DE2700574A1 - Austenitic stainless steel ingot or continuous castings - hot worked after casting to eliminate long and expensive heat treatment - Google Patents
Austenitic stainless steel ingot or continuous castings - hot worked after casting to eliminate long and expensive heat treatmentInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung austenitischen Edelstahls Process for the production of austenitic stainless steel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung austenitischen Edelstahls.The invention relates to a method for producing austenitic Stainless steel.
Dieser setzt sich aus maximal 0, 20 % Kohlenstoff (C), maximal 2, 5 , Silicium (Si), maximal 10 % Mangan (Mn), 12 - 40 % Chrom (Cr), 7 - 40 % Nickel(Ni), 0 - 5 % Molybdän (Mo) und aus folgenden anderen möglichen Zusatzstoffen zusammen: 0 - 4 % Kupfer (Cu), 0 - 1 % Titan (Ti), 0 - 1 % Niobium (Nb), 0 - 0, 3 % Stickstoff (N).This consists of a maximum of 0, 20% carbon (C), a maximum of 2, 5, silicon (Si), maximum 10% manganese (Mn), 12 - 40% chromium (Cr), 7 - 40% nickel (Ni), 0 - 5% molybdenum (Mo) and from the following other possible additives together: 0 - 4% copper (Cu), 0 - 1% titanium (Ti), 0 - 1% niobium (Nb), 0 - 0, 3% nitrogen (N).
Die Verhältnisse sollten so abgestimmt sein, daß die Struktur des Stahls nach dem Aufheizen auf eine hohe Temperatur und einem schnellen Abkühlen gleichmäßig austenitisch oder austenitisch durch ihre Matrix wird und daß die Struktur einen kleinen Anteil an Ferriten enthält, die als einzelne Inseln eingelagert werden. Das bekannte Verfahren zur Herstellung austenitischen Edelstahls läßt sich in folgende Verfahrensschritte untergliedern: 1. Schmelzen bei einer Temperatur von 1. 500 - 1.600 C; 2. Eingießen in eine Kokillenform oder kontinuierliches Gießen bei einer Temperatur von 1.425 - 1.550°C; 3A. - Abkühlen zusammen mit der Kokillenform auf Raumtemperatur; - Öffnen der Form und Beseitigung von Oberflächengußfehlern; - Aufheizen auf eine Temperatur von 1.150°C bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 1000 C/h, um mit der Warmbearbeitung zu beginnen; - Aufrechterhaltung der Temperatur von 1. 1500 C über eine Zeitdauer von 1 - 6 Stunden je nach Größe des Gußstückes, um mit der Warmbearbeitung zu beginnen; oder 3B. - Abkühlung des kontinuierlich gegossenen Rohlings auf eine Temperatur von 1. 1500 C, um mit der Warmbearbeitung zu beginnen; 4. Durchführung der Warmbearbeitung, die spätestens beendet sein sollte, wenn die Temperatur auf 8500 C gesunken ist (Zwischenaufheizungen werden, falls nötig, durchgeführt); 5. Abkühlung auf Raumtemperatur; 6. Aufheizen auf die Wärmebehandlungstemperatur von 1.000 - 1.1000 C bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von maximal 1000 C/h; 7. Aufrechterhaltung der Wärmebehandlungstemperatur von 1.000 - 1.1000 C über eine Zeitdauer von 1 - 6 Stunden, je nach Größe des Gußstückes; 8. schnelles Abkühlen auf Raumtemperatur, z.B. Wasserkühlen.The proportions should be coordinated so that the structure of the Steel after heating to a high temperature and rapid cooling becomes uniformly austenitic or austenitic by its matrix and that the structure contains a small amount of ferrites, which are stored as individual islands. The known method for producing austenitic stainless steel can be broken down into the following Subdivide process steps: 1. Melting at a temperature of 1,500 - 1,600 C; 2. Pouring into a permanent mold or continuous casting at one Temperature from 1,425 - 1,550 ° C; 3A. - Cooling down together with the mold Room temperature; - Opening the mold and eliminating surface casting defects; - Warm up to a temperature of 1,150 ° C at a heating rate of 1000 C / h, to start hot working; - Maintaining the temperature from 1. 1500 C over a period of 1 - 6 hours, depending on the size of the casting, to with to start hot working; or 3B. - Cooling of the continuously poured Blank to a temperature of 1,1500 C to start hot working; 4. Carrying out the hot working, which should be finished at the latest when the Temperature has dropped to 8500 C (intermediate heating is carried out if necessary); 5. Cooling to room temperature; 6. Heating to the heat treatment temperature of 1,000 - 1,1000 C at a heating rate of maximum 1000 C / h; 7. Maintenance the heat treatment temperature of 1,000 - 1,1000 C over a period of 1 - 6 hours, depending on the size of the casting; 8. rapid cooling to room temperature, e.g. water cooling.
