DE2446637B2 - AUTOMATIC STEEL IN THE CAST STATE - Google Patents
AUTOMATIC STEEL IN THE CAST STATEInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Automatenstähle, die keine Seltenen Erden enthalten, im Gußzustand als unbeschnittene Blöcke, Barren, Brammen oder Knüppel mit einem Stückgewicht von mehr als 453 kg.The invention relates to free-cutting steels which do not contain rare earths, in the as-cast state as uncut Blocks, ingots, slabs or billets with a unit weight of more than 453 kg.
Es ist bekannt, Automatenstählen Blei zuzusetzen, da dies die Zerspanbarkeit des Stahles verbessert. Das Blei ist im erstarrten Stahl in Form von Einschlüssen vorhanden, die so fein wie möglich sein sollten.It is known to add lead to free-cutting steels, as this improves the machinability of the steel. Lead is present in the solidified steel in the form of inclusions, which should be as fine as possible.
Durch die US-PS 36 71 224 sind Automatenstähle als Gußstücke bekannt, welche einen mikrofein verteilten Bleigehalt aufweisen, der bei handelsüblichen Größen dieser Gußstücke 0,15 Gew.-% nicht übersteigt.From US-PS 36 71 224 free-cutting steels are known as castings, which distributed a microfine Have lead content, which does not exceed 0.15 wt .-% for commercial sizes of these castings.
Durch die DT-OS 20 12 668 sind Gußstücke von handelsüblicher Größe bekannt, bei denen Bleiverbindungen, die ein geringeres spezifisches Gewicht als Blei in elementarer Form aufweisen, im Gußstück verteilt sind. Das Ausmaß der Verbesserung, die die Zerspanbarkeit des Stahles erfährt, ist jedoch bei Vorhandensein von Bleiverbindungen wesentlich geringer als bei elementarem Blei.Through the DT-OS 20 12 668 castings of commercial size are known in which lead compounds, which have a lower specific weight than lead in elemental form, distributed in the casting are. However, the extent of the improvement in the machinability of the steel is if it is present of lead compounds is significantly lower than that of elemental lead.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Automalenstähle hinsichtlich ihrer Zerspanbarkeit zu verbessern. Ferner wird angestrebt, den üblichen Fußschrott zu vermeiden.The invention is based on the object of improving automotive steels with regard to their machinability. Furthermore, the aim is to avoid the usual scrap of feet.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß Automatenstähle der eingangs beschriebenen Art einen Bleigehali von mehr als 0,35 bis 0,70 Gew.-% aufweisen, wobei das Blei in elementarer und gleichmäßiger Form mikrofein im gesamten Stahl verteilt ist.To solve this problem, the invention proposes that free-cutting steels of the type described above have a lead content of more than 0.35 to 0.70% by weight, the lead being more elemental and more uniform Shape is distributed microfinely throughout the steel.
Derartige Automatenstähle weisen eine besonders gute Zerspanbarkeit auf, weil der Bleigehalt bis zu 0,7 Gew.-% erhöht ist. Da das Blei in gleichmäßiger Form mikrofein im gesamten Stahl verteilt ist, entfällt das übliche Abschneiden des Makroeinschlüsse enthaltenden Fußschrotts, der 4 bis 10% des Gußstückes ausmachen kann. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Automatenstahls gemäß der Erfindung merklich verbessert.Such free-cutting steels have particularly good machinability because the lead content is up to 0.7 % By weight is increased. Since the lead is evenly distributed microfinely throughout the steel, this is not necessary usual cutting of the foot scrap containing macro-inclusions, the 4 to 10% of the casting can make out. This makes the economy of the free cutting steel according to the invention noticeable improved.
