3647425 die chemische Zusammensetzung eines Automatenstahles auf der Basis der Legierungskombination Ca, Si, Al, S, die auch weichmagnetisches Verhalten zur Folge hat. Allerdings verhindert der geringe S-Gehalt von max. 0,15Ma.-% eine ausreichend gute Zerspanbarkeit.

Die Mangel des Standes derTechnik bestehen demzufolge darin, daß die bekannten umformbaren Automatenstähle ungenügende weichmagnetische Eigenschaften und die weichmagnetischen Automatenstähle unzureichende Spanungseigenschaften besitzen bzw. toxische Legierungselemente enthalten.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die weichmagnetischen Eigenschaften von umformbarem Automatenstahl so zu verbessern, daß eine ökonomische Fertigung von Magnetbauteilen durch Umformung und Zerspanung möglich ist. Der erfindungsgemäße Stahl ermöglicht es, unter Vermeidung der Nachteile des Standes derTechnik, klassische Magnetwerkstoffe mit schlechter Zerspanbarkeit abzulösen, wodurch eine beträchtliche Steigerung der Arbeitsproduktivität erreicht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl unter Verwendung nichttoxischer Legierungselemente kostengünstig herzustellen, der sowohl gute Umforrn- und Spanungseigenschaften als auch ein ausgezeichnetes weichmagnetisches Verhalten (hohe magnetische Induktion bei niedriger Koerzitivfeldstärke) besitzt. Die Nachteile der bekannten Stähle wie schlechte Magnetisierbarkeit der Automatenstähle und schlechte Zerspanbarkeit der Magnetwerkstoffe bzw. der konventionellen Konstruktionsstähle werden durch die Erfindung beseitigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein niedriggekohlter umformbarer Automatenstahl zusätzlich mit Aluminium, Nickel und Kobalt legiert und sein Si-Gehalt erhöht wird. Darüber hinaus sind Mikrolegierungsgehalte Ca, B, Ba und Na erforderlich. Der erfindungsgemäße Stahl weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,30 Ma.-% auf. Der Si-Gehalt wird auf 0,05 bis 0,30 Ma.-% erhöht, um die mag netischen Eigenschaften zu verbessern. Der M n-Geha It liegt zwischen 0,90 und 1,50Ma.-%, wobei hierein Kompromiß zwischen U mform barkeit und Magnetisierbarkeit angestrebt wird. Der P-G ehalt wird auf 0,070 Ma. -% begrenzt. Der S-Gehalt bewegt sich zwischen 0,150 und 0,300 Ma.-%. Im Interesse guter weichmagnetischer Eigenschaften sind noch folgende Legierungsgehalte notwendig: .

Al = 0,005 bis 0,100 Ma.-%

Ni = 0,05 bis 0,40 Ma.-%

Cr = 0,05 bis 0,40 Ma.-%

Co = 0,005bis0,15Ma.-%

Die hohen Si- und Al-Gehalte machen es erforderlich, daß Mikrolegierungsgehalte von

0,0002 bis 0,0050 Ma.-% Ca 0,0002 bis 0,0040 Ma.-% B 0,0002 bis 0,0020 Ma.-% Ba und 0,0002 bis 0,0020 Ma.-% Na

vorhanden sind, damit niedrigschmelzende Komplexoxide gebildet werden, um die Zerspanbarkeit zu verbessern.

Ausführungsbeispiel

In einem bodenblasenden Sauerstoffkonverter wird Roheisen gefrischt. Die nach dem Blasprozeß entnommene Vorprobe weist 0,20 Ma.-% Mn, 0,041 Ma.-% P und 0,023 Ma.-% S bei einer Temperatur von 1 685°C auf.

Nach Zugabe von FeMn, Schwefelblüte, CaAI, Al, FeSi in die Pfanne beim Abstich wird die Stahlschmelze in der Gießpfanne bei 1 56O⁰C mindestens 2min mit Inertgas gespült und anschließend vergossen.

In der Fertigprobe weist der erfindungsgemäße Stahl folgende Schmelzanalyse auf:

0,13 Ma.-% C, 0,15Ma.-% Si, 1,25Ma.-% Mn, 0,052 Ma.-% P, 0,221 Ma.-% S, 0,04Ma.-% Al, 0,22Ma.-% Ni, 0,16Ma.-% Cr, 0,017 Ma.-% Co, 0,0006 Ma.-% Ca, 0,0002 Ma.-% Ba, 0,0021 Ma.-% B.

Die Gehalte an Co, Ni und Cr werden durch Verwendung von legiertem Schrott erzielt.

Nach dem Gießen und Walzen erfolgt eine Probenahme, um anhand magnetischer Messungen die Auswirkung der erfindungsgemäßen chemischen Zusammensetzung auf Koerzitivfeldstärke H₀ und magnetische Induktion B zu ermitteln.

Die nachfolgende Tabelle gibt die Ergebnisse der Ringkern-Prüfung (bei H_max = 20A/cm) wieder:

Werkstoff .Br(kG) B_max(kG) H₀ (A/cm)

9 SMn 28 8,2 12,6 3,8

erfindungsgemäßerStahl 7,8 14,0 2,2

Der erfindungsgemäße Stahl zeichnet sich durch eine sehr niedrige Koerzititivfeldstärke H₀ und eine hohe maximale Induktion Bmaxaus. Die Remanenz B r liegt unter dem Vergleichswert von 9SMn 28 und läßt ein gutes Abschaltverhalten der aus.dem erfindungsgemäßen Stahl hergestellten Magnete erwarten

Sämtliche Magnetisierungskenngrößen zeigen eine Verbesserung gegenüber dem Basis-Automatenstahl 9SMn 28.

Claims (1)

1. Automatenstahl mit weichmagnetischen Eigenschaften mit der Grundzusammensetzung:

0,05 bis 0,30 Ma. -% Kohlenstoff
0,05 bis 0,30 Ma.-% Silizium
0,90 bis 1,50 Ma.-% Mangan
höchstens 0*070 Ma.-% Phosphor
0,150 bis 0,300 Ma.-% Schwefel
0,0002 bis 0,0050 Ma.-% Kalzium
0,0002 bis 0,0040 Ma.-% Bor
0,0002 bis 0,0020 Ma.-% Barium,