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Verfahren zur Herstellung von Stahl Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zur Herstellung von Stahl.
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Die derzeitigen Verfahren zur Herstellung von Stahl enthalten eine
große Anzahl von Betriebsstufen und unter anderem eine Stufe, in der der Stahl geschmolzen
wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sta#hl, das
im wesentlichen aus folgenden Stufen besteht: Einbringen einer Menge verhältnismäßig
feinen Eisenoxydpulvers in eine bestimmte Form, Erhitzen dieses Pulvers auf Reduktionstemperatur
unterhalb der Schmelztemperatur von Eisen, Einwirkenlassen eines Reduktionsmittels
bei dieser Temperatur, bis die Menge vollständig zu metallischem Eisen reduziert
ist, Einführen von Kohlenstoff in das metallische Eisen bei etwa gleicher Temperatur
unterhalb des Schmelzpunktes des fertigen Stahls, um eine gute Bindung zwischen
den einzelnen Stahlteilchen zu erzielen, und Warmverformung des so entstandenen
schaumartigen Stahls mit bestimmtem Kohlenstoffgehalt zu einem im wesentlichen nicht
schaumartigen Gefüge.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und
der Zeichnung.
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Diese zeigt eine Mikrophotographie eines geätzten Sehliffs von nach
der Erfin dung hergestelltem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,35'10 und einer
Dichte von 7,2 g/crn3 in fünfhundertfacher Vergrößerung.
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Nach der Erfindung wird eine Menge eines verhältnismäßig feinen Eisenoxydpulvers
in eine bestimmte Form eingebracht und den üblichen Reduktionsbedingungen unterworfen.
So kann das Eisenoxydpulver beispielsweise in Koks und Kalkstein im Verhältnis von
ioo Teilen Eisenoxyd zu
36 Teilen Koks und 4 Teilen Kalkstein
eingebettet werden. Ein Behälter umschließt hierbei das Eisenoxydpulver, den Koks
und den Kalkstein und wird auf eine Temperatur von beispielsweise io65'
C
erhitzt. Das Ganze wird auf dieser Temperatur während der B#ehandlungszeit
gehalten, die sich aus der Reduktionszeit und einer Kohlungszeit zusammensetzt.
Die Reduktionszeit beginnt, wenn das Eisenoxyd die Reduktionstemperatur erreicht
hat und dauert so lange, bis das Eisenoxyd zu metallischem schaumartigem Eisen reduziert
ist, dem Zeitpunkt der vollständigen Reduktion. Hierunter versteht der Fachmann
eine 98- bis iool/oige Reduktion. Wenn, wie im vorliegenden Fall, Kohlenmonoxyd
als Reduktionsmittel verwendet wird, beginnt der Kohlenstoffgehalt des metallischen
Eisens kurz vor Erreichen der vollständigen Reduktion zuzunehmen. Die Kohlungszeit
erstreckt sich vom Zeitpunkt der vollständigen Reduktion bis zum Ende der Behandlungszeit
und dient zur Erzielung eines bestimmten Kohlenstoffgehalts des sich ergebenden
schaumartigen Stahls.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Dichte des Stahls ebenfalls von
der Länge der Kohlungszeit und auch durch die Temperatur beeinflußt wird, die während
der Kohlungszeit angewendet wird. Diese Temperatur muß immer unterhalb der Schmelztemperatur
der Stahllegierung, aber über 730' liegen. Im allgemeinen sollte die Temperatur
während der Kohlungszeit jedoch geringer als 1240' sein, d. h. unterhalb
des Schmelzpunktes von i,41[oigem Kohlenstoffstahl liegen. Es ist auch wünschenswert,
die Reduktionstemperatur unter diesem Wert zu halten, um jede Gefahr des
Schmelzens während der ganzen Behandlungszeit zu vermeiden. Der, sich ergebende
schaumartige Stahl wird dann warm verformt, so daß er die Eigenschaften und die
Dichte des üblichen Stahls erhält.
