DE2147792A1

DE2147792A1 - Process for the production of forged or rolled steel bars from ledeburitic tool steels

Info

Publication number: DE2147792A1
Application number: DE19712147792
Authority: DE
Inventors: Erwin Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont; Holzgruber Wolfgang Dipl.-Ing. Dr.;86O5Kapfenberg. P Plöckinger
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1970-10-15
Filing date: 1971-09-24
Publication date: 1972-06-15
Also published as: AT304999B; SE364730B; BR7106889D0; CH550252A; GB1335620A; US3737981A; ZA716560B; FR2111208A5; AU464603B2; PL93748B1; DE2147792B2; ES395972A1; DE2147792C3; BE773782A; CA943712A; AU3404471A; IT939560B

Description

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Gebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft in WienGebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft in Vienna

Verfahren zur Herstellung von geschmiedetem oder gewalztem Stabstahl aus ledeburitischen WerkzeugstählenProcess for the production of forged or rolled steel bars from ledeburitic tool steels

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Halbzeug oder Fertigprodukten aus ledeburitischen Werkzeugstählen. The invention is concerned with the production of semi-finished or finished products from ledeburitic tool steels.

Eine Verbesserung der Blockstruktur bei der Herstellung von Stählen gegenüber dem konventionellen Blockgußverfahren wird durch Umschmelzverfahren erzielt. Mittels dieser Verfahren wird neben einem besseren Ausbringen im Stahlwerk eine über den ganzen Blockbereich gehende, verbesserte Kristallanordnung erreicht. Für ledeburitische Stähle, im besonderen Schnellarbeitsstähle, genügt jedoch eine durch die Erschmelzungsart - wenn auch verbesserte - Gefügeanordnung nicht, da die Anforderungen an diese Stähle im betrieblichen Einsatz weit höhere Qualitätseigenschaften bedingen. So werden beispielsweise vom Verbraucher Anforderungen an die Karbidverteilung und die Karbidkorngröße gestellt. Als Grundlage für diese Beurteilung werden in der Regel die Stahl-Eisen-Richtreihen herangezogen. Für höchste betriebliche Anforderungen wird bei diesen Stählen eine möglichst kleine Karbid- und Austenitkorngröße und eine gleichmäßige Karbidverteilung gefordert. Diese Forderungen sind jedooh nur dann zu erfüllen, wenn die Möglichkeit besteht, diese Stähle einer Mindestverformung zu unterziehen. Je nach Stärke und gewünschter Abmessung ist ein Verformungsgrad notwendig, der bewirkt, daß das primäre Ledeburitnetzwerk des gegossenen Blockes bzw. des umgeschmolzenen Blockes möglichst vollständig zertrümmert wird. Für bestimmte Höchstanforderungen ist eine mindestens 16-fache Verformung notwendig. Dies bedingt jedoch, daß diese Stähle nur in relativ kleinen Abmessungen geliefert werden können. Geringere als C-fache Verformungsgrade genügen in den meisten Fällen nicht, um das Primürgefüge des Stahles so zu zertrümmern, daß eine noch tolerierbare Karbidverteilung mit entsprechend kleinen Karbidkörnern erreicht wird. DurchAn improvement in the block structure in the production of steels compared to the conventional block casting process is achieved by remelting. By means of this process, in addition to better yield in the steelworks an improved crystal arrangement that extends over the entire block area is achieved. For ledeburitic steels, im special high-speed steels, however, a structural arrangement - albeit improved - due to the type of melting is sufficient not, since the demands on these steels in operational use require much higher quality properties. So For example, the consumer makes demands on the carbide distribution and the carbide grain size. as The basis for this assessment is usually the Steel-iron guidelines used. For the highest operational requirements, a small carbide and austenite grain sizes and an even carbide distribution are required. These demands are, however only to be fulfilled if it is possible to subject these steels to a minimum deformation. Depending on Strength and the desired dimension, a degree of deformation is necessary that causes the primary Ledeburit network of the cast block or the remelted block is as completely as possible shattered. For certain A minimum of 16-fold deformation is required to meet the highest requirements. However, this means that these steels only in relatively small dimensions can be supplied. Lesser ones C-fold degrees of deformation are not sufficient in most cases to shatter the primary structure of the steel in such a way that that a still tolerable carbide distribution with correspondingly small carbide grains is achieved. By

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Verfahren wie z.B. das Elektroschlacke-Umschmelzverfahren, das Verfahren mit selbstverzehrender Elektrode im Vakuumlichtbogenofen , Schmelzen im Elektronenstrahlofen oder Plasmaofen wird, bedingt durch die gesteuerte Erstarrung, eine relativ gleichmäßige Karbidverteilung erzielt, wobei aber die Karbide immer noch so grobkörnig sind, daß eine mindestens 8-fache Verformung notwendig wird. Bei der Herstellung großer Endabmessungen kann jedoch auch bei Einhaltung eines mindestens 8-fachen Verformungsgrades keine ausreichend feine Karbidverteilung erreicht werden, da der hiefür erforderliche Querschnitt des Rohblockes auf Grund der langsamen Erstarrung bei diesen großen Blöcken eine verhältnismäßig grobe Primärstruktur aufweist.Processes such as the electroslag remelting process, the process with a self-consuming electrode in a vacuum arc furnace , Melting in the electron beam furnace or plasma furnace is due to the controlled solidification, a relatively even carbide distribution achieved, but the carbides are still so coarse-grained that a at least 8-fold deformation is necessary. In the production of large final dimensions, however, can also be achieved with compliance an at least 8-fold degree of deformation, no sufficiently fine carbide distribution can be achieved because the the necessary cross-section of the raw block due to the slow solidification of these large blocks has a relatively coarse primary structure.

Wird hingegen versucht, große Endabmessungen mit mindestens 8-facher Verformung dadurch herzustellen, daß kleinere Rohblöcke zunächst gestaucht werden und anschließend eine Streckverformung erfahren, so hat dies den Nachteil, daß beim Stauchen des Blockes in Richtung der Blockachse A am Blockkopf und am Blockfuß eine praktisch unverformte Zone B übrigbleibt (Fig.l). Diese unverformte Zone entsteht dadurch, daß der Blockfuß und der Blockkopf direkt an den Schmiedesätteln aufliegen und dadurch keine fließende Verformung wie die übrigen Blockteile erfahren können. Wird ein derartig gestauchter Rohblock anschließend wieder in Richtung der Blockachse streckverformt, so besteht die Gefahr, daß unzureichend verformte Zonen des Blockes in der Blockachse A angeordnet werden (Fig.2) und so zu unzulässigen Inhomogenitäten hinsichtlich Karbidkorngröße und Karbidverteilung im fertiggeschmiedeten Stab führen.If, however, an attempt is made to produce large final dimensions with at least 8-fold deformation in that Smaller ingots are initially compressed and then experience a stretching deformation, so this has the disadvantage that when upsetting the block in the direction of the block axis A at the block head and at the block foot a practically undeformed zone B remains (Fig.l). This undeformed zone is created by the fact that the block foot and the block head rest directly on the forge saddles and therefore no flowing deformation like that can learn other block parts. If such a compressed raw block is then moved back in the direction of If the block axis is stretched, there is a risk that insufficiently deformed zones of the block in the block axis A. are arranged (Fig.2) and so to impermissible inhomogeneities with regard to carbide grain size and carbide distribution in the finished forged rod.

Wird der gestauchte Block durch Querschmieden weiterverformt, so macht sich dieser Umstand ebenfalls unangenehm bemerkbar, da in der Mitte des hergestellten Stabes über etwa ein Drittel der gesamten Länge eine an der Oberfläche unzureichend verformte Zone B entsteht, die sich bis in die Kernzone erstrecken kann und im metallurgischen Sinne praktisch noch das Gußgefüge aufweist (Fig.3), das heißt, dieser Teil des Stabes muß entweder auf eine geringereIf the upset block is further deformed by cross forging, so this circumstance is also noticeable unpleasantly, since in the middle of the rod produced about a third of the total length creates an insufficiently deformed zone B on the surface, which extends into the Can extend core zone and in the metallurgical sense practically still has the cast structure (Fig. 3), that is, this part of the rod must either go to a lower one

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Qualität abgewertet v/erden oder muß im Falle einer besonders sohlechten Gefügeausbildung .für Schrott erklärt werden. Die Entfernung dieser unverformten oder nur wenig verformten Zone erfordert eine Teilung des Stabes. Dadurch v/erden natürlich der Erzeugungslänge Grenzen gesetzt, die sich beim Endprodukt durch Unterlängen oder Reststücke unangenehm bemerkbar machen und zu erheblichen Materialverlusten führen können.Quality devalued or, in the case of one, must be specially to be declared for scrap metal. the Removal of this undeformed or only slightly deformed zone requires a division of the rod. As a result, there are of course limits to the length of production, which are also applicable to the end product make them uncomfortably noticeable through short lengths or remnants and can lead to considerable material losses.

Besonders nachteilig erweist sich die Forderung nach einem mindestens 8-fachen Verformungsgrad, wenn große Endabmessungen, wie beispielsweise 250 mm 0, hergestellt werden müssen, da hier Ausgangsblockquerschnitte verwendet werden müssen, die selbst bei der Anwendung von Umschmelzverfahren keineswegs mehr eine befriedigende Primärstruktur aufweisen. Bei diesen Querschnitten gelingt es nach den bisher üblichen Verfahren nicht mehr, den qualitätsmäßigen Anforderungen in Bezug auf Karbidkorngröße und Karbidverteilung auch nur annähernd gerecht zu werden.The requirement for at least an 8-fold degree of deformation proves to be particularly disadvantageous if large final dimensions, such as 250 mm 0, have to be made because here Starting block cross-sections must be used that are themselves no longer have a satisfactory primary structure when using remelting processes. With these cross-sections it is no longer possible to meet the quality requirements in terms of carbide grain size using the previously common methods and carbide distribution even approximately.

Zweck des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die vorstehend geschilderten Nachteile, wie ungleichmäßige Gefügeverteilung über Stablänge und-querschnitt, unzureichende Karbidkorngröße und Karbidverteilung in einzelnen Stabzonen, schlechtes Ausbringen und erhöhte Gefahr von Ausschuß, zu vermeiden.The purpose of the method according to the invention is the above The disadvantages described, such as uneven structure distribution over the length and cross-section of the rod, are inadequate Carbide grain size and carbide distribution in individual rod zones, poor yield and increased risk of rejects, too avoid.

Zur Herstellung von Werkzeugstahlen in Form von Quadrat-, Rund-, Flach- oder Profilquerschnitten bzw. Schmiedestücken wird üblicherweise als Ausgangsform ein Rund-, Quadrat-oder Mehrkantblock verwendet. Zur Erzeugung von dünnen Abmessungen, wie z.B. Blechen oder Bändern, wird als Ausgangsblock die sogenannte Bramme benützt.For the production of tool steels in the form of square, Round, flat or profile cross-sections or forgings are usually the starting shape of a round, square or Polygonal block used. To produce thin dimensions, such as sheets or strips, the so-called Used slab.

Überraschenderweise ist es nach umfangreichen Versuchen und Probeschrniedungen gelungen, die vorstehend angeführten Schwierigkeiten bei der Herstellung von Stabstahl aus ledeburitischen Uerkzeugstählen, insbesondere auch in großen Endabmessungen, zu vermeiden, wenn zur Erzeugung von Stabstahl als Ausgaiifjublock ein branunenförmiger Urnschrnelzblock ven-rendet wird.Surprisingly, after extensive experiments and trial cuts, the above-mentioned were successful Difficulties in making steel bars from ledeburitic Tool steels, especially those with large final dimensions, should be avoided when producing bar steel As an output block, a burnt-shaped iron block is used will.

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Mittels des Elektroschlacke-Umschmelzverfahrens wurde eine dichte, lunker- und blockseigerungsfreie Bramme mit den Abmessungen 45o χ I50 χ 575 mm aus einem Schnellarbeitsstahl mit der Zusammensetzung von S 4-j5-lo hergestellt (Fig.4). Diese Bramme vmrde auf einer 12oo t-Presse auf ill 19ο mm in Richtung der Blockachse A schrittweise gestaucht (Fig.5) und anschließend durch Schmieden des stauchgeschmiedeten Rohlings quer zur ursprünglichen Blockachse A (Fig,6) auf einen Endquerschnitt von loo mm 0 und 195o mm Länge gebracht. Die rnetallographische Untersuchung von Probescheiben aus diesem Schmiedestab ergab eine äußerst gleichmäßige, feine Karbidverteilung sowohl vom Rand zum Kern als auch über die gesamte Längsachse des hergestellten Stabes. Nach Stahl-Eisen-Richtreihen war die Karbidverteilung 15 mm vom Scheibenrand mit 1 bis 1,5 1 beurteilt, die schlechtesten Zonen des Stabes erhielten jedoch keine schlechtere Beurteilung als 2 1. Vergleichsweise v/erden bei einem nach den herkömmlichen Erzeugungsverfahreri hergestellten Stab vergleichbarer Abmessung in der Kernzone Beurteilungen bis zu 4 d nicht selten festgestellt.By means of the electroslag remelting process, a dense slab with the dimensions, free of voids and block segregation, was obtained 45o χ I50 χ 575 mm from a high speed steel with the composition of S 4-j5-lo (Fig.4). These Slab vmrde on a 12oo t press to ill 19ο mm in the direction the block axis A gradually compressed (Fig. 5) and then by forging the upset forged blank transversely to the original block axis A (Fig, 6) to an end cross-section of Loo mm 0 and 195o mm in length. The rnetallographic Examination of sample disks from this forged bar revealed an extremely even, fine carbide distribution from both the Edge to the core as well as over the entire longitudinal axis of the rod produced. According to the steel-iron guidelines, the carbide distribution was 15 mm from the edge of the pane rated 1 to 1.5 1, however, the worst areas of the bar received no worse rating than 2 1. Comparatively v / earth at one made according to the conventional production methods Rod of comparable dimensions in the core zone, assessments up to 4 d are not infrequently found.

Ein v/eiterer Versuch vmrde mit einem umgeschmolzenen Brammenblock aus S 6-5-2 mit der Abmessung lloo χ 25ο χ 75° mm durchgeführt. Dieser Ausgangsblock wurde durch schrittweises Stauchschmieden in Richtung der Blockachse A auf 550 mm $ vorverformt und durch ein anschließendes Streckschmieden quer zur ursprünglichen Blockachse A auf eine Endabmessung von 250 mm 0 gebracht. Nach Absetzen der Enden des Schmiedeknüppels verblieb eine Gesamtlänge an gutem Material von 4500 mm, was einem Ausbringen von 92 ⁽,Ό entspricht. Auch bei dieser verhältnismäßig großen Endabmessung wurde eine überaus gleichmäßige Karbidverteilung über Stablänge und Querschnitt erzielt, die nach Stahl-Eisen-Prüfnorm in den Rundbereichen mit 1,5 1 und in den Kernzonen mit 2 1 bis 5 1 und einzelnen Ausreißern mit 2 d gefunden wurden.A further experiment was carried out with a remelted slab block from S 6-5-2 with the dimensions lloo χ 25ο χ 75 ° mm. This output block has been pre-deformed by stepwise upset forging in the direction of the block axle A to 550 mm and $ brought by a subsequent stretching transverse to the forging axis of the original block A to a final dimension of 250 mm 0th After removing the ends of the forged billet, a total length of good material of 4500 mm remained, which corresponds to an output of 92 ⁽ , Ό . Even with this relatively large final dimension, an extremely even carbide distribution over the rod length and cross-section was achieved, according to the steel-iron test standard in the round areas with 1.5 1 and in the core zones with 2 1 to 5 1 and individual outliers with 2 d.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren aur Herstellung von geschmiedetem oder gewalztem Stabstahl aus ledeburitischen Werkzeugstählen mit weitgehend homogener Karbidverteilung über den gesamten Quersclmitt und die gesamte Stab-The subject matter of the invention is thus a process for the production of forged or rolled steel bars from ledeburitic steel Tool steels with largely homogeneous carbide distribution over the entire cross-section and the entire bar

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länge, das dadurch gekennzeichnet ist, daß aus diesen Stählen zunächst eine für ein Umschmelzverfahren geeignete Abschmelzelektrode hergestellt wird, diese umgeschmolzen und die Schmelze in einer wassergekühlten Brammenkokille nach dem Prinzip des wachsenden Blockes zur Erstarrung gebracht, die so erhaltene Bramme durch schrittweises Stauchschmieden in Richtung der Blockachse A auf einen annähernd quadratischen oder runden Querschnitt verformt und das so erhaltene Halbzeug durch weitere Streckverformung durch Schmieden oder Walzen des stauchgeschmiedeten Rohlings quer zur ursprünglichen Blockachse A auf den gewünschten Endquerschnitt mit einer mindestens 2-fachen Verformung, bezogen auf den stauchgeschmiedeten Ausgangsquerschnitt, fertiggestellt wird.length, which is characterized in that these steels are initially used to produce a consumable electrode suitable for a remelting process is produced, this remelted and the melt in a water-cooled slab mold according to the principle of Growing ingot solidified, the slab obtained in this way by stepwise upset forging in the direction of the Block axis A deformed to an approximately square or round cross-section and the semi-finished product thus obtained through further stretch deformation by forging or rolling the upset forged blank transversely to the original block axis A to the desired final cross-section with at least 2-fold deformation, based on the upset-forged starting cross-section, is completed.

Weitere Verbesserungen der Blockstruktur können im Rahmen dieses Verfahrens durch mechanisches Rütteln der Kokille bzw. des Blockes während des UmschmeIzvorganges erzielt werden. Ebenso ist es möglich, das Blockgefüge durch magnetisches Rühren der Schmelze während des Erstarrungsvorganges vorteilhaft zu beeinflussen. Weitere Verbesserungen sind auf metallurgischem Wege durch Impfen der Stahlschmelze während des UmschmelzVorganges möglich.Further improvements to the block structure can be achieved in the course of this process by mechanically shaking the mold or of the block can be achieved during the remelting process. It is also possible to advantageously create the block structure by magnetic stirring of the melt during the solidification process to influence. Further improvements are metallurgical by inoculating the molten steel during the remelting process possible.

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Claims

Claim:

Process for the production of forged or rolled Bars made from Ledebur! Table tool steels with extensive homogeneous carbide distribution over the entire cross section and the entire length of the rod, characterized by that a consumable electrode suitable for the remelting process was first produced from these steels and remelted and the melt in a water-cooled slab mold according to the principle of the growing ingot to solidify brought the slab obtained in this way by stepwise upset forging in the direction of the block longitudinal axis A to an approximately deformed square or round cross-section and the semi-finished product obtained in this way by further stretch deformation Forging or rolling the upset forged blank transversely to the original longitudinal axis A of the block to the desired end cross-section Completed with at least a double deformation, based on the upset forged cross-section will.

Gebr. Böhler & Co Aktiengesellschaft Patentbüro c

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