DE1433430A1

DE1433430A1 - Verfahren zur Herstellung von unberuhigtem Stahl

Info

Publication number: DE1433430A1
Application number: DE19631433430
Authority: DE
Inventors: Poole William David
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1962-09-27
Filing date: 1963-09-25
Publication date: 1969-01-16
Also published as: US3219438A; GB1041188A

Description

FianJrfuii/Mcdn-l ' U33430

Bethlehem Steel Company, Bethlehem, Pennsylva

Verfahren zur Herstellung von unberuhigtem Stahl

Die Erfindung befaßt sich im wesentlichen mit einem Verfahren zur Herstellung von unberuhigtem Stahl. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Herstellung von unberuhigtem Stahl, der bei der Herstellung zugedeckt wird und dem im geschmolzenen Zustand in der Pfanne Eeaktionsmittel hinzugefügt werden, um die Größe der nichtmetallischen Einschlüsse zu vermindern, und sie in den daraus hergestellten Erzeugnissen gleichmäßig zu verteilen.

Heutzutage müssen G-ußblöcke aus unberuhigtem Stahl so hergestellt werden, daß sie von sich aus eine einwandfreie Beschaffenheit an der Oberfläche und im Inneren besitzen, W8.B zu einer fehlerfreien Herstellung von. brauchbar en und einwandfreien Erzeugnissen führt.

Die oben erwähnten Stähle werden vom ü-ußblock oder haltfertigen Stück zu einem Stahlfertigerzeugnis verarbeitet, z.B. au fertigem Feinblech, oder zu Weißblech- oder Bandstahlerzeugnissen. Sie können beim nachfolgenden Ziehen und/oder bei der Profilgestaltung starken Verformungen ausgesetzt werden, und auch während der Beizbehandlung xzä beim Emaillieren mit Wasserstoffgas in Berührung kommen. Aus diesen Gründen muß der G-ußblock zu Anfang eine gute Oberfläehenqualität besitzen, d.h., daß er eine genügend dicke Randzone beai&zt und außerdem vollständig frei von nichtaetallischen Einschlüssen von merkbarer Länge und Breite ist.

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Damit der Gußblock eine richtige Guß haut bildet und daraufhin die gewünschte xlandzone "besitzt, muß in dem geschmolzenem unberuhigt ein Stahl eine ausreichende Menge-an Sauerstoff verfügbar sein, wenn der Gußblock gegossen wird. Der verfügbare Sauerstoff muß deshalb vorhanden sein, danrit pian die beste Kragenbildung durcn Kohlenstoff-Sauerstoff erhält, um eine "Haut" oder Randzone auf der Oberfläche des Gußblockes zu erzeugen. Die Kragenbildung durch Kohlenstoff-Sauerstoff hat die Wirkung, daß nur kleine oder "feine" Zusätze von brauchbar desoxydierenden oder anderen geeigneten Stoffen erforderlich, sind, um sie au steuern.

Der Gußblock bestellt aus einer Randzone aus in wesentlichen . reinen Eisen und. einen Kern, der ferritisclie Struktur hat-und veränderliche i-iengen von Kohlenstoff, Kangan, Phosphor, Schwefel und Silizium und kleine Mengen Tonenderen Spurenelementen, die gewöhnlich in solchen Stählen vorhanden sind, enthält und der auf oben angegebene Art erzeugt wird. Der Kern muß - amoli eine genügend gute Innenqualitat besitzen, darait man eine gute .■ . ■: Sekundäroberfläche herstellen kann·, d.h. eine neue Oberfläche, .-·. . die dann hergestellt wird, wenn die unberiuiigt^rimarrandzone;. ■■■;-··.; unzulängliche Dicke besitzt, oder stellenweise durch Verzundern oder Putzen durch Ausschneiden entfernt ist oder wenn eino neue Oberfläche beim Verkleinern durch Auseinandei-fichneiden . . _.-l'iergestellt wird. Aus diesem Grund, müssen die nichtmetallischen Binschliisse, dielunvermeidbar in allen unberuhigten Stählen und .. besonders in solchen Stählen-vorhanden sind, die .phs-edfioktv werden, klein sein und gleichmäßig gut ,über den .Gußblock ,-.---.' verteilt sein. Sie dürfen sich rieht in der Grenzschicht .;. ■ zwischen Randzone und dem Kern oder in der Randz.one des- .-...- ,,-, Gußblocks selbst ablagern. .........

