EP0141804A1 - Manganhartstahl und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0141804A1
EP0141804A1 EP84890187A EP84890187A EP0141804A1 EP 0141804 A1 EP0141804 A1 EP 0141804A1 EP 84890187 A EP84890187 A EP 84890187A EP 84890187 A EP84890187 A EP 84890187A EP 0141804 A1 EP0141804 A1 EP 0141804A1
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EP
European Patent Office
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manganese
temperature
melt
weight
content
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EP84890187A
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EP0141804B1 (de
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Bernd Dipl.-Ing. Kos
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

Definitions

  • the invention relates to a strain-hardening austenitic manganese steel (Hadfield steel) with an elongation at break of 10 - 80% and to a method for the production.
  • Hadfield steel strain-hardening austenitic manganese steel
  • Cold-hardening austenitic manganese steels have a large area of application in the form of castings, forgings and rolled products. This large area of application results above all from its own high ductility and its good work hardening capacity. The applications range from castings for hard crushing to bulletproof objects.
  • the valuable properties of high manganese steel result from the combination of the properties mentioned above, namely work hardening and ductility. Strain hardening occurs whenever high manganese steel is subjected to mechanical stress e.g. is exposed to impact or shock, which partially converts the austenite in the surface zone to a t-martensite. Strain hardening measurements show an increase in hardness of 200 - 550 HB. Thus, the hardness of the castings, forgings and the like increases in use as they are mechanically stressed.
  • the steel is essentially austenitic and work hardenable over its entire cross-section, there are great differences in its mechanical properties, in particular ductility, due to these structural differences.
  • Manganese steels usually have a carbon content of 0.7 to 1.7% by weight, with a manganese content between 5 and 18% by weight.
  • a carbon-manganese ratio between 1: 4 and 1:14 is also important if the properties of the manganese steels are to be retained. At lower ratios, there is no longer any austenitic steel, the steel can no longer be work hardened and the toughness is also impaired. The austenite is too stable at higher ratios; cold work hardening is not possible here either and the desired properties cannot be achieved either.
  • a phosphorus content of more than 0.1% by weight leads to a strong reduction in toughness, so that, as is known, a particularly low phosphorus content is desirable.
  • ASTM A 128/64 describes four different types of manganese steel with carbon contents between 0.7 and 1.45% by weight and manganese contents between 11 and 14% by weight.
  • the coals substance content varies in order to change the degree of work hardening; this can also be influenced by the addition of chromium in amounts of 1.5 to 2.5% by weight. Large carbide deposits can be avoided by adding molybdenum up to 2.5% by weight.
  • a nickel addition of max. 4.0% by weight is said to stabilize the austenite, thereby avoiding the formation of pearlite in thick-walled castings.
  • manganese steel with approximately 5% by weight manganese is known. Although these steels are low in toughness, they are wear-resistant.
  • the object of the present invention is to provide a manganese steel, which has such a structure that, on the one hand, good mechanical properties, such as tensile strength and elongation at break, are ensured, cold work hardening being optimized at the same time, and temperature control of the melt so that a spreading is as large as possible.
  • Another object of the present invention is to match the level of properties between the edge and core zones as much as possible, since the stability of such a cast is also borne by the core zone, since this is also subject to strong mechanical or abrasive stresses during material removal.
  • the casting contains 0.01 to 0.05% by weight of aluminum, it is ensured that complete deoxidation has taken place, so that no individual areas with different properties due to the different oxygen content in the melt are then present in the casting.
  • a zirconium content between 0.01 and 0.05% by weight can improve the level of properties, in particular with regard to grain growth.
  • the melt being poured at a temperature between 1420 and 1520 ° C, essentially consists in the fact that the insert or the addition of manganese or manganese alloy, preferably ferro-manganese, is carried out in two steps, at least the second addition being 5 to 25% by weight, preferably 7-15% by weight, of the total use or total addition of manganese or manganese alloy at a temperature of the melt below 1520 ° C d the melt temperature is kept below this temperature before casting.
  • the insert or the addition of manganese or manganese alloy preferably ferro-manganese
  • the level of properties as desired can be maintained or even improved, while at the same time preventing the alloy from being applied too low.
  • no completely reliable results are available, it can be assumed under certain circumstances that, if a certain temperature journey is observed, nuclei of manganese alloy remain in the melt, which will later ensure a certain structure of the casting, with any additional deterioration in the property level other alloying elements can be avoided.
  • the melt is added to vandium or a vanadium alloy, in particular ferro-vanadirr, whereupon the melt temperature is below 1520 °, preferably below 1490 ° C is held. This procedure can increase the output of the melt, while at the same time the desired level of properties can also be maintained.
  • the melt was covered with a slag consisting of 90% by weight limestone and 10% by weight calcium fluoride; then the melt was brought to a tapping temperature of 1520 ° C. The final deoxidation was then carried out with metallic aluminum. After deoxidation, the melt was poured into the ladle, where the temperature was measured at 1460 ° C. The melt was poured into a basic sand mold (magnesite). The casting obtained was a Turas with a gross weight of 14 t and a net weight of 11 t; its walls were between 60 and 180 mm thick.
  • the casting was allowed to cool to room temperature, removed from the mold and then slowly again to 1050 ° C warmed up. After a four hour hold, the Turas was quenched in water. The casting obtained in this way showed cracks that had to be sealed by welding with a similar material.
  • the tensile strength was 623 N / mm 2 .
  • the melt was covered with slag and brought to a tapping temperature of 1470 ° C.
  • Metallic aluminum was added for final deoxidation.
  • the melt was then poured into the ladle and 0.06% by weight of titanium (the content in% by weight in the casting was 0.055) was added.
  • the temperature of the melt was always kept below 1490 ° C.
  • Round bars with a diameter of 110 mm were then cast at 1440 ° C. After cooling, the bars were removed from the molds, heated to 1030 ° C and held at this temperature for five hours. The oven temperature was then lowered to 980 ° C and held at that level for 1 1/2 hours. The bars were then quenched in a water bath.
  • the melt was covered with slag and brought to a tapping temperature of 1550 ° C.
  • Metallic aluminum was added for the final deoxidation and then 0.05% by weight of vanadium.
  • the melt was then poured into the ladle and 0.10% by weight of titanium (the content in the casting was 0.09% by weight) was added.
  • the temperature of the melt was always kept below 1490 ° C.
  • Round bars with a diameter of 110 mm were then cast at 1440 ° C. After cooling, the bars were removed from the molds, heated to 1030 ° C and held at this temperature for five hours. The oven temperature was then lowered to 980 ° C and held at that level for 1 1/2 hours. The bars were then quenched in a water bath.
  • the oven temperature was then lowered to 980 ° C and held at that level for 1 1/2 hours.
  • the bars were then quenched in a water bath.
  • Example 9 500 kg of manganese steel with the composition as in Example 9 were melted according to the same procedure as in Example 9, except that vanadium was added to the ladle and not to the induction furnace.
  • the grain size of vanadium was 1/8 to 1/4 inch.
  • the following table shows the values of tensile strength and elongation at break for samples from the center and for those from the edge area according to the examples.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen kaltverfestigenden austenitischen Manganhartstahl mit einer Bruchdehnung zwischen 10% und 80% gemessen nach L = 5 d oder L = 10 d mit einem Gehalt in Gew.-% von mit der Massgabe, dass das Kohlenstoff-Mangan-Verhältnis zwischen 1:4 und 1:14 liegt und der Gehalt an Mikrolegierungselementen in Gew.-% Titan mehr als 0,05 bis 0,09, vorzugsweise mehr als 0,05 bis 0,07, Vanadium 0 bis 0,05, vorzugsweise 0,01 bis 0,035, mit der Massgabe, dass die Summe Titan und Vanadin zwischen mehr als 0,05 und 0,14, vorzugsweise zwischen mehr als 0,05 und 0,125 beträgt, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen kaltverfestigenden austenitischen Manganstahl (Hadfield Stahl) mit einer Bruchdehnung von 10 - 80 % und auf ein Verfahren zur Herstellung.
  • Kaltverfestigende austenitische Manganstähle haben in Form von Gußstücken, Schmiedestücken und Walzprodukten ein großes Anwendungsgebiet. Dieses große Anwendungsgebiet ergibt sich vor allem durch ihre eigene hohe Duktilität und ihr gutes Kaltverfestigungsvermögen. Die Anwendungen reichen von Gußstücken für Hartzerkleinerung bis zu kugelsicheren Gegenständen. Die wertvollen Eigenschaften von Manganhartstahl ergeben sich durch die Kombination der oben erwähnten Eigenschaften, nämlich Kaltverfestigungsvermögen und Duktilität. Kaltverfestigung tritt ein, wann immer Manganhartstahl einer mechanischen Beanspruchung z.B. durch Stoß oder Schlag ausgesetzt wird, welche den Austenit in der Oberflächenzone teilweise zu einem t-Martensit umwandelt. Messungen der Kaltverfestigung lassen eine Härtezunahme von 200 - 550 HB erkennen. Somit nimmt die Härte der Gußstücke, Schmiedestücke und dergleichen im Laufe der Verwendung zu, wenn sie mechanisch beansprucht werden.
  • Da jedoch solche Teile auch einem Verschleiß durch Reibung ausgesetzt sind, wird die Oberflächenschicht ständig abgetragen, wobei Austenit an der Oberfläche verbleibt. Dieser Austenit wird durch neuerliche mechanische Beanspruchung wieder umgewandelt. Die Legierung, die sich unter der Oberflächenzone befindet, ist sehr duktil, und Manganhartstähle können daher eine hohe mechