DE3034430A1

DE3034430A1 - Two=stage mfr. of special low alloy steels - by induction melting dry charge and oxygen-inert gas refining of melt

Info

Publication number: DE3034430A1
Application number: DE19803034430
Authority: DE
Inventors: Rudiger 5905 Freudenberg Winterhager
Original assignee: BOSCHGOTTHARDSHUETTE O BREYER
Current assignee: BOSCHGOTTHARDSHUETTE O BREYER
Priority date: 1980-09-12
Filing date: 1980-09-12
Publication date: 1982-04-29

Abstract

Special constructional steels and tool steels, with an alloy content (apart from carbon and silicon) of max. 6%, are produced by melting a dry charge in an induction furnace (pref. a low frequency induction furnace), tapping off the slag-free melt, refining the melt by blowing with an oxygen/inert gas mixt. in the presence of a desulphurising agent, and then deoxidising and adjusting to the final analysis. High grade steels, e.g. contg. max. 0.015% S and max. 2.8 ppm H, can be produced in large batches e.g. of 20 tons. The use of a dry charge allows low hydrogen, low sulphur steels to be produced without vacuum treatment, and expensive electroslag remelting is not required. The resulting steels show improved notch impact properties after heat treatment.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum zweistu-The invention relates to a method for two-

fingen Herstellen von Edelban- und Werkzeugstählen mit einem Legierungmittelgehalt von hächstens 6% ausser Kohlensteff und Silizium.fingen manufacture of stainless steel and tool steels with an alloying agent content of maximum 6% except carbon and silicon.

Mikro-., niedrig- und mittellegierte Edelbuau- und Werkzeugstähle werden im Hinblick auf den erforderlichen hohen Reiheitsgrad vornehmlich nach zweistufingen Verfahren hergestellt. Dabei zielt die sich an das Einschmelzen anschliessende zweite Verfahrenstufe von allen darauf ab, schädliche Verunreinigungen wie Oxyde und Sulfide zu entfernen. So setzt beispeilsweise die bei Blechen, Band und Breitflachst@ahl mit verbesserten Eingenschaften senkrecht zur Erzeugnisdicke vorgeschriebenen Brucheinschnürung von mindestens 35% wegen der nicht zu verneidenden Seigerung beim Blockerstarren normalerweise einen Schwefelgehalt von höchstens 0,05% voraus. Weitergehender noch sind die Anforderungen der Kerntschnik, die je nach Verwendungsweck Schwefelgehalte von höchstens 0,003% verlangt. Ebenso niedrige Schwefelgehalte müssen höherfeste mikrolegierte feinkornbaustähle aufweizen, um eine wasserstoffinduzierte Ko@rosien zu vermeiden.Micro-, low- and medium-alloy structural and tool steels are mainly based on two levels with regard to the required high degree of purity Process made. The second one following the melting takes aim Process level of all depends on harmful impurities such as oxides and sulfides to remove. For example, with sheet metal, strip and Breitflachst @ ahl with improved properties perpendicular to the product thickness prescribed fracture constriction of at least 35% because of the inevitable segregation in blocker stiffness normally presupposes a sulfur content of 0.05% or less. Going further still are the requirements of the core technology, the sulfur content depending on the intended use of 0.003% or less is required. Likewise low sulfur contents must have higher strength microalloyed fine-grain structural steels are heated to form a hydrogen-induced corrosion to avoid.

In veilen Fällen, insbesondere beim Erschmelzen von Stählen für Gro@blech, Stabstahl und Schmiedesrücke kommt es zudem im Hinblick auf Gefahr einer Flockenbildung auf niedrige Wasserstoffgehalte an, um ein ansonsten im Hinblick auf die Wasserstoffdifusion erforderliches lansames Abkühlen nach der Warnverformung zu vermeiden.In many cases, especially when melting steels for heavy plate, Steel bars and forged backs also come with the risk of flake formation on low hydrogen contents to an otherwise in terms of hydrogen diffusion to avoid the necessary slow cooling after the warning deformation.

Niedrige Wasserrstoff- und Schwefelgehalte erfordern zudem Gusstücke, um einen unerwünschten muschligen Bruch, ein poriges Gussgefüge und das Entstehen von Fischaugen zu verneiden.Low hydrogen and sulfur contents also require castings, An unwanted shell-like break, a porous cast structure and the creation to be avoided by fish eyes.

Voraussetzung für eine möglichst weitergehende Entschwefelung ist ein inniger Kontakt zwischen der zu entschwefelden Schmelze und dem Entschwefelungsmittel sowie ein rascher Konzentrationsausgleich bei möglichst niedrigen Saurstoffpotential und potimmler Reaktionstemperatur. Weniger bedeutend ist die Beschaffenheit und die Art das Einbrigens des Entschwefelungsmittels zowie dessen Zugabezeitpunkt.A prerequisite for the most extensive possible desulfurization is an intimate contact between the melt to be desulfurized and the desulfurizing agent as well as a rapid concentration equalization with the lowest possible oxygen potential and potential reaction temperature. The texture and is less important the way in which the desulphurising agent is burnt in and the time at which it is added.

Bei dem bekannten Perrin-Schlackenreaktionsverfahren lassen sich niedrige Schwefelgehalte im der Weise erreichen, daß eine Stahlschwelze aus möglichst grosser Höhe in eine Schlacke gegessen wird. Die Schlacke muss hinreichend dünnflüssig sein, um das Entstehen einer Stahl/Schlacke-Emulsion zu erreichen und ein Trennen der beidem Reaktionsphasen zu ermöglichen. Je nach Beschaffenheit der Schlacke lassen sich beim Perrin-Verfahren nach niedrige Phosphor-und Saursteffgehalte erreichen. Das Verfahren ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand und Temperaturverlust verbunden. Aussersen ergeben sich Schwierigkeiten beim raschem Trennen der beiden Phasen.In the known Perrin slag reaction process, low Achieve sulfur content in such a way that a steel melt from as large as possible Height is eaten in a slag. The slag must be sufficiently thin to create a steel / slag emulsion and to separate the to enable both reaction phases. Leave depending on the consistency of the slag low phosphorus and acid content can be achieved with the Perrin process. However, the process is associated with considerable effort and temperature loss. Outside there are difficulties in quickly separating the two phases.

In den letzten Jahren daher eine Reihe von Verfahren in den Vordergrund getreten, bei denen Pfann@nschmelzen in Anwesenhekit synthetischer Schlseken, beispielsweise Kakl-Flußspat-Schlacken oder Kakl-Kiegelsäure-Tonerde-Schlacken mit beispielsweise je 40% Kalziumexyd und Kieselsäure sowie 20% Tonerde einer Spülgasbehandlung untervorfen werden. Das Einleiten eines Spül- bzw. Rührgases bringt eine erhebliche Reaktionsbeschleunigung, einen besseren Reinheitsgrad infolge Ausspülens der Oxyde und Sulfide und eine durchgreifende Homogenisierung der Schmelze mit sich. Sehr niedrige Sauerstoffgehalte lassen sich jedoch nur dann erreichen, wann eine Sauerstoffaufnahme aus der Atmosphare unterbunden wird.In the last few years therefore a number of procedures have come to the fore entered, in which pan @ nschmelzen in the presence of synthetic Schlseken, for example Kakl fluorspar slag or Kakl kiegelic acid alumina slag with, for example Subject each 40% calcium oxide and silica as well as 20% alumina to a purge gas treatment will. The introduction of a flushing or stirring gas accelerates the reaction considerably, a better degree of purity as a result of rinsing out the oxides and sulfides and a thorough one Homogenization of the melt with itself. Very low oxygen levels can be However, it can only be reached when oxygen uptake from the atmosphere is prevented will.

Der Erfindung leigt nun die Aufgabe zugrunde, ein Zwei-Stufen-Verfahren zu schaffen, mit dem sich aufenergiesparende Weise mikro-, niedrig- und mittellegierte Edelban- und Werkzeugstähle mit hohem Reinheitsgrad, insbesondere niedrigen Schwefel- und Sauerstoffgehalt, beispielsweise mit hüchstens 0,015% oder auch höchstens 0,003% Schwefel und/oder höchstens 2,8 ppm, vorzugsweise höchstens 2,4 ppm Wasserstoff auch bei hohen Chargengewichten von beispielsweise 20 t herstellen lassen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß in eniem Induktiensofen, vorzugsweise NF-Ofen, aus trockenen Einsatzstoffen, beispielsweise frischgehrannten, nicht hydratisierten, Kalk, eine Vorschmelze erzchmolzen, die Schmelze schlackenfrei bzw. möglichst schlackenarn abgestochen und danach durch Einblasen eines Sauerstoff/Inertgas-Gemischs, vorzugsweise Sauerstoff/Argon, in Anwesenheit eines Entschwefelungsmittels, beispielsweise KALk, gafrischt, abschliessend desoxydiert und auf die Fertiganalyse eingestellt wird. The invention is based on the object of a two-step process to create, with which micro-, low- and medium-alloyed oneself in an energy-saving way Stainless steel and tool steels with a high degree of purity, especially low sulfur and oxygen content, for example with a maximum of 0.015% or a maximum of 0.003% Sulfur and / or at most 2.8 ppm, preferably at most 2.4 ppm hydrogen can be produced even with high batch weights of, for example, 20 t. The solution This task consists in the fact that in a method of the type mentioned at the beginning according to the invention in an induction furnace, preferably NF furnace, from dry feedstocks, For example, freshly honed, non-hydrated, lime, ore melted a premelt, the melt is tapped free of slag or as close to slag as possible and then through Blowing in an oxygen / inert gas mixture, preferably oxygen / argon, into Presence of a desulphurizing agent, for example KALk, gafrisches, finally is deoxidized and adjusted to the final analysis.

Die Verwendung trockener Einsatzstoffe einschliesslich eines wasserstoffarmen Kalks ermöglicht es, bei niedrigen Endschwefelgehalten ohne eine Vakuumbehandlung niedrigsrte Wasserstoffgehalte zu erreichen.The use of dry feedstocks including a low-hydrogen one Lime makes it possible to use a low final sulfur content without a vacuum treatment to achieve the lowest hydrogen content.

Vorzugsweise enthält die Vorschmelze 1,2 bis 3,0% Kohlenstoff, 0,5 bis 2,0% Silizium, 0,5 bis 1,5% Mangan, höchstmas 0,035% Pharsphor, höchstens 0,035% Schwefel und höchstens 3% andere Legierungsmittel, Rest Eisen einschliesslich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.Preferably the premelt contains 1.2 to 3.0% carbon, 0.5 up to 2.0% silicon, 0.5 to 1.5% manganese, maximum 0.035% pharsphoric, maximum 0.035% Sulfur and a maximum of 3% other alloying agents, the remainder iron including those caused by the smelting Impurities.

Die Vorschmelze sellte mkit einer Abstichtemperatur von höchstens 1620°C in eine vorgewärmte Pfanne abgestochen wender. Um die Wärmeverluste gering zu halten, kann die Transportfanns such mit einem wärmeisolierende Deckel versehen sein.The premelt with a tapping temperature of at most 1620 ° C in a preheated pan. To keep the heat losses low can hold the Transportfanns look for a heat-insulating Be provided with a lid.

In die Pfanne kann für die nachfolgende Entschwefelung erfolderliche Entschwefelungsnittel, beispielsweise Kalk oder eines Kalk/Klußspat-Gemischs gegeben werden, ehe die Schmelze in einem geschlossenen Konverter, beispielsweise einen AOD-Konverter, eingefüllt wird. In dem Konverter wird die Schmelze mit Hilfe eines unterhalb der Badoberfläche, beispielsweise durch einen porözen Bodenstopfen, eingblasenen Sauerstoff/Inertgas-Gemischs gefrischt und dabei - gegebenfalls mit Hilfe einer Zugabe exothern oxydierbarer Stoffe wie Aluminium und Silizium - auf die gewünschte Endtemperatur und -analyse eungestellt. Danach wird die Schmelze des desoxydiert und gegebenfalls einer Analysenkorrektur durch Zugabe von Legierungsmitteln unterworfen. In the pan can be required for the subsequent desulfurization Desulphurising agent, for example lime or a lime / Klußspat mixture given be before the melt in a closed converter, for example a AOD converter, is filled. In the converter, the melt is with the help of a blown in below the bath surface, for example through a porous bottom plug Oxygen / inert gas mixture and freshened - if necessary with the help of a Addition of exothermic oxidizable substances such as aluminum and silicon - as required Final temperature and analysis set. The melt is then deoxidized and, if necessary, subjected to an analysis correction by adding alloying agents.

Das geschiert vorzugsweise unter gleichzeitigen Einblasen eines Rührgases, vorzugsweise Argon. Unabhängig davon kann die Schmelze aber auch mit Hilfe eines stickstoffhaltigen Rührgases aufgestickt werden. Um eine Wasserstoffaufnahme zu vermeiden, sollte ein etw@iges Schlussaufkohlen der Schmelze mit @hemisch gebunde@em Kohlenstoff geschehen. This is done preferably while simultaneously blowing in a stirring gas, preferably argon. Regardless of this, the melt can also use a nitrogen-containing stirring gas can be embroidered. To get a hydrogen uptake avoid a slight final carburization of the melt with @chemically bound @ em Carbon happen.

Nach der Dezoxydation und dem Einstellen der Fertiganalyse wird der Stahl schlackenfrei in eine vrozugsweise mit einem wärmeisolierenden Deckel verzehene Gi@sspfan@e abgestochen. After the decoxidation and the discontinuation of the final analysis, the Steel slag-free in a preferably provided with a heat-insulating cover Gi @ sspfan @ e cut off.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, auf umwaltfreundliche Weise niedrig- oder auch niedrigstellgierte Stähle h@hen Reinh@itsgrads ohne die Anwendung einer Vakuumbehandlung oder auch eines energieaufwendigen Elektro-Schlacke-Umschmelzens herzustellen. Die Auswertung zahlreicher Betriebsversuche hat hervorragende Kerbschlagzähigkeiten ergeben. So wurden für wärmebehandelte Schmiedestücke aus den Stählen 15 MnNi63 und 20 MnMo Ni55 Brucheinschnürungen von 65 bzw. 72% erreicht. Eine wesentliche Verbesserung ergab sich auch im Falle einer stoßartigen oder mehrachsigen Beanspruchung von Queproben. So zeigt ein Vergleich der jeweiligen Diagramme der Fig. 1 und 2 die in der zweiten Vrfahrensstufe erzielbare Verbesserung der Kerbschlagarbeit, e während sich aus einem entsprechenden Vergleich der Diagramme der Fig. 3 und 4 eine merkliche Verbesserung der NDT-Werte bzw. Übergangstemperaturen bei den erfindungsgemäß behandelten Stählen (rechte Diagramme) ergibt. The method according to the invention allows environmentally friendly Low-alloyed or low-alloyed steels are of high purity without the Use of a vacuum treatment or an energy-intensive electro-slag remelting to manufacture. The evaluation of numerous Field trials has excellent Notched impact strengths result. So were made for heat-treated forgings the steels 15 MnNi63 and 20 MnMo Ni55 achieved fracture constrictions of 65 and 72%, respectively. There was also a substantial improvement in the case of a jerky or multi-axis Use of quests. A comparison of the respective diagrams shows the 1 and 2 show the improvement in the impact energy that can be achieved in the second process stage, e while a corresponding comparison of the diagrams in FIGS. 3 and 4 a noticeable improvement in the NDT values or transition temperatures at the values according to the invention treated steels (right diagrams).

Claims

"Process for the two-stage production of structural and tool steels" Claims: 1. A method for the two-stage production of end-piece and tool steels with an alloy content of no more than 6% other than carbon and silicon, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that from dry raw materials in melted a premelt in an induction furnace, tapped the melt without slag and by blowing in an oxygen / inert gas mixture in the presence of a defulfurizing agent Freshened and then deoxidized and adjusted to the final analysis will.

2. The method of claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c n e t that the premelt is adjusted to the following analysis: 1.2 up to 3.0% carbon 0.5 to 2.0% silicon 0.5 to 1.5% manganese at most 0.033% phosphorus maximum 0.033% sulfur maximum 3% alloying elements, the remainder including iron Melting-related impurities.

3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h e t that the tapping temperature of the pre-fat amounts to a maximum of 1620 ° C.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, g e k E n n e i n g e c h n e r c h a ratio of oxygen to argen of 4: 1.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the melt before or during refining exothermically oxidizable substances are added.

6. The method according to one or more of claims 1 to 3, d a d u r c h e k e n n n n z i c h n e t that the premelting of a Pfa @@@@@ ntphosphorung is subjected.

7. The method according to one or more of claims 1 to 6, d a d It is indicated that the melt is embroidered on.