DE1242658B

DE1242658B - Process for the production of a free-cutting steel that is readily thermoformable

Info

Publication number: DE1242658B
Application number: DEJ22479A
Authority: DE
Inventors: Michael O Holowaty
Original assignee: Inland Steel Co
Current assignee: Inland Steel Co
Priority date: 1961-10-19
Filing date: 1962-10-08
Publication date: 1967-06-22

Description

Verfahren zur Herstellung eines gut warmverforinbaren Automatenstahles Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Automatenstahles und hat sich die Aufgabe gestellt, die Herstellung eines Automatenstahles unter Aufwendung geringer Kosten zu ermög-C C liehen, welcher neben guten mechanischen Festig keitseigenschaften und unter Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge auch gute Warmbearbeitungseigenschaften aufweist und somit ein hohes Ausbringen und einen geringen Ausschuß beim Walzen und sonstigen Bearbeitungsvorgängen in der Wärme aufweist.Method of making a good warmverforinbaren machines steel, the invention relates to a method for producing a machine steel and the task has found an automaton steel lent the production by expending less costs to made-C C which keitseigenschaften only good mechanical Festig and machinability by cutting tools also has good hot working properties and thus has a high yield and low scrap during rolling and other hot working processes.

Es ist bekannt, zur Erzielung guter Bearbeitungseigenschaften Schwefel und Tellur und/oder Selen bei der Herstellung von Stahl zu benutzen. Bekannte Stähle dieser Art hatten beispielsweise eine Zusammensetzung von 1,36 bis 5,0311/o Nickel, rund l0/0 'Chrom, 0,23 bis 0,560,'o Mangan, 0,18 bis (), M % Silizium, 0,1.8 bis 0,21 II/o Schwefel, 0,20 bis 1,75 % Selen bzw. 0,06 bis 0,26 % Tellur, während andere bekannte Stähle mit einem Cbromgehalt von 0,01 bis 1,31 1/o und Nickel bis 0,66 l,o einen Mangangehalt von 0,33%, einen Siliziumgehalt von 0,30 bis 3,2707u, einen Schwefelgehalt von 0,15 bis 0,190!o und einen Selengehalt von 0,275 II/c bzw. einen Tellurgehalt von 0,75% aufwiesen. Bekannte nickelfreie Stähle dieser Art hatten einen Gehalt an Mangan von 0,78 bis, 1,1107o, an Silizium von 0,25 bis 2,02%, an Schwefel von 0,02 bis 0,016%, an Selen von 0,09 bis 2,53% Lind einen Chromzusatz von 1,019/o.It is known to use sulfur and tellurium and / or selenium in the manufacture of steel in order to achieve good machining properties. Known steels of this type had, for example, a composition of 1.36 to 5.0311 / o nickel, around 10/0 'chromium, 0.23 to 0.560,' o manganese, 0.18 to (), M % silicon, 0, 1.8 to 0.21 II / o sulfur, 0.20 to 1.75% selenium or 0.06 to 0.26% tellurium, while other known steels with a chromium content of 0.01 to 1.31 1 / o and Nickel up to 0.66 l, a manganese content of 0.33%, a silicon content of 0.30 to 3.2707u, a sulfur content of 0.15 to 0.190! And a selenium content of 0.275 II / c or a tellurium content of 0.75%. Known nickel-free steels of this type had a manganese content of 0.78 to 1.1107%, silicon from 0.25 to 2.02%, sulfur from 0.02 to 0.016% and selenium from 0.09 to 2% , 53% and a chromium addition of 1.019 / o.

Die Herstellung derartiger Stähle war infolge der fehlenden Steuerung des Anteils der anderen Bestandteile im Verhältnis zum Selen- urd/oder Tellurgehalt und teilweise auch infolge des verhältnismäßig hohen Selen- und/oder Tellurgehaltes selbst wirtschaftlich nicht möglich, weil einmal schlechte Warmbearbeitungseigenschaften einen hohen Anfall an Schrott verursachten und die hohen Kosten der Zugabe von verhältnismäßig großen Mengen an Selen und/oder Tellur die Herstellung untragbar belasteten. Schließlich wies auch die Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge keineswegs ein Optimum auf.The manufacture of such steels was due to the lack of control the proportion of the other components in relation to the selenium or tellurium content and partly also due to the relatively high selenium and / or tellurium content Not even economically possible because of the poor hot working properties caused a large amount of scrap and the high cost of adding proportionately large amounts of selenium and / or tellurium placed an intolerable burden on production. In the end The machinability by cutting tools was also by no means optimal on.

