DE2152013A1

DE2152013A1 - In der Waerme duktile Staehle und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2152013A1
Application number: DE19712152013
Authority: DE
Inventors: Nachtman Elliot S
Original assignee: Lasalle Steel Co
Current assignee: Lasalle Steel Co
Priority date: 1970-10-19
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1972-04-20
Also published as: US3679400A; GB1338107A; FR2111703B1; FR2111703A1; CA949778A

Description

In der Wärme duktile Stähle und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft Verbesserungen der Warmduktilität von tellurhaltigen Stählen₀

Es ist bekannt, daß Blei, Wismut. , Schwefel, Selen oder Tellur in geringen Mengen die spanende Bearbeitbarkeit von Stahl verbessern. Es ist wünschenswert, als Zusatz zur Verbesserung der Formgebung oder Zerspanbarkeit von Stählen Tellur anzuwenden, da geringe Tellurmengen-die Zerspanbarkeit verbessern, jedoch nur einen geringen oder keinen Einfluß auf die anderen Eigenschaften des Stahls aufweist» Die Anwesenheit von Tellur in Stählen in Mengen, die für die Verbesserung der Bearbeitbarkeit erforderlich sind, hat einen sehr unerwünschten Einfluß, nämlich die Verringerung der Duktilität des Stahls bei hohen Arbeitstemperaturen. -■ 2 -

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ia-4o

Ira folgenden wird diese's Problem anhand der Stähle entsprechend der Spezifikation.AISI 4l42 erläutert, welche Tellur, Selen und Blei einzeln und in solchen Mengen enthalten, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Die untersuchten Stähle haben folgende Analyse«

	Tabelle 1	Beispiel 3	Beispiel
Beispiel 1	Beispiel 2	0,48	0,37
0,47	0,48	1,12	0,87
0,88	0,95	0,0l6	0,022
0,015	0,0i4	0,021	0,015
0,018	0,023	0,32	0,09
0,33	0,30	0,14	0,15
0,16	0,15	0,98	0,91
1,00	1,00	0,16	0,20
0,18	0,18	o,i4	0,15
0,15	0,16	«—	—
	0,08	0,08-0,11	——
__	...

Pb — — — o,15

Die Einschnürung der Prüfstäbe nach den Beispielen 1 bis 4 ist in*% angegeben.

Die Warmzugfestigkeit wurde an geschmiedeten Stahlkörpern

auf üblichen Maschinen für den Zugversuch an üblichen Prüfstäben., bei Prüftemperaturen von 1035, 1125 und 1200⁰C (19OG, 2050 und 2200⁰F) durchgeführt. Die Ergebnisse anhand der Einschnürung in $ sind in folgender Tabelle 2 zusammengestellte

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Tabelle 2	⁰C	1125°C	- *	1200	⁰C
1035	3	99,4	98	,7
94,	1	77,4	69	,8
44,	6	88,7	99	»3
94,	7	94,4	98	,5
99,

Beispiel 1

Beispiel 2 (Te)

Beispiel 3 (Se)

Beispiel 4 (Pb)

Aus obigem ergibt sich, daß die Duktilität in der Wärme derartiger Stähle enthaltend Tellur merklich tiefer liegt gegenüber solchen, die Selen oder Blei enthalten» Während die Anwesenheit von Blei oder Selen offensichtlich keinen nachteiligen Einfluß auf die Duktilität der Stähle haben, führt Tellur, insbesondere bei hohen Arbeitstemperaturen, zu einer besonderen Empfindlichkeit hinsichtlich Reißens während des Walzens, Strangpressens oder einer anderen Warmverformung. Solche Stähle machen weitergehende Oberflächenbearbeitung erforderlich« Sie ergeben geringere Ausbeuten an guten Stücken, bezogen auf das Gewicht der Rohlinge, Bisher gibt es noch keine metallurgische Erklärung für diese unerwartete " Eigenschaft, ■ die offensichtlich nur bei Tellur zu beobachten ist, jedoch sind ähnliche Beobachtungen hinsichtlich der Warmduktiiität der anderen unlegierten, mittel- und hochgekohlten Stählen und Legierungen festgestellt worden,

Gegenstand der Erfindung ist nun ein unlegierter, mittel- oder hochgekohlter Stahl oder eine solche Stahllegierung und deren Herstellung, wobei die Anwendung von Tellur in Mengen, wie sie zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Stähle gefordert werden, keinen nachteiligen Einfluß auf die Duktilität dieser Stähle bei hohen Arbeitstemperaturen hat, - 4

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-Zf-

¹ Es wurde erfindungsgemäß, festgestellt, daß der Zusatz einer oder mehrerer Seltener Erdmetalle als Legierungselement in Kombination mit dem Tellur dessen unerwünschten Einfluß auf die Duktilität des Stahls bei erhöhter Temperatur eliminiert. Der Einfluß des Seltenen Erdmetalls zur Überwindung der nachteiligen Beeinflussung der Warmduktilität bei tellurhaltigen Stählen zeigt sich bei nicht-legierten, mittel- und hochgekohlten Stählen mit und ohne zusätzlichen Legierungselementen. Dies gilt auch für beruhigten Stahl, in dem Z₀B₀ vorher in die Schmelze zur Desoxidation Aluminium und/oder W Silicium zugesetzt wurden.

Bei der erfindungsgemäßen Kombination von Tellur mit Seltenen Erdmetallen wird Tellur in einer solchen Menge der Schmelze zugegeben, daß der Tellurgehalt des Stahls zwischen 0,01 und 0,1 Gew.-J$, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,085 Gew.~fo liegt. Diesen Anteil an Tellur im Stahl erhält man durch Zugabe des Tellurs, vorzugsweise in Form von Ferrotellur, in die Schmelze, insbesondere vor dem Abgießen des Rohlings.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung dieser Stähle wird die Seltene Erdmetallkomponente vorzugsweise in Form eines Mischmetalls eingebricht, in dem etwa 50 bis 53 % Cer, 25 bis 26 % Lanthan,

etwa. 5 fi Praseodym und etwa l6 fo Neodym enthalten sind₀ Man kann jedoch auch jedes andere beliebige Seltene Erdmetall oder deren Gemische verwenden. Die gewünschten Ergebnisse erhält man bei Anwendung von Mischmetall oder anderen Quellen für Seltene Erdmetalle zusammen mit dem Tellur in einem Mengenverhältnis von 100 Teile Tellur auf 10 bis 5000 Teile Seltenes Erdmetall, vorzugsweise 40 bis 1000 Gew.-Teile Seltenes Erdmetall. Hinsichtlich des im Stahl angestrebten Ergebnisses sollte der Anteil an Seltenen Erdmetallen im Stahl zwischen.

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η 5 -

Q₁Ol und Q|5i vorzugsweise zwischen 0,02 uftd O₁I $,betragen»

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäß, angewandten Seltenen Erdmetall und Tellur enthaltenden Stahls wird ahhand folgender Beispiele näher erläutert*

Bei diesen Versuchen wurden die Stähle in einem Induktionsofen mit- Magnesitauskleidung erschmolzen. Chargiert wurde technisch reines Eisen und Ferrosilicium. Unmittelbar nach Einschmelzen der Charge wurden die entsprechenden Ferrolegierungen zugesetzt» um die Anteile an Silicium, Chrom, Phosphor und Molybdän zu erhöhen. Nach dem Abschlacken wurde Ferrosiliciura mit Graphit zur Einstellung des Kohlenstoff- und Siliciumge'halts zugesetzt. 3 min nach der Kohlenstoffzugabe wurde Ferromangan eingesetzt« Schließlich wurde Aluminium eingebracht,um den Stahl zu beruhigen und anschließend Tellur und Mischmetall in den erforderlichen Mengen eingebracht, um die in folgenden Tabellen angegebenen Volumina zu erreichen, und zwar zusammen mit Mangan· Nach etwa 12 bis l6 min wurde, bei einer Temperatur zwischen l600 und l65O°C (2920 bis 3OQO⁰F) abgegossen.

In den folgenden Tabellen ist der Gehalt an Seltenem Erdmetall auf der Basis von Cer angegeben. Angenommen, daß Cer 50 f° der gesamten Seltenen Erdmetalle des Mischmetalls ausmächt, so beträgt der Gesamtanteil an Seltenem Erdmetall· ungefähr das doppelte, wie sich aus der Analysenmenge für Cer ergibt. .

Die Warmfestigkeit wurde auf einer üblichen Zugmaschine (nach Gleeble) anhand üblicher Prüfkörper in Form von Stäben mit einem Durchmesser von 6,3 mm und einer Länge von 105 mm (Q25 x ^ 1/8 inch) vorgenommen. Die gegossenen Prüfkörper wurden an der Luft durch elektrische Widerstandsheizung - 6 -

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*» O ■*

nach folgendem Programm aufgeheizt.

Programm A

In 20 see auf 124O°C (2275°F)|, Bei dieser Temperatur 120 see gehalten und dann in etwa 10 see auf 1035 bzw. 1150 bzw. 1200⁰C (1900, 2050, 2200⁰F) abgekühlt und auf dieser Temperatur vor der Prüfung etwa 10 see gehalten.

Programm B

Die Prüfkörper wurden direkt auf die 3 Temperaturen gebracht innerhalb von etwa £0 see und bei dieser Temperatur 10 see vor Durchführung des Versuchs gehalten.

Die Zugversuche wurden durchgeführt mit einer Streckgeschwindigkeit von 50mm/sec. Dies entspricht einer Anfangsspannungsgeschwindigkeit von 400

Tabelle 3

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JAHx- ;·■

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Tabelle 3

•C Mn ^P S - Si Cr Mo Al Te Ce

Beisp.5 0,42 0,82 (0,02) (0,02) 0,27 liO5 0,20 (0,05) — —

Beisp.6 0,4l 0,90 (0,02) (0,02) 0,29 1,08 0,20 (0,05 0,083 —

Beisp.7 0,37 0,86 0,022 0,020 0,27 0,95 0,20 0,044 0,049 0£l8

Beisp,8.0,34 0,91 (0,02) (0,02) 0,27 0,96 0,20 0,040 0,072 QO18

Beisp.9 0,36 0,88 0,023 0,020 0,09 0,94 0,21 — 0,047 QOl 2

Beisp.10 0,38 0,91 (0,02) (0,02) 0,10 0,95 0,20 — 0,085 0,009

Beisp.

Einschnürung Programm. A

1O35°C 1185°C 1200⁰C 83,5 98,9 91,7

22,0 24,5
38,4 58.7

82,8 94,8
37.8 78,0
55,5 84,0

72,6 95,8

65,3 80,0

98,7

Programm B
1O35°C 1185°C 1200⁰C

94,2 94,0 22,0
31,0
50,1
36,8

19.2 34,3 91,2 51,0

98,8 32,2

94,9 96,6 87,6

56,8 63,7 95,8

Aus'obiger Tabelle ergibt sich, daß Stähle der Spezifikation

4l40 durch die Anwesenheit von Tellur praktisch hinsichtlich der Warmduktilität von geschmiedeten und beruhigten Stählen abfallen» Dies zeigt sich beim Walzen, wo eine Verringerung der Duktilität in der Wärme zu Rissen und übermäßigen Sprüngen mit gleichzeitiger Zunahme in unzulässigem Ausmaß an Ausschuß und Schrott führt.

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BAD ORtGlMAL

Der günstige Einfluß von Mischmetall oder Seltenen Erdmetallen auf die Warmduktilität von tellurhaltigen Stählen ergibt sich in jedem Fall klar.Bei beiden Aufheizprogrammen zeigen sich besonders deutlich die Verbesserungen bei den niedereren Prüftemperaturen gegenüber der höchsten Prüftemperatur.

Aus obigem geht wohl klar der vorteilhafte Einfluß, der durch Anwendung von Seltenen Erdmetallen in Stählen der Spezifikation 4-0^-0 mit Tellur erreicht wird, hervor_n Ähnliche Effekte erreicht man auch mit anderen Stahlspezifikationen, wie 4ΐΛ2, 10*1-5» 1215. und korrosionsbeständige Stähle, wie übliche nicht-legierte Kohlenstoffstähle,mittelgekohlte Stähle und hochgekohlte Stähle, wie solche enthaltend Legierungselemente und in denen Tellur zur Anwendung gelangt zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit oder dergleichen.

Änderungen in den einzelnen metallurgischen Verfahrensschritten und -techniken sowie hinsichtlich der Stahlzusammensetzung können ohne Verlassen des Erfihdungsgedankens durchgeführt werdenο

Patentansprüche

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Claims

I)U. IX(S₁ F. AVtTESTIIOFP' ⁸ ΜϋίίΟΊΙΕΓΐ 90

ÜR. ISG. I). BEHRENS

rfei** »MO70 phötectpAtent MCxCMen

ίΑ-40 453 - 9 - '

Patentansprüche

1. Nicht-legierte, mittel- oder hochgekohlte Stähle

oder legierte Stähle enthaltend Tellur,hoher Warmduktilität, dadurch gekennzeichnet , daß sie 0,01 bis Oj 1 °/₀ Tellur Und auf 1 Gew_e-Teil Tellur OyI bis 50 Gew_s-Teile eines oder mehrerer· Seltene: Erdemetalle enthaltem

2« Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf 1 Gew.-Teil Tellur 0,25 bis 10 Gev/o-Teile eines oder mehrerer Seltener Erdmetalle enthält»

3β Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,01 bis 0,1 ^c/o Tellur und 0,01 bis 0,5 fo eines oder mehrerer Seltener Erdmetalle enthält»

4. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,02 bis 0,085 f₀ Tellur und 0,02 bis 0,1 % eines oder mehrerer Seltener Erdmetalle enthalte

5* ' S"tahl nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seltenen Erdmetalle die Komponenten des Mischmetalls sind₀

6. Verfahren zur Herstellung der Stähle nach Anspruch 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Stahlschmelze enthaltend die anderen Legierungskomponenten und Begleitelemente Tellur und Seltene Erdmetalle einbringt, vorzugs-

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BAD ORIGINAL

- 10 weise unmittelbar vor dem Abguß»

7» Anwendung der Stähle nach Anspruch 1 bis 5» zur Warmumformung»

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