DE60313608T2 - Herstellung von hochfestem Stahlartikel mit Kontrolle der Einschlüsse während des Schmelzens - Google Patents

Herstellung von hochfestem Stahlartikel mit Kontrolle der Einschlüsse während des Schmelzens Download PDF

Info

Publication number
DE60313608T2
DE60313608T2 DE60313608T DE60313608T DE60313608T2 DE 60313608 T2 DE60313608 T2 DE 60313608T2 DE 60313608 T DE60313608 T DE 60313608T DE 60313608 T DE60313608 T DE 60313608T DE 60313608 T2 DE60313608 T2 DE 60313608T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
aluminum
melt
calcium
weight
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60313608T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60313608D1 (de
Inventor
Edward Lee Raymond
Glenn Charles Culbertson
Mark Alan Rhoads
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE60313608D1 publication Critical patent/DE60313608D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60313608T2 publication Critical patent/DE60313608T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0006Adding metallic additives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/06Deoxidising, e.g. killing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10Handling in a vacuum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Gegenstandes aus einem hochfesten Stahl und spezieller auf die Kontrolle von Einschlüssen auf Aluminium-Sauerstoff-Basis während des Schmelzens und damit im fertigen Gegenstand.
  • In einem Flugzeug-Gasturbinen(strahl)-Triebwerk wird Luft in den Vorderteil des Triebwerkes gesaugt, durch einen Axial-Verdichter komprimiert und mit Brennstoff vermischt. Die Mischung wird verbrannt und die resultierenden heißen Verbrennungsgase werden durch eine Axial-Turbine geleitet. Die Gasströmung dreht die Turbine durch Berührung einer Strömungsfläche der Turbinenschaufel, die wiederum Energie an den Verdichter gibt. Die heißen Abgase strömen aus dem rückwärtigen Teil des Triebwerkes, treiben es und das Flugzeug vorwärts.
  • Die verschiedenen Stufen des Verdichters und der Turbine ebenso wie ein Bläser, falls vorhanden, sind auf Wellen und Wellensegmenten montiert und durch diese verbunden, die sich entlang der Mittellinie des Gasturbinentriebwerkes erstrecken. Einige der Wellen sind aus hochfesten Stählen hergestellt. Diese Wellen müssen eine gute Festigkeit haben, doch müssen sie, was gleichermaßen wichtig ist, wegen der Arten von Belastungen, die auf die Wellen ausgeübt werden, gute Lebensdauern hinsichtlich der Kurzzeitermüdung bei der Torsion aufweisen.
  • Traditionell wurden die Wellen aus Martensit-aushärtenden Stählen hergestellt, die Titannitrid-Ausscheidungen enthalten. Nachdem Untersuchungen gezeigt hatten, dass diese Ausscheidungen die Lebensdauern bezüglich Kurzzeitermüdung bei der Torsion begrenzen, wurde eine Familie hochfester Martensit-aushärtender Stähle mit geringem Titangehalt entwickelt. Diese Stähle werden durch Aluminium-Zugaben in der Größenordnung von etwa 0,5 bis etwa 1,3 Gew.-% verfestigt, die die Titanzugaben der früheren Generation von Stählen ersetzen. Diese Stähle mit mehr Aluminium sind in der US-PS 5,393,488 beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die Stähle der US-PS 5,393,488 führen zu signifikant verbesserten Ermüdungs-Lebensdauern in den Wellen.
  • Es bleibt jedoch eine Gelegenheit zur Verbesserung. Es gibt einen fortlaufenden Bedarf, die Ermüdungs-Lebensdauern der Stähle der US-PS 5,393,488 weiter zu verlängern, ohne die Festigkeit, Zähigkeit und andere Eigenschaften der Stähle zu beeinträchtigen und ohne große Änderungen bei den Verarbeitungs-Parametern zu benötigen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und ergibt weiter damit in Beziehung stehende Vorteile.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine verbesserte Schmelz- und Gieß-Praxis für Stähle mit hohem Aluminiumgehalt, wie solche der US-PS 5,393,488 . Das neue Herangehen vermindert die Anwesenheit von Einschluss-Clustern auf der Grundlage von Aluminium-Sauerstoff-Verbindungen. Solche Cluster, wenn vorhanden, können als Stellen zur Einleitung des Ermüdungsversagens dienen. Die anderen erwünschten mechanischen Eigenschaften der Stähle werden durch die Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt. Die durch das vorliegende Herangehen produzierten stähle finden Anwendung als Wellen für Gasturbinentriebwerke und ebenso in anderen Anwendungen.
  • Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Die anfänglich bereitgestellte Legierung auf Eisenbasis hat weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium, um die bevorzugte Schmelzpraxis zu nutzen. In einer Ausführungsform hat die bereitgestellte Legierung auf Eisenbasis von 10 bis 18 Gew.-% Nickel, von 8 bis 16 Gew.-% Cobalt, von 1 bis 5 Gew.-% Molybdän, weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium und von 1 bis 3 Gew.-% Chrom, Rest Eisen und untergeordnete Mengen anderer Elemente. Die Aluminiumzugabe erhöht erwünschtermaßen den Aluminiumgehalt der Schmelze auf von 0,5 bis 1,3 Gew.-% Aluminium. In einer Ausführungsform hat der fertige Gusskörper erwünschtermaßen von 10 bis 18 Gew.-% Nickel, von 8 bis 16 Gew.-% Cobalt, von 1 bis 5 Gew.-% Molybdän, von 0,5 bis 1,3 Gew.-% Aluminium, von 1 bis 3 Gew.-% Chrom, bis zu 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, weniger als 0,1 Gew.-% Titan, Rest Eisen und untergeordnete Mengen anderer Elemente.
  • Im üblichen Falle hat die anfänglich bereitgestellte Legierung auf Eisenbasis einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3 Gew.-%. Es ist bevorzugt, die anfänglich bereitgestellte Legierung auf Eisenbasis in einem Vakuumofen zu schmelzen, graduell den Druck zu verringern, während eine chemische Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion (als Kohlenstoff-Kochen bezeichnet) auftritt, um den Sauerstoffgehalt der Schmelze auf weniger als 10 Teile pro Million, bezogen auf das Gewicht, zu vermindern. Dann erfolgt die erste Calciumzugabe, vorzugsweise in einer Menge von mehr als etwa 200 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht. Wahlweise, aber bevorzugt, gibt es eine zusätzliche Stufe, die gleichzeitig mit der Stufe der Aluminiumzugabe ausgeführt wird, nämlich eine zweite Calciumzugabe zur Schmelze, erwünschtermaßen in einer Menge von etwa 100 bis etwa 200 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht. Wahlweise, aber bevorzugt, gibt es eine zusätzliche Stufe nach der Stufe der Zugabe von Aluminium und vor der Stufe des Gießens, nämlich eine dritte Calciumzugabe zu der Schmelze, erwünschtermaßen in einer Menge von etwa 50 bis etwa 150 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht. Calciumzugaben werden vorzugsweise in Legierungsform, wie Ni-Ca, ausgeführt. Die Calciumzugaben desoxidieren die Schmelze während der Periode, in der sich sonst zusammengeballte Einschlüsse auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage bilden würden, verringern das Auftreten der Bildung solcher Cluster-Einschlüsse, die, falls vorhanden, die Kurzzeitermüdungs-Leistungsfähigkeit von aus dem Stahl hergestellten Gegenständen beeinträchtigen.
  • Die vorliegenden Stähle werden typischerweise nicht im gegossenen Zustand eingesetzt, sondern sie werden normalerweise mechanisch bearbeitet (einschließlich mechanischem Bearbeiten und/oder thermomechanischem Behandeln). In der Anwendung des größten Interesses wird der Gusskörper unter Bildung einer Welle eines Gasturbinentriebwerkes mechanisch bearbeitet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlgegenstandes die Stufen des Bereitstellens einer Legierung auf Eisenbasis mit mehr als 0,3 Gew.-% Kohlenstoff und weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium und danach Schmelzen der Legierung in einem Vakuumofen, um eine Schmelze zu bilden. Die Stufe des Schmelzens der Legierung schließt das graduelle Verringern des Druckes innerhalb des Vakuumofens ein, um ein Kohlenstoff-Kochen in der Schmelze zu induzieren, die den Sauerstoffgehalt der Schmelze auf weniger als 10 Teile pro Million, bezogen auf das Gewicht, verringert. Danach erfolgt eine erste Zugabe von Calcium zur Schmelze in einer Menge von mehr als 200 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht. Das Verfahren schließt danach die gleichzeitige Zugabe von Aluminium zur Schmelze zur Erhöhung des Aluminiumgehaltes der Schmelze auf mehr als 0,5 Gew.-% Aluminium und eine zweite Calciumzugabe zur Schmelze in einer Menge von etwa 100 bis etwa 200 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht, ein. Danach wird vorzugsweise eine dritte Calciumzugabe zur Schmelze, vorzugsweise in einer Menge von etwa 50 bis etwa 150 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht, vorgenommen. Die angegebenen Mengen der Calciumzugaben gelten für typische Fälle. Die Mengen der Zugaben können, wie erforderlich, in Abhängigkeit von der Menge des Sauerstoffes, die tatsächlich in der Schmelze vorhanden ist, die einfach durch konventionelle Jetztzeit-Techniken gemessen werden kann, variiert werden. Die Schmelze wird danach gegossen und der Gusskörper mechanisch bearbeitet. Konsistente Merkmale, die an anderer Stelle diskutiert sind, sind auf diese Ausführungsform anwendbar.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlgegenstandes die Stufen des Schmelzens einer Legierung auf Eisenbasis, die weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium aufweist, während der Sauerstoffgehalt der Schmelze auf weniger als etwa 10 Teile pro Million, bezogen auf das Gewicht, verringert wird, Die Stufe des Verringerns des Sauerstoffgehaltes schließt die Stufe der Zugabe eines Calcium-Desoxidationsmittels zu der Schmelze ein. Aluminium wird zu der Schmelze hinzugegeben, um den Aluminiumgehalt der Schmelze auf mehr als 0,5 Gew.-% Aluminium zu erhöhen, und danach wird die Schmelze gegossen, um einen Gusskörper zu bilden. Die Schmelze hat anfänglich weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium und mehr als 0,3 Gew.-% Kohlenstoff. Konsistente Merkmale, die an anderer Stelle diskutiert wurden, sind auf diese Ausführungsform anwendbar.
  • Die Zusammensetzungen der US-PS 5,393,488 erzielten große Verbesserungen bezüglich der Lebensdauer des Stahls hinsichtlich der Kurzzeitermüdung durch Verringern des Titangehaltes des Stahles, wodurch die Anwesenheit von Titannitrid-Einschlüssen vermindert wurde. Diese Einschlüsse wurden als eine Quelle der Einleitung von Ermüdungsversagen beobachtet. Die Stähle der US-PS 5,393,488 werden durch die Zugabe von Aluminium in für Stähle relativ großen Mengen in der Größenordnung von 0,5 bis 1,3 Gew.-% verfestigt. Die Erfinder beobachteten, dass Ermüdungsversagen in gegossenen und bearbeiteten Gegenständen, die aus diesem und ähnlichen Stählen mit viel Aluminium hergestellt wurden, bei zusammengeballten Einschlüssen auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage (manchmal als "Flöße" bezeichnet) beginnen können. Diese Cluster auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage wurden auf die Schmelzpraxis zurückgeführt. Wird die Stahllegierung mit viel Aluminium vor dem Gießen geschmolzen, dann kann das Aluminium die Einschluss-Cluster auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage im geschmolzenen Stahl bilden. Diese Einschluss-Cluster bleiben im Gusskörper und dann im mechanisch bearbeiteten Endprodukt bestehen, was zu einem vorzeitigen Ermüdungsversagen führt.
  • Ein potenzielles Herangehen zum Mildern dieses Problems besteht in der Zugabe von Calcium zu der aluminiumreichen Stahlschmelze unmittelbar vor dem Gießen. Die vorliegenden Untersuchungen zeigten jedoch, dass die Zugabe von Calcium zu der aluminiumreichen Schmelze unmittelbar vor dem Gießen nicht genügte, um die Anwesenheit der Einschlüsse auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage im Endprodukt zu vermeiden.
  • Statt dessen wurde festgestellt, dass das Einschlussproblem signifikant vermindert werden kann, indem man zuerst die Schmelze mit einem relativ geringen Aluminiumgehalt herstellt und dann Calcium vor der Zugabe des übrigen Aluminiums hinzugibt, um den Aluminiumgehalt auf den im Endprodukt erwünschten zu bringen, typischerweise von etwa 0,5 bis etwa 1,3 Gew.-%. Calcium wird wahlweise, aber bevorzugt, gleichzeitig mit der Aluminiumzugabe hinzugefügt. Der erhöhte Calciumgehalt in der Schmelze verringert den zur Bildung von Clustern auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage verfügbaren freien Sauerstoff. Das Calcium reagiert mit dem freien Sauerstoff in der Schmelze unter Bildung von Produkten, in denen der Sauerstoff nicht länger frei ist, wie Calciumoxid und/oder Calciumaluminat. Weiteres Calcium kann gegebenenfalls hinzugegeben werden nachdem das Aluminium hinzugegeben wurde, um mit Sauerstoff zu reagieren, der während der Verarbeitung der Schmelze vor dem Gießen in die Schmelze eingeführt worden sein mag. Es gibt eine verringerte Konzentration von Clustern auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage im Endprodukt. Desoxidierende Mittel, die funktionell äquivalent Calcium sind, können ebenso gut eingesetzt werden.
  • Das Resultat dieser Praxisänderung ist eine verbesserte Lebensdauer bezüglich Kurzzeitermüdung in den fertigen Gegenständen, die aus dem Stahl hergestellt wurden. Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf diese bevorzugte Ausführungsform beschränkt.
  • Die Erfindung wird nun detaillierter beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer aus dem Stahl der Erfindung hergestellten Welle,
  • 2 ein Block-Fließdiagramm eines Herangehens zum Ausführen der Erfindung,
  • 3 eine idealisierte Mikrostruktur des gemäß dem Herangehen von 2 hergestellten Stahles,
  • 4 eine idealisierte Mikrostruktur des Stahles der gleichen Zusammensetzung, wie dem in 3 gezeigten, aber ohne die Zugabe von Calcium vor der Zugabe von Aluminium und
  • 5 eine graphische Darstellung der Wechsel-Pseudospannung als einer Funktion von Zyklen bis zur Ermüdung bei der Kurzzeitermüdung mit und ohne Calciumzugaben.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines Stahlgegenstandes 20, der durch das Herangehen nach der Erfindung hergestellt werden kann. Der Gegenstand 20 ist vorzugsweise eine Welle, die in einem Gasturbinentriebwerk eingesetzt wird. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Gegenstand beschränkt.
  • 2 veranschaulicht in Blockdiagrammform ein bevorzugtes Herangehen zur Ausführung der Erfindung. Eine Legierung auf Eisenbasis wird bereitgestellt, Bezugsziffer 30. Die Eisenbasis-Legierung hat mehr Eisen als irgendein anderes Element. Die Eisenbasis-Legierung hat Aluminium in einer relativ geringen Menge von weniger als 0,1 Gew.-%. Andere Elemente sind typischerweise vorhanden. In einer bevorzugten Form hat die Eisenbasis-Legierung von 10 bis 18 Gew.-% Nickel, von 8 bis 16 Gew.-% Cobalt, von 1 bis 5 Gew.-% Molybdän, weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium und von etwa 1 bis etwa 3 Gew.-% Chrom. Kohlenstoff ist gewöhnlich in der anfänglich bereitgestellten Eisenbasis-Legierung in einer Menge von mehr als 0,3 Gew.-% vorhanden und der Kohlenstoffgehalt wird während der Schmelzpraxis verringert, wie beschrieben werden wird. Titan ist, wenn überhaupt, in einer Menge von weniger als etwa 0,1 Gew.-% vorhanden. Der Rest der Zusammensetzung ist Eisen, möglicherweise andere Elemente, die absichtlich vorhanden sind, und Verunreinigungen (alle Zusammensetzungen sind in Gew.-% angegeben, sofern nichts Anderes ausgeführt).
  • Die Legierung wird danach geschmolzen, Bezugsziffer 32. Das Schmelzen wird vorzugsweise in einem Vakuumofen bei einem Druck ausgeführt, der schließlich weniger als etwa 50 um Druck erreicht. Am bevorzugtesten ist der Vakuumofen ein Va kuum-Induktionsschmelzofen unter Verwendung eines Tiegels aus Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid.
  • Das Schmelzen verringert den Gehalt der Schmelze an freiem Sauerstoff auf ein geringes Niveau, Bezugsziffer 34 von 2, sodass wenig freier Sauerstoff verfügbar ist, um mit Aluminium zu reagieren und die nachteiligen zusammengeballten Einschlüsse auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage zu bilden. Beim bevorzugten Herangehen wird der Gehalt an freiem Sauerstoff durch zwei Hauptmechanismen verringert. Erstens, da der Druck in der Vakuumkammer verringert wird, reagieren der Kohlenstoff und der freie Sauerstoff chemisch miteinander unter Bildung von gasförmigem Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, die aus der Schmelze brodeln. Diese Reaktion und das Brodeln können recht stürmisch sein, was zu ihrer Beschreibung als ein "Kohlenstoff-Kochen" führt. Das Kohlenstoff-Kochen tritt nicht sehr auf, wenn der Aluminiumgehalt zu hoch ist, und aus diesem Grunde beträgt der Aluminiumgehalt der anfänglich bereitgestellten Schmelze weniger als 0,1 Gew.-%. Der Gehalt der Schmelze an freiem Sauerstoff ist am Schluss von Stufe 34 geringer als 10 Teile pro Million, bezogen auf das Gewicht.
  • Eine erste Zugabe eines chemischen Desoxidationsmittels, vorzugsweise Calcium, erfolgt zum noch weiteren Verringern das Sauerstoffgehaltes der Schmelze, Bezugsziffer 36 von 2. Die Calciumzugabe erfolgt vorzugsweise in einer Menge von mehr als etwa 200 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht, einem Überschuss von Calcium, der ausgewählt ist, um sich mit im Wesentlichen dem gesamten freien Sauerstoff in der Schmelze umzusetzen und zu kombinieren. Das Calcium kann in irgendeiner wirksamen Form hinzugegeben werden, die dazu führt, dass elementares Calcium in der Schmelze vorhanden ist. NiCa wurde als die Quelle von Calcium bei der Entwicklung des vorliegenden Herangehens eingesetzt.
  • Aluminium wird danach bis zu dem erwünschten Aluminiumgehalt der Legierung zu der Schmelze hinzugegeben, Bezugsziffer 38. Ein bevorzugter Aluminiumgehalt der Legierung, die gegossen wird, ist der von 0,5 bis 1,3 Gew.-%. Die chemische Zusammensetzung anderer Bestandteile der Schmelze kann zu diesem Zeitpunkt auf der Grundlage chemischer Analysen, die während der Schmelzoperation ausgeführt werden, ebenfalls auf ihre erwünschten Endwerte eingestellt werden.
  • Vorzugsweise erfolgt eine zweite Zugabe eines chemischen Desoxidationsmittels, das am bevorzugtesten Calcium ist, gleichzeitig mit der Zugabe von Aluminium zu der Schmelze in der Stufe 38. Die zweite Calciumzugabe erfolgt vorzugsweise von etwa 100 bis etwa 200 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht.
  • Die erste Calciumzugabe in Stufe 36, vor der Aluminiumzugabe von Stufe 38, und die gleichzeitige zweite Calciumzugabe in Stufe 38 liefern das chemische Desoxidationsmittel in der Schmelze, das chemisch mit dem in der Schmelze vorhandenen freien Sauerstoff reagiert, um Verbindungen, wie Calciumoxid oder Calciumaluminat, zu bilden. Diese Verbindungen neigen nicht zur Clusterbildung. Der freie Sauerstoff ist nicht länger vorhanden, um mit dem in Stufe 38 extra hinzugegebenen Aluminium unter Bildung von Verbindungen auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage zu reagieren, die zur Clusterbilddung neigen, schließlich unerwünschte zusammengeballte Einschlüsse in dem gegossenen Endprodukt erzeugen. Bei Abwesenheit des vorliegenden Verarbeitens bilden sich solche Cluster auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage und führen zu Einschlüssen in dem Endprodukt. Die Einschlüsse können als die Einleitungsstellen für vorzeitiges Ermüdungs-Versagen dienen.
  • Freier Sauerstoff neigt zum Diffundieren in die Schmelze selbst unter dem Vakuum des Vakuum-Schmelzofens und während des nachfolgenden Gießens und führt möglicherweise zur Eil dung von Aluminium-Sauerstoff-Clustern. Es ist daher bevorzugt, eine dritte Zugabe von Calcium zur Schmelze auszuführen, um chemisch mit irgendwelchem vorhandenem freiem Sauerstoff zu reagieren, Stufe 40 von 2, nachdem das Aluminium auf seinen Endwert in Stufe 38 eingestellt worden ist und vor oder während des Gießverfahrens von Stufe 42. Die dritte Calciumzugabe erfolgt vorzugsweise in einer Menge von etwa 50 bis etwa 150, am bevorzugtesten etwa 100 Teilen pro Million, bezogen auf das Gewicht.
  • Die Schmelze wird danach gegossen und erstarrt, Bezugsziffer 42. Es kann irgendein brauchbares Gießverfahren mit stationärer Form oder kontinuierlich benutzt werden.
  • Die bevorzugten Legierungen sind Knetlegierungen, die nicht in der gegossenen Form benutzt werden. Statt dessen wird der Gusskörper mechanisch zu einer erwünschten Endform, wie der Welle 20 von 1, bearbeitet, Bezugsziffer 44. Das mechanische Bearbeiten 44 kann ein Bearbeiten bei Raumtemperatur, Bearbeiten bei erhöhter Temperatur oder thermomechanisches Bearbeiten einschließen. Wärmebehandlungen können, wie erforderlich, benutzt werden. Weitere Einzelheiten des bevorzugten Herangehens an das Bearbeiten der gegossenen Legierung finden sich in US-PS 5,393,488 . Ein Vorzug des vorliegenden Herangehens ist es, dass die gleichen mechanischen Bearbeitungs-Behandlungen in Verbindung mit dem vorliegenden Herangehen wie bei dem früheren Herangehen benutzt werden können um die Gegenstände zu produzieren.
  • 34 sind idealisierte Mikrostrukturen des Gegenstandes 20. Die Mikrostruktur von 3 ist für das gemäß der Erfindung produzierte Material, bei dem die erste Calciumzugabe 36 erfolgt ist. Die Mikrostruktur von 4 ist für das Material, das ohne die erste Calciumzugabe 36 vor der Aluminiumzugabe 38 produziert ist und veranschaulicht ein Produkt, das nicht im Rahmen der Erfindung liegt. In diesem Material von 4 gibt es Cluster 24 auf Aluminium-Sauerstoff-Grundlage, die als Einschlüsse wirken, die durch die ganze Mi-krostruktur verteilt sind. Diese Cluster 24 sind recht groß, wobei jedes typischerweise eine planare Fläche von hunderten von μm2 in der Mikrostruktur einnimmt. Die großen Cluster 24 können als der Ursprung für die Einleitung von Ermüdungsrissen dienen, insbesondere der Einleitung eines Kurzzeit-Ermüdungsrisses im Endprodukt. Im Gegensatz dazu gibt es in der Mikrostruktur von 3 feine Teilchen 26, die in der gesamten Mikrostruktur vorhanden und verteilt sind. Die feinen Teilchen sind nicht zu einer genügend großen Größe zusammengeballt, sodass sie stark nachteiligen Einfluss auf die Kurzzeitermüdungs-Eigenschaften des Endproduktes durch Wirken als Riss-Einleitungsstellen erzeugen.
  • Das vorliegende Herangehen wurde praktisch ausgeführt. Vergleichstests-Resultate für die Gegenstände, die mit den Calciumzugaben und ohne die Calciumzugabe hergestellt wurden, sind in 5 gezeigt. Das vorliegende Herangehen unter Benutzung der Calciumzugaben erzeugt allgemein bessere Ermüdungsresultate, insbesondere im Schlüsselbereich der Kurzzeitermüdung an der linken Seite der graphischen Darstellung.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Stahlgegenstandes (20), umfassend die Stufen Schmelzen einer Eisenbasis-Legierung, die weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium und mehr als 0,3 Gew.-% Kohlenstoff aufweist, während der Sauerstoffgehalt' der Schmelze auf weniger als 10 Gew.-ppm vermindert wird, wobei die Stufe des Verminderns des Sauerstoffgehaltes die Stufen einschließt: Hinzugeben eines Calcium-Deoxidationsmittels zur Schmelze, Hinzugeben von Aluminium zur Schmelze, um den Aluminiumgehalt der Schmelze auf mehr als 0,5 Gew.-% Aluminium zu erhöhen und danach Gießen der Schmelze zur Bildung eines Gussstückes.
DE60313608T 2002-03-28 2003-03-25 Herstellung von hochfestem Stahlartikel mit Kontrolle der Einschlüsse während des Schmelzens Expired - Lifetime DE60313608T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US109995 2002-03-28
US10/109,995 US6692550B2 (en) 2002-03-28 2002-03-28 Fabrication of a high-strength steel article with inclusion control during melting

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60313608D1 DE60313608D1 (de) 2007-06-14
DE60313608T2 true DE60313608T2 (de) 2008-01-31

Family

ID=28453213

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60313608T Expired - Lifetime DE60313608T2 (de) 2002-03-28 2003-03-25 Herstellung von hochfestem Stahlartikel mit Kontrolle der Einschlüsse während des Schmelzens
DE60301164T Expired - Lifetime DE60301164T2 (de) 2002-03-28 2003-03-25 Herstellung von hochfestem Stahlartikel mit Kontrolle der Einschlüsse während des Schmelzens

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60301164T Expired - Lifetime DE60301164T2 (de) 2002-03-28 2003-03-25 Herstellung von hochfestem Stahlartikel mit Kontrolle der Einschlüsse während des Schmelzens

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6692550B2 (de)
EP (2) EP1514947B1 (de)
JP (1) JP4640909B2 (de)
DE (2) DE60313608T2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7094273B2 (en) * 2002-03-29 2006-08-22 General Electric Company Fabrication of a high-strength steel article with inclusion control during melting
US20110159175A1 (en) * 2009-12-30 2011-06-30 Jon Raymond Groh Methods for inhibiting corrosion of high strength steel turbine components

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2930690A (en) * 1958-12-24 1960-03-29 Universal Cyclops Steel Corp Production of aluminum containing iron base alloys
US3230074A (en) * 1962-07-16 1966-01-18 Chrysler Corp Process of making iron-aluminum alloys and components thereof
US4213780A (en) 1978-07-12 1980-07-22 Lava Crucible Refractories Co. Method of introducing calcium and calcium alloys into a vessel of molten metal
US4414023A (en) 1982-04-12 1983-11-08 Allegheny Ludlum Steel Corporation Iron-chromium-aluminum alloy and article and method therefor
US5268141A (en) 1985-04-26 1993-12-07 Mitsui Engineering And Ship Building Co., Ltd. Iron based alloy having low contents of aluminum silicon, magnesium, calcium, oxygen, sulphur, and nitrogen
JPH05202411A (ja) * 1991-03-18 1993-08-10 Nippon Steel Corp 鋼材の製造方法