Zur Lösun der ihr zugrunde liegenden Aufgabe 9 C wird bei der Erfindung die Herstellung eines gut warmverformbaren Automatenstahles, wobei ein Stahl mit einer Grundzusammensetzung aus maximal 1 % Kohlenstoff, 0,60 bis 1,65,0/u. Mangan sowie Schwefel, Tellur, Selen und Silizium, Rest mindestens 9011/o. Eisen, in der Welse ersclunolzen wird, dadurch erreicht, daß der Gehalt an Tellur und/oder Selen auf 0,02 bis 0,1011/o Tellur und/oder Selen begrenzt wird, der Schwefelgehalt derart gesteuert wird, daß 21 er den Gehalt an Tellur und/oder Selen gewichtsmäßia nicht übersteigt, wobei jedoch die Zahl der Schwefelatome höher bemessen wird als die Selen-und Telluratome und der Siliziumgehalt auf höchstens 0,05 ü/o begrenzt wird.In order to solve the problem on which it is based, 9 C , the invention involves the production of a free-cutting steel which is readily thermoformable, a steel having a basic composition of a maximum of 1 % carbon, 0.60 to 1.65.0 / u. Manganese as well as sulfur, tellurium, selenium and silicon, the remainder at least 9011 / o. Iron, in which catfish is melted, is achieved in that the tellurium and / or selenium content is limited to 0.02 to 0.1011 / o tellurium and / or selenium, the sulfur content is controlled in such a way that it increases the content Tellurium and / or selenium does not exceed by weight, but the number of sulfur atoms is measured to be higher than the selenium and tellurium atoms and the silicon content is limited to a maximum of 0.05% .

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden einerseits Schwefel, Tellur und/oder Selen als Zusätze zur Erstellung guter mechanischer Bearbeitungseigenschaften verwendet, jedoch in Grenzen, welche es sicherstellen, daß der hergestellte Stahl keine untragbare Warmsprödigkeit aufweist und nicht zu Rißbildungen in der Wärme neigt. Unter dem gleichen Gesichtspunkt wird der im Vergleich zu Selen und/ oder Tellur billigere Schwefelanteil begrenzt und darüber hinaus der Manganzusatz derart abgestimmt, daß sowohl Selen und/oder Tellur wie auch Schwefel nur als Mangan-Sulfide auftreten. Der Schwefelgehalt wird hierbei erfindungsgemäß derart gesteuert, daß er den Gehalt an Tellur und/oder Selen gewichtsmäßig nicht übersteigt, jedoch im molekularen überschuß gegenüber den Bestandteilen Tellur und/oder Selen im fertigen Stahl vorhanden ist.In the method according to the invention, on the one hand, sulfur, tellurium and / or selenium as additives to create good mechanical processing properties used, but within limits which ensure that the steel produced has no intolerable hot brittleness and does not cause cracking when exposed to heat tends. From the same point of view, the compared to selenium and / or Tellurium cheaper sulfur content is limited and, moreover, the addition of manganese in such a way agreed that both selenium and / or tellurium as well as sulfur only as manganese sulfides appear. According to the invention, the sulfur content is controlled in such a way that it does not exceed the content of tellurium and / or selenium in terms of weight, but in the molecular excess compared to the components tellurium and / or selenium in the finished product Steel is present.