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Normalerweise besitzen die¹ nichtmetallischen Einschlüsse im Metall längliche Form und es Bind meisteiis Oxyde, Sulfide und Silikate. Diese Einschlüsse können groß, hart und spröde sein, und wenn sie sich in der Nähe der Oberfläche des Gußstückes bilden, brechen sie während nachfolgender heißer oder kalter JReduktionsbehandlun^en durch die Oberfläche des Stahles durch, und bilden Randzonenlamellen oder örtlich begrenzte Fehler in der Oberfläche, was zu unbefriedigenden Erzeugnissen führt. Bei den Formänderungen, die bei späterem Streckziehen oder bei anderen Kaltverformungen auftreten, können die Einschlüsse auch örtlich begrenzte Fehler während der Formänderung erzeugen oder die Oberfläche des Stahles durchbrechen. Dadurch entstehtn nicht zu verwendende oder minderwertige Erzeugnisse. Die oben erwähnten Einschlüsse können auch Brennpunkte werden, in die freiwerdender Wasserstoff während saurem Beizen und -- eindringen kann. Molekularer Wasserstoff diffundiert nicht durch kaltes erstarrtes Metall. Deshalb, kann die .Ansammlung des molekularen Wasserstoffes pder die Zunahme eines Volumens oder Druckes, besonders wenn der Gegenstand schnell erhitzt wird, so groß werden, daß sich in einer dünnen Schicht Blasen bilden, die den Gegenstand unbrauchbar machen.

Seit langem versucht man einen unberührten Stahl au erzeugen, der kleinere und besser verteilte nicht-metallische Einschlüsse enthält, als man vorher erreicht hat, und der in gebräuchliche und gängige Erzeugnisse weiter verarbeitet werden kann, wobei im Inneren und an der Oberfläche möglichst wenig Fehler auftreten. Es ist besonders notwendig, Gußblöcke aus unberuhigtem und/oder abgedeckten Stahl herzustellen, die bei gffirirrgEstem &iiBsehuß wegen Flecken auf der Oberfläche oder Fehlern im Innern, die von nichtmetallischen Einschlüssen im Stahl herrühren, zu doppelt reduziertem verzinntem Eisenblech weiter

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verarbeitet werden können. Außerdem ist es notwendig, Gußblöckeaus unberuhigtem Stahl herzustellen, die durch Walzen, Ziehen und Beizen und Emaillieren hei möglichst wenig Ausschußstücken zu Fertigerzeugnissen verarbeitet werden können, oder die, wenn sie durch Schweißen bu Gebrrauchsgegenständen weiter verarbeitet werden, Schwißnähte besitzen, die sicher, haltbarer und fehlerfreier sind, als sie bisher aus solchen Stählen hergestellt werden konnten.

