DE2824803A1 - Feinkorn-baustahl mit verbesserter bearbeitbarkeit - Google Patents
Feinkorn-baustahl mit verbesserter bearbeitbarkeitInfo
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Description
- Z-
SOCIETE NOUVELLE DES ACIERIES DE POMPEY
47, rue de Villiers
92202 NEUILLY SUR SEINE / Frankreich
"Feinkorn-Baustahl mit verbesserter Bearbeitbarkeit. "
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feinkorn-Baustahl mit verbesserter
Bearbeitbarkeit. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine in weiten Bearbeitungsbedingungen besser bearbeitbare Legierung, insbesondere
unter Anwendung von beliebigen Schnittgeschwindigkeiten, die sich zwischen niedrigen und sehr hohen Geschwindigkeiten erstrecken, wobei diese
Legierung gleichzeitig gute mechanische Eigenschaften auch senkrecht zur Walzungsrichtung aufweist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daneben auf ein Verfahren
zur Herstellung des genannten Baustahles.
Man kennt schon Stähle, die für Bearbeitungszwecke vorgesehen sind
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und welchen Elemente wie z. B. Schwefel, Selenium, Tellur, Blei, Wismut
oder dergleichen zur Verbesserung ihrer Schnittfähigkeit zugesetzt werden.
Einige dieser Elemente sind jedoch teuer und beeinflussen die Bearbeitbarkeit der genannten Stahle positiv nur bei ,niedrigen und mittleren Schnittgeschwindigkeiten.
Es wird daneben allgemein anerkannt, dass diese Zusätze, die zur Bildung von fadenförmigen Schwefeleinschlüssen wie z.B. MnS führen, einen
mehr oder weniger ausgeprägten negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die quergerichteten Charakteristiken (senkrecht
zur Walzungsrichtung) sowie die Härtbarkeit dieser Stähle haben.
Um diese Nachteile zu beheben, hat man schon versucht, die herkömmliche
Desoxydation mit Aluminium durch De soxydations vor gange mit Silizium oder Kalzium zu ersetzen, um zur Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften und der Bearbeitbarkeit bei allen Schnittgeschwindigkeiten eine
günstige Verteilung und/oder Morphologie der Oxyde zu erzielen. Dieses Ziel wurde jedoch aus folgenden Gründen nicht erreicht.
a) Die Desoxydation mit Silizium und Kalzium fuhrt zu ziemlich schmelzbaren silikatartigen Einschlüssen, die zwischen dem Schneidwerkzeug
und den Stahlspanen im Laufe dessen Bearbeitung einen Schutzfilm bilden und demzufolge die Bearbeitbarkeit des Stahles verbessern. Dieser
Vorteil wird aber nur unter besonderen Schneidbedingungen festgestellt : hohen Schnittgeschwindigkeiten mit einem Werkzeug aus Wolframkarbid, so
dass die Verwendbarkeit des Stahles, der daneben in seiner Herstellung billiger als die obengenannten Stahle mit durch einen Zusatz von bestimmten
Elementen wie z. B. Schwefel verbesserten Bearbeitungseigenschaften vorkommt, begrenzt wird.
Ein mit Silizium oder Kalzium desoxydierter Stahl enthält sehr wenig oder gar kein Aluminium und ist daher gegenüber der Kornvergrösser ung
besonders empfindlich. Dieser Stahl kann daher nicht eingesetzt werden, wenn die Korngrösse besonders klein gehalten werden soll, wie das z. B. der
Fall ist, wenn man eine tiefe Stahlhärtung erzielen will.
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b) Die Desoxydation mit Aluminium und Kalzium liefert Feinkorn-Stahle
mit einer dadurch verbesserten Bearbeitbarkeit, dass die Tonerdeoder Tonerde/Kalziumoxyd-Einschlttsse, die in der Folge als Kalzium/
Tonerde-Einschlüsse bezeichnet sind, durch doppelte Mangan- und Kalzium-Sulfide umhüllt sind, welche die schleifende Wirkung der genannten Einschlüsse
auf das Schneidwerkzeug verhindern.
Um höhere Bearbeitungsleistungen bei mittleren Schnittgeschwindigkeiten
zu erreichen, müssen die genannten Stahle einen ausreichenden Gehalt an Schwefel oder shwefelhaltigen Elementen aufweisen, so dass ein bedeutender
Anteil an Schwefel mit Kalzium nicht kombiniert wird und in Form von Sulfiden der Gattung MnS vorliegt, welche zur Bildung von fadenförmigen
Einschlüssen fuhren, die ihrerseits ungünstige mechanische Eigenschaften insbesondere in Querrichtung sowie eine schlechte Härtbarkeit hervorrufen.
