DE1508125B

DE1508125B - Process for the production of steels with improved machinability

Info

Publication number: DE1508125B
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr Holzgruber Wolfgang Dipl Ing Kapfenberg Plockmger (Oster reich)
Original assignee: Gebr Bohler & Co AG, Wien

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Problem, das Elektroschlacken-Umschmelzverfahren für die Herstellung von Stählen mit verbesserter Zerspanbarkeit einzusetzen. ·..The present invention addresses the problem of the electroslag remelting process to be used for the production of steels with improved machinability. · ..

Dieses Verfahren besteht darin, daß das Vormaterial aus dem gewünschten Stahl in Form einer Abschmelzelektrode in eine Schlacke eintaucht, in dieser vorzugsweise ohne Bildung eines elektrischen Lichtbogens abschmilzt, und daß aus dem Abschmelzgut nach dem Prinzip des wachsenden Blockes das gewünschte Gußstück, also der gewünschte Block, in einer metallischen Kokille aufgebaut wird. Durch Verwendung hochbasischer Schlacken, die vorwiegend aus Kalk und Flußspat bestehen, und durch die sich beim Abschmelzvorgang ausbildenden großen Berührungsflächen zwischen dem flüssigen"Stahl und der flüssigen Schlacke wird eine weitgehende Stahlreinigung erzielt, und axißerdem wird durch die Anwendung des Prinzips des wachsenden Blockes erreicht, daß die beim normalen Blockguß störenden Blockseigerungen vermieden werden. Zufolge der jeweils erstarrenden relativ kleinen Mengen flüssigen Stahles wird schließlich im Vergleich zu gleich großen, in konventioneller Weise vergossenen Blöcken eine außerordentlich feinkörnige Primärkristallisation erhalten.This method consists in that the starting material is made of the desired steel in the form of a consumable electrode immersed in a slag, in this preferably without the formation of an electric arc melts, and that the desired casting, So the desired block is built in a metallic mold. By using highly basic slags, which are mainly made up of lime and There are fluorspar, and due to the large contact surfaces between them that form during the melting process the liquid "steel" and the liquid slag an extensive steel cleaning is achieved, and Furthermore, by applying the principle of the growing block, it is achieved that the normal Block casting disruptive block segregation can be avoided. As a result of each solidifying relatively small Quantities of liquid steel are ultimately compared to those of the same size that are cast in a conventional manner Blocks receive an extremely fine-grained primary crystallization.

Die Freiheit von Blockseigerungen ist eine wesentliche Voraussetzung für gleichmäßige Zerspanungseigenschaften, weshalb sich das Elektroschlacken-Umschmelzverfahren auch zur Herstellung von gut zerspanbaren Stählen anbieten würde. Hierbei besteht jedoch das bisher nicht gelöste Problem, daß jene Legierungselemente, welche die Zerspanbarkeit durch Einschlußbildung verbessern, wie z. B. Schwefel, Phosphor, Selen oder Tellur, die in das Vormaterial ohne weiteres eingebracht werden können, bei der Reaktion der flüssigen Schlacke mit dem abschmelzenden Stahl aus diesem wieder entfernt werden. Die Verwendung von Zusätzen zur Verbesserung der Zerspanbarkeit, die im flüssigen Stahl nicht löslich sind, wie z. B. die Verwendung von Bleizusätzen, kann bei diesem Umschmelzverfahren nicht in Betracht gezogen werden.The freedom from block segregation is an essential prerequisite for uniform machining properties, which is why the electroslag remelting process is suitable would also offer for the production of easily machinable steels. Here there is However, the hitherto unsolved problem that those alloying elements which the machinability by Improve inclusion formation, e.g. B. sulfur, phosphorus, selenium or tellurium, which are in the starting material can easily be introduced during the reaction of the liquid slag with the melting slag Steel can be removed from this again. The use of additives to improve machinability, which are not soluble in liquid steel, such as B. the use of lead additives, can this remelting process should not be considered.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht somit darin, Schlacken zu finden, die einerseits bei der ,.Reaktion mit dem flüssigen, abschmelzenden Vormaterial nicht ein Entfernen der erwünschten Legierungselemente aus diesem zur Folge haben, die aber andererseits dennoch für das in Rede stehende Verfahren brauchbar sind. Diese letztere Forderung wird vor- allem dann erfüllt sein, wenn die Schlacken eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wenn sie ferner geeignet sind, oxydische Verunreinigungen aufzunehmen und wenn sie im Vergleich zu den bei diesem Verfahren üblichen Schlacken die Kristallisation des zu erzeugenden Blockes nicht nachteilig beeinflussen.The problem underlying the present invention is therefore to find slags that on the one hand in the, .Reaction with the liquid, melting Starting material does not result in the desired alloying elements being removed from it who, on the other hand, are still in question for that standing procedures are useful. This latter requirement will be met above all if the Slags have sufficient electrical conductivity, if they are also suitable, oxidic Pick up impurities and if they are compared to the usual in this process Slag does not adversely affect the crystallization of the block to be produced.