JPH05277679A (ja) * 1991-09-12 1993-10-26 Nippon Steel Corp 鋼材の製造方法
US5393488A (en) 1993-08-06 1995-02-28 General Electric Company High strength, high fatigue structural steel
JPH108217A (ja) * 1996-06-14 1998-01-13 Agency Of Ind Science & Technol 耐孔食性に優れた蒸気タービンブレード用ステンレス鋼
SE9704753L (sv) * 1997-12-17 1998-11-09 Haldex Garphyttan Ab Sätt att framställa kalldragen tråd av ESR-omsmält rostfritt stål samt kalldragen tråd
US5945067A (en) 1998-10-23 1999-08-31 Inco Alloys International, Inc. High strength corrosion resistant alloy
DE60033772T2 (de) * 1999-12-24 2007-10-31 Hitachi Metals, Ltd. Martensitaushärtender Stahl mit hoher Dauerfestigkeit und Band aus dem martensitaushärtenden Stahl
JP4507149B2 (ja) * 1999-12-24 2010-07-21 日立金属株式会社 高疲労強度を有する動力伝達ベルト用マルエージング鋼ならびにそれを用いた動力伝達ベルト用マルエージング鋼帯

Also Published As

Publication number Publication date
US6692550B2 (en) 2004-02-17
EP1514947A1 (de) 2005-03-16
JP2003301235A (ja) 2003-10-24
DE60301164D1 (de) 2005-09-08
EP1357196B1 (de) 2005-08-03
DE60301164T2 (de) 2006-05-24
DE60313608D1 (de) 2007-06-14
US20030185699A1 (en) 2003-10-02
EP1357196A1 (de) 2003-10-29
EP1514947B1 (de) 2007-05-02
JP4640909B2 (ja) 2011-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3135943C2 (de) Aluminium-Silicium-Legierungen und Verfahren zu deren Herstellung
DE4011874C2 (de)
DE2655617C2 (de) Knetlegierung auf Kobaltbasis und Verfahen zur Herstellung eines Bleches aus dieser Legierung
DE102012009125B4 (de) Hochhartes Aufschweiß-Legierungs-Pulver
DE69114243T2 (de) Sintereisenlegierung.
DE3687706T2 (de) Superlegierung auf nickelbasis fuer gussstuecke, frei von lavesphasen und bearbeitet mittels isostatischem heisspressen.
DE102006042950A1 (de) Teilchendispersions-Kupferlegierung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102017114162A1 (de) Hochfeste und hochkriechresistente aluminiumgusslegierungen und hpdc-motorblöcke
DE3744550C2 (de)
DE102006010782A1 (de) Rostfreier Stahl mit hoher Härte und ausgezeichneten Hochglanzoberflächeneigenschaften sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE2244311A1 (de) Hochtemperaturbestaendige nickellegierung
DE112016002489T5 (de) Hitzebeständiger austenitischer gussstahl
WO2019238321A1 (de) Kolben für verbrennungsmotoren und verwendung eines kolbens für verbrennungsmotoren
DE112014001570T5 (de) Austenitischer hitzebeständiger Stahlguss und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102015204244A1 (de) Grauguss für Zylinderlaufbuchsen und Verfahren zur Herstellung von Zylinderlaufbuchsen unter Verwendung desselben
DE10142645B4 (de) Sinterteil
DE19525983A1 (de) Hochhitzebeständige Nickelbasislegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE60029260T2 (de) Automatenlegierung
DE60020522T2 (de) Stahl für geschweisste strukturen, wobei die zähigkeit unabhängig vom wärmeeintrag ist, und herstellungsverfahren
DE1921359B2 (de) Verfahren zur Erhöhung der Duktilität bei hohen Temperaturen von Gußlegierungen auf Nickelbasis
DE10219350B4 (de) Teil für die Verwendung bei hoher Temperatur
DE19836360B4 (de) Kolbenringmaterial mit hervorragender Bearbeitbarkeit und Resistenz gegen Fressen sowie Kolbenring hieraus
DE102012111679A1 (de) Niedrig legierter Stahl und damit hergestellte Bauteile
DE2545100A1 (de) Kobaltbasische legierung
DE60313608T2 (de) Herstellung von hochfestem Stahlartikel mit Kontrolle der Einschlüsse während des Schmelzens

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition