DE2824803C2

DE2824803C2 - Verwendung eines Stahls als Werkstoff für Feinkorn-Baustahl mit verbesserten Bearbeitbarkeitseigenschaften

Info

Publication number: DE2824803C2
Application number: DE2824803A
Authority: DE
Inventors: Jean Pompey Bellot
Original assignee: NOUVELLE DES ACIERIES DE POMPEY NEUILLY-SUR-SEINE FR Ste
Current assignee: NOUVELLE DES ACIERIES DE POMPEY NEUILLY-SUR-SEINE FR Ste
Priority date: 1977-06-24
Filing date: 1978-06-06
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE2824803A1; FR2395323B1; US4210444A; LU79822A1; JPS618145B2; IT7824452A0; NL7806814A; IT1095159B; JPS58207361A; FR2395323A1; JPS5411016A; GB1598606A; BE868411A

Description

30

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Stahls mit der Zusammensetzung und dem Zweck nach Anspruch 1.

Ein Stahl mit ähnlicher Zusammensetzung Ist aus der US-PS 36 34 074 bekannt. Die Zerspanbarkelt dieses bekannten Stahls Ist dadurch verbessert, daß er einen Gehalt von 0,001 bis 0,02% Kalzium und einen Gehalt von Blei von 0,03 bis 0,35% aufweist.

Aus der JP-OS 5 07 011/77 ist ein Stahl mit ähnlicher Zusammensetzung nach dem Patentanspruch 1 bekannt, *o dessen Schweißbarkelt verbessert Ist und bei dem Schweißrisse vermieden werden.

Aus der DE-OS 21 46 194 ist es bekannt, daß geringe Tellur-Zusätze zu einem Kohlenstoflbaustahl dessen Bearbeitbarkelt ohne Beeinträchtigung der Härtbarkelt und mechanischen Eigenschaften verbessern.

Die erfindungsgemäße Verwendung des Stahls mit der Zusammensetzung nach Anspruch 1 führt zu einer verbesserten Bearbeitbarkeit beim Rm-Werten zwischen 600 und 1500 N/mm². Hierzu werden mit den üblichen Bearbeitungsverfahren Im heißen Zustand sehr plastische Mangansulfid-Einschlüsse In Richtung des Auswalzens länglich verformt, so daß das Walzprodukt eine faserige Struktur erhält. Der Stahl weist dann richtungsmäßig bestimmte Eigenschaften, d. h. quer gerichtete mechanlsehe Eigenschaften, auf. Ausgehend von den geringen Schwefelmengen erhöht sich die Anisotropie. Die Umwandlung In Kornform und die bessere Verteilung der Sulflt-Elnschlüsse rufen eine bedeutende Verminderung der Folgen der Faserbildung und demzufolge eine ^b0 wesentliche Verbesserung der Isotropie der mechanischen Eigenschaften des Metalls hervor.

Weitere vorteilhafte Verwendungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.

Ausführungsbelsplele der Erfindung werden nächstehend anhand der Tabellen 1 und 11 sowie der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Flg. la eine schaubildliche Darstellung der Verbesse-

- Kohlenstoff:	0,37	Gew.-%
- Mangan:	0,71	Gew.-%
- Silizium:	0,25	Gew.-%
- Schwefel:	0,076	Gew.-%
- Tellur:	0,007	Gew.-%
- Kalzium:	0,0011	Gew.-%
- Aluminium:	0,03	Gew.-%
- Eisen und herkömmliche
Verunreinigungen:	Rest

wobei das Te/S-Verhältnis in diesem Fall 0,09 beträgt.

Dieser Stahl wurde in herkömmlicher Welse durch einen Desoxydationsvorgang mit Aluminium erzielt, wobei nachfolgend 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:

- Mangan:

- Silizium:

- Schwefel:

- Aluminium:

- Elsen:

0,38 Gew.-96

0,68 Gew.-%

0,30 Gew-%

0,031 Gew.-%

0,02 Gew.-%
Rest

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.-*,
Schwefel:	0,031	Gew.-%
Aluminium:	0,02	Gew.-%
Kalzium:	10 ppm

- Elsen:

