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Mit vorliegender Erfindung wird die Verwendung einer chromhaltigen
Legierung mit 20 bis 500/o Chrom als Vorlegierung für die Herstellung von Chromstählen
mit Kohlenstoffgehalten bis zu 0,03 01o und Stickstoffgehalten bis zu 0,02 0/o sowie
ein Verfahren zur Herstellung dieser Legierung beschrieben.
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Bekanntlich werden bei den in der Praxis eingeführten Stahlerzeugungsverfahren
zur Herstellung von chromlegierten Stählen als Chromträger legierter Schrott, hochgekohltes
Ferro-Chrom, Ferro-Chrom-Silicium und auch Ferro-Chrom mit niedrigstem Kohlenstoffgehalt
verwendet. Hierbei ist bekannt, daß bei Verwendung von legiertem Schrott Verunreinigungen
und Schädlingsmetalle - in der Fachliteratur als »Tramp«-Metalle, wie z. B. Kupfer,
Blei, Schwefel, Phosphor, bezeichnetdem Stahl zugeführt werden. Bei fortgesetztem
Schrottumschmelzen reichern sich diese Elemente an, und es ist deswegen in den seltesten
Fällen möglich, mit legiertem Schrott als einzigem Legierungsträger Stahlschmelzen
aufzubauen.
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Hinzu kommt noch, daß die im Handel befindlichen Stahlschrottsorten
stets mehr oder weniger Nickel enthalten, so daß sie bei der Herstellung nickelfreier
ferritischer Stähle von vornherein ausscheiden.
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Verwendet man zum Aufbau einer Stahlschmelze einen chromarmen Schrott,
so muß ein weiterer chromhaltiger Legierungsträger, hochgekohltes Ferro-Chrom, zugesetzt
werden. Sein Einsatz führt jedoch zu höheren Kohlenstoffgehalten in der Schmelze,
die in bekannter Weise durch Frischen mit Sauerstoff erniedrigt werden müssen.
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Um bei diesem Verblasprozeß nicht zu hohe Chromverluste zu haben,
muß der Entkohlungsprozeß bei verhältnismäßig hohen Temperaturen durchgeführt werden,
was wiederum zu einer Gefährdung der Ofenzustellung führt. Es ist weiterhin bekannt,
daß mit Hilfe dieses Frischprozesses nur Stähle mit Chromgehalten bis zu 18 °/0
hergestellt werden können.
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Sollen Stähle mit höherem Chromgehalt, z. B. 250/0, hergestellt werden,
so scheidet dieses Verfahren aus, da sowohl die Chromverluste wie auch die Gefährdung
der Ofenzustellüng sich erhöhen.
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Da in neuerer Zeit immer mehr der Wunsch nach nickelfreien, chromlegierten
Stählen mit Chromgehalten von 25°/o und höher in den Vordergrund tritt, können diese
geschilderten Verfahren zur Herstellung eines solchen Produktes nicht eingesetzt
werden. Hinzu kommt noch, daß diese hochchromhaltigen Stähle praktisch frei von
Elementen sein müssen, die auf Zwischengitterplätzen des Kristalls eingelagert sind.
Zu diesen Elementen zählen insbesondere Stickstoff und Kohlenstoff, deren Anteil
im Stahl unter 0,015 je -Element betragen. soll-.Es hat sich.
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nämlich gezeigt, daß sich derartige hochchromhaltige nickelfreie Stähle
nichtt-mehr verarEeiten lassen, wenn die Summe Kohlenstoff + Stickstoff den Gehalt
von 0,04 01o überschreitet.
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Es ist insbesondere die Warmverarbeitung äußerst schwierig, wenn
nicht unmöglich.
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Die Herstellung einer solchen stickstoff- und kohlenstoffarmen Legierung
aus Schrott und handelsüblichen niedrig gekohltem Ferro-Chrom könnte denkbar sein,
wenn ein Schrott mit geringen Begleitelementen als Verunreinigungen und ein Ferro-Chrom
mit sehr geringen Stickstoffgehalten zur Verfügung steht. In einer solchen Legierung
kann zwar der Kohlenstoffgehalt unter 0,01 °/o eingestellt werden, dagegen ist es
nicht oder nur unter Aufwand erheb-
licher technischer Mittel möglich, den Stickstoffgehalt
unter 0,02, vorzugsweise 0,01°/o zu senken.
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Es ist bekannt, daß bei den üblichen Herstellungsverfahren von Edelstählen
im allgemeinen mit einem Stickstoffgehalt im Stahl von 0,040/, gerechnet werden
muß. Eine Erniedrigung dieses Gehaltes mit den bekannten Verfahren, z. B. der Vakuumbehandlung,
ist nicht oder nur sehr schwer möglich. Wendet man spezielle Verfahren, wie z. B.
das Vakuuminduktionsschmelzen, an, so sind diese Verfahren wegen der längeren Ofenzeiten
nur begrenzt anwendbar. Es ist allgemein bekannt, daß nach derartigen Verfahren
eine Senkung des Stickstoffgehaltes im Stahl unter 0,01 0/o nur in Spezialöfen unter
unwirtschaftlichen, die kommerzielle Erzeugung ausschließenden Bedingungen erschmolzen
werden kann.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß es nicht möglich ist, superferritische
Stähle mit Chromgehalten über 25°/o und höher, Kohlenstoffgehalten unter 0,015°/o
und Stickstoffgehalten unter 0,02°/o nach den bekannten Verfahren in wirtschaftlicher
Weise zu erzeugen.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Mittel vorzuschlagen, das die Einhaltung
der Forderungen nach Zusammensetzung und Reinheitsgrad des Stahles bei äußerster
Schonung der Ofenzustellung ermöglicht. Erfindungsgemäß gelingt dies durch die Verwendung
einer chromhaltigen Legierung mit 20 bis 500/0 Cr 0,001 bis 0,0250/,C 0,001 bis
0,020/0 N Rest Eisen mit rohstoffbedingten Verunreinigungen äls Vorlegierung zur
Herstellung von Chromstählen mit Kohlenstoffgehalten bis zu 0,030/0 und Stickstoffgehalten
bis zu 0,02°/o. Das zu verwendende Erzeugnis kann in seinen Gehalten an Chrom, Kohlenstoff
und Stickstoff in einfacher Weise an die Analyse angeglichen werden, die das Enderzeugnis
aufweisen soll.
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Diese Legierung ist nicht nur von besonderer Bedeutung für das Erschmelzen
von Stählen mit äußerst hohem Chromgehalt, sondern sie ist auch nützlich für die
Herstellung von Stählen mit Chromgehalten unter 25 0/,, z. B. etwa 220/0. Injedem
Fall läßt sich der Reinheitsgrad leicht einhalten, und bei den Stählen mit verhältnismäßig
niedrigem Chromgehalt ist dies leichter als mit den üblichen Methoden, weil nur
geringe Mengen unlegierten Schrottes erforderlich sind.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Zusammensetzung der zu verwendenden
Legierung durch ein besonderes Herstellungsverfahren zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird bei diesem Verfahren ein oxydisches Chromerz,
geg-ebenenfalls mit einem sauberen Eisenerz, unter Zusatz von Kalk, zu einer leicht
flüssigen Schmelze eingeschmolzen und diese flüssige Kalk-Erz-Schmelze außerhalb
des Elektroofens mit einer Eisen-Chrom-Silicium-Legierung zur Reaktion gebracht.
Hierbei wird die durch Oxydation des Siliciums entstehende Kieselsäure von dem Kalk
unter Bildung einer Dicalcium-Silikat-Schlacke abgebunden.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehende chromhaltige
Legierung zeichnet sich durch geringe Gehalte an schädliche Elemente, insbesondere
einen geringen Schwefelgehalt aus, weil durch einen Wascheffekt bei der Reaktion
außerhalb des elektrischen Ofens in Verbindung mit der noch bestehenden
sehr
hohen Reaktionstemperatur ein äußerst reines Produkt entsteht.
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Eine Verunreinigung mit Kohlenstoff aus den Elektroden des Ofens
ist nicht möglich. Außerdem läßt sich bei diesem Verfahren leicht eine Berührung
mit Luft vermeiden, was zu niedrigem Stickstoffgehalt führt.
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Verbunden mit der Tatsache, daß nur reinste Rohstoffe verwendet werden,
die zum erstenmal dem Prozeß zugeführt werden und deshalb frei sind von den sonst
unvermeidlichen umlaufenden Schädlingselementen, wird ein Zwischenerzeugnis erhalten,
das höchsten Ansprüchen an Reinheit genügt.
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Selbstverständlich ist es möglich, dieses chromhaltige Zwischenerzeugnis
noch einer Vakuumbehandlung zur Entfernung gelöster Gase zur Verflüchtigung von
rohstoffbedingten Begleitelementen mit niedrigem Verdampfungspunkt, wie z. B. Zink,
Blei, Arsen, zu unterziehen, wodurch eine noch höhere Reinheit erzielt wird.
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Beispiel Für die Erschmelzung eines superferritischen Stahles soll
ein chromhaltiges Zwischenerzeugnis folgender Zusammensetzung verwendet werden:
Cr .................................... 35% Fe ....................................
Rest C ............................ max. 0,02 % N ..... ...... . max. 0,02 <>/<>
Für die Herstellung dieses Zwischenerzeugnisses wird als Rohstoff ein reines Eisenerz,
z. B. Hämatit oder Magnetit, deren Gehalte an Phosphor unter 0,01 <>1<>
und an Schwefel unter 0,1 % liegen, liegen, mit einem Chromerz und Kalk im Lichtbogenwiderstandsofen
niedergeschmolzen. Die flüssige Mischung wird mit einer Ferro-Silicium-Chrom-Legierung
beim Ausleeren des Ofens in der Pfanne zur Reaktion gebracht.
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Hierbei kann die Ferro-Silicium-Chrom-Legierung fest oder im flüssigen
Zustand zugegeben werden.
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Für die Herstellung von 2770 kg eines chromhaltigen Zwischenerzeugnisses
der oben angegebenen Zusammensetzung wurden 2420 kg Eisenerz mit 62,8 % Eisen 9,4
% SiO2
und mit einem Chromerz der Zusammensetzung 43,7 % Cr203 28,8 % Fe203 3,0 %
SiO2 unter Zusatz von gebranntem Kalk vermischt und im Lichtbogenwiderstandsofen
geschmolzen. Die flüssige Mischung wird in der Pfanne mit flüssigem Silicochrom
der Zusammensetzung 48,7 % Silicium 36,5 % Chrom 0,01 % Kohlenstoff 0,1 °/o Stickstoff
zur Reaktion gebracht.
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Die für die Erschmelzung dieses chromhaltigen Zwischenproduktes benötigte
Energie betrug 10 400 kWh.
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Seine Zusammensetzung war: Cr = 35,7°/0 C = 0,0180/0 N = 0,011 % Rest
Eisen