-
Titanstahl. Gegenstand der Erfindung ist ein härt- und schmiedbarer
Titanstahl und das Verfahren zu seiner Herstellung. Man hat zwar schon früher vorgeschlagen,
Titan als Legierungsbestandteil in hochwertige Stähle einzuführen, ist jedoch immer
wieder davon abgekommen, und neuerdings geht die Ansicht der Fachleute dahin, daß
ein Titangehalt im Stahl keinerlei besondere Vorteile -mit sich bringt. Dagegen
wird Titan als Desoxydations- und Entgasungsmittel für Eisen- und andere Metallbäder
vielfach verwendet, und zu diesem Zweck wird ein Ferrotitan mit hohem Titangehalt,
z. B. 3o bis 4o Prozent, hergestellt, das natürlieh weder schmiedbar noch härtbar
und nur als Zwischenerzeugnis benutzt werden kann.
-
Der Erfinder hat nun erkannt, daß die bisherigen Bemühungen, das Metall
Titan als Legierungsmetall für die Herstellung von Stahl zu verwenden, deshalb praktisch
erfolglos geblieben sind, weil man bisher das Titan lediglich . als Zusatz zu Kohlenstoff
stählen verwendet hat. Die außerordentlich starke Verwandtschaft zu Kohlenstoff
führt dazu, daß das Titan im Kohlenstoff stahl sofort Titancarbid bildet, das der
Legierung ihren stahlartigen Charakter nimmt. Es wurde nun durch praktische Versuche
gefunden, daß es möglich ist, bei Abwesenheit von Kohlenstoff durch Zusatz von Titan
allein zu' einem schmiedbaren Stahl zu gelangen, der eine Elastizität aufweist,
die die Kohlenstoffstähle nach der Härtung zwar haben, wobei sie sich aber im labilen
Zustande befinden. Weiter haben die Versuche ergeben, daß eine Erhöhung des Titangehaltes
über 6 Prozent bereits dazu führt, daß die Eisentitanlegierung nicht mehr die Eigenschaft
eines schmiedbaren Stahls hat. Daraus ergeben sich für die Lösung der gestellten
Aufgabe zwei Bedingungen, nämlich erstens die Kohlenstofffreiheit und zweitens die
Begrenzung des Titangehaltes nach oben. Werden diese beiden Bedingungen eingehalten,
so zeigen sich die hervorragend günstigen Einwirkungen des Titans, und es ergeben
sich Stähle mit sehr hoch liegender Elastizitätsgrenze und einer auffallend großen
Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß bei Reibungswirkungen. Die Eigenschaften dieser
Art Titanstähle können noch verbessert bzw. bestimmten Verwendungszwecken angepaßt
werden, wenn man ihnen die als stahlveredelnd bekannten Metalle, wie Mangan, Chrom,
Nickel, Kobalt, Wolfram, Molybdän, Vanadin usw., einzeln oder zu mehreren gleichzeitig
zusetzt.
-
Man kann derartige Legierungen auf ganz verschiedenen Wegen herstellen,
beispielsweise indem man Elektrolyteisen oder anderes möglichst kohlenstofffreies
Eisen einschmilzt, dem Bade die wünschenswerten Zusätze an vorgenannten Metallen
gibt und dann die erforderlichen Mengen von Titan in der Form von kohlefreiem Ferrotitan
dem Bade hinzufügt oder aber indem man das Titan etwa in einer aluminothermischen
Reaktion innerhalb des Metallbades selbst erzeugt.
-
Dieser Weg der Herstellung von Titanstahl wird naturgemäß ziemlich
große Kosten verursachen. In nachstehendem soll noch ein zweiter Weg beschrieben
werden, der geeignet erscheint, Titanstahl in großen Mengen und zu einem verhältnismäßig
niedrigen Preise herstellen zu können.
In einem Martinofen oder
Elektrostahlofen wird ein Eisenbad am besten bei basischer Auskleidung und unter
Führung einer- basischen Schlacke vollkommen durch Frischarbeit entkohlt.
-
Man benutzt hierfür als Sauerstoffüberträger an das Stahlbad eine
Schlackendecke, die aus Kalk, Maganerz und Titaneisenstein gebildet ist.
-
Solange das Bad noch kohlenstoffhaltig ist. werden durch die reduzierende
Wirkung des Kohlenstoffs gewisse Mengen von Mangan und Titan in das Bad übergeführt;
auch aus der in der Schlackendecke vorhandenen Kieselsäure wird ein gewisser Anteil
Silicium zur Reduktion gelangen und in das Bad eintreten. Das Mengenverhältnis zwischen
Silicium und Titan im Eisenbade wird naturgemäß bedingt durch das Verhältnis von
Kieselsäure und Titansäure in der Schlackendecke, obgleich die Kieselsäure sich
in einem nicht unbeträchtlichen Maße widerstandsfähiger gegen die reduzierende Einwirkung
des Kohlenstoffs erweist als die Titansäure.
-
Wenn das Bad zu Beginn der Frischoperation ziemlich stark an Mangan
angereichert worden ist, erleichtert das Vorhandensein dieses Metalls. die Reduktion
der Titansäure.
-
Das Mengenverhältnis zwischen Titaneisenstein und dem Kohlenstoffgehalt
des Stahlbades ist möglichst so zu bemessen daß mit dem Verschwinden des- Kohlenstoffs
aus dem Metallbade auch die Eisen- und Manganoxyde der Schlacke reduziert sind,
so daß die Schlacke überwiegend aus Kalksilikaten und Titanaten besteht.
-
Man fügt in diesem Stadium .des Verfahrens dem Bade eine gewisse Menge
Aluminium hinzu; indem man entweder Aluminium als solches unter die Schlackendecke
untertaucht oder Ferroaluminium beigibt. Die Verwendung des Ferroaluminiums hat
den Vorteil, -daß es infolge seines höheren spezifischen Gewichts von selbst unter
die Schlackendecke untertaucht.
-
In der hohen Temperatur des Stahlbades ergibt sich nun eine intensive
Reaktion des Aluminiums gegenüber der Schlackendecke, in deren Folge ganz überwiegend
Titansäure reduziert. und als metallisches -Titan- in das Eisenbad überführt wird.
-
Der in dieser Form durchgeführte Prozeß liefert einen fast kohlenstofffreien,
siliciumarmen, hochwertigen Titanstahl mit den oben geschilderten vorzüglichen Eigenschaften,
der infolge der Wirkung des Titans und Aluminiums praktisch gasfrei ist. Sein Gefüge
ist deshalb sehr dicht, er neigt aber natürlich stark zur Lunkerbildung, so daß
das Vergießen des Stahls unter Anwendung der üblichen Vorsichtsmaßregeln zur Erzielung
lunkerfreier Blöcke oder Gußstücke erfolgen muß.
-
Will man einen Stahl herstellen, der vollkommen frei ist von Titancarbiden,
so muß eine gewisse Abänderung des beschriebenen Verfahrens eintreten, indem die
Frischarbeit unter Anwendung von titanfreien Eisenerzen als Zuschlagsmittel durchgeführt
wird. Nach Beendigung der Entkohlung des Bades ist dann die Schlackendecke abzugießen,
und es muß eine neue Schlackendecke aus Titaneisenstein und Kalk auf dem Bade erschmolzen
werden. Die Eisenoxyde dieser Schlacken sind durch vorsichtige! Beigabe von Petrolkoks
oder Calciumcarbid zu reduzieren und dann erst darf die Einführung von Aluminium
in das Stahlbad erfolgen; wenn man nicht unzulässig große Verluste durch die Reaktion
des Aluminiums mit den Eisenoxyden erleiden will.