Bei dem Herstellungsverfahren für unberuhigten Stahl gemäß der Erfindung, wird ein Oxydationsmittel dem Stahl während des Abstiches des geschmolzenen Metalls in die Pfanne zugefügt, : um im Stahl die Menge an gelöstem Sauerstoff zu vergrößern. Es wird auch eine bestimmte Menge Desoxydationsmittel in die Pfanne zugesetzt, das mit dem zugefügtem Sauerstoff reagieren soll, wodurüh die Bildung von großen kugelförmigen oder länglichen nichtmetallischen Einschlüssen unterbunden wird, und das so behandelteMetall in Kokillen vergossen. Der so behandelte Stahl ist dadurch gekennzeichnet, daß kleinere, besser verteilte nicht-metallische Einschlüsse vorhanden sind und daß die Schärfe der länglichen Einschlüsse, die gewöhnlich im. unberuhigtem Stahl'vorhanden sind, vermindert, wird. Unter "kleinen " Einschlüssen versteht man solche Einschlüsse, die im Stahl vorhanden sind, wenn er gemäß der Erfindung behandelt worden ist, und die im wesentlichen alle kleiner sind als jene, die man gewöhnlich in unberuhigtem Stahl vorfindet. Folglich ist es möglich, Gußblöcke zu erzeugen, die zu Stahlfertigerzeugnissen bei vernachlässigbar en Ausschuß verarbeitet werden können, der durch Randzonenschichtung oder Oberflächenflecken oder andere Fehler entsteht, die bei der Verarbeitung und anschließender Profilgestaltung oder beim ZJäien auftreten können. Zu den Fehlern gehören auch die Bildung von Blasen beim Beizen und Emaillieren und· Fehlerstellen bei Schweißnähten, die mit Einschlüssen von ausgeprägter Größe verbunden sind.

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lin bevorzugtes Yerfahren unberuhigten Stahl gemäß der. Erfindung ^: herzustellen, besteht darin, daß man Eisenoxyd (z.B. Walzzunder) zum geschmolzenen Metall in der Pfanne hinzufügt, wenn es aus dem Ofen abgelassen wird Das Eisenoxyd wird in trockenem fein verteilten Zustand hinaugegeben. Es wurden brauchbare Ergebnisse erzielt, wenn man das Oxydationsmittel in Mengen benutzte, die von etwa 22,5 g bis zu etwa 18oo g pro Tonne geschmolzenem Metall reichten. Zusammen mit dem zugesetzten Eisenoxyd wird auch Aluminium dem geschmolzenen Metall in der Pfanne zugefügt. Dabei zeigte es sich, daß die größte Menge des zu dieser Zeit zugesetzten Aluminiums so groß sein kann, daß sich das Aluminium im wesentlichen mit dem ganzen zugesetzten Sauerstoff verbindet, der dem Stahl tatsächlich zugeführt wird. Dadurch erzielt man gemäß der Erfindung brauchbarere Ergebnisse, d.h. es bilden sicb}eher kleine nlcht-metallisohe Einschlüsse als große kugelförmige und längliche, die man vorher oft erhalten hat. Diese vorteilhaften Ergebnisse Kann man jedoch auch dadurhh erhalten, daß man Aluminium in Mengen zusetzt, die etwas zu klein sind, als daß sie mit im wesentlichen dem ganzen zugesetzten Sauerstoff, der wirksam dem Stahl zugesetzt wird, reagieren könnten. Es können z.B. dem geschmolzenen Metall in der Pfanne Mengen bis zu etwa 9oo g Aluminium pro Tonne Stahl mit brauchbaren zugesetzt werden.

Danach folgen die gewöhnlichen Yerfahren, um unberuhigten oder auged^tjkteji Stahl herzustellen. Es kann in die Pfanne oder die Schmelze weiteres Aluminium zugesetzt werden, um die Bildung dee Kragens zu steuern! es darf aber nicht in solchen Mengen »ugesetat werden, die ausreichen, einen beruhigtem Stahl au "bildes..

Iteu» geeobmolaös© Metall wird dann kokillen vergossen und die

des ₍.kragena wird durch geeignete Zusätze zu der Schmelze gtiteuprjj */ In. 4eq? Schmelze kann zur Steuerung der Kragenbildung

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Aluminium zugesetzt werden, obgleich das nicht für die Erfindung wesentlich ist. Dieser letztere Zusatz hat sich als zweckmäßig erwiesen.

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Das obige Verfahren liefert G-ußblöcke, die kleine und fein verteilte, gut verstreute, nicht-metallische Einschlüsse unter der Randzone des Gußblockes anstelle von kugelförmigen und länglichen nicht-metallischen Einschlüssen besitzen, die man gewöhnlich in solchen Stählen vorfindet. Gußblöeke, die diese Art der nichtmetallischen Einschlüsse besitzen, wurden unter geringsten Schwierigkeiten und bei kleinstem Auss'chi&uß, was die Eandzonenschichtung, die Oberflächenflecken und Blasen oder andere Schwierigkeiten betrifft, die zusammen mit größeren

. , , , -,-,j, , Einschlüssen, _n ». . nicht-metallischen/und besoncfers dann auftreten, wann sie an oder nahe der Oberfläche liegen, gewalzt, gesehweißt, tief gezogen, geäst und emalliert.

Ein bestimmtes Beispiel nach der Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von mechanisch zugedecktem, unberuhigten Stahl mit einem höchstens 0,08 ^igen Karbon- und O₅25/0,4o$igem Mangangehalt. Die Charge wurde auf die für ^«-beruhigte Stähle übliche Art geschmolzen xvaä dann abgelassen. Während des Abstiches wurde etwa 54o g sehr fein verteilter, trockener Walzzunder (d.h. Eisenoxyd) pro !Tonne Stahl der Pfanne zugesetzt. Der Walzzunder wurde zugesetzt, nachdem eine Stahlmenge von etwa 45 cm bis 60 cm Höhe in die Pfanne gegossen war. Sofort nach Zusatz des Walzzunders wurden etwa 67,5 S Aluminiumkörner pro Tonne dem geschmolzenen Metall in der Pfanne zugesetzt. Die Aluminiumkörner verbanden sich mit einem Teil des Sauerstoffs, d.h. dem Sauerstoff,der normalerweise in dem Stahl vorhanden ist, zuzüglich dem zusätzlichen Sauerstoff, der durch den Zusatz an Walzzunder verfügbar wird, der sich in dem Schmelzbad aufge-' löst hat.. Bei der Reaktion bildeteten sich Kfeine nicht-metallische Einschlüsse, zusammengesetztes l?eö : A^O, und AIgO^, die weit

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über das ganze Bad verteilt waren. Die Menge an zugefügtem Aluminium reichte aus, eich praktisch mit den ganzen wirksam zugeführten Sauerstoffzusätsen zu verbinden. Es bleibt aber im Stahl eine bestimmte Henge Sauerstoff zurück, die ebenso groß wie der normale Anteil war, den man in Stahl vorfindet, zuzüglich einem Überschußanteil, der absichtlich hinzugefügt wurde. Als dann die Charge abgelassen worden war, wurden 35,5 g Aluminium pro Tonne Stahl in der Pfanne zugesetzt, die mit einen Teil des restlichen gelösten Sauerstoffes reagieren sollten. Dann wurden 4,455 kg Bisenmangan pro Tonne Stahl in der Pfanne zugesetzt, um die Charge auf den gewünschten Mangangehalt zu bringen. Die Charge wurde in Kokillen vergossen, wobei etwa 42o g Aluminium jeder Kokille zugesetzt wurden, um die Kragenbildung zu steuern. Da-s aus dieser Charge hergestellte Stahlblech wurde für verschiedene Verwendungszwecke benutzt; ein T_eil wurde zu doppelt reduziertem Weißblech weiterverarbei,t'et, ein Toil wurde für heiß gewalztes Blech verwendet , attSdem Felgen für Autoräder hergestellt wurden; ein weiterer Teil wurde zu kaltgewalztem Blech vearbeitet.

Wenn man einen abgedeckten unberuhigten Stahl herstellen will, beginnt die Kragenbildung wie bei einem gewöhnlichen unberuhigten Stahl. Sie wird aber dadurch nach kurzer Zeit beendest, daß die Kokille mit einem Stahl- oder gußeisernen Deckel oder durch Chemikalien verschlossen wird. Das Ergebnis dieses gewöhnlichen Verfahrene ist ein Gußblock, der eine dünne unruhig vergossene Randzone und große nioht-metallische kugelförmige und längliche Einschlüsse besitzt, die durch das Abdecken in dem Gußloch eingeschlossen werden, folglich erscheinen diese Stähle

! gewöhnlioh "schmutziger" als reguläre unberuhigte Stähle.

'< Die gemäß dieser Erfindung behandelten Stähle werden in der bekannten Art abgedeckt. Aber da die Bildung von größeren

\ nicht-metaiiisehen Einschlüssen verhindert wird, erscheinen

, \ die obigen Stähle, wenn man sie loo-fifch vergrößert(normalerweise

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bei metallographiBchen Untersuchungen verwendet) "sauberer" alsdie bekannten abgedeckten Stähle. Die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung gebildeten Einschlüsse sind kleiner und weiter verteilt und nur wenige sind bei der genannten Vergrößerung erkennbar.

Es wuräe ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung oben beschrieben, aber die Reihenfolge,in der die Zusätze zugesetzt werden, kann geändert oder sogar umgekehrt werden. Beispielsweise kann Aluminium dem geschmolzenen Metall in der Pfanne entweder vor, während oder nach dem Zusatz des Oxydiermittels zugeführt werden.

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Claims

Patentansprüche ar= pt

1. Verfahren zum Herstellen von unberuhigtem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oxydiermittel dem Stahl während des Anlassens des geschmolzenen Metalls in die Pfanne zugesetzt wird, um die Menge an gelöstem Sauerstoff in dem Stahl zu erhöhen und daß ein Desoxidationsmittel in der Pfanne zug-esetzt wird,fdas nrfb dem zugefügten Sauerstoff reagiert ,(wodurch die Bildung von großen kugelförmigen und ''/ länglichen nicht-metallischen Einschlüssen verhindert wirdj und daß das "behafielte Metall in Kokillen vergossen wird.

2. Verfahren naoh Anspruch 1,dadurch geke nnzeichnet, daß eine Charge Stahl geschmolzen wird und daa geschmolzene Metall in die Pfanne abgelassen wird, daß zu dem geschmolzenen Metall in der Pfanne das feste Oxydationsmittel zugefügt wird und daß zu dem geschmolzenen Metall in der Pfanne ein Desoxydationsmittel in einer Menge zugeführt wird, die nicht größer ist, als daß sie auereicht, sich mit im wesentlichen dem ganzen Sauerstoff in dem Oxydationsmittel zu verfeinden.

3. Verfahren naoh Anspruoh 1 oder 2,dadurch gekennzei'ohnet, daß daa Oxydationsmittel die Form von Eisenoxyd (Walzaunder) besitzt.

4. Verfall**!* naoll Anaprüohen 1 bie 3» dadurch ge kennzeichnet, daß (Sea Deaoxydationsmittel Aluminium enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

z e i c h ne t, daß die ,Menge des zugefügten Aluminiums etwas kleiner ist, als daß sie zur Oxydation mit im wesentlichen dem ganzen Sauerstoff, der dem Stahl zugesetzt ist, ausreicht.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4» d a d u r ch gekennzeichnet, daß 22,5 g his 18oo g Eisenoxyd und bis zu 9oo g Aluminium pro Tonne Stahl zugefügt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüehen 3 und 4,dadurch gekennzeichnet, daß 45o Ms 9oo g Eisenoxyd und 22,5 bis 225 g Aluminium pro Tonne Stahl zugesetzt werden.

8. Verfahren nach einam oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der G-ußbloek abgedeckt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß das DesOxydationsmittel auch in der Kokille zugefügt wi:?d_s um die Kragenbildung zu steuern.