DE1966775C3 - Verfahren zum Rotationsgießen austenitischer rostfreier Stähle - Google Patents

Description

Ziel der Erfindung, ist die Schaffung eines Verfah-

wiedergegeben wird (worin W die Anzahl der rens, bei dessen Durchführung die Ringbildung verUmdrehungen pro Sekunde ist und r den Radius mieden werden kann, und zwar durch allmähliches in mm des Stahlblockes darstellt), der K-Wert 25 Vermindern der Rotation.

zwischen 3,3 und 50 liegt und die Standard- Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Ver-

Rotationszeit mehr als 3 Minuten beträgt. fahren zum Rotationsgießen austenitischer, rostfreiei

Stähle aus der AISI-300-Reihe erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß nach Durchführung einei

30 Rotationsgießmethode unter Einhaltung einer vorhei

eingestellten Standardzahl von Umdrehungen sowie einer eingestellten Rotationszeit die Rotation niehl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rota- unmittelbar abgestoppt wird, sondern kontinuierlich tionsgießen austenitischer rostfreier Stähle. mit einer Verzögerungsgeschwindigkeit von wenige!

Im allgemeinen erfolgt bei der Blockherstellung 35 als 0,025 cm/sec² in der Verfestigungsfront von dei eines austenitartigen rostfreien Stahls unter Anwen- Standardumdrehungszahl verzögert wird, dung einer Rotationsgießmetbode infolge der Zentri- Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden

fugalkraft, die beim Rotationsgießen auftritt, ein Ein- Oberflächennsse eines nach einem Drehgußverfahren dringen des geschmolzenen Stahls in der Gießform hergestellten austenitartigen Blockes aus rostfreiem in Risse, die an der inneren Oberfläche der Form 40 Stahl verhindert, wobei außerdem die Stahlqualitäi entstanden sind, wobei sofort eine Verfestigung in und -ausbeute verbessert werden. Form von Erhebungen auftritt. Ferner wirkt durch Die Erfindung wird au Hand der Zeichnungen

die Verfestigung des ganzen geschmolzenen Stahls näher erläutert.

eine Schrumpfkraft vertikal auf den Stahlblock ein, Fi g. 1 ist eine Photographie, welche eine Makro-

so daß Oberflächenrisse entstehen. Mit zunehmender 45 struktur des Querschnittes eines in üblicher Weise Verwendung der Form erhöht sich die Anzahl der nach einem Rotationsgießverfahren hergestellter Risse auf der inneren Oberfläche der Form. Die Blockes aus rostfreiem Stahl zeigt; Anzahl der Oberflächenrisse auf dem Stahlblock F i g. 2 ist eine Photographie, die eine Makrostruk-

wird ebenfalls hoch. Die Erzeugung von Ober- tür des Querschnittes eines Barrens aus rostfreien flächenrissen auf dem Stahlblock wird jedoch mehr 50 Stahl wiedergibt, der während der Verfestiguni durch die Zusammensetzung des rostfreien Stahls zweimal gedreht worden ist; als durch den Zustand der inneren Oberfläche der F i g. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwi-

Gießform beeinflußt. Je größer der Nickelgehalt in sehen dem Nickelgehalt und der Ringerscheinunj dem rostfreien Stahl ist, desto breiter ist der Ver- zeigt;

festigungstemperaturbereich des Stahls. Beginnt sich 55 F i g. 4 ist ein Diagramm, aus welchem die Temdaher der geschmolzene Stahl zu verfestigen, dann peraturverteilung in der Nähe der Verfestigungsfron¹ bleibt eine flüssige Phase zwischen den Kristallkör- zu ersehen ist;

nern zurück, wobei sich die Körner wahrscheinlich F i g. 5 ist eine Photographie, die eine Makrostruk-

voneinander trennen und Oberflächenrisse auf dem tür des Querschnittes eines Barrens aus rostfreien Stahlblock bilden. Ferner ist die Wärmeleitfähigkeit 60 Stahl zeigt, der nach dem erfindungsgemäßen Vereines rostfreien Stahls stark von der Zusammen- fahren hergestellt worden ist; setzung des Stahls abhängig. Mit einer Erhöhung des F i g. 6 ist ein Diagramm, welches die erfindungs

Nickelgehaltes wird jedoch die Wärmeleitfähigkeit gemäße Verzögerungsgeschwindigkeit beim Gießei beträchtlich herabgesetzt. Daher ist der Temperatur- eines Blockes aus rostfreiem Stahl zeigt, gradient innerhalb eines rostfreien Stahls, dessen 65 F i g. 1 zeigt eine Makrostruktur des Querschnit Nickelgehalt sehr groß ist, stark ausgeprägt, wobei tes eines Blockes aus rostfreiem Stahl, der nacl die innere Spannung des Blocks beim Verfestigen einer üblichen Methcde vergossen und mit eine: ansteigt. Dies hat zur Folge, daß der Block in zu- warmen wäßrigen Chlorwasserstoffsäurelösung ge

ätzt worden ist Es ist offensichtlich, daß die Rotationsgießzeit des Stahlblockes mit ungefähr 10 Minuten im Vergleich zu der Gesamtverfestigungszeit (ungefähr 2 Stunden) derartig kurz st, daß einige Erscheinungen an der Verfestigungsfront innerhalb des Stahlblockes zu der Ringbildung beitragen, wenn die Rotation abgestoppt wird. Der Ursache ist man durch verschiedene Tests auf die Spur gekommen. Als Ergebnisse dieser Tests kann man drei Mutmaßungen äußern:

(A) Nichtmetallische Einschlüsse, die unter der Zentripetalkraft wandern, reichern sich in einer fixierten Position an, wenn die Rotation abgestoppt wird. Dieser Teil neigt zu einer Korrosion.

(B) Auf Grund irgendwelcher Ursachen scheidet förmigen Kristalle zum Zeitpunkt der Rotation sovie zum Zeitpunkt des Abstoppens differieren voneinander, so daß eine Spannung an de*· unterbrochenen Oberfläche auftritt. Die Oberfläche neigt zu einer Korrosion.

(C) Auf Grund irgendwelcher Ursachen scheidet sich ö-Ferrit an der Verfestigungsfront zum Zeitpunkt des Abstoppens der Rotation aus und bildet einen Ring, der in dem Endprodukt zurückbleibt.

Eine ins einzelne gehende MikroUntersuchung der Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse hat jedoch ergeben, daß keine abnormale Verteilung derartiger Einschlüsse auftritt. Aus der Tatsache, daß (so wie dies aus F i g. 2 hervorgeht) bei einer zweimaligen Rotation ein Dreifachring erzeugt wird, konnte ferner ermittelt werden, daß ein Ring nicht nur dann gebildet wird, wenn die Rotation abgestoppt wird, sondern auch dann, wenn die Rotation gestartet wird. Daher ist die Annahme, daß diese Ringerscheinung im allgemeinen auf eine Gruppe nichtmetallischer Einschlüsse zurückzuführen ist, falsch. Die vorstehend erwähnte F i g. 2 zeigt eine Makrostruktur eines Stahlbarrens der vorstehend erwähnten Form, der nach einer Rotationsstandardmethode hergestellt und geätzt worden ist, wie aus den in der folgenden Tabelle zusammengefaßten Angaben ersichtlich ist.

Verfahren

Anzahl der
Umdrehungen
pro Sekunde

Während des Gießens 0,85

0 bis 10 Minuten nach dem Gießen 1,0

10 bis 30 Minuten nach dem Gießen abgestoppt

30 bis 45 Minuten nach dem Gießen 1,0

45 Minuten nach dem Gießen abgestoppt

Wie aus der Photographic hervorgeht, bedeutet 1 die erste Abstoppung der Rotation, 2 den zweiten Start der Rotation und 3 die zweite Abstoppung der Rotation. Auf diese Weise treten ausgeprägte Ringe auf. Auch die theoretisch mögliche Erscheinung, daß die Bewegungsgeschwindigkeit der nichtmetallischen Einschlüsse proportional dem Quadrat ihres Durchmessers ist, sofern nur Einschlüsse mit einer fixierten Größe in großer Anzahl vorhanden sind, kann nicht auftreten. Daher entbehrt die vorstehend erwähnte Annahme A jeder Grundlage.

Eine Untersuchung des Ringes auf dem Querschnitt eines vergossenen Stahlblockes hat ferner ergeben, daß kein Unterschied in der Richtung der säulenförmigen Kristalle festzustellen ist (Fig. 1). Auch wenn man annimmt, daß eine diskontinuierliche Oberfläche säulenförmiger Kristalle vorliegt und ein Ring gebildet wird, so kann man dennoch niemals annehmen, daß der Ring bleibt, und zwar deshalb, da die Struktur durch ein anschließendes Heißwalzen aufgebrochen wird. Die theoretische Annahme B entbehrt daher ebenfalls jeder Grundlage. Man nimmt daher an, daß die Ringbildung auf

ίο die Ausscheidung von ό-Ferrit (Annahme C) zurückzuführen ist.