Umfangreiche Untersuchungen führten nun zu dem Ergebnis, daß es Schlacken gibt, welche die gestellten Anforderungen erfüllen, wobei diese Schlacken hinsichtlich ihrer Zusammensetzungen in relativ weiten Bereichen variiert werden können.Extensive investigations have now led to the result that there is slag which the provided Meet requirements, these slags in terms of their compositions in relatively wide Areas can be varied.

Zweckmäßig bestehen die erfindungsgemäß in Betracht kommenden Schlacken aus 10 bis 40% Al₂O₃, ferner aus Erdalkalioxyden, vorzugsweise aus CaO in Mengen zwischen 0 und 40%, und/oder aus CaF₂ in Mengen zwischen 10 und 70 %> sowie aus 10 bis 50 °/o SiO₂, wobei die Summe der unvermeidlichen Verunreinigungen der Schlacke einen Anteil von 10 % nicht überschreiten soll. Zu beachten ist, daß der Mindestgehalt an SiO₂ bei Anwesenheit von Erdalkalioxyden das l,lfache des Anteils derselben betragen muß. Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Stählen mit verbesserter Zerspanbarkeit, und die Erfindung besteht darin, daß aus einem Vormaterial aus dem gewünschten Stahl, welches mindestens ein im flüssigen Zustand lösliches und die Zerspanbarkeit verbesserndes Legierungselement enthält, nach dem Elektroschlacken-Umschmelzverfahren ein Block unter Verwendung einer Schlacke hergestellt wird, deren Zusammensetzung innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche liegt.
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren im Falle von schwefellegierten Stählen mit Schwefelgehalten zwischen 0,15 und 0,7 % anwendbar, weil diese Schwefelgehalte bei in üblicher Weise vergossenen Blöcken bereits zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Warmformgebung führen können. Diese Schwierigkeit schließt häufig die Möglichkeit der Verwendung von Schwefel in höheren Anteilen aus, obwohl gerade dieses Legierungselement in sehr vorteilhafter Weise die Zerspanbarkeit verbessert und außerdem billig und metallurgisch leicht beherrschbar ist.The slags that come into consideration according to the invention advantageously consist of 10 to 40% Al ₂ O ₃ , furthermore of alkaline earth oxides, preferably of CaO in amounts between 0 and 40%, and / or of CaF ₂ in amounts between 10 and 70% and of 10 up to 50 _{% SiO 2} , the sum of the unavoidable impurities in the slag not exceeding 10%. It should be noted that the minimum content of SiO ₂ in the presence of alkaline earth oxides must be 1.1 times their proportion. The subject of the invention is thus a process for the production of steels with improved machinability, and the invention consists in that from a starting material made of the desired steel, which contains at least one alloy element which is soluble in the liquid state and which improves the machinability, according to the electroslag remelting process Block is produced using a slag, the composition of which is within the ranges given above.
The method can be used particularly advantageously in the case of sulfur-alloyed steels with sulfur contents between 0.15 and 0.7%, because these sulfur contents can lead to considerable difficulties during hot forming in the case of blocks that are cast in the usual way. This difficulty often excludes the possibility of using sulfur in higher proportions, although precisely this alloying element improves the machinability in a very advantageous manner and is also cheap and easily controllable from a metallurgical point of view.

Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet somit auch die Möglichkeit, mit Legierungszusätzen in Mengen vorzugehen, die bisher wegen der erwähnten Verformungsschwierigkeiten nicht in Betracht gezogen werden konnten, im Falle des Schwefels also mit Legierungszusätzen, die höher als 0,7 % sind.The method according to the invention thus also opens up the possibility of using alloy additives in To proceed with quantities that have not been considered so far because of the deformation difficulties mentioned could be, in the case of sulfur, with alloy additions that are higher than 0.7%.

Gute Ergebnisse wurden beispielsweise mit Schlacken erhalten, die aus 10 bis 40% SiO₂, 20 bis 50% Al₂O₃ und aus CaF₂ als Rest bestanden.Good results were obtained, for example, with slags which consisted of 10 to 40% SiO ₂ , 20 to 50% Al ₂ O ₃ and the remainder _{of CaF 2.}

Weitere vorteilhafte Schlacken enthalten z.B. 20 bis 30% CaO, 30 bis 40% SiO₂ und Al₂O₃ als Rest.Further advantageous slags contain, for example, 20 to 30% CaO, 30 to 40% SiO ₂ and Al ₂ O ₃ as the remainder.

Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Schlacke erhalten, die aus 20% CaO, 30% SiO₂, 20% Al₂O₃ und aus CaF₂ als Rest bestand.
Wesentlich bei der Auswahl der Schlackenzusammensetzung ist vor allem, daß die Legierungszusätze zur Verbesserung der Zerspanbarkeit, wie z. B. Schwefel, möglichst zur Gänze beim Umschmelzen wieder in den zu erzielenden Block eingebracht werden, so daß auf ein Überlegieren des Vormaterials verzichtet werden kann.Particularly good results were obtained with a slag which consisted of 20% CaO, 30% SiO ₂ , 20% Al ₂ O ₃ and the remainder _{of CaF 2.}
When choosing the slag composition, it is essential that the alloy additives to improve the machinability, such as. B. sulfur, if possible in its entirety during remelting, can be reintroduced into the block to be achieved, so that over-alloying of the starting material can be dispensed with.

Es ist ferner möglich, den CaF₂-Anteil der Schlacke durch Borsäure zu ersetzen, sofern dieser Anteil 20 % nicht übersteigt. Borsäure und CaF₂ dürfen jedoch nicht gleichzeitig in der Schlacke vorhanden sein.It is also possible _{to replace the CaF 2} proportion of the slag with boric acid, provided this proportion does not exceed 20%. However, boric acid and CaF ₂ must not be present in the slag at the same time.

Außerdem ist es in manchen Fällen vorteilhaft, in die Schlacke zusätzlich TiO₂ einzubringen, wobei die Menge desselben bis zu 40% betragen kann. Das TiO₂ verbessert vor allem die elektrische Leitfähigkeit der Schlacken.In addition, it is advantageous in some cases to additionally introduce TiO ₂ into the slag, the amount of which can be up to 40%. Above all, the TiO ₂ improves the electrical conductivity of the slags.

Eine solche TiO₂-haltige Schlacke besteht z. B. aus 14% SiO₂, 21% CaO, 14% Al₂O₃, 21% CaF₂ und aus 30% TiO₂.Such a TiO ₂ -containing slag consists, for. B. from 14% SiO ₂ , 21% CaO, 14% Al ₂ O ₃ , 21% CaF ₂ and from 30% TiO ₂ .

Durch die vorliegende Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, für die Herstellung von Stählen guter Zerspanbarkeit das Elektroschlacken-Umschmelzverfahren einzusetzen, das bisher für diese Zwecke nicht in Betracht gezogen werden konnte.The present invention makes it possible to produce good steels Machinability to use the electroslag remelting process, which has not previously been used for this purpose could be considered.

Claims

Patent claims:

1. A process for the production of steels with improved machinability, characterized in that that from a primary material

from the desired steel, which contains at least one alloy element which is soluble in liquid steel and which improves the machinability, a block is produced according to the electroslag remelting process using a slag composed of 10 to 40% Al ₂ O ₃ , furthermore of alkaline earth oxides, preferably CaO in amounts between 0 and 40%, and / or of CaF ₂ in amounts between 10 and 70%, as well as 10 to 50% SiO ₂ , with the proviso that in the presence of alkaline earth oxides the minimum SiO ₂ content is 1.1 times the alkaline earth oxide content and that the sum of the unavoidable impurities in the slag does not exceed 10%.

2. A method for producing steels with improved machinability according to claim 1, characterized in that characterized in that blocks are produced from a starting material, which as in the liquid Steel-soluble alloying element contains sulfur in amounts between 0.15 and 0.7%.

3. Process for the production of steels with improved machinability according to claims 1 and 2, characterized in that the remelting of the starting material into a block is carried out using a slag consisting of 20 to 40% SiO ₂ , 20 to 50% Al ₂ O ₃ and consists of CaF ₂ as the remainder.

4. Process for the production of steels with improved machinability according to claims 1 to 3, characterized in that the remelting of the starting material into a block is carried out using a slag in which the CaF ₂ is completely replaced by boric acid, but the amount is 20 % does not exceed.

5. A method for producing steels with improved machinability according to claims 1 and 2, characterized in that the remelting of the starting material into a block is carried out using a slag consisting of 20% CaO, 30% SiO ₂ , 20% Al ₂ O ₃ and consists of CaF ₂ as the remainder.

6. A process for the production of steels with improved machinability according to claims 1 and 2, characterized in that the remelting of the starting material into a block is carried out using a slag consisting of 20 to 30% CaO, 30 to 40% SiO ₂ and from Al ₂ O ₃ is the remainder.

7. A process for the production of steels with improved machinability according to claims 1 to 6, characterized in that the remelting of the starting material into a block is carried out using a slag which contains additions of TiO ₂ in amounts of up to 40%.

8. A method for the production of blocks with improved machinability according to claims 1, 2, 5 and 7, characterized in that the remelting of the starting material into a block is carried out using a slag consisting of 14% SiO ₂ , 21% CaO, 14 % Al ₂ O ₃ , 21% CaF ₂ and 30% TiO ₂ .