Rest

c) Stahl gemäß der französischen Norm AFNOR XC 38, mit Aluminium beruhigt und zur Erzielung eines Endgehaltes an Schwefel von 0,076% einer Aufschwefelung ausgesetzt, wobei dieser Stahl In der vorliegenden Beschreibung als GR-Stahl bezeichnet Ist und nach AuI-schwefelung folgende Zusammensetzung aufweist:

- Kohlenstoff:

- Mangan:

- Silizium:

- Schwefel:

- Tellur:

0,37 Gew.-%
0,71 Gew.-%
0,25 Gew.-%
0,076 Gew.-%
70 Gewlcht-ppm

- Aluminium: 0,03 Gew.-%

- Eisen: Rest

d) Stahl gemäß der französischen Norm AFNOR XC 38, Art U, mit einem Gehalt an Schwefel von 0,03%, mit Silizium und Kalzium beruhigt, welder als »A«-Stahl Dezeichnet ist und folgende Zusammensetzung aufweist:

Kohlenstoff:

Mangan:

Silizium:

Schwefel:

Kalzium:

Eisen:

0,39 Gew.-%
0,65 Gew.-%
0,35 Gew.-%
0,028 Gew.-%

45 ppm

Rest

Versuche Nr. 1

IU

Bearbeitbakeitsversuche

mit mittleren Schnittgeschwindigkeiten

mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges aus Schnellstahl

Die Fig. la zeigt den Bearbeitbarkeitsindex folgender Stähle: Grundstahl, C-, A-, Gr- und CGR-Stähle, wobei dieser Index der Geschwindigkeit proportional ist, bei welcher das Werkzeug durch Überhitzung auf einem Kegel total abgenutzt bzw. unbrauchbar wird, wobei dieser Versuch kontinuierlich auf einer Drehbank mit einer fortschreitend beschleunigten Geschwindigkeit durchgeführt wird. Der Indexwert 100 wird als Basis angenommen. Spandicke: 2 mm.

Die Fig. Ib zeigt die Lebensdauer des Werkzeuges in Minuten im Laufe eines Schneidversuches (wobei diese Lebensdauer dem Verschleiß eines Hinterdrehvorgan^es V₈ von 0,3 mm Tiefe entspricht). Schnittgeschwindigkeit: 40 m/min. Spandicke: 4 mm.

In Fig. la ist eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit von etwa 30% mit den einer Aufschwefelung ausgesetz- ^ ten Stahlgattungen hervorgehoben, wobei in den genannten Stählen, 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 Flg. 2 erläutert, wobei die Lebensdauer des Werkzeuges für die GR- und CGR-Stähle in bezug auf den Grundstahl und den Α-Stahl etwa mit 3 multipliziert ist.

Bei den In den 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

Bearbeltbarkeitsversuche '
mit hohen Schneidgeschwindigkeiten
mit einem Werkzeug aus Wolfram-Karbid

Die FI g. 2 Ist eine Rechentafel, die für den Grundstahl und die C-, GR- und CGR-Stähle die Dauer des Drehvorganges in Minuten in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit V_c in Metern/Minute bei einem Verschlelf im Laufe eines Hinterdrehvorganges V_fl von 0.4 mm angibt. Die Spandicke beträgt 1,5 mm.

Die Fig. 3 stellt In einer Rechentafel die Fräsdauer in Minuten für den Grundstahl und die C-, GR-, CGR- und Α-Stähle In Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit des Werkzeuges V₍ In Metern/Minute für einen ^b5 Verschleiß bei einem Hinterdrehvorgang V_fl von 0.3 mm dar Die Spandicke beträgt 2 rim.

Bezugnehmend auf Fig. 2 kann man feststellen, daß der einer Schwefelungsbehandlung ausgesetzte Stahl, der kein Kalzium enthält (GR-Stahl) eine für die Bearbeitung günstige Korngröße besitzt, deren Wirkung jedoch schnell abnimmt, sobald die Schnittgeschwindigkeit erhöht wird. Die günstige 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 erflndungsgemäßen CGR-Stahl eine Erhöhung von etwa 3096 der Schnittgeschwindigkeit für die gleiche Lebensdauer des Werkzeuges oder eine Verlängerung der Lebensdauer des genannten Werkzeuges von 50 bis 100% bei gleicher Schnittgeschwindigkeit erzielen.

Ähnliche Feststellungen können mit dem Fräsversuch erzieh werden, dessen Ergebnisse in Fig. 3 wiedergegeben sind, wobei der Vorteil des CGR-Stahles in bezug auf den GR-Stahl insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten bemerkbar wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen dann die günstige 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 erflndungsgemäßen CGR-Stahl der Fall ist.

Versuche Nr. 3

Versuche zur Bestimmung der mechanischen
Eigenschaften (Einsatzeigenschaften)

Die Tabelle 1 gibt die mechanischen Bearbeitungseigenschaften der C-, GR-, CGR-Stähle und des Grundstahles nach einer Behandlung zur Erzielung eines R_m-Widersiandes von etwa 1000 N/mm² an. Wie man es feststellen kann, sind die mechanischen Eigenschaften für alle In Tabelle 1 aufgestellten Stähle im wesentlichen vergleichbar. Insbesondere sind die Dehnbarkelts-, Kerbbruch- und Verschleil'festigkeitselgenschaften quer zur Walzrichtung trotz des verhältnismäßig geringen Schwefelgehaltes aufrechterhalten. Nur die Eigenschaften in Längsrichtung, d. h. gleichlaufend zur Walzrichtung, sind für den erfindungsgemäßen 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 Empflndllchkeltsteste gegenüber Kornvergrößerung sind für die drei mit Aluminium beruhigten Stähle, d. h. für die C- und GR-Stähle sowie für die erfindungsgemäße CGR-Leglerung gleich.

Die Tabelle Π gibt für die A-, C-, GR-, CGR- und Grundstähle die beobachteten Tendenzen gegenüber Bearbeitbarkeit, mechanische Eigenschaften, Härtbarkeit und Kornvergrößerung an, und zwar im Vergleich zu dem als Normalmaß angenommenen Grundmaterial (Zeichen 0), wobei die Zeichen +, = und - jeweils die Entwicklung 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:

- Kohlenstoff:

- Mangan:

- Silizium:

- Schwefel:

Beispiel 2

0,39 Gew-%

0,90 Gew.-«,,

0,25 Gew.-%

0.080 Gew.-",,

Tellur:
Kalzium:
Aluminium:
Elsen:

Kohlenstoff:

Mangan:

Silizium:

Nickel:

Chrom:

Molybdän:

Schwefel:

Tellur:

Kalzium:

Aluminium:

Eisen:

Kohlenstoff:
Mangan:

0,008%
0,0015%
0,02 Gew.-",, Rest

Beispiel 3

0,20 Gew.-% 0,85 Gew-% 0,28 Gew.-% 0,60 Gew.-% 0,55 Gew.-% 0,25 Gew.-*» 0,075 Gew.-% 0,007%
0,0012%
0,03 Gew.-<\> Rest

Beispiel 4

0,16 Gew.-% 0,95 Gew.-%

Silizium:	0,30	Gew
Nickel:	1,50	Gew
Chrom:	1,10	Gew
Schwefel:	0,090	Gew
Tellur:	0,009'»
Kalzium:	0,001",

- Aluminium: 0,03 Gew.-H,

- Eisen:

Rest

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle bieten tür weite Einsatz- und Bearbeitungsmöglichkeiten eine günstige Korngröße. Andererseits ermöglicht die gleichmäßige Kontrolle der kugelförmigen Form der schwefel-

r, haltigen Einschlüsse und der oxidischen Einschlüsse die Äufrechierhailung der EinsäUchärakteristiken der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle auf den gleichen Wert wie die anderen geprüften Stähle. Diese Einsatzcharakteristiken sind die mechanischen Eigenschaften, die Härtbarkeit und die Korngröße der genannten Stähle.

Tabelle I - Mechanische Einsatzeigenschaften

Stahlart

Gattung
AFNOR

S⁰A

Richtung	Behand	Dehnbarkeit	KCU	Behandlung	Verschleiß	S	oD/R_ra
	lung für	Bruch	(+ 2O⁰C)	zur Erzielung	oD 50 %	(N/mm²)	Ausdauer
	R_m- Wider	kontrak		eines R_m-	(N/mm²)		verhältnis
	stand	tion 0	(J/cm²)	Widerstands
	(N/m²)	(in %)	92	von (N/mm²)		20	0,56
L')	980	65	20	980	550	20	0,38
-p)	980	19	94	940	360	45	0,54
L	920	66	25	920	500
T	920	27	70			10	0,50
L	980	55	20	980	490	5	0,39
T	980	19	75	980	380	35	0,49
L	960	54	22	980	480	35	0,39
T	960	20	980	380

Grund- XC 38 0,031
stahl

C XC 38 0,31

GR XC 38 0,076

C GR XC 38 0,076

') L= in Längsrichtung gleichlaufend zur Auswalzrichtung ²) T= in Querrichtung senkrecht zur Auswalzrichtung

Dehnbarkeit - Bruchkontraktion 0 %: Verringerung in % des Querschnittes der Probe nach Bruch wegen Zugbeanspruchung

- KCU (+ 20° C): Höhe der Bruchenergie auf der auf Kerbbruch getesteten Probe mit U-förmigem Einschnitt

Ermüdung - oD 50 %: Ermüdungsgrenze auf 50 % der Bruchfestigkeit bestimmt, und zwar durch abgestufte Testmethode

- s: Abweichung gegenüber der Ermüdungsgrenze

	7	1	Ermüdung	28	24 803	Grund A	8
			Dreh
Tabelle II			biegung			0 + + H	C GR CGR
					Stahlart	0 + + H
Eigenschaften		Verformbar			0 -ι-	l· + + ++
	Schneid	keit im kal	Werkzeug;	Drehen	Ο -ι-	h + + + +
	leistungen	ten Zustand	Karbid P 30	Fräsen	Ο -Ι	++ ++ ++
Bearbeitung			Schnellwerk	Drehen		++ +++ +++
	Spanzer-		zeug 6.6.2	Schneiden	Ο	_
	Stückelung	Kornvergrößerung	Werkzeug	Drehen
			Korb id			= - -
				Bruchkon-
			iraktion in	0
			Längsrich
			tung		+ = =
	Dehn		Bruchkon	0
	barkeit		traktion in
			Querrichtung	0	= — —
mechanische	gehärtet nachgeglüht furR_m =	KCU in Längsrich
Eigenschafter	1000 N/mm²	tung	0	+ = =
		KCU in
		Querrichtung		= — —
		σ D in	0
		Längsrich
		tung	0	— — —
		σ D in	0
		Querrichtung		+ - -
	geglüht	Stauchung		+ - -
	geglüht/nor	Dreh- und	0
	malisiert	Zugbean	0
		spruchung	Hierzu 1 Blatt Zeichnungen	== = ==
Härtbarkeit	Jominy - Kurve in U		= = =
	bei 900 bis 1100⁰C

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Stahls, bestehend aus 0,05 bis 0,70% Kohlenstoff, 0,3 bis 2,0% Mangan, 0,01 bis 0,05% Aluminium, 0,02 bis 0,10% Schwefel, 0,0002 bis 0,0018% Kalzium, und 0,0014 bis 0,0130% Tellur und Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen als Rest, wobei das Tellur-Sehwefel-Verhältnis zwischen 0,07 und 0,13 liegt, als Werkstoff für Feinkorn-Baustahl mit verbesserten Bearbeitbarkeitseigenschaften mit der Maßgabe, daß der Stahl Rm-Werte zwischen 600 und 1500 N/mm², aufweist.

2. Verwendung eines Stahls mit der Zusammensetzung und dem Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tellur-Sehwefel-Verhältnis zwischen 0,09 und 0,11 liegt.

3. Venwendung eines Stahls mit der Zusammensetzung und dem Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalziumanteil 0,0002 bis 0,0015% beträgt.

4. Verwendung eines Stahls mit der Zusammensetzung und dem Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich 0,15 bis 2% Silizium enthält.

5. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt 0,15 bis 1,5% beträgt.

rung der Bearbeitbarkeit,

Fig. Ib eine schaubildliche Darstellung der Lebensdauer eines Werkzeugs und

F i g. 2 und 3 Diagramme der Fräsdauer in Abhängigkeit von der Schnittgeschwindigkeit.

Beispiel 1

Ein erfindungsgemäß zu verwendender Stahl weist folgende Zusammensetzung auf und wird durch die Anmelderin »CGR-Stahl« genannt: