DE2026483B2 - Verfahren zur herstellung niedrig gekohlter staehle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung niedrig gekohlter Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01 %, wobei die Schmelze ohne Zugabe von Desoxydationsmittel oder Legierungen unberuhigt aus dem Schmelzofen in eine Pfanne abgestochen und dann einer Vakuumbehandlung unterworfen wird.

Es ist bekannt, den Kohlenstoffgehalt von unberuhigten Stählen durch Vakuumbehandlung herabzusetzen. So wurde vorgeschlagen, eine nickelhaltige unberuhigte Grundmasse mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05% und einem Sauerstoffgehalt von 0,06% durch Vakuumbehandlung auf einen Kohlenstoffgehalt von 0,009% zu entkohlen. Ein anderer Vorschlag geht dahin, einen unberuhigten Stahl mit einem ,Kohlenstoffgehalt von 0,04% aus einem Ofen abzustechen, während des Abstiches Ferromangan und Nickel zuzusetzen, so daß der Stahl 1,8% Mn, 9% Ni und 0,1174% [O] aufweist, worauf dieser Stahl vakuumbehandelt und dadurch der Kohlenstoffgehalt auf 0,008% gesenkt wird. Schließlich hat man versucht, stark überfrischte Schmelzen, die nach dem Thomasverfahren hergestellt worden sind und einen Ausgangskohlenstoffgehalt von weniger als 0,02% aufwiesen, durch Vakuumbehandlung zu entkohlen, wobei Endwerte von über 0,008% C erreicht worden sind.

Betriebserfahrungen bei der Entkohlung unberuhigter Stähle durch Vakuumbehandlung haben gezeigt, daß der Effekt der Vakuumbehandlung von verschiedenen, zum Teil nicht vollständig geklärten Voraussetzungen abhängig ist. Die Entkohlung im Vakuum bzw. der erreichbare Endkohlenstoffgehalt ist abhängig vom Ausgangskohlenstoff-, Mn- und [O)-Gehalt sowie von der Temperatur des Stahles. Schließlich dürfte auch der Gehalt der übrigen Elemente , wie /.. B. Phosphor, eine Rolle spielen. Ferner wurde beobachtet, daß die Entkohlung durch den Anteil der Schlacke, der sich in der Pfanne befindet, oder von Schlackenresten, die sich während der Stillstandszeiten und Beheizung des Entgasungsgefäßes bilden und mit dem Stahl in Berührung treten, beeinflußt werden kann; auf diese Weise kann eine unkontrollierte Nachlieferung von Sauerstoff in den flüssigen Stahl stattfinden.

Es war bisher nicht möglich, einfach, betriebssicher und stets wiederholbar Stühle mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01% herzustellen. Solche Stähle konnten nur durch eine Auswahl aus mehreren , Schmelzen, die unberuhigt vakuumbehandelt worden sind, erzeugt werden, weil es mehr oder weniger vom Zusammentreffen günstiger Umstände abhängig war, ob tiefste Kohlenstoffgehalte erreicht wurden oder nicht. An dieser Tatsache konnte im wesentlichen auch dadurch nichts geändert werden, daß während der Vakuumbehandlung nach dem Abklingen der Entkohlungsreaktion verschiedene Feststoffe, wie feinkörniger Kalk, Kalkstein, Ferrophosphor usw., zugesetzt wurden, um den Entkohlungseffekt zu verbessern. Man hat auch versucht, Stickstoff und andere inerte Gase einzublasen, um - wie bei der Zugabe von Feststoffen - die Phasenoberfläche zu vergrößern; die CO-Bildung wird auf Grund des veränderten Partialdruckes begünstigt. Soweit bekannt ist, sind die Ergebnisse stickstoffbehandelter Schmelzen hinsichtlich Wasserstoff- und Kohlenstoffabbau im allgemeinen positiv. Bei extremen Ausgangsbedingungen ist der Erfolg der Anwendung dieses Verfahrens jedoch in Frage gestellt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für die Erzielung tiefster Kohlenstoffwerte im Stahl wesentlich ist, den Ausgangskohlenstoffgehalt innerhalb bestimmter Grenzen zu halten und gleichzeitig auch den Sauerstoffgehalt im Ausgangsprodukt über einem bestimmten Mindestwert zu halten. Dementsprechend besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß zu Schmelzen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,02 bis etwa 0,04% und einem Sauerstoffgehalt von mehr als etwa 0,06% während der Vakuumbehandlung portionenweise feinkörniger Kohlenstoff zugefügt wird.

Es ist außerordentlich überraschend, daß die bisherigen Schwierigkeiten, die sich bei Herstellung sehr niedrig gekohlter Stähle (Endkohlenstoffgehalte von 0,008% und darunter) ergeben haben, durch das erfindungsgemäße Verfahren überwunden werden und der Stillstand der Entkohlungsreaktion durch portionenweise Zugabe von feinkörnigem Kohlenstoff vermieden wird, ohne daß die Behandlungszeit verlängert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren scheint auf katalytischen Wirkungen des zugesetzten Kohlenstoffes zu beruhen; bei der bekannten Arbeitsweise ist trotz eines stöchiometrischen Überschusses an Sauerstoff und trotz verschiedener zusätzlicher Maßnahmen die Entkohlungsreaktion vor Erreichung eines Endkohlenstoffgehaltes von 0,008% praktisch zum Erliegen gekommen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren hingegen wird nach dem Abklingen der ersten Phase der Entkohlung durch die portionenweise Zugabe feinkörnigen Kohlenstoffes die Entkohlungsreaktion wieder induziert bzw. katalysiert. So wird die Bildung der CO-Bläschen erleichtert und ihre Entfernung aus der Schmelze begünstigt, wobei der Kohlenstoff bis auf sehr geringe Endgehalte aus dem Stahl ohne Verzögerung des Betriebsablaufes entfernt wird.

Vorzugsweise betragt die insgesamt zugesetzte Kohlenstoffmenge etwa 0,01 bis etwa 0,04% und jede Teilmenge etwa 0,003 bis eiwa 0,005%, bezogen auf das Schimelzengewicht. Vorteilhaft wird bei Verwendung einer Vakuumheberanlage der Beginn und die Hölv des Kohlenstoffzusatzes nach dem Ausmaß des Ausschlages der Entgasungsdruckanzeige, nach dem Gewicht der angesaugten Stahl-Teilmenge bzw. auf

Grund der Änderung der Abgasanalyse festgelegt. Aus der Entgasungsdruckkurve bzw. der Änderung der Abgasanalyse kann das Abklingen der anfangs r stark verlaufenden Entkohlungsreaktion sehr g. .,au und sehr einfach bestimmt werden. Dieser Zeitpunkt ist der Beginn Tür die Kohlenstofizugabe in Teilmengen. Das Gewicht der einzelnen Teilmengen wird vom in das Entgasungsgefäß gesaugten Gewicht des flüssigen Stahles und vom Druckausschlag, der durch die Reaktion des Kohlenstoffes mit dem Sauerstoff entsteht, bestimmt. Bei der Behandlung von Schmelzen mit z.B. etwa 32t Gesamtgewicht in einer Vakuumheberanlage erfolgte die Zugabe des Kohlenstoffes in mehreren Teiiinengen von je etwa 0,003 bis etwa 0,005% C, bezogen auf das Schmelzengewicht. Bei derartigen Schmelzen sind normalerweise 20 bis 35 Hübe erforderlich. In der Regel ist die Kohlenstoffzugabe bis zum 12. Hub, d. h. also etwa in der ersten Hälfte des Entgasungsvorganges, beendet. Nach der Kohlenstoffzugabe wird jeweils ein starker Druckanstieg im Vakuumgefäß registriert. Dies ist ein Zeichen für die wieder in Gang gesetzte Entkohlungsreaktion.

Die in den Tabellen angeführten Schmelzen wurden am Ende der Vakuumbehandlung in üblicher Weise entweder unberuhigt vergossen oder mit Ferrolegierungen und/oder Desoxydationsmittel versetzt und beruhigt.

Die eTfindungsgemäß hergestellten Stähle weisen niedrige Sauerstoffgehalte und sehr geringe Gehalte an nichtmetallischen Einschlüssen auf. Das Verhalten dieser Stähle bei der Warmverformung ist außerordentlich gut. Aus diesen Stählen hergestellte Feinbleche, insbesondere für Tiefzieh- und Sondertiefziehzwecke für die Automobil- und Emaillierindustrie, zeigten hervorragende Verformungseigenschaften und ergaben ein Minimum an Ausschuß. Es wurden auch Dynamostähle und Sonderstähle, die Chrom enthielten, nach diesem Verfahren mit Erfolg hergestellt. Das Verfahren ist besonders dann vorteilhaft anwendbar, wenn es nicht nur auf niedrigste, sondern vor allem auf gleichmäßige Endkohlenstoffgehalte und auf niedrige und gleichmäßige Saucrstoffgehalte ankommt; dies ist eine Voraussetzung für Qualitäten, die gleichmäßige technologische Eigenschaften aufweisen.

Tabelle 1

Evakuierung von Schmelzen nach dem Heberverfahren mit Kohlenstoffzusatz nach der Erfindung

Schmelze	C	Si	Mn	P	S	[O]	Temp.	Hub-	Behand	C-Zugabe	<%>
Nr.								/ahl	lungszeit		0,029
	(%)	(%)	<%)	(%)	(%)	(%)	( C)		(min)	(kg)
1	0,04	0	0,35	0,024	0,027	0,0740	1600	33	10,6	9,35	0,021
	0,008	0	0,39	0,025	0,024	0,0495	1550
2	0,04	0	0,40	0,024	0,027	0,0755	1600	27	9,8	6,8	0,013
	0,007	0	0,35	0,022	0,023	0,0470	1550
3	0,04	0	0,39	0,023	0,023	0,0626	1630	24	9,4	4,25	0,011
	0,008	0	0,35	0,026	0,022	0,0520	1580
4	0,03	0	0,42	0,025	0,022	0,0875	1595	31	12,80	3,4	0,032
	0,007	0	0,29	0,014	0,020	0,0390	1555
5	0,03	0	0,29	0,015	0,021	0,1080	1605	28	10,8	10,2	0,011
	0,007	0	0,25	0,015	0,020	0,0445	1560
6	0,02	0	0,35	0,027	0,026	0,0950	1610	22	8,0	3,4	0,016
	0,006	0	0,31	0,025	0,024	0,0640	1570
7	0,02	0	0,38	0,026	0,023	0,0850	1610	24	9,9	5,1
	0,006	0	0,34	0,026	0,023	0,0520	1555

Tabelle 2

Evakuierung von Schmelzen nach dem Heberverfahren ohne Kohlenstoffzusatz

Schmelze Nr.	C	Si	Mn	P	S	[Ol	Temp.	Hub zahl	Bchand- lungs/.cit
	<%)	(%)	(%)	(%)	(%)	(%)	( C)		(min)
8	0,04 0,017	0 0	0,27 0,40	0,014 0,016	0,022 0,020	0,0620 0,0670	1580 1530	36	10,7
O	0,04 0,011	0 0	0.29 0,21	0.016 0,018	0,015 0,012	0,0760 0,0714	1620 1545	28	7,7
10	0,03 0,010	0 0	0,40 0,34	0,026 0,026	0,020 0,020	0,0550 0,0440	1620 1665	25	9,8
11	0,03 0.009	0 0	0,46 0,57	0,128 0,125	0,025 0,025	0,0685 0,0485	1640 1570	24	10,0

Fortsetzung

Schmelze
Nr.

Si M ■-.

Temp.
( C)

Hubzahl

Behandlungszeit

(min)

n.b. =

0,03 0,010	0 0	0,36 0,25	0,034 0,034	0,019 0,019	0,1000 0,1000	1670 1600	25	8,6
0,03 0,Ul 4	0 0	0,37 0,30	0,022 0,020	0,023 0,023	0,0688 0,0600	1610 1575	23	8,7
0,03 0,015	0 0	0,30 0,30	0,016 0,014	0,019 0,018	0,0615 0,0755	1600 1560	22	8,2
0,02 0,010	0 0	0,21 0,22	0,018 0,018	0,023 0,023	n.b. 0,0900	1645 1590	28	9,90
nicht bestimmt.

In der Tabelle 1 sind fur Schmelzen, die nach der Erfindung mit Kohlenstoffzusatz hergestellt worden sind, die chemische Zusammensetzung des Stahles vor (obere Zeile) und nach der Vakuumbehandlung (untere Zeile), der Sauerstoffgehalt und die Temperatur des Stahles, die Hubzahl der Vakuumheberanlage, die Behandlungszeit im Vakuum und die Kohlenstoffzugabe eingetragen. Tabelle 2 enthält die Kennzahlen für Schmelzen, die unter sonst gleichen Bedingungen ohne Kohlenstoffzusatz hergestellt worden sind. Das durchschnittliche Schmelzengewicht betrug jeweils 32 t, die Kohlenstoffzugabe erfolgte in mehreren Teilmengen in Form von feinkörnigem Pechkoks.

Es ist ersichtlich, daß bei Zugabe von Kohlenstoff nicht nur tiefere Endkohlenstoffgehalte erreicht wurden, sondern auch die Streuung der Analysenwerte kleiner ist. Der Vergleich zeigt ferner, daß trotz sehr unterschiedlicher Ausgangsbedingungen durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung niedrige und gleichmäßigere Sauerstoffendgehalte erreichbar sind.

Das Verfahren kann vorteilhaft bei Anlagen, die nach dem Vakuumheberverfahren arbeiten, angewendet werden. Die Anwendung beim Umlaufverfahren ist möglich, ebenso bei Verfahren, bei denen die Pfanne entgast wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung niedrig gekohlter Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01%, wobei die Schmelze ohne Zugabe von Desoxydationsmittel oder Legierungen unberuhigt aus dem Schmelzofen in eine Pfanne abgestochen und dann einer Vakuumbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu Schmelzen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,02 bis etwa 0,04% und einem Sauerstoffgehalt von mehr als etwa 0,06 "i während der Vakuumbehandlung portionenweise feinkörniger Kohlenstoff zugefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch ), dadurch gekennzeichnet, daß die insgesamt zugesetzte Kohlenstoffmenge etwa 0,01 bis etwa 0,04% und jede Teilmenge etwa 0,003 bis etwa 0,005%, bezogen auf das Schmelzengewicht, beträgt.