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Die dargestellte Mikrophotographie zeigt das Normalgefüge eines Stahls
mit 0,35 1/o Kohlenstoffgehalt in fünfhundertfacher Vergrößerung. Die dunklen
Bereiche sind perlitisch, und die -weißen Bereiche sind ferritisch. Außerdem sind
noch einige wenige feste Verunreinigungen, beispielsweise Tonerde, vorhanden, die
schwarz erscheinen.
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Bei der dargestellten Probe handelt es sich um Stahl, der aus
Walzwerkzunder von etwa zwölf Maschen je Quadratzentimeter Feinheit in Papi,erröhren
von 3,75 cm Durchmesser und durch Einsetzen von annähernd 3o kg solcher
Röhren in eine Mischung aus etwa 18 kg feinem Koksbruch und 1,8
kg feinem Kalkstein hergestellt wurde. Der das Ganze enthaltende Metallbehälter
wurde praktisch luftdicht abgeschlossen und zusammen mit dem Inhalt 24 Stunden lang
auf einer Temperatur von io65' gehalten.
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Die sich ergebenden Stangen aus schaumartigem Stahl hatten
0,35 1/o Kohlenstoffgehalt und eine Dichte von 3,2 g/cm3. Die Oberfläche
dieser Stangen wurde durch leichtes Schmieden geschlossen, um eine Oxydation während
der folgenden Wiedererwärmung herabzusetzen. Die Stangen mit einem Durchmesser von
annähernd 2,85 cm wurden dann auf 870' erhitzt und unter einem Schmiedehammer
auf einen rechteckigen Querschnitt von 1,75 X 0,88 cm geschmiedet.
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Die Hohlräume in den Stangen wurden dabei im wesentlichen beseitigt,
wie sich aus der Mikrophotographie und ebenso daraus ergibt, daß die Dichte von
3,2 auf 7,2 anstieg. Nach dieser Warmverformung entspricht der Stahl
handelsüblichen, nach bekannten Verfahren hergestellten Stahlsorten mit dem gleichen
Kohlenstoffgehalt.
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Zum Verdichten des Stahls lassen sich bekannte B earbeitungsverfahren
verwenden, wie Walzen, Gesenkschnlieden, Hammerschmieden od. dgl. Ob-
wohl
es vorteilhaft ist, den schaumartigen Stahl in einer nicht oxydierenden Atmosphäre
unter Aufrechterhaltung der Reduktionswärme zu bearbeiten, ist es klar, daß dieser
Bearbeitungsgang auch nach einer gesonderten Erwärmung vorgenommen werden kann.
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Nach der Erfindung lassen sich auch Stahllegierungen herstellen. Bei
Metalloxyden, die in dem besonderen verwendeten Reduktionsmittel und der verwendeten
Temperatur genau so leicht wie Eisenoxyd reduzieren, lassen sich diese Metalloxyde
in den gewünschten Anteilen vor der Reduktion mit dem Eisenoxydpulver mischen. Während
des Verfahrens werden diese Oxyde zu Metall reduziert, das sich mit dem Eisen legiert.
Als Beispiele für solche Oxyde sollen Vanadiumoxyd und Kobaltoxyd genannt werden.
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In manchen Fällen ist jedodli die Einführung des Legierungseleinents
als Metall vorteilhafter. Solche Legierungselemente können in Form von Metallpulver
mit dem Eisenoxydpulver gemischt werden. Dies eignet sich besonders für Legierungselemente,
wie Mangan und Brom. Die besondere Art der Einführung der Legierungselemente hängt
von den für die Reduktion des Eisenoxyds gewählten Reduktionsbedingungen und deren
Einfluß auf das Legierungselement oder seine Verbindungen ab.
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Es gibt auch Legierungselemente, wie Wolfram, die man nur als Metallpulver
mit dem Eisenoxydpulver mischen kann.