Untersuchungen haben ergeben, daß es sich bei diesen Ringen um Ferrit handelt. Dieses Ergebnis ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß, falls ein ßarren, in welchem ein Ring aufgetreten ist, bei 1300⁰C während einer Zeitspanne von 2 Stunden behandelt und anschließend in Wasser abgekühlt wird, die Ringerscheinung praktisch völlig verschwindet. Wird die Stärke des Ringes mit dem

bloßen Auge in drei Bc vertungsgruppen A~>B~>C eingeteilt und stellt man eine Beziehung zu dem Nickelgehalt her, dann werden die aus F i g. 3 ersichtlichen Zusammenhänge deutlich. Aus der Tatsache, daß ein deutlicher Unterschied zwischen der Menge des Ferrits in dem Ringteil sowie in dem gesunden Teil vorliegt, sowie auf Grund der Tatsache, daß beim Wiederholen des Ziehens und des Glühens die Ringerscheinung verschwindet, kann der Schluß gezogen werden, daß eine derartige Ringerscheinung durch die Ausscheidung von d-Ferrit verursacht wird.

Auf Grund der Tatsache, daß, falls die Rotation abgestoppt wird, die verfestigte Schicht unmittelbar zusammen mit der Gießform abgestoppt wird, wobei jedoch der nicht verfestigte Teil in dem zentralen Teil des Stahlblockes weiter rotiert, kann geschlossen werden, daß eine turbulente Strömung an dem Grenzteil, die sich in einem bewegten Zustand befindet, erfolgt. Daher nimmt man an, daß die nachstehend näher erläuterte Erscheinung in der Nähe der Verfestigungsfront stattfindet.

Die Temperaturverteilung in der Nähe der Verfestigungsfront geht aus der F i g. 4 hervor. Wie aus der F i g. 4 (C) zu ersehen ist, fällt die Temperatur, nachdem die Umdrehung abgestoppt worden ist, etwas um die Werte At₁ bzw. At₂ an den Teilen ο und b. Daher nimmt man an, daß der Teil α abgeschreckt wird, wobei der (5-Ferrit, welcher in dei Anfangs-Verfestigungsperiode erzeugt wird, ohne Verformung zu Austenit zurückbleibt, während andererseits das Innere von ^-Ferrit in Austenit umgewandelt wird und eine ringförmige Zone bildet, die durch Makroätzen beurteilt werden kann. Die F i g. 4 (A), (B) und (C) zeigen eine Temperaturverteilung in der Nähe der Verfestigungsfront jeweils vor dem Abstoppen der Drehung, unmittelbar nach dem Abstoppen der Drehung sowie nach der Wiederherstellung des normalen Zustande. In den Diagrammen bedeutet S eine vollständige Verfestigung L gibt einen vollständigen Auflösungsbereich wieder, ST bedeutet eine vollständige Verfestigungstemperatur, und LT versinnbildlicht eine vollständige Auflösungstemperatur. Ferner nimmt man an daß während der Rotation innerhalb des Stahles blockes die Turbulenz so niedrig ist wie im Falle eines stationären Gießens. Wenn auch daher die Abscheidung durch Verfestigung in den meister Fällen nur eine Mikroabscheidung zwischen Kristall-

körner ist, so wird dennoch beim Waschen der verfestigten Oberfläche durch das turbulente Fließen zum Zeitpunkt des Abstoppens der Rotation eine Makroabscheidung erzeugt. Daher liegt an diesem Teil eine Makroabscheidung vor, durch die o-Ferrit und damit eine Ringerscheinung gebildet wird.

Es wurden verschiedene Untersuchungen über die Ursachen und Gegenmaßnahmen von Oberflächenrissen bzw. gegen solche Risse von Blöcken aus austenitartigem rostfreiem Stahl, die nach einem Rotationsgießverfahren hergestellt werden, vorgenommen. Bei der Durchführung eines derartigen Rotationsgießverfahrens wird ein geschmolzener Stahl mehr als 3 Minuten lang in einem K-Wert-Bereich von 3,3 bis 50 in der Formel

W =

rotiert (W ist die Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde [UpS], während r der Radius in mm des Stahlblockes ist). Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Oberflächenrisse von Stahlblöcken dann verhindert werden können, wenn die Stahlzusammensetzung derartig eingestellt wird, daß etwas Ferrit in dem Stahl innerhalb des Zusammensetzungsstandards eines austenitartigen Stahls vorliegt, wobei jedoch beim Vorliegen von weniger als 2«/o Ferrit in der Austenitstruktur der Verfestigungsbereich enger wird, als dies bei einer vollständigen Austenitstruktur der Fall ist, während die Wärmeleitfähigkeit steigt. Jedoch geht der in dem Stahl vorliegende Ferrit sehr leicht in eine Sigma-Phase über, wenn ein Erhitzen auf eine hohe Temperatur erfolgt, und zwar ein Erhitzen auf eine Temperatur, die dazu erforderlich ist, die Menge des Ferrits zur Verhinderung von Oberflächenrissen auf ein Minimum herabzusetzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung können Oberflächenrisse von Stahlblöcken in der Weise vermieden werden, daß weiterhin die Zusammensetzung auf die Standardwerte des Stahls einreguliert wird, so daß der Formel (3)

Ni₂ äqu = < Ni₁ äqu (3)

ίο in den relativen Formeln (1) und (2)

Ni₁ äqu = 1,35 (C°/o + 15 · Si°/o + Mo«/o
+ 0,5-Nb¹Vo
+ 1,25-TiVo)-11,40 (1)

is und

Ni₂ äqu = NiVo + 30 · CVo + 0,5 · MnVo (2)

hinsichtlich der Zusammensetzung eines austenitartigen rostfreien Stahls Genüge getan ist.

so Die Erfindung wird an Hand von Beispielen näher erläutert.

In der Tabelle I stellen die Stähle Nr. 1, 2, 3 und 4 übliche Stähle dar, und zwar Stähle, bei denen zum Zeitpunkt der Raffination keine Einstellung der Zu-

as sammensetzung vorgenommen worden ist, wobei Ni₁ äqu und Ni₂ äqu in den Formeln (1) und (2) nichi der Formel (3) genügen. Die Stähle Nr. 5, 6, 7 und fi stellen erfindungsgemäße Stähle dar, in welchen Ni₁ äqu und Ni₂ äqu in den Formeln (1) und (2) dei

Formel (3) genügen. Wird der geschmolzene Stahl bei einer Anzahl von Umdrehungen mit 1,0 Umdrehungen pro Sekunde vergossen und anschließend 10 Minuten unter Rotationsgießbedingungen gedreht, dann erhält man einen Stahlblock mit einen; Gewicht von 3000 kg, der 600 mm* X 1500 mir mißt.

Nr.

Si

Mn

Cr

Mo

Ti

Ni/äqu

Ni₂/äqu Oberflächen risse

	1	0,07	0,58	1,51	12,10	17,40	0,12	0,41	14,11	14,96	sehr
											groß
Übliche Methode	2 3	0,06 0,08	0,48 0,61	1,51 1,48	12,00 12,10	17,00 17,40	0,12 0,11	0,53 0,40	13,58 14,15	14,56 15,24	sehr groß sehr
											groß
	4	0,08	0,51	1,60	20,51	25,00	0,06	—	23,47	23,71	groß
	5	0,06	0,71	1,55	11,20	17,75	0,05	0,50	14,91	13,78	keine
Erfindungs gemäße Methode	6	0,06	0,68	1,60	11,20	17,90	0,05	0,46	14,99	13,80	keine
	7	0,07	0,13	1,46	11,40	17,60	0,05	0,51	14,56	14,23	keine
8	0,07	0,64	1,45	20,65	25,05	0,04	—	23,76	23,48	keine

Aus der Tabelle I ist zu ersehen, daß, falls die Zusammensetzung erfindungsgemäß in der Weise eingestellt wird, daS der Formel (3) Genüge getan wird, im Falle eines Rotationsgießens keine Oberffächenrässe auf dem Stahlblock auftreten.

Ferner sind erfmdtmgsgernäß die Koeffizienten in den Formeln (2) und (1) die jeweffigen Werte von AustenitbÜdüem, wie Kohlenstoff und Mangan, sowie von dt Ferritbfldnern, wie bi Silicium, Molybdän, Niob und Than, und zwar um gewandelt na das Nickel-Äquivalent

Zur Verhinderung einer Ringbildung in Stahl blocken, die nach dem RotationsgießverfahTen her gestellt werden, wurde es als notwendig erachtet 1. den Nickelgehalt in dem Stahlblock zu erhöhe] und 2. getrennt die Erhrtzungsbehandluns aach des Gießen durchzuführen. Jedoch scheiden MBe beide Medioden wegen der Produktionskosten ans. im

es besondere bei der Durchführung der Methode 1 besteht immer noch die Gefahr einer OberSächen rißbildung des Blockes. Bei der Durchführung des erfmdungsgemäSei

Verfahrens wird der Block Nr. 6 aus rostfreiem gen verzögert und dann abgestoppt wird, hat sich

Stahl in Tabelle I unter verschiedenen Verzögerungs- als am besten erwiesen. Die nach dem Ätzen mit

geschwindigkeiten getestet (A bis E in F i g. 6), und einer warmen wäßrigen Chlorwasserstoffsäure des

zwar beim Rotationsgießen nach der Standardrota- Querschnitts eines Blocks aus rostfreiem Stahl, der

tionszeit von 10 Minuten nach dem Gießen. Bei dem 5 nach einem verzögerten Rotationsgießverfahren er-

Rotationsgießen eines Blockes aus rostfreiem Stahl findungsgemäß hergestellt worden ist, erhaltene

mit einem Durchmesser von 600 mm und einer Makrostruktur zeigt die durch F i g. 5 wiedergegebene

Höhe von 1500 mm sowie einem Gewicht von gleichmäßige Ausbildung. Das erfindungsgemäße

3000 kg wird im Falle E, und zwar bei einer Stan- Verfahren läßt sich sehr einfach in der Weise durch-

dardrotationszeit von 10 Minuten nach dem Gießen, io führen, daß lediglich eine einfache programmierte,

die Form mit einer Standard-Rotationsgeschwindig- die Rotation steuernde Vorrichtung an eine übliche

keit von 1 Umdrehung pro Sekunde gedreht, wäh- Roiationsgießvorrichtung angeschlossen wird,

rend 10 Minuten nach dem Gießen die Rotation Erfindungsgemäß werden Oberflächenrisse auf

kontinuierlich allmählich mit einer Verzögerungs- Blöcken aus austenitartigen rostfreien Stählen, die

geschwindigkeit von 0,14 bis 0,17 · 10~² Umdre- 15 nach einem Rotationsgießverfahren hergestellt wer-

hungen/sec² verzögert wird. Eine derartige Verzöge- den, so weit herabgedrückt, daß die Stahlqualität

rungsgeschwindigkeit hat sich als am wirksamsten und -ausbeute merklich verbessert werden und die

erwiesen. Die Methode, bei deren Durchführung die Konditionierungsstufen vermindert werden. Wird

Rotation der Gießform kontinuierlich mit einer Ver- ferner erfindungsgemäß eine Gießform verwendet,

zögerungsgeschwindigkeit an der Verfestigungsfront ao in welcher eine Rißbildung aufgetreten ist, dann kön-

von weniger als 0,028 cm/sec² (entsprechend unge- nen Oberflächenrisse der Stahlblöcke vermieden

fähr 0,14 · 10~² Umdrehungen/sec² in dem Metall- werden,
block mit den vorstehend angegebenen Abmessun-

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

nehmendem Maße dazu neigt, zu brechen. Aus den Patentansprüche: vorstehend genannten Gründen ist im Falle eines Rotationsgießens eines austenitartigen rostfreien

1. Verfahren zum Rotationsgießen austeniti- Stahls die Erzeugung von Oberflächenrissen in dem scher, rostfreier Stöhle aus der AISI-300-Reihe, 5 unteren Teil des Stahlblocks derartig ausgeprägt, daß dadurch gekennzeichnet, daß nach die Ausbeute sowie der Wirkungsgrad erheblich Durchführung einer Rotationsgießmethode unter herabgesetzt sind.

Einhaltung einer vorher eingestellten Standard- Wird ferner ein quer durchgeschnittener, nach

zahl von Umdrehungen sowie einer eingestellten einem Rotationsgießverfahren hergestellter Block Rotationszeit die Rotation nicht unmittelbar ab- io aus rostfreiem Stahl mit einer warmen wäßrigen gestoppt wird, sondern kontinuierlich mit einer Lösung von Chlorwasserstoff säure geätzt, dann wird Verzögerungsgeschwindigkeit von weniger als ein ringförmiger korrodierter Teil mit einer Breite 0,025 cm/sec² in der Verfestigungsfront von der von einigen mm erzeugt, wobei dieser Teil auch Standardumdrehungszahl verzögert wird. dann nicht verschwindet, wenn der Block zu einem

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 Rundbarren heißgewalzt oder weiter extrudiert oder kennzeichnet, daß die festgesetzte Standard- kalt verformt wird. Diese Erscheinung ist auch auf Umdrehungszahl durch das Rotationsgießen zurückzuführen. In einigen Fällen ist diese Erscheinung ein Hinweis auf ein Rota-

K tionsgießverfahren. Bis jetzt konnte der Mechanis-

W — ——- ao mus der Erzeugung dieses Ringes noch nicht erläu-

V^r tert werden.