Barren von handelsüblicher Größe in gegossenem, unbeschnittenem und unbearbeitetem Zustand haben eine Größe von etwa 17,5 χ 17,5 χ 200 cm oder ein Gewicht von 453 kg bis zu Barren von 11,325 t und mehr. Ein typischer Barren mit verlorenem Kopf hat eine Größe von 70 χ 85 χ 210 cm oder ein Gewicht von etwa 8,154 i. Ein typischer Barren mit verlorenem Fuß hat eine Größe von 72,5 χ 72,5 χ 222,5 cm oder ein Gewicht von 11,325 t. Die Querschnittsabmessungen der Barren werden gewöhnlich am oberen EndeHave bars of commercial size in cast, uncut and unprocessed condition a size of approximately 17.5 17.5 χ 200 cm or a weight of 453 kg up to bars of 11.325 t and more. A typical lost head bar is 70 85 χ 210 cm in size or weight from about 8.154 i. A typical bar with a lost The foot has a size of 72.5 72.5 χ 222.5 cm or a weight of 11.325 t. The cross-sectional dimensions the bars are usually at the top
gemessen.measured.
Die Grundzusammensetzung des Stahls (d.h. die Stahlzusammensetzung ohne Blei) umfaßt alle Grundzusammensetzungen, denen früher das Blei zugesetzt worden ist. Die Grundzusammensetzung für unlegierte Kohlenstoffstähle kann folgendermaßen sein:The basic composition of steel (i.e. the steel composition without lead) includes all basic compositions, to which lead was previously added. The basic composition for unalloyed Carbon steels can be as follows:
0,03 - 1,03% Kohlenstoff0.03-1.03% carbon
0^25 - 1,65% Mangan0 ^ 25 - 1.65% manganese
0 - 0,50% Schwefel0 - 0.50% sulfur
ι» O- 0,20% Phosphorι »O- 0.20% phosphorus
0 - 0,75% Silizium0 - 0.75% silicon
maximal 0,03% Stickstoff
0 - 0,15% Tellurmaximum 0.03% nitrogen
0 - 0.15% tellurium
Rest EisenRemainder iron
Für legierte Stähle kann die Grundzusammensetzung zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Elementen eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente enthalten:For alloy steels, the basic composition can be in addition to the elements indicated above, one or more of the following alloying elements contain:
0-1,60% Chrom0-1.60% chromium
0-3.75% Nickel0-3.75% nickel
0-0,50% Molybden0-0.50% molybdenum
0-0,25% Vanadium0-0.25% vanadium
0-0,003% Bor0-0.003% boron
0-0,50% Titan0-0.50% titanium
0-0,25% Zirconium0-0.25% zirconium
0-0,25% Columbium0-0.25% columbium
0-0,10% Aluminium0-0.10% aluminum
0-0,02% Calcium
30 0-0.02% calcium
30th
Typische Beispiele solcher Grundzusammensetzungen in der AISl 1200 Reihe von Stählen sind folgende:Typical examples of such basic compositions in the AISl 1200 series of steels are as follows:
maximal 0,13% Kohlenstoffmaximum 0.13% carbon
0,60 - 1,00% Mangan0.60-1.00% manganese
J5 0,07 - 0,12% Phosphor J5 0.07-0.12% phosphorus
0,08 - 0,33% Schwefel0.08-0.33% sulfur
Rest % EisenRemainder% iron
Diesen Grundzusammensetzungen wird soviel Blei zugesetzt, daß der endgültige Bleigehalt mehr als 0,35% und bis zu 0,50% beträgt, obwohl höhere Bleigehalte in Betracht gezogen werden, beispielsweise bis zu 0,60 oder 0,70%. Vorzugsweise liegt der Bleigehalt in dem Bereich von 0,45 bis 0,50% oder 0,45 bis 0,60%.Sufficient lead is added to these basic compositions that the final lead content is more than 0.35% and up to 0.50%, although higher levels of lead are contemplated, e.g. up to 0.60 or 0.70%. Preferably the lead content is in the range from 0.45 to 0.50% or 0.45 to 0.60%.
Das Blei ist in dem erstarrten Stahl in Form von Einschlüssen vorhanden. Diese Bleieinschlüsse sind über die ganze Länge des gegossenen Barrens verhältnismäßig gleichförmig verteilt. Alle Bleieinschlüsse sind im wesentlichen mikroskopisch fein. Auf der ganzen LängeThe lead is present in the solidified steel in the form of inclusions. These lead inclusions are over distributed relatively uniformly over the entire length of the cast ingot. All lead inclusions are in essentially microscopic. Along the whole length
so des gegossenen Barrens sind im wesentlichen keine Makroeinschlüsse von Blei vorhanden. Es erfolgt auch im wesentlichen keine Seigerung von bleihaltigen Makroeinschlüssen. Das untere Ende des gegossenen Barrens ist im wesentlichen frei von Makroeinschlüssen von Blei, so daß ein Verschrotten des Barrenfußes nicht erforderlich ist, in welchem sich üblicherweise Makroeinschlüsse von Blei abgesetzt haben.so of the cast ingot are essentially none Macro inclusions of lead present. There is also essentially no segregation of lead-containing substances Macro inclusions. The lower end of the cast ingot is essentially free of macro-inclusions of lead, so that it is not necessary to scrap the foot of the ingot, which usually contains macro-inclusions of lead.
Die Bleieinschlüsse bestehen im wesentlichen aus elementarem Blei oder einer von Bleioxid verschiedenen Bleiverbindung. Das Blei kann für sich vorliegen oder mit Einschlüssen vereinigt sein, wie zum Beispiel Mangansulfid oder mit Verbindungen von Eisen, Mangan, Sauerstoff und Schwefel. Ein Beispiel einer Bleiverbindung ist Bleitellurid, das auftritt, wenn Tellur und Blei dem Stahl zugesetzt werden, iim die Zerspanbarkeit zu verbessern. Im wesentlichen ist kein Bleioxid vorhanden, da bei der Prüfung der mikroskopischen Einschlüsse, die Blei enthalten, kein BleioxidThe lead inclusions essentially consist of elemental lead or one other than lead oxide Lead compound. The lead can stand alone or be combined with inclusions, such as Manganese sulfide or with compounds of iron, manganese, oxygen and sulfur. An example of one Lead compound is lead telluride that occurs when tellurium and lead are added to the steel Improve machinability. Substantially no lead oxide is present, since when examining the microscopic Inclusions that contain lead, not lead oxide
gefunden worden ist. Dieser Zustand tritt sogar in Abwesenheit von Aluminium auf, das gewöhnlich zugesetzt wird, um den Stahl zu beruhigen oder die Korngröße zu verfeinern (beispielsweise 0,015 bis 0,065 Gew.-%). shas been found. This condition occurs even in the absence of aluminum, which is common is added to calm the steel or to refine the grain size (e.g. 0.015-0.065 Wt .-%). s
Vor dem Gießen wird das Blei dem Stahl in der nachstehend beschriebenen Weise zugesetzt.Before casting, the lead is added to the steel in the manner described below.
Geschmolzener Stahl der gewünschten Zusammensetzung mit einer Temperatur von 1593 bis 1704"C wird in eine Gießpfanne abgestochen, wobei der größte Teil der Schlacke im Ofen zurückgehalten wird. Die Gießpfanne wird bedeckt, um den Zutritt der äußeren Atmosphäre auszuschließen. Zu diesem Zeitpunkt bedeckt nur eine sehr dünne Schlackenschicht den geschmo'lzenen Stahl in der Gießpfanne.Molten steel of the desired composition with a temperature of 1593 to 1704 "C is made tapped into a ladle, with most of the slag being retained in the furnace. the The pouring ladle is covered to prevent the outside atmosphere from entering. At this time only a very thin layer of slag covers the molten steel in the ladle.
Die Gießpfanne ist mit 2inem Paar poröser Bodensteine versehen, durch welche Argon in das Bad eingeführt wird. Die aufsteigenden Argongasblasen rühren den geschmolzenen Stahl um und wo die Argongasblasen die Oberfläche des Bades durchbrechen, wird die Schlackenschicht beiseite geschoben, so daß ein Teil der Oberfläche des Stahllbades unbedeckt ist. Nachdem Argon in den Stahl 15 bis 20 Sekunden lang eingeblasen wurde, wird Blei durch eine öffnung im Gießpfannendeckel an der Stelle der Badoberfläche eingeführt, die nicht durch Schlacke bedeckt ist, die aber nicht direkt über einem porösen Bodenstein liegt. Das Umrühren mit Argongas wird während des Bleizusetzens fortgesetzt, was etwa 2 bis 3 Minuten dauert, und danach für weitere 2 bis 3 Minuten aufrechterhalten.The ladle is provided with a pair of porous floor stones through which argon enters the bath is introduced. The rising argon gas bubbles stir the molten steel around and where the Argon gas bubbles break through the surface of the bath, the slag layer is pushed aside, so that part of the surface of the steel bath is uncovered. Having argon in the steel 15 to 20 seconds has been blown in for a long time, lead is fed through an opening in the pouring ladle cover at the point of the bath surface introduced, which is not covered by slag, but which is not directly over a porous soil stone. That Stirring with argon gas is continued during the lead addition, which takes about 2 to 3 minutes, and then hold for another 2 to 3 minutes.
Die Gase, die sich über der Schmelze während des Umrührens und des Bleizusetzens ansammeln, Argon und Bleidämpfe, werden durch eine Leitung abgeführt. Ein übliches Sauggebläse kann verwendet werden, um diese Gase zu entfernen. Das Absaugen der Gase kann -,5 so geregelt werden, daß sich innerhaEb der bedeckten Gießpfanne ein Druck ausbildet, der größer ist als der atmosphärische Druck. Eine gasförmige Atmosphäre, die weniger oxidierend ist als die Atmosphäre außerhalb der Gießpfanne, wird während des EHeizusetzens und nachher im Inneren der bedeckten Gießpfanne aufrechterhalten. The gases that build up over the melt during agitation and lead addition, argon and lead vapors are discharged through a pipe. A standard suction fan can be used to remove these gases. The suction of the gases can be regulated so that they are covered within the The ladle forms a pressure that is greater than atmospheric pressure. A gaseous atmosphere which is less oxidizing than the atmosphere outside the ladle, will during heating and afterwards maintained inside the covered ladle.
Es wird genügend Blei zugesetzt, um einen endgültigen Bleigehalt von mehr als 0,35% (vorzugsweise mindestens 0,45%) bis zu 0,50% oder mehr zu erzielen. Dem Stahl werden keine Seltenen Erden zugesetzt. Die Atmosphäre innerhalb der Gießpfanne zu dem Zeitpunkt, in welchem das Blei zugesetzt wird, ist weniger oxidierend als die Atmosphäre außerhalb der Gießpfanne, so daß die Bildung von Bleioxid unterdrückt wird.Enough lead is added to make a final To achieve lead content of more than 0.35% (preferably at least 0.45%) up to 0.50% or more. No rare earths are added to the steel. The atmosphere inside the ladle at the time in which the lead is added is less oxidizing than the atmosphere outside the ladle, so that the formation of lead oxide is suppressed.
Nachdem das Blei zugesetzt und mit Argon umgerührt worden ist, wird die Einführung von Argon unterbrochen, der Deckel von der Gießpfanne entfernt und die Oberseite des Bades mit leichtem Vermiculit bedeckt, um das Verdampfen zu unterdrücken. Der bleihaltige Stahl wird in übliche Kokillen abgegossen, die nach oben oder nach unten konisch sein können, oder in die Zwischenpfanne einer üblichen kontinuierlichen Stranggießanlage. Nach dem Abgießen wird die Schlacke aus der Gießpfanne entleert.After the lead has been added and agitated with argon, the introduction of argon interrupted, the lid removed from the ladle and the top of the bath covered with light vermiculite covered to suppress evaporation. The lead-containing steel is poured into common molds, which can be conical upwards or downwards, or in the tundish of a conventional continuous Continuous caster. After pouring, the slag is emptied from the ladle.
Die Gießtemperatur des Stahls beträgt etwa 1565°C und liegt unterhalb der Temperatur, bei welcher Probleme des Haftens an der Kokille auftreten, wie nachstehend beschrieben wird.The casting temperature of the steel is about 1565 ° C and is below the temperature at which Problems of sticking to the mold arise, as will be described below.
Die übliche Kokille für Stahlbarren von handelsüblicher Größe ist aus Gußeisen hergestellt. Wenn der Stahl in die Kokille mit zu hoher Temperatur eingegossen v/ird (beispielsweise 1650 bis 17040C), kann der erstarrte Barren an der Innenseite der Kokille haften. Wenn dies geschieht, ist es schwierig, den Barren zu ziehen, und manchmal muß die Kokille sogar aufgebrochen werden. Weil die Kosten der Kokille mit dem Wert des Barrens vergleichbar sind, ist ein solches Verfahren wirtschaftlich unannehmbar. Überdies weisen Barren, die in Kokillen haften, Oberflächenmängel auf, wie Sprünge oder Risse, welche den Barren und den hieraus gewalzten Stahl ohne besondere Oberflächenbearbeitung für den Handel unannehmbar machen. Ein Barren gemäß der Erfindung weist in gegossenem Zustand eine Oberfläche auf, die keine besondere Oberflächenbearbeitung erforderlich macht.The usual mold for commercial size steel ingots is made of cast iron. If the steel is poured into the mold at too high a temperature (for example 1650 to 1704 ° C.), the solidified ingot can adhere to the inside of the mold. When this happens the ingot is difficult to pull and sometimes the mold even has to be broken. Because the cost of the mold is comparable to the value of the ingot, such a process is economically unacceptable. In addition, ingots that adhere in molds have surface defects, such as cracks or cracks, which make the ingot and the steel rolled from it unacceptable for trade without special surface treatment. An ingot according to the invention has, in the cast state, a surface that does not require any special surface treatment.
Die porösen Bodensteine werden etwa 5 bis 10 Sekunden lang, unmittelbar bevor das Argon eingeführt wird, und etwa 30 bis 60 Sekunden lang nach dem Entleeren der Schlacke mit einem Sauerstoffstrahl gereinigt. Es ist zwar bereits durch die DT-OS 20 48 360 ein Verfahren zur Herstellung von bleihaltigem Automatenstahl bekannt, bei dem ein Rührgas durch eine Stahlschmelze geblasen wird und die Bleizugabe derart erfolgt, daß die Rührwirkung des Gases zur Verteilung des Bleis benutzt wird. Dadurch soll das Blei-Ausbringen verbessert werden. Eine maximale Obergrenze des Bleigehaltes von 0,28% wird dabei jedoch nicht überschritten.The porous floor stones are left for about 5 to 10 seconds immediately before the argon is introduced and for about 30 to 60 seconds after emptying the slag with an oxygen jet cleaned. It is true that DT-OS 20 48 360 already describes a process for the production of lead-containing Free-cutting steel known, in which a stirring gas is blown through a steel melt and the addition of lead takes place in such a way that the stirring action of the gas is used to distribute the lead. This is supposed to Lead yields can be improved. A maximum upper limit of the lead content of 0.28% is thereby but not exceeded.
Ein weiteres Verfahren zum Zusetzen von Blei zu geschmolzenem Stahl in einer bedeckten Gießpfanne ist in der deutschen Patentanmeldung P 23 23 503.2 vom 10. Mai 1973 enthalten.Another method of adding lead to molten steel in a covered ladle is contained in the German patent application P 23 23 503.2 of May 10, 1973.
Wenn der bleihaltige Stahl kontinuierlich zu Strängen gegossen wird, weist ein typischer Sl rang von handelsüblicher Größe auf der schmalen Seite eine Größe von 7,5 χ 7,5 cm auf. Größere Stränge weisen Größen von 25 χ 57,5 cm und mehr auf. Diese Stränge werden gegebenenfalls in Längen bis zu 12 m geschnitten.When the leaded steel is continuously cast into strands, a typical sl rang of commercially available size on the narrow side a size of 7.5 χ 7.5 cm. Have larger strands Sizes of 25 χ 57.5 cm and more. These strands are optionally available in lengths of up to 12 m cut.
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