Unter molekularem überschuß wird verstanden. daß in einem vorgegebenen Volumen oder einer vorgegebenen Stahlmenge die Gesamtzahl der Schwefelmoleküle die Gesamtzahl der Moleküle der erstgenannten Legierungsmetalle, nämlich Tellur und/oder Selen, in dem gleichen Volumen oder der gleichen Stahlmenge übertrifft. Zum besseren Verständnis der vorhergehender Ausführungen soll angenommen werden, daß eir Stahl Tellur und/oder Selen mit je 0,04 Gewichtsprozent beider Elemente enthält. Die Atomgewichte von Schwefel zu Tellur verhalten sich wie 32,07: 127,5 oder wie etwa 1:4, während sich die Atomgewichte von Schwefel zu Selen wie 32,7:79,2 oder wie etwa 2:5 verhalten. Entsprechend ergibt sich eine gleiche Anzahl von Schwefelmolekülen und Tellurrnolekülen, wenn Tellur 0,04Gewichtsprozent ausmacht und der Gewichtsanteil des Schwefels 0,01% beträgt. Eine gleiche Anzahl von Schwefel-und Selenmolekülen bei 0,04 Gewichtsprozent Selen ist dann vorhanden, wenn Schwefel 0,016 Gewichtsprozent ausmacht. Ein hinsichtlich der Anzahl von Molekülen einen Überschuß ergebender Gehalt an Schwefel liegt demnach gegenüber den genannten Gehalten an Tellur und Selen dann vor, wenn der Schwefel 0,03 Gewichtsprozent oder mehr ausmacht. Wird ein Gehalt von 0,04 Gewichtsprozent von Tellur oder Selen allein angenommen, überschreitet die Anzahl der Schwefelmoleküle von einem Gehalt von mehr als 0,02 Gewichtsprozent die angegebene Grenze.Molecular excess is understood to mean. that in a given volume or a given amount of steel, the total number of sulfur molecules exceeds the total number of molecules of the former alloy metals, namely tellurium and / or selenium, in the same volume or the same amount of steel. To better understand the previous embodiments, it is to be assumed that eir steel containing tellurium and / or selenium, each with 0.04 weight percent of both elements. The atomic weights of sulfur to tellurium are related to 32.07: 127.5 or about 1: 4, while the atomic weights of sulfur to selenium are related to 32.7: 79.2 or about 2: 5 . Correspondingly, there is an equal number of sulfur molecules and tellurium molecules if tellurium makes up 0.04% by weight and the proportion by weight of sulfur is 0.01%. An equal number of sulfur and selenium molecules at 0.04 percent by weight selenium is present when sulfur makes up 0.016 percent by weight. A content of sulfur resulting in an excess with regard to the number of molecules is accordingly present compared to the stated contents of tellurium and selenium when the sulfur makes up 0.03 percent by weight or more. If a content of 0.04 percent by weight of tellurium or selenium alone is assumed, the number of sulfur molecules exceeding the specified limit with a content of more than 0.02 percent by weight.

Obwohl der Schwefel hinsichtlich der Anzahl der Moleküle das Tellur und/oder Selen überwiegt, ist jedoch das Gewicht des Schwefels selbst nicht größer als das von Tellur und/oder Selen, die selbst nur in verhältnismäßig kleinen und daher den Stahl nicht verteuernden Mengen von höchstens 0,10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, vorhanden sind. Entsprechend liegt der Anteil von Schwefel und Tellur und/oder Selen am Gesamtgewicht verhältnismäßig niedrig, so daß auf diese Weise die Möglichkeit des Eintretens unerwünschter Begleiterscheinungen, wie z. B. Hitzesprödigkeit, die durch hohen Schwefel- und/oder Tellur- und.7oder Selengehalt hervorgerufen wird, vermindert wird. Um weiterhin die Möglichkeit des Auftretens von Hitzesprödigkeit zu verringern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Stahl einen Mangangehalt von nicht weniger als 0,60 Gewichtsprozent aufweist.Although the sulfur outweighs tellurium and / or selenium in terms of the number of molecules, the weight of the sulfur itself is not greater than that of tellurium and / or selenium, which itself is only in relatively small and therefore not more expensive quantities of at most 0 , 10 percent by weight based on total weight are present. Accordingly, the proportion of sulfur and tellurium and / or selenium in the total weight is relatively low, so that in this way the possibility of undesirable side effects, such as. B. Heat brittleness, which is caused by high sulfur and / or tellurium and.7 or selenium content, is reduced. In order to further reduce the possibility of heat brittleness occurring, the present invention provides that the steel have a manganese content of not less than 0.60 percent by weight.

Obwohl der erfindungsgemäße Stahl als wesentliches Merkmal verhältnismäßig geringe und daher die Kosten nur wenig beeinflussende Mengen von Tellur und/oder Selen und vorzugsweise noch gerin-"ere a Mengen an Schwefel enthält, um ihm auf diese Weise die gewünschte Bearbeitbarkeit zu verleihen, ist es fernerhin von wesentlicher Bedeutung, daß der Siliziumgehalt so gering ist, daß die durch die mengenmäßig geringen Zusätze von Schwefel, Tellur und Selen verbesserte Bearbeitbarkeit nicht wieder aufgehoben wird. Erfindungsgemäß ist daher weiter vorgesehen, daß der Stahl nicht mehr als 0,05 Gewichtsprozent Silizium aufweist, d. h., daß sein Siliziumaehalt zwischen 0 und 0,05 Gewichtsprozent liegt.Although the steel according to the invention contains relatively small amounts of tellurium and / or selenium and preferably even smaller amounts of sulfur as an essential feature, which therefore have little effect on costs, in order to give it the desired machinability in this way It is essential that the silicon content is so low that the improved machinability due to the small amounts of sulfur, tellurium and selenium added is not canceled out. According to the invention, it is therefore further provided that the steel does not contain more than 0.05 percent by weight silicon, i.e. that its silicon content is between 0 and 0.05 percent by weight.

t:> Dadurch, daß nur geringe Zusätze von Tellur und/ oder Selen innerhalb des genannten Bereiches zusammen mit einem Schwefelgehalt innerhalb der genannten Grenzen und ferner einem Siliziumzusatz von nicht mehr als 0,05 Gewichtsprozent sowie einem Mangangehalt von nicht weniger als 0,60 Gewichtsprozent verwendet werden, wird ein verhältnismäßig billiger Tellur und/oder Selen enthaltender Stahl erzielt, der leicht bearbeitbar ist und der nicht die nachteiligen Eigenschaften, wie z. B. Hitzesprödigkeit, aufweist, die sonst bei Stählen, die Tellur und/ oder Selen und/oder Schwefel enthalten, auftreten. Nachfolgend werden einige kennzeichnende Analysen für unlegierte Kohlenstoffstähle gegeben, bei denen die Anteile in Gewichtsprozenten ausgedrückt sind und bei denen die Anteile innerhalb der erfindungsgemäß angegebenen Grenzen liegen. Der Stahl besteht im übrigen aus Eisen und den bei handelsüblichem unlegierten Kohlenstoffstahl üblichen Verunreinigungen. Stahl 1 Stahl 11 Stahl III Stahl IV 0/0 0/0 0/0 C ........... 0,18 0,16 0,16 0,10 Mn .......... 0,75 0,70 0,65 0,60 P ............ 0,012 0,011 0,02 0,04 Si ........... 0,04 0,05 0,05 0,04 Te .......... 0,06 0,04 - 0,03 Se .......... 0,04 0,06 0,05 - S ........... 0,04 0,05 0,04 0,03 Molekulares Äquivalent von S ...... 129 144 200 400 Wie die obige Tafel zeigt, ist in allen Stählen Schwefel gegenüber Tellur und/oder Selen in rnolekularem Überschuß vorhanden. Gleichzeitig ergibt sich aber auch, daß das Gewicht des Schwefels das Gesamtgewicht von Tellur und/oder Selen nicht überschreitet, obwohl, wie gesagt, Schwefel in molekularem Überschuß gegenüber dem Tellur und/oder Selen vorliegt. Der molekulare Überschuß an Schwefel liegt bei den Stählen 111 und IV höher als 150%, wobei dieser letzte hohe molekulare Überschuß eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Das Gewicht des Schwefels ist bei den Stählen 1, Il und 111 geringer als das Gewicht von Tellur und/oder Selen.t:> Because only small additions of tellurium and / or selenium within the stated range together with a sulfur content within the stated limits and also an addition of silicon of no more than 0.05 percent by weight and a manganese content of no less than 0.60 percent by weight are used, a relatively cheap tellurium and / or selenium containing steel is obtained, which is easy to work and does not have the disadvantageous properties, such as. B. heat brittleness, which otherwise occur in steels containing tellurium and / or selenium and / or sulfur. Some characteristic analyzes for unalloyed carbon steels are given below, in which the proportions are expressed in percent by weight and in which the proportions are within the limits specified according to the invention. The steel also consists of iron and the impurities common to commercially available unalloyed carbon steel. Steel 1 Steel 11 steel III steel IV 0/0 0/0 0/0 C ........... 0.18 0.16 0.16 0.10 Mn .......... 0.75 0.70 0.65 0.60 P ............ 0.012 0.011 0.02 0.04 Si ........... 0.04 0.05 0.05 0.04 Te .......... 0.06 0.04 to 0.03 Se .......... 0.04 0.06 0.05 - S ........... 0.04 0.05 0.04 0.03 Molecular equivalent to by S ...... 129 144 200 400 As the above table shows, sulfur is present in all steels in molecular excess compared to tellurium and / or selenium. At the same time, however, it also results that the weight of the sulfur does not exceed the total weight of tellurium and / or selenium, although, as said, sulfur is present in a molecular excess compared to tellurium and / or selenium. The molecular excess of sulfur in steels III and IV is greater than 150%, this last high molecular excess representing a preferred embodiment of the invention. The weight of the sulfur in steels 1, II and 111 is less than the weight of tellurium and / or selenium.

Die obenerwähnten Beispiele betreffen bearbeitbare Stähle, die auf sogenannten unlegierten Kohlenstoffstählen beruhen. Ein derartiger unlegierter Kohlenstoffstahl enthält, lediglich um ein Beispiel zur Erläuterung zu nennen, mindestens 90 Gewichtsprozent Eisen, vorzugsweise mindestens 95 Gewichtsprozent Eisen, bis zu etwa 1,65 Gewichtsprozent Mangan, bis zu etwa 1 Gewichtsprozent Kohlenstoff sowie weitere Elemente, im wesentlichen Phosphor, wie sie üblicherweise in unlegierten Kohlenstoffstählen (»plain-carbon«-steels) vorliegen.The above examples relate to machinable steels based on so-called unalloyed carbon steels. Such an unalloyed carbon steel contains, just to name an example for illustration, at least 90 percent by weight iron, preferably at least 95 percent by weight iron, up to about 1.65 percent by weight manganese, up to about 1 percent by weight carbon and other elements, essentially phosphorus, such as they are usually in the form of plain carbon steels.

Der unlegierte Kohlenstoffstahl hat einen verhältnismäßig geringen Kohlenstoffgehalt, der zwischen 0,10 und 0,1.8 Gewichtsprozent liegen kann und enthält Mangan in einer Menge von etwa 0,60 bis 0,70 Gewichtsprozent.The unalloyed carbon steel has a relatively low carbon content, which can be between 0.10 and 0.1.8 percent by weight and contains manganese in an amount of about 0.60 to 0.70 percent by weight.

Bei anderen bearbeitbaren Stählen nach der Erfindung kann von einem anderen Stahl üblicher Zusammensetzung ausgegangen werden, d. h., ein derartiger Stahl kann andere normalerweise in Stählen enthaltene Elemente aufweisen, vorausgesetzt, daß die Zusatzmengen an Tellur und/oder Selen, Schwefel, Mangan und Silizium innerhalb der durch die Erfindung angegebenen Grenzen liegen.For other machinable steels according to the invention, another steel of conventional composition can be used as the starting point, i. that is, such steel may contain other elements normally found in steels, provided that the amounts of tellurium and / or selenium, sulfur, manganese and silicon added are within the limits set forth by the invention.

Der erfindungsgemäße Stahl kann auf übliche Weise wie bei der Herstellung von unlegierten Kohlenstoffstahl hergestellten werden, wobei der Schwefel in der bei der Stahlherstellung üblichen Weise zugesetzt wird. Das Selen und/oder Tellur kann dem Stahl beim Abgießen vom Ofen oder vom Konverter in eine Gießpfanne zugesetzt werden. Es ist auch möglich, Selen und Tellur in die Gießform oder dem in die Gießform strömenden Stahl zuzusetzen. Hierbei muß, wie üblich, ein gewisser Spielraum für bei der Zugabe entstehende Verluste an Tellur und/oder Selen gelassen werden.The steel according to the invention can be used in the usual manner as in production made of carbon steel, with the sulfur in the is added in the usual way in steel production. The selenium and / or tellurium can affect the steel when it is poured from the furnace or from the converter in a Can be added to the pouring ladle. It is also possible to add selenium and tellurium to the mold or to add to the steel flowing into the mold. As usual, a certain leeway for losses of tellurium and / or selenium resulting from the addition be left.

Claims

Claim: Process for the production of a free-cutting steel that is readily hot-workable, whereby a steel with a basic composition of a maximum of 1 % carbon, 0.60 to 1.65 11 / o-manganese and sulfur, tellurium, selenium and silicon, the remainder at least 90 % iron, is melted, d a d u rch in that the content of tellurium and / or selenium is limited to 0.02 to 0.10% of tellurium and / or selenium, the sulfur content is controlled so as the content of tellurium and / or Selenium does not exceed by weight, but the number of sulfur atoms is calculated to be higher than that of selenium and tellurium atoms, and the SiEzium content is limited to a maximum of 0.05%. References considered: U.S. Patent Nos. 2,009,716, 2,236,716; Houdremont, E., "Handbuch der Sonderstahlkunde", 1956, Volume 2, p. 1471.