Durch die bei der Desoxydation mit Kalzium und Aluminium eingesetzten
Kalziummengen können die Oxyd-Einschlüsse sehr gross sein (z. B.
in der Grössenordnung von 50 Mikron mit Stählen, die mindestens 125 ppm
- Anteil pro Million - Kalzium enthalten), wobei diese Stähle gegenüber Ermüdung
schlecht widerstandsfähig sind.
Zur Herabsetzung der zur Verfügung stehenden Schwefelmenge, welche zur Entstehung von ungünstige, fadenförmige Einschlüsse bildenden
Sulfiden führt, durch die Kombination von Kalzium mit diesem Schwefel, ist es daher nicht möglich, die Kalziummenge zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die genannten
Nachteile zu beheben und einen Stahl zur Verfügung zu stellen, der bei allen Schnittgeschwindigkeiten eine einwandfreie Bearbeitbarkeit, gute mechanische
Eigenschaften auch quer zur Walzrichtung sowie eine hervorragende Härtbarkeit aufweist.
Der Stahl gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass er neben Eisen und Kohlenstoff folgende Elemente in den an-
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gegebenen Anteilen enthält :
- Mangan : O5 3 bis 2 Gew. %
- Schwefel : 0, 02 bis 0, 10 Gew. %
- Tellur : 10 bis 130 Gewicht-ppm
- Kalzium : 2 bis 18, vorzugsweise 2 bis 15 Gewicht-ppm
- Aluminium : 0, 01 bis 0, 05 Gew. %
wobei das Tellur/Schwefel-Gewichtsverhältnis zwischen 0, 07 und
0, 13 und vorzugsweise zwischen 0, 09 und 0,11 liegt ; in einer anderen
besonderen Ausfuhrungsart der vorliegenden Erfindung beträgt das Tellur/ Schwefel-Gewichtsverhältnis etwa 0, 10.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemassen Baustahles
ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine Beruhigung mit Aluminium der geschmolzenen Kohlenstoffstahlmasse, welche Mangan und ggf. Silizium
enthält, sowie die ZufUgung von Kalzium, Tellur und Schwefel in die genannte
Masse umfasst, wobei die genannten Elemente in solchen Mengen zugesetzt werden, dass der jeweilige Endgehalt der folgenden Elemente folgende Werte
aufweist :
- Mangan : 0, 3 bis 2 Gew. %
- Schwefel : 0, 02 bis 0, 10 Gew. %
- Tellur : 14 bis 130 Gewicht-ppm
- Kalzium : 2 bis 18, vorzugsweise 2 bis 15 Gewicht-ppm
- Aluminium : 0, 01 bis 0, 05 Gew. %
wobei das Tellur/Schwefel-Gewichtsverhältnis zwischen 0, 07 und 0,13 und vorzugsweise zwischen 0, 09 und 0,11 liegt.
Gemäss der vorliegenden Erfindung können jeweils der Kohlenstoffgehalt
zwischen 0, 05 und 1, 20 % und der Siliziumgehalt zwischen 0,15 und
2 %, vorzugsweise zwischen 0, 15 und 1,5 % schwanken.
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Mit der erfindungsgemassen Legierungszusammensetzung erzielt man hauptsächlich kugelförmige Oxyd- und Sulfid-Einschlüsse, und zwar :
- kugelförmige Einschlüsse von in Ca substituierter Tonerde und/ oder von Ca-armem Kalziumaluminat, die von einer Aussenschicht hauptsächlich
aus Mangan- und Kalziumsulfid umhüllt werden ; und
- kugelförmige, hauptsächlich aus Mangan-Schwefeltellurid bestehende
Einschlüsse.
Die kugelförmige Form aller oxyd- oder sulfidartigen Einschlüsse sowie die Art, die Menge, die Grosse und/oder Verteilung der genannten
Einschlüsse fuhren zur gleichzeitigen Erzielung der genannten mechanischen
Eigenschaften und Bearbeitungsmerkmale.
Ein Mindestgehalt an Schwefel von 0, 02 Gew. % ist überhaupt notwendig,
um in spürbarer Weise die Bearbeitbarkeit des Stahles zu verbessern,
über einen Wert von 0,1 Gew. % hinaus ruft Schwefel, auch in Form von
Sulfiden, die kugelförmige Einschlüsse gemäss der vorliegenden Erfindung
bilden, eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Härtbarkeit
des Stahles hervor.
Das in der vorgenannten Menge zur Aufrechterhaltung des angegebenen
Te/S-Gewicht s verhältnis se s zugesetzte Tellur dient zur Kontrolle der
Morphologie der Sulfid-Einschlüsse der Gattung MnS (mit Kalzium nicht kombinierten
Sulfide) durch die Verkörnung bzw. Umwandlung in Kornform der genannten Einschlüsse.
Die Kontrolle der Sulfid-Einschlüsse weist folgende Vorteile auf :
- Es ist allgemein anerkannt, dass mit einem gleichwertigen Schwefelgehalt die kugelförmigen bzw. kornförmigen Sulfide eine günstigere
Wirkung auf die Bearbeitbarkeit als die fadenförmigen Sulfide aufweisen. So können die erfindungsgemassen Stahle mit dem gleichen Schwefelgehalt besser
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als die herkömmlichen Baustähle bearbeitet werden.
- Mit den herkömmlichen Bearbeitungsverfahren werden die im heissen Zustand sehr plastischen Mangansulfid-EinschlUsse in Richtung des
Auswalzens länglich verformt und verleihen den raffinierten Produkten eine faserige Struktur. Das Metall weist dann richtungsmässig bestimmte Eigenschaften,
d.h. quer ge richte te mechanische Eigenschaften auf (wobei diese Eigenschaften senkrecht zu den Fasern wesentlich geringer als die längsgerichteten
Eigenschaften (gleichlaufend zu den Fasern) sind). Demzufolge erhöht
sich ausgehend von den geringsten Schwefelmengen die Anisotropie
(durch das Verhältnis des Verformungsvermögens bzw. Federungsvermögens Längsrichtung/Querrichtung gemessen) sehr schnell. Die Umwandlung in
Kornform und die bessere Verteilung der Sulfid-Einschlusse rufen eine bedeutende
Verminderung der Folgen der Faserbildung und demzufolge eine wesentliche Verbesserung der Isotropie der mechanischen Eigenschaften, des
Metalls hervor. Diese Feststellung ist fur Stähle, die unterschiedliche Widerstandswerte
aufweisen und bei welchen der Rm-Widerstand zwischen 600 und
1500 N/mm2 beträgt, gültig.
- Tellur wird mit den Sulfiden unmittelbar gebunden, ohne dabei Sauerstoff in bevorzugter Weise zu fixieren. Die Wahl des geeigneten Te/S-Verhältnisses
ist daher durch die Desoxydationsbedingungen des Stahles nicht beeinflusst.
- Im allgemeinen verschlechtert das Tellur das Ve rfο rmungs vermögen
des Metalls im heissen Zustand, und zwar wesentlich mehr als Schwefel und Selenium. Dieses ungünstige Merkmal beeinträchtigt die Umwandlung
der Stahlblöcke in Halbprodukte und begrenzt die entwickelbaren Stahlgattungen, die etwa 0, 05 Gew. % Tellur enthalten. Der erfindungsgemasse
Stahl ist durch einen Höchstgehalt an Tellur von nur 0, 013 % mit diesem Nachteil nicht behaftet.
Der auf die Bildung von Mangantellurid zurückzuführende Manganverlust
der Matritze kann die Härtbarkeit der Stahlgattungen, die z. B. etwa
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O, 05 Gew. % Tellur enthalten, beeinträchtigen und zu einer spürbaren Herabsetzung
der mechanischen Eigenschaften unter den gleichen Wärmebehandlungs bedingungen führen. Durch den schwachen Tellurgehalt des erfindungsgemässen
Stahles wird dieser Nachteil behoben.
Die Anmelderin hat schon bewiesen, dass für Baustähle mit einem
Tellurgehalt von 0, 04 - 0, 08 Gew. % die Schmiedbarkeit und Härtbarkeit der
genannten Stähle wesentlich verbessert werden können, wenn man ein Mn/Te-Gewichtsverhältnis
von mehr als 15 vorsieht. Durch den geringeren Tellurgehalt der erfindungsgemässen Stähle (0, 0014 % bis 0, 013 %) kann man das
vorgenannte Verhältnis behalten, ohne die chemische Grundzusammensetzung,
insbesondere die Manganmenge, welche durch die zur Zeit gültigen Normen für Baustähle vorgeschrieben sind, zu verändern. Diese Stähle sind daher
mit den vorgenannten Nachteilen nicht behaftet.
- Durch den geringeren Tellurzusatz kann dieser Stahl billiger als
die anderen Baustähle, deren Sulfid ge halt kontrolliert wird, hergestellt werden.
In diesem Stahl genügt eine Kalziummenge von 2 bis 18 ppm (Anteil
pro Million in Gewicht), um zum grossten Teil die Tonerde-Einschlüsse in
Aluminat-Einschlüsse umzuwandeln, welche in Ca wenig substituiert sind,
sowie um auf diese Weise das grösste Teil der Tonerde-Einschlussketten,
welche in mit Aluminium beruhigten Stählen gewohnlich erscheinen, zu entfernen.
Ein für einen erfindungsgemässen Stahl representativer Oxyd-Einschluss mit 0, 01 bis 0, 05 Gew. % Aluminium und 2 bis 18 ppm Kalzium
besteht aus Tonerde, welche in Kalziumoxyd CaO (höchstens 10 bis 12 Gew. %)
substituiert ist, und/oder aus der Verbindung 6 AI2O3, CaO. Eine derartige
Kalziummenge ist ebenfalls ausreichend, um doppelte Mangan- und Kalziumsulfide bzw. substituierte Sulfide der Gattung (Mn, Ca) S zu bilden, deren
Eigenartigkeit darin besteht, dass sie die oxydartigen Einschlüsse umhüllen.
Die Veränderung der Oxydart und/oder die Ausbildung von gemischten Oxyd-Sulfid-Einschlüssen
tragen zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Stähle bei und verringern in spürbarer Weise die schleifende Wirkung der Tonerde
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gegenüber dem eingesetzten Werkzeug.
Ein Kalziumgehalt des Stahles, der mehr als 18 ppm beträgt, bringt
für die Kontrolle der Morphologie der Sulfide keinen Vorteil, da diejenigen,
die mit oder durch Kalzium nicht kombiniert oder modifiziert werden, durch das Tellur in Kornform umgewandelt werden. Andererseits weist ein höherer
Kalziumgehalt den hauptsächlichen Nachteil auf, dass Kalzium-T one rde-Einschlusse
gebildet werden, deren Grosse und Form far die Ermüdungsfestigkeit
der Awiderstandsfähigen (zementierten oder karbonitrierten) Baustähle
besonders ungunstig sind.
Ein Aluminium gehalt von 0, 01 - 0, 05 % entspricht dem Wert, der
gewöhnlich eingesetzt wird, um eine einwandfreie Desoxydation zu ermöglichen
und einen Feinkornstahl zu liefern.
Der erfindungsgemässe Stahl kann auch in Form von Stahllegierung
mit geringen Zusätzen an Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium, Wolfram, hergestellt werden, welche insbesondere in folgenden Werten vorliegen :
Cr bis 5 Gew. % ; Ni bis 5 Gew. % ; Mo bis 2 Gew. % ; V bis 1 Gew. %.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher anhand der beiliegenden Figuren la, Ib,
2 und 3 ein nicht einschränkendes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung erläutert
wird.
Ein erfindungsgemasser Stahl weist folgende Zusammensetzung auf und wird durch die AnmelderinIICGB.-Stahlllgenannt :
- Kohlenstoff : 0, 37 Gew. %
- Mangan : 0, 71 Gew. %
- Silizium : 0, 25 Gew. %
- Schwefel : 0, 076 Gew. %
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- Tellur : 70 Gewicht-ppm
- Kalzium : 11 Gewicht-ppm
- Aluminium : 0, 03 Gew. %
- Eisen und herkömmliche Verunreinigungen : Restprozent, wobei das Te/S-Verhaltnis in diesem Fall 0, 09 betragt.
Dieser Stahl wurde in herkömmlicher Weise durch einen De soxydations·
Vorgang mit Aluminium erzielt, wobei nachfolgend gemäss der vorliegenden
Erfindung Kalzium-, Tellur- und Schwefelzusätze durchgeführt worden sind, um die angegebenen Endwerte zu erhalten.
Bei den Testen zur überprüfung der Bearbeitbarkeit und zur Bestimmung
der mechanischen Eigenschaften wurde dieser Stahl mit folgenden Stählen verglichen :
a) Stahl gemäss der französischen Norm AFNOR XC 38, Art U mit
0, 03 % Schwefel, welcher unter herkömmlichen Bedingungen hergestellt worden ist (in der Folge "Grundstahl" genannt) und folgende Zusammensetzung aufweist :
- Kohlenstoff : 0, 38 Gew. %
- Mangan : 0, 68 Gew. %
- Silizium : 0, 30 Gew. %
- Schwefel : 0, 031 Gew. %
- Aluminium : 0, 02 Gew. %
wobei in diesem Stahl die Sulfide fadenförmige Einschlüsse bilden.
b) Stahl mit gleicher Grundzusammensetzung, welcher jedoch mit Kalzium behandelt worden ist (in der Folge "C"-Stahl genannt) und folgende
Zusammensetzung aufweist :
- Kohlenstoff : 0, 38 Gew. %
- Mangan : 0, 68 Gew. %
- Silizium : 0, 30 Gew. %
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- Schwefel : O, 031 Gew. %
- Aluminium : 0, 02 Gew. %
- Kalzium : 10 ppm
c) Stahl gemäss der französischen Norm AFNOR XC 38, mit
Aluminium beruhigt und zur Erzielung eines Endgehaltes an Schwefel von 0, 076 % einer erneuten Schwefelungsbehandlung ausgesetzt, wobei dieser
Stahl in der vorliegenden Beschreibung als GR-Stahl bezeichnet ist und nach erneuter Schwefelung folgende Zusammensetzung aufweist :
- Kohlenstoff : 0, 37 Gew. %
- Mangan : 0, 71 Gew. %
- Silizium : 0, 25 Gew. %
- Schwefel: 0, 076 Gew. %
- Tellur : 70 Gewicht-ppm
- Aluminium : 0, 03 Gew. %
d) Stahl gemäss der franzosischen Norm AFNORXC 38, Art U,
mit einem Gehalt an Schwefel von 0, 03 %, mit Silizium und Kalzium beruhigt,
welcher als "A"-Stahl bezeichnet ist und folgende Zusammensetzung aufweist :
- Kohlenstoff : 0, 39 Gew. %
- Mangan : 0, 65 Gew. %
- Silizium : 0, 35 Gew. %
- Schwefel : 0, 028 Gew. %
- Kalzium : 45 ppm
Versuche Nr. 1 : Bearbeitbarkeitsversuche mit mittleren Schnittgeschwindigkeiten mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges aus Schnellstahl
Die Figur la zeigt den Bearbeitbarkeit sindex folgender Stahle : Grundstahl, C-, A-, Gr-und CGR-Stahle, wobei dieser Index der Geschwindigkeit
proportional ist, bei welcher das Werkzeug bei einem Röetversuch auf
einem Kegel total abgenutzt bzw. unbrauchbar wird, wobei dieser Versuch
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kontinuierlich auf einer Drehbank mit einer fortschreitend beschleunigten
Geschwindigkeit durchgeführt wird. Der Indexwert 100 wird als Basis angenommen.
Spanndicke : 2 mm.
Die Figur Ib zeigt die Lebensdauer des Werkzeuges in Minuten im
Laufe eines Schneidversuches (wobei diese Lebensdauer dem Verschleif eines Hinterdrehvorganges Vß von 0, 3 mm Tiefe entspricht). Schnittgeschwindigkeit
: 40 m/mn. Spanndicke : 4 mm.
In Figur la ist eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit von etwa 30 %
mit den einer Schwefelungsbehandlung ausgesetzten Stahlgattungen hervorgehoben, wobei in den genannten Stahlen, die Kalzium nicht unbedingt enthalten
(jeweils CGR- und GR-Stähle), kugelförmige Einschlüsse von den Sulfiden
gebildet werden.
Diese Verbesserung wird durch die Ergebnisse des Schneidversuches bestätigt, wie es insbesondere die Figur 2 erläutert, wobei die Lebensdauer
des Werkzeuges für die GR- und CGR-Stähle in Bezug auf den Grundstahl und
den Α-Stahl etwa durch 3 multipliziert ist.
BdL den in dsi genannten Versuchen eingesetzten mittleren Schnittgeschwindigkeiten
sind der Schwefelgehalt und die Kontrolle der Morphologie der Schwefel-Einschlüsse zwei wesentliche Parameter, wie man es offensichtlich
festgestellt hat.
Versuche Nr. 2 : Bearbeitbarkeit sver suche mit hohen Schneid ge schwindigkeiten mit einem Werkzeug aus W ο If ram-Karbid
Die Figur 2 ist eine Rechentafel, die fur den Grundstahl und die C-,
GR- und CGR-Stähle die Dauer des Drehvorganges in Minuten in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit Vq in Metern/Minute.bei einem Verschleif
im Laufe eines Hinterdrehvorganges Vß von 0,4 mm angibt. Die Spanndicke
beträgt 1, 5 mm.
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Die Figur 3 stellt in einer Rechentafel die Fräsdauer in Minuten fur
den Grundstahl und die C-, GR-, CGR- und Α-Stahle in Abhängigkeit von der
Schnittgeschwindigkeit des Werkzeuges Vq in Metern/Minute für einen Verschluss
bei einem Hinterdrehvorgang Vg von 0, 3 mm dar. Die Spanndicke
beträgt 2 mm.
Bezugnehmend auf Figur 2 kann man feststellen, dass der einer
Schwefelungsbehandlung ausgesetzte Stahl, der kein Kalzium enthalt (GR-Stahl)
eine fur die Bearbeitung gunstige Korngrösse besitzt, die jedoch
schnell abnimmt, sobald die Schnittgeschwindigkeit erhöht wird. Die gunstige
Wirkung des Schwefels macht sich immer weniger bemerkbar, um schliesslich
praktisch total zu verschwinden, sobald die Schnittgeschwindigkeit 250 Meter je Minute übersteigt.
Im Vergleich zu dem GR-Stahl kann man mit dem erfindungsgemässen CGR-Stahl eine Erhöhung von etwa 30 % der Schnittgeschwindigkeit
fur die gleiche Lebensdauer des Werkzeuges oder eine Ve rlange rung de r Lebensdauer des genannten Werkzeuges von 50 bis 100 % bei gleicher Schnittgeschwindigkeit
erzielen.
Ähnliche Feststellungen können mit dem Fräsversuch erzielt werden,
dessen Ergebnisse in Figur 3 wiedergegeben sind, wobei der Vorteil des CGR-Stahles in Bezug auf den GR-Stahl insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten
bemerkbar wird.
Die Figuren 2 und 3 zeigen dann die gunstige Wirkung eines geringen
Kalziumzusatzes in mit Aluminium beruhigten Stählen, welche ausreichend an Schwefel angereicht worden sind und ein Tellur/Schwefel-Verhältnis von
0, 07 bis 0, 13 aufweisen, wie das z. B. mit dem erfinduagsgemässen CGR-Stahl
der Fall ist.
Versuche Nr. 3 : Versuche zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften
(Einsatzeigenschaften)
Die Tabelle 1 gibt die mechanischen Bearbeitungseigenschaften der
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C-, GR-, CGR-Stahle und des Grund Stahles nach einer Behandlung zur Erzielung
eines Rm-Widerstandes von etwa 1000 N/mm2 an. Wie man es feststellen
kann, sind die mechanischen Eigenschaften für alle in Tabelle I aufgestellten
Stahle im wesentlichen vergleichbar. Insbesondere sind die Dehnbarkeits-, Kehrbruch- und Verschleif sfestigkeitseigenschaften quer zur Auswalzrichtung
trotz des verhältnismassig geringen Schwefelgehaltes aufrechterhalten.
Nur die Eigenschaften in Längsrichtung, d.h. gleichlaufend zu der Auswalzrichtung, sind für den erfindungs ge massen CGR-Stahl und den GR-stahl
unter Berücksichtigung der Umwandlung in Kugelform der Sulfide weniger
gut (Anisotropie-Verhältnis L/T geringer für diese Legierungen als für die C- und Grundlegierungen).
Die Ergebnisse der Wärmebehandlungen und der Empfindlichkeitsteste
gegenüber Kornvergrösserung sind für die drei mit Aluminium beruhigten
Stähle, d.h. für die C- und GR-Stähle sowie für die erfindungsgemässe
CGR-Legierung gleich.
Die Tabelle II gibt für die A-, C-, GR-, CGR- und Grundstähle die
beobachteten Tendenzen gegenüber Bearbeitbarkeit, mechanische Eigenschaften,
Härtbarkeit und Kornvergrösserung an, und zwar im Vergleich
zudem als Normalmass angenommenen Grundmaterial (Zeichen 0),
wobei die Zeichen +, = und - jeweils die Entwecklung der beobachteten
Leistungen bzw. Eigenschaften angeben. Die Anzahl dieser Zeichen entspricht einer mehr oder weniger ausgeprägten Verbesserung.
Gemäss der vorliegenden Erfindung können weitere Stähle jeweils folgende Zusammensetzung aufweisen : s
- Kohlenstoff : 0, 39 Gew. %
- Mangan : 0, 90 Gew. %
-
Silizium : 0, 25 Gew. %
- Schwefel : 0, 080 Gew. %
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Tellur :
Kalzium :
.Aluminium :
Eisen :
Kalzium :
.Aluminium :
Eisen :
80 Gewicht-ppm 15 Gewicht-ppm
0, 02 Gew. %
rest. %
Kohlenstoff :
Mangan :
Silizium :
Nickel :
Chrom :
Molybdän :
Schwefel :
Tellur :
Kalzium :
Aluminium :
Eieen :
Mangan :
Silizium :
Nickel :
Chrom :
Molybdän :
Schwefel :
Tellur :
Kalzium :
Aluminium :
Eieen :
0, 20 Gew. % 0, 85 Gew. % 0, 28 Gew. % 0, 60 Gew. % 0, 55 Gew. %
0, 25 Gew. % 0, 075 Gew. % 70 Gewicht-ppm 12 Gewicht-ppm 0, 03 Gew. %
rest. %
Kohlenstoff :
Mangan :
Silizium :
Nickel:
Chrom :
Schwefel :
Tellur :
Kalzium :
Aluminium. :
Eisen :
Mangan :
Silizium :
Nickel:
Chrom :
Schwefel :
Tellur :
Kalzium :
Aluminium. :
Eisen :
0, 16 Gew. % 0, 95 Gew. % 0, 30 Gew. %
1,50 Gew. % 1,10 Gew. % 0, 090 Gew. %
90 Gewicht-ppm 10 Gewicht-ppm 0, 03 Gew. % rest. %
Die erfindungsgemassen Stahle bieten fur weite Eineatz- und
Bearbeitungsmöglichkeiten eine gttn»tige Korngrösse. .Andererseits ermö·
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glicht die gleichzeitige Kontrolle der kugelförmigen Form der schwefelartigen
Einschlüsse und der oxydartigen Einschlüsse die Aufrechterhaltung der Einsatzcharakteristiken
der erfindungsgemässen Stahle auf den gleichen Wert wie die anderen geprüften Stahle. Diese Einsatzcharakteristiken sind die
mechanischen Eigenschaften, die Härtbarkeit und die Korngrösse der genannten
Stahle.
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Tabelle I - mechanische Einsatzeigenschaften
| Stahl art |
Gattung AFNOR |
S % | Richtung | Behand lung fur R^-Widerst. (N/m2) |
Dehnbarkeit | KCU (+ 200C) (J/cm2) |
I Behand lung zur Erzielung eines R1n- Widerst. von (N/mm2) |
Verschleiss | A 2 (N/mrrT) |
«D/R™ Aus- dauer- verhalt- nis |
| Grund - stahl |
XC 38 | 0,031 | L(1) T (2) |
980 980 |
Bruch kontrak tion X (in %) |
92 20 |
980 940 |
gt) so % (N/mm2) |
20 20 |
0,56 0,38 |
| C | XC 38 | 0,031 | L T |
920 920 |
65 19 |
94 25 |
920 | 550 360 |
45 | 0,54 |
| GR | XC 38 | 0,076 | L T |
980 980 |
66 27 |
70 20 |
980 980 |
500 | 10 5 |
0,50 0,39 |
| CGR | XC 38 | 0,076 | L T |
960 960 |
55 19 |
75 22 |
980 980 |
490 380 |
35 35 |
0,49 0,39 |
| 54 20 |
480 380 |
(I)L = in Längsrichtung gleichlaufend zur Auswalzrichtung
(2) T = in Querrichtung senkrecht zur Auswalzrichtung
Dehnbarkeit - Bruchkontraction ^ % : Verringerung in % des Querschnittes der Probe nach Bruch wegen
Zugbeanspruchung
- KCU (+ 200C) : Höhe der Bruchenergie auf der auf Kerbbruch getesteten Probe mit U-förmigem
Einschnitt *
Ermüdung - ÖD 50 % : E rmüdunggrenze auf 50 % der Bruchfestigkeit bestimmt, und zwar durch abgestufte
Testmethode
- /fl: Abweichung gegenüber der Ermüdungsgrenze
09
N) OO K)
->·
OO O CO
|
1 , _ Stahlart
Eigenschaften ^_____ |
ι ι ι ι Schneid- J leistungen ι ι |
I
Werkzeug ι Drehen |
1
' Bruchkontraction I in Längsrichtung |
Grund | A | C | GR | CGR |
| Bearbeitung | Karbid P 30 ! Fräsen |
gehärtet j Bruchkontraktion
nacheeelttht L ^ Querrichtung |
0 | +++ | + | + | ++ | |
|
mechanische
Eigen schaften |
Schnellwerk- · Drehen |
' KCU in Längsrichtung
für R = 1—— -_- -. _ - |
0 | +++ | + | + | ++ | |
| zeug 6. 6. 2. ι Schneiden | ι nnn ' KCU in Querrichtung | -— - - | ++ | ++ | ||||
|
Spanzer- [Werkzeug , Drehen
stücke lung JKorbid ι |
/ 2 ι β* Din Längsrichtung | 0 | + L _ _ -I |
++ | +++ | +++ | ||
|
!
I I I Dehn- ( barkeit I I I 1 |
I βΤ D in Querrichtung | 0 | + | + | + | |||
|
Ermüdung '
Dreh- bie^ixng_ ι |
geglüht ι Stauchung | 0 | - | - | ||||
|
Verform
barkeit im kalten Zus. |
geglüht/nor- ' Dreh- + Zugbean-
malisiert , spruchung |
0 | + | = | ||||
| Härtbarkeit | Jominy - Kurve in U | 0 | - | = | ||||
| Ko rnve rgrö s se rung | bei 900 bis 1100"C | 0 | + | = | - | |||
| 0 | - Z. — — | = | - | - | ||||
| 0 | = | = | - | |||||
| 0 | + | - | - | |||||
| 0 | + | - | ||||||
| 0 = | _ | = | = | |||||
| 0 I - | _ | = |
Leerseife
Claims (8)
1. - Baustahl mit feiner Korngrösse und verbesserten Bearbeitbarkeitseigen-
schaften sowie mit guten mechanischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet,
dass er neben Eisen und Kohlenstoff mindestens folgende Elemente in folgenden Anteilen enthalt :
- Mangan : 0, 3 bis 2 Gew. %
- Schwefel: 0, 02 bis 0,10 Gew. %
- Tellur : 14 bis 130 Gewicht-ppm
- Kalzium : 2 bis 18 Gewicht-ppm und vorzugsweise 2 bis
15 Gewicht-ppm
- Aluminium : 0, 01 bis 0, 05 Gew. %,
wobei das Tellur/Schwefel-Gewichtsverhältnis zwischen 0, 07 und 0,13 und vorzugsweise zwischen 0, 09 und 0,11 betragt.
2. - Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Tellur/Schwefel-Gewichtsverhältnis annähernd 0, 10 beträgt.
3. - Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
sein Gehalt an Kohlenstoff zwischen 0, 05 und 0, 70 % beträgt.
4. - Stahl nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass er Silizium in einem Gehalt von 0, 15 bis 2 Gew. % und vorzugsweise von 0,15 bis 1, 5 Gew. % enthalt.
5. - Stahl nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass er ausserdem geringe Mengen von einem oder mehreren Legierungselementen enthält, die unter Chrom, Nickel, Molybden, Vanadium
und Wolfram gewählt werden.
6. - Stahl nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass seine Oxyd- und Sulfid-Einschlüsse hauptsächlich kugelförmige Einschlüsse sind und sich folgenderweise zusammensetzen :
- Kalziumaluminat-Einschlüsse, die an Ca wenig angereichert sind
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und von einer äusseren im wesentlichen aus Mangan- und Kalziumsulfid bestehenden
Schicht umhüllt werden ;
- kugelförmige Einschlüsse, die hauptsächlich aus Mangansulfotellurid
bestehen.
7. - Stahl nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
genannten Oxyd-Einschlüsse annähernd folgender Zusammensetzung entsprechen
: 6 AIjOy CaO.
8. - Verfahren zur Herstellung von Baustahl nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass es die Beruhigung mit Aluminium
der geschmolzenen Mass eines Kohlenstoff Stahles, der Mangan und
ggf. Silizium enthält, sowie die Zufügung in die genannte Masse von Kalzium, Tellur und Schwefel umfasst, wobei die genannten Elemente in solchen
Mengen zugesetzt werden, dass die jeweiligen Endgehalte an entsprechenden Elementen nach Herstellung der Legierung den in einem der Ansprüche 1 bis
angegebenen Werten entsprechen.
809883/0650
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