Mit Hilfe des obigen Verfahrens erhält nian Stahl mit einer vollständig austenitischen Mikrostruktur oder Stahl mit einer austenitischen Matrix und eingelagerter Ferrite als zusätzliche Phase in Abhängigkeit von den Mischungsverhältnissen. Dieser Stahl ist charakterisiert durch eine relativ geringe Festigkeit, hervorragende Härte und vor allem durch eine gute Korrosionsfestigkeit. Die Korrosionsfestigkeit erfordert neben einer ausreichenden Vermischung bzw. Verteilung hauptsächlich einen über die gesamte Struktur verteilten Chromgehalt. Kühlt der Stahl nach dem Eingießen in eine Kokillenform oder nach einer Warmbearbeitung langsam auf Zimmertemperatur ab, so sondern sich in einem Temperaturbereich von 900 - 400°C Karbide an den Korngrenzen des Austenits ab. In der angrenzenden Zone der Korngrenzen verbinden sich diese Karbide mit Chrom in einem solchen Ausmaß, daß der Chromgehalt in dieser Zone wesentlich kleiner wird als in anderen Bereichen. Er sinkt sogar oft unter die kritische Grenze von 12 % Chrom. Theoretisch ist jedoch zur "Passivierung" ein Wert oberhalb von 12 % Chrom nötig. Diese Diffusionszone, sogenannte "diffusion yard", folgt den Korngrenzen des Austenits als eine fortlaufende enge Zone und ist wegen ihres geringen Chromgehalts nicht mehr korrosionHfest. Wird Stahl, der in dieser Weise "sensitiviert" wurde, in ein korrodiercndcs Medium gebracht, so bildet sich cin lrtliches Zellsystem an der Stahloberfläche auf Die enge "Diffusi.)nszl)ne" wird zu einer korrodierenden Anode, die grolk Kornoberfläche zu einer korrosionsgeschützten Kathode. Dieses Ergebnis bestimmt das schlechte Korrosionsverhalten von Edelstahl, was auf einer Korngrenzenkorrosion beruht, die den Stahl innerhalb kurzer Zeit zerstören kann. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Bildung von nachteiligen Korngrenzenkarbiden und die daraus resultierenden Folgen ganz verhindert. Eine spezielle Wärmebehandlung, mit dem Ziel, die Karbide zu zerstören, ist nicht mehr nötig.With the help of the above procedure, nian steel with a complete austenitic microstructure or steel with an austenitic matrix and embedded Ferrites as an additional phase depending on the mixing ratios. This Steel is characterized by relatively low strength and excellent hardness and, above all, good corrosion resistance. The corrosion resistance requires in addition to sufficient mixing or distribution, mainly one over the entire structure distributed chromium content. The steel cools after being poured into a Mold shape or after hot working slowly down to room temperature, so Instead, carbides can be found at the grain boundaries in a temperature range of 900 - 400 ° C of austenite. In the adjacent zone of the grain boundaries, these combine Carbides with chromium to such an extent that the chromium content in this zone is significant becomes smaller than in other areas. It even often sinks below the critical limit of 12% chromium. Theoretically, however, for "passivation" a value above 12% chromium required. This diffusion zone, the so-called "diffusion yard", follows the grain boundaries austenite as a continuous narrow zone and is because of its low chromium content no longer corrosion-resistant. If steel that has been "sensitized" in this way is When placed in a corrosive medium, a local cell system is formed the steel surface on the narrow "Diffusi.) nszl) ne" becomes a corrosive one Anode, the largest grain surface to a corrosion-protected Cathode. This result determines the poor corrosion behavior of stainless steel, which is based on grain boundary corrosion that destroy the steel within a short time can. In the process according to the invention, the formation of disadvantageous grain boundary carbides is avoided and the resulting consequences are completely prevented. A special heat treatment, with the aim of destroying the carbides is no longer necessary.
Das Verfahren gemäß der Erfindung, welches aus den Ansprüchen zu ersehen ist, läßt sich in folgende Schritte unterteilen: 1. Schmelzen wie beim bekannten Verfahren; 2. Eingießen in eine Kokillenform oder ein kontinuierliches Gießen entsprechend dem bekannten Verfahren; 3. Warmbearbeitung des Gusses oder des kontinuierlich gegossenen Rohlings, wenn die Temperatur auf etwa 1.150°C gefallen ist; 4. Warmbearbeitung, die beendet sein sollte, ehe die Temperatur in den Bereich der Karbidbildung, also unter 900 C, gefallen ist. Ist dies nicht möglich, so werden Zwischenerhitzungen durchgeführt.The method according to the invention, which can be seen from the claims can be divided into the following steps: 1. Melting as in the known Procedure; 2. Pouring into a permanent mold or continuous casting accordingly the known method; 3. Hot working of the cast or continuously cast Blank when the temperature has dropped to around 1,150 ° C; 4. hot working, which should be finished before the temperature in the area of carbide formation, so below 900 C. If this is not possible, intermediate heating takes place carried out.
5. Sofort nach Abschluß der Warmbearbeitung, welchesbei einer Temperatur oberhalb von 9000 C geschieht, ist das Gußstück rasch abzukühlen.5. Immediately after the completion of hot working, which at a temperature happens above 9000 C, the casting must be cooled quickly.
Dieses direkte Abkühlverfahren für austenitischen rostfreien Stahl beruht auf der Erkenntnis, daß erstens die Warmbearbeitung des Stahls nach Verfestigung der Stahlschmelze bei einer so hohen Temperatur durchgeführt wird, daß für die Bildung von Korngrenzenkarbiden keine energetischen Bedingungen vorhanden sind und daß zweitens sofort nach der Warmbearbeitung derart schnell abgekühlt wird, daß sich für die Korngrenzenkarbide keine kinetischen Bedingungen zur Abtrennung ergeben. Da die besagten Karbide sich in keiner Stufe des Verfahrens ausbilden können, ist es nicht nötig, sie zu zerstören. Folglich kann auf eine spezielle Wärmebehandlung des Stahls verzichtet werden.This direct cooling process for austenitic stainless steel is based on the knowledge that firstly the hot working of the steel after solidification the molten steel is carried out at such a high temperature that for the formation of grain boundary carbides there are no energetic conditions and, secondly, that immediately after the hot working is cooled so quickly that for the Grain boundary carbides do not give rise to any kinetic conditions for separation. There the said carbides cannot form at any stage of the process, it is no need to destroy them. Consequently, a special heat treatment can be applied of steel can be dispensed with.
Das direkte Abkühlverfahren gemäß der Erfindung besitzt im Vergleich mit dem bekannten Verfahren folgende Vorteile, wobei die Qualität des Produktes nicht wesentlich beeinflußt wird: 1. Verkürzung der Verfahrens zeit Die Verfahrenszeit wird um 50 - 90 % verkürzt, je nach Größe des Gußstückes. So setzt sich z.B. die Bearbeitungszeit für ein Stahlprodukt mit einer Dicke von 100 mm nach einem bekannten Verfahren folgendermaßen zusammen: A. eingießen in eine Kokillenform Schmelzen 3 Stunden + Gießen 0, 2 Stunden + Abkühlen in der Kokillenform bis auf Raumtemperatur 10 Stunden + Aufheizen auf die Bearbeitungstemperatur 10 Stunden + Aufrechterhalten der Bearbeitungstemperatur und Warmbearbeitung 4 Stunden + Abkühlen auf Raumtemperatur 10 Stunden + Aufheizen auf die Wärmebehandlungstemperatur 10 Stunden + Aufrechterhaltung der Wärmebehandlungstemperatur 3 Stunden + Wasserkühlen 0,3 Stunden, insgesamt also 50, 5 Stunden.The direct cooling method according to the invention has in comparison with the known method the following advantages, whereby the quality of the product is not significantly influenced: 1. Shortening the process time The process time is shortened by 50 - 90%, depending on the size of the casting. For example, the Machining time for a steel product with a thickness of 100 mm according to a known one Process as follows: A. Pouring into a permanent mold Melting 3 Hours + pouring 0.2 hours + cooling in the mold to room temperature 10 hours + heating to processing temperature 10 hours + maintained the working temperature and hot working 4 hours + cooling to room temperature 10 hours + heating to the heat treatment temperature 10 hours + maintenance the heat treatment temperature 3 hours + water cooling 0.3 hours, so a total of 50.5 hours.
B. Stangengießen Schmelzen 3 Stunden + Gießen 0,2 Stunden + Abkühlen des gegossenen Stangenrohlings auf die Bearbeitungstemperatur 10 Stunden + Aufheizen auf die Wärmebehandlungstemperatur 10 Stunden + Aufrechterhaltung der Wärmebehandlungstemperatur 3 Stunden + Wasserkühlen 0,3 Stunden, insgesamt 23, 5 Stunden. B. Bar casting Melting 3 hours + pouring 0.2 hours + cooling of the cast bar blank to the processing temperature 10 hours + heating to the heat treatment temperature 10 hours + maintenance of the heat treatment temperature 3 hours + water cooling 0.3 hours, a total of 23.5 hours.
Bei Anwendung des direkten Abkühlverfahrens setzt sich die Bearbeitungszeit wie folgt zusammen: Kokillen oder Stangenrohling: Schmelzen 3 Stunden + Gießen 0, 2 Stunden + Abkühlen auf die Warmbearbeitungstemperatur 1 Stunde + Warmbearbeitung 1 Stunde (Zwischenaufheizen falls nötig 1 Stunde) + Wasserkühlen 0,3 Stunden, daraus ergibt sich die Gesamtzeit zu 5,5 Stunden (6,5 Stunden). When using the direct cooling method, the processing time increases together as follows: Chill molds or bar blank: melting 3 hours + casting 0, 2 hours + cooling to hot working temperature 1 hour + hot working 1 hour (intermediate heating if necessary 1 hour) + water cooling 0.3 hours, from this the total time is 5.5 hours (6.5 hours).
Die Verfahrens zeit verkürzt sich somit beim Kokillenformgießen um 89 % (86 %) und beim Stangengießen um 81 % (77 %). The process time is thus shortened in the case of permanent mold casting 89% (86%) and for bar casting by 81% (77%).
2. Einsparung von Energie Zum Schmelzen eines Kilogramms austenitischen Edelstahls ist theoretisch eine Energie von etwa 1,05 MJ erforderlich. Der Wirkungsgrad eines Stahlschmelzofens liegt normalerweise bei 0, 5, so daß das Schmelzen eines Kilogramms praktisch etwa 2 MJ Energie verbraucht. Das Aufheizen eines Kilogramms austenitischen Edelstahls auf die Warmbearbeitungs- oder Wärmebehandlungstemperatur erfordert theoretisch eine Energie von 0, 5 MJ. Da der Wirkungsgrad eines Wärmebehandlungsofens normalerweise zwischen 0, 1 - 0,3 liegt, erfordert das einmalige Aufheizen auf die Warmbearbeitungs- oder Wärmebehandlungste mperatur eine Energie von 1,5 - 5,0 MJ. Wird der Wirkungsgrad des Wärmebehandlungsofens mit 0, 25 angenommen, so verbraucht man zum einmaligen Aufheizen auf die Warmbearbeitungs- oder Wärmebehandlungstemperatur eine Energie von etwa 2 MJ.2. Saving energy To melt one kilogram of austenitic Theoretically, stainless steel requires an energy of around 1.05 MJ. The efficiency of a steel furnace is usually 0.5, so melting a Kilogram practically consumes about 2 MJ of energy. Heating up a kilogram austenitic stainless steel to the hot working or heat treatment temperature theoretically requires an energy of 0.5 MJ. Because the efficiency of a heat treatment furnace normally between 0.1-0.3, requires one-time heating to the Hot working or heat treatment temperature an energy of 1.5 - 5.0 MJ. If the efficiency of the heat treatment furnace is assumed to be 0.25, it is used up for a single heating to the hot working or heat treatment temperature an energy of about 2 MJ.
Beim bekannten Verfahren erfordert die Herstellung austenitischen Edelstahls Wärmeenergie (pro Kilogramm) entsprechend folgender Aufstellung: A. Kokillenformgießen: Schmelzen 2 MJ + Aufheizen zur Warmbearbeitung 2 MJ + Wärmebehandlung 2 MJ, zusammen 6 MJ. In the known method, the production requires austenitic Stainless steel thermal energy (per kilogram) according to the following list: A. Chill casting: melting 2 MJ + heating for hot working 2 MJ + heat treatment 2 MJ, together 6 MJ.
B. Stangengießen: Schmelzen 2 MJ + Wärmebehandlung 2 MJ = 4 MJ. B. Bar casting: melting 2 MJ + heat treatment 2 MJ = 4 MJ.
Im Vergleich dazu setzt sich der Energieverbrauch (pro Kilogramm} bei dem direkten Abkiltilverfahren wie folgt zusammen: Kokillengießen oder Stangengießen: Schmelzen 2 MJ, das bedeutet eine Energieeinsparung von 67 % beim Kolillengießen und 50 % beim Stangengießen. In comparison, the energy consumption (per kilogram) in the direct cooling process as follows: die casting or bar casting: Melting 2 MJ, that means an energy saving of 67% for column casting and 50% in bar casting.
3. Verringerung der Rißgefahr Das Korngrenzenkarbidnetz, das während des langsamen Abkühlens im austenitischen Edelstahl gebildet wird, macht den Stahl spröde.3. Reduction of the risk of cracks The grain boundary carbide network, which during The slow cooling formed in austenitic stainless steel makes the steel brittle.
Treten nun aus irgendwelchen Gründen Spannungen auf, so können dadurch am Gußstück oder am warmbearbeiteten Produkt während des Abkühlens Risse entstehen. If there are tensions for whatever reason, this can lead to Cracks appear on the casting or the hot-worked product during cooling.
Bei Anwendung des direkten Abkühlverfahrens existiert die Gefahr der Rißbildung nicht, da die die Sprödheit bedingenden Korngrenzenkarbide in keiner Stufe des Verfahrens in den Gußsttlcken gebildet werden.When using the direct cooling method, there is a risk of No cracking because the grain boundary carbides causing the brittleness in none Stage of the process in the castings are formed.
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