DE2047939A1

DE2047939A1 - Preventing decarburization of steel

Info

Publication number: DE2047939A1
Application number: DE19702047939
Authority: DE
Inventors: Anton 8263 Burghausen. C21d7O6 More
Original assignee: Schoeller Bleckman Stahlwerke AG
Current assignee: Schoeller Bleckman Stahlwerke AG
Priority date: 1969-10-03
Filing date: 1970-09-29
Publication date: 1971-04-15
Also published as: DE2047939B2; AT300875B

Abstract

Composition preventing decarburisation of high speed steels and other tool steels during thermal treatments or heating prior to deforming consists of (in %) boron-containing enamel frit 15-95; potassium feldspar 0-30, quartz silica gravel or flint, 1-70; clay and/or bentonite 2-15; calcium carbonate 0-60; barium carbonate 0-60; magnesium carbonate 0-10; magnesium oxide 0-5, and graphite 0-15. Up to 60% of the boron-containing enamel frit can be replaced by hard glass powder. The composition is applied in the form of an aqs. slurry. The presence of boron oxide ensures a good adhesion to the substrate.

Description

Mittel zur Verhinderung der Abkohlung von Stählen.Preparations for preventing the decarburization of steels.

Beim Erhitzen von Schnell- und Werkzeugstählen, beispielsweise vor der Warmverformung oder beim Glühen, tritt neben der Verzunderung des Stahles auch die Gefahr einer Verminderung des Kohlenstoffgehaltes an der Stahloberfläche auf. Diese durch Abkohlung bewirkte Schicht hat eine mangelnde Härteannahme zur Folge. Die kohlenstoffärmeren Schichten müssen sodann in der Regel durch mechanische Bearbeitung entfernt werden, da sonst die aus solohen Stählen gefertigten Werkzeuge nicht die gewünschten Eigenschaften erreichen. Eine solche mechanische Bearbeitung ist nicht nur kostspielig, sie läßt sich auch nicht in allen Fällen durchfuhren. When heating high speed and tool steels, for example before the hot deformation or annealing occurs in addition to the scaling of the steel the risk of a reduction in the carbon content on the steel surface. This layer caused by decarburization results in a lack of hardness acceptance. The lower carbon layers then usually have to be machined must be removed, otherwise the tools made from single steels will not die achieve desired properties. Such a mechanical one editing is not only costly, it cannot be done in all cases.

So sind auch andere Maßnahmen zur Verhinderung der Abkohlung bekanntgworden, die darauf abzielen, die zu erhitzenden Stähle mit verschiedenen Schutzanstrichen zu versehen. Derartige Anstriche bestehen häufig aus Mischungen von Kieselgur und Ton oder sie weisen als Hauptbestandteil Ferrosilizium auf. Sin sehr häufig verwendetes Mittel stellt Borax dar. Allerdings besteht die YIirksamkeit von Borax nicht in der Verhinderung der Verzunderung des Stahles, sondern vielmehr wird die Verzunderung gegenüber der unbehandelten Stahloberfläche sogar verstärkt, wodurch die abgekohlte Schicht wegzundert und der Stahl abkohlungsfrei bleibt. Die entstehende Zunderscht ist infolge der durch den Borax verursachten flüssigen Phasen ziemlich dicht und schätzt somit vor einer weiteren Abkohlung. Other measures to prevent decarburization are also known, which aim to give the steels to be heated with different protective coatings to provide. Such paints often consist of mixtures of diatomaceous earth and Clay or they have ferrosilicon as their main component. Sin very often used Borax represents a medium. However, the effectiveness of borax does not consist in the prevention of the scaling of the steel, but rather the scaling even reinforced compared to the untreated steel surface, whereby the decarburized The layer is scaled away and the steel remains free of decarburization. The resulting scale is quite dense and due to the liquid phases caused by the borax thus estimates before another decarburization.

Im Gegensa=tz ZU Borax haben andere Mittel zur Verhinderung der Abkohluhg deshalb oft sogar die gegenteilige Wirkung, weil nämlich die Verzunderung vermindert und dadurch die abgekohlte Schicht stärker wird. Borax wird allerdings bei hohen Temperaturen sehr dünnflüssig, wodurch die Ofenausmauerungen angegriffen werden. In Hubbalkenöfen ist die Anwendung von Borax bei den zu erhitzenden Stählen nicht ratsam, da durch den abfließenden und erstarrten Borax die Hebevorrichtungen blockiert werden können. Im übrigen ist der geschmolzene Borax schwierig von Walzgut zu entfernen. Dies ist aber notwendig, weil durch die Boraxschichtj ein Rutschen der Walzen an der Oberfläche des Halbzeugs beim ersten Stich auftreten kann. In contrast to borax, they have other means of preventing decay therefore often the opposite effect, namely because the scaling is reduced and thereby the charred layer becomes stronger. Borax will, however, be used at high levels Temperatures very thin, which attack the furnace linings. Borax is not used in the steels to be heated in walking beam furnaces advisable because the borax that drains and solidifies blocks the lifting devices can be. In addition, the molten borax is difficult to remove from rolling stock. But this is necessary because slipping through the borax layer the Rolling on the surface of the semi-finished product can occur during the first stitch.

Bs wurde nun gefunden, daß zur Verhinderung der Abkohlung von Stählen, insbesondere Schnell- und Werkzeugstählen, beim (r1lühen oder Erhitzen fein gemahlene Mischungen aus borhaltigen Emailfritten, die Quarz, Kies oder Flint sowie Ton und/oder Bentonit enthalten, dafür gut geeignet sind. It has now been found that to prevent the decarburization of steels, in particular high speed and tool steels, finely ground during annealing or heating Mixtures of boron-containing enamel frits, the quartz, gravel or flint as well as clay and / or Contain bentonite, are well suited for it.

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Mischung aus 15 - 95 % borhaltiger Emailfritte, 0-30 % Kalifeldspat, 1 - 70 /0 Quarz, Kies oder Flint, 2 - 15 % Ton oder 2 - 15 jo Bentonit oder Mischungen von Ton und Bentonit in-den Grenzen von 2 - 15 % sowie 0 - 60 ffi Kalziumkarbonat, 0 - 60 60 Bariumkarbonat, 0 - 10 % Magnesiumkarbonat, 0 - 5 % Magnesiumoxyd, O - 15 ja Graphit, wobei die Mischung in einer Aufschlämmung, vorzugsweise in wäßriger orm, zur Anwendung gelangt, als Mittel zur Verhinderung bei der Abkohlung von Schnell- und Werkzeugstählen. The subject of the invention is a mixture of 15-95% boron-containing Enamel frit, 0-30% potassium feldspar, 1 - 70/0 quartz, gravel or flint, 2-15% clay or 2 - 15 jo bentonite or mixtures of clay and bentonite within the limits of 2 - 15% and 0 - 60 ffi calcium carbonate, 0 - 60 60 barium carbonate, 0 - 10% magnesium carbonate, 0 - 5% magnesium oxide, O - 15 yes graphite, whereby the mixture in a slurry, preferably in aqueous form, used as a means of prevention in the decarburization of high speed and tool steels.

Als borhaltige Emailfritte dient vorzugsweise Grundemailfritte, während das Kalziumkarbonat als Kalkspat oder Kreide, das Magnesiumkarbonat als Magnesit und das Magnesiumoxyd als Magnesia usta oder kaustische Magnesia vorliegen kann. A base enamel frit is preferably used as the boron-containing enamel frit, while calcium carbonate as calcite or chalk, magnesium carbonate as magnesite and the magnesia may be in the form of magnesia usta or caustic magnesia.

Als Emailfritte, wie sie nach der Erfindung den wesentlichen Bestindteil der Mischung darstellt, kann beispielsweise eine solche mit 23 % Na2O, 4,5 % CaO, 6,5 % Al2O3, 20,5 % B203, 43;5 % SiO2 und 2 % Haftoxyde (CoO, MnO, NiO) Verwendung finden. As an enamel frit, as it is the essential component according to the invention the mixture, for example, one with 23% Na2O, 4.5% CaO, 6.5% Al2O3, 20.5% B203, 43; 5% SiO2 and 2% adhesive oxides (CoO, MnO, NiO) use Find.

Das erfindungsgemäße Mittel zur Verhinderung der Abkohlung von Stählen weist infolge des Boroxydgehaltes gute Hafteigenschaften auf und wegen der wesentlich hoheren Viskosität im Vergleich zu Borax kommt es nicht zum Abtropfen innerhalb des Ofens. The agent according to the invention for preventing the Decarburization of steels has good adhesive properties due to its boron oxide content and because of the significantly higher viscosity compared to borax, there is no dripping inside the furnace.

Innerhalb des Bereiches der vorgeschlagenen Mischung haben sich Zusammensetzungen mit 15 - 70 ja borhaltiger Emailfritte, 0 - 30 ß Kalifeldspat, 10 - 70 % Quarz, Kies oder Flint, 0 - 10 ja Kalziumkarbonat, 5 - 10 % Ton oder 2 - 10 ja Bentonit, oder Mischungen der beiden in den Grenzen von 5 - 15 ja, 0 - 10 ja Bariumkarbonat, 0 - 10 ja Magnesiumkarbonat, 0 - 5 vfo Magnesiumoxyd, 0 - 10 ffi Graphit als günstig erwiesen. Compositions have become within the range of the proposed mixture with 15 - 70 enamel frit containing boron, 0 - 30 ß potassium feldspar, 10 - 70% quartz, Gravel or flint, 0 - 10 yes calcium carbonate, 5 - 10% clay or 2 - 10 yes bentonite, or mixtures of the two within the limits of 5 - 15 yes, 0 - 10 yes barium carbonate, 0 - 10 yes magnesium carbonate, 0 - 5 vfo magnesium oxide, 0 - 10 ffi graphite as favorable proven.

Die Aufschlämmungen, in denen die Mischungen zur hnwendung gelangen, bestehen vorzugsweise aus wäßrigen Suspensionen, denen übliche Stellmittel, wie Borax oder Soda, in Gehalten unter 1 % sowie organische, wasserlösliche Kleber zugemischt sind. The slurries in which the mixtures are used consist preferably of aqueous suspensions, which customary adjusting agents such as Borax or soda, in contents below 1% as well as organic, water-soluble adhesives mixed in are.

Bei den verschiedenen Anwendungsfällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Anteil an borhaltigen Emailfritten bis zu 60 % durch Glaspulver, vorzugsweise aus schwer erschmelzendem Hartglas, zu ersetzen. Durch den Glasanteil wird dem Mittel eine bei niedrigen Temperaturen erweichende und zugleich kieselsäurereiche und damit sehr viskose Komponente beigefügt, so daß die Stahlgegenstände bereits bei niedrigen Erhitzungstemperaturen von einer dichten und hochviskosen Schutzschicht umhüllt werden. It has proven to be useful in the various applications Proven, the proportion of enamel frits containing boron up to 60% by glass powder, preferably made of hard-melting tempered glass. The proportion of glass becomes the means one that is softening at low temperatures and at the same time rich in silica and therefore very viscous component attached, so that the steel objects already at low Heating temperatures enveloped by a dense and highly viscous protective layer will.

In der Tabelle I ist die Wirksamkeit von unter de Erfindung fallenden Mitteln zur Verhinderung der Abkohlung mit zwei derartigen handelsüblichen Mitteln verglichen worden. In Table I is the effectiveness of those falling under the invention Means for preventing decarburization with two such commercially available Means have been compared.

Die Versuche wurden an einem Schnellstahl des Typs S-6-5-2 bei Temperaturen von 1100 und 1200% in einem erdgasbeheizten OIen vorgenommen. Aufgenommen wurde der Einfluß der Oberflächenbehandlung auf die Eindringtiefen der Abkohlung in mm nach dem Glühen.The tests were carried out on a high-speed steel of the type S-6-5-2 at temperatures of 1100 and 1200% in a natural gas heated oil. Has been recorded the influence of the surface treatment on the penetration depths of the decarburization in mm after glow.

Der vorgenannte Schnellstahl 5-6-5-2 wies folgende analyse auf Kohlenstoff 0,82 - 0,88 %, Silizium 0,15 - 0,30 %, Mangan 0,20 - 0,35 %, Chrom 4,00 - 4,5 %, Wolfram 6,00 - 6,70 %, Vanadin 1,70 - 2,00 /a, Molybdän 4,70 - 5,20 % ; Rest Eisen mit den ublichen Begleitelementen. The aforementioned high-speed steel 5-6-5-2 showed the following analysis for carbon 0.82 - 0.88%, silicon 0.15 - 0.30%, manganese 0.20 - 0.35%, chromium 4.00 - 4.5%, Tungsten 6.00 - 6.70%, vanadium 1.70 - 2.00 / a, molybdenum 4.70 - 5.20%; Remainder iron with the usual accompanying elements.

Tabelle I Abkohlung bei Proben aus Schnellstahl des typs 5-6-5-2. Eindringtiefe in mm Probe Erhitzungs- Zeit chne Abkohlungs- mit Abkchlungsschutz- Nr. temperatur schutzmittel mittel A B C D D F G 1 1200°C 1/2 h 0,30 0,15 0,15 0 0 0 0 0 2 11000 C 1 h 0,30 0,20 0,40 0 0 0 0 0 Sie dritte Spalte der Tabelle enthält die Eindringtiefe der Abkohlung der nicht mit einem Mittel versehenen Proben, während in den nachfolgenden Spalten die Versuchsergebnisse über die Eindringtiefe der Abkohlung enthalten sind, dle naoh dem Anstreichen der Proben mit den Abkchlungsschutzmitteln A - G erzielt wurden. Die Mittel A und B sind im Handel zu bekommen und enthielten keine borhaltigen Emailfritten. Die Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen Mittel C-G sind ih der Tabelle II enthalten.Table I Decarburization of high speed steel specimens of type 5-6-5-2. Penetration depth in mm Sample heating time without decarburization with decalcification protection No temperature protection agent ABCDDFG 1 1200 ° C 1/2 h 0.30 0.15 0.15 0 0 0 0 0 2 11000 C 1 h 0.30 0.20 0.40 0 0 0 0 0 The third column of the table contains the penetration depth of the decarburization of the samples not provided with an agent, while the following columns contain the test results on the penetration depth of the decarburization, which were achieved after the samples were painted with the decoction inhibitors AG. Agents A and B are available in stores and do not contain enamel frits containing boron. The compositions of the agents CG according to the invention are contained in Table II.

Tabelle II Zusammensetzung in Gewichtsprozenten Abkohlungsschutz- C D E F G mittel Fritte 55 20 30 30 28 quarz 20 60 25 -- -- alziumkarbonat ( kreide ) -- -- 30 58 -- Ton 15 10 -- -- -- Bentonit -- -- 5 4 4 Bariumkarbonat -- -- -- -- 58 Graphit 10 10 10 8 10 Die Wirkung der erfindungsgemäßen Abkohlungsschutzmittel auf der Basis von borhaltigen Emailfritten ist nicht nur bei hohen Temperaturen gegeben, sondern auch bei Temperaturen von unter 800 bis 10000 O. Diese Mittel können auch mit Vorteil bei der Härtung oder Glühung abkohlungsempfindlicher Werkzeuge Verwendung finden. Durch die Behandlung, z,B, durch Anstreichen von Werkzeugen mit diesen Mitteln kann das umständliche und zeitraubende Einpacken in Koksgries oder Graugußspäne vor der Härtung oder Glühung entfallen.Table II Composition in percent by weight Decarburization Protection- CDEFG middle Frit 55 20 30 30 28 quartz 20 60 25 - - calcium carbonate (chalk) - - 30 58 - Tone 15 10 - - - Bentonite - - 5 4 4 Barium carbonate - - - - 58 Graphite 10 10 10 8 10 The anti-decarburization agents according to the invention based on boron-containing enamel frits are effective not only at high temperatures, but also at temperatures below 800 to 10,000 O. These agents can also be used with advantage in the hardening or annealing of tools sensitive to decarburization. By treating, for example, painting tools with these agents, the laborious and time-consuming packing in coke grit or gray cast iron chips before hardening or annealing can be dispensed with.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Means to prevent cooling during glowing or scalding of high-speed steel or tool steels, which indicates that it is made from a finely ground mixture of 15 - 95% enamel frit containing boron, 0 - 30% potassium feldspar, 1 - 70% quartz, gravel or flint, 2 - 15% clay or 2 - 15% bentonite or mixtures of clay and bentonite within the limits of 2-15% and 0-60% Calcium carbonate, o - 60% barium carbonate, O - 10,% magnesium carbonate, O - 5% magnesium oxide and 0-15 Qjo graphite, the mixture being in a slurry, preferably as an aqueous suspension, used.

2. Means for preventing the carbonization according to claim 1, characterized in that that the boron-containing enamel frit up to 60% through glass powder, preferably from heavy melting tempered glass.

3. Means for preventing decoction according to claims 1 and 2, characterized in that the mixture of 15 - 70.0 boron-containing enamel frit, 0 - 30% potassium feldspar, 10 - 70% quartz, gravel or flint, O - 10 yes calcium carbonate, 5 - 10% clay or 2 - 10% bentonite or mixtures of the two within the limits of 5 - 15%, 0 - 10% barium carbonate, 0 - 10% magnesium carbonate, O - 5 5S magnesium oxide and consists of 0-10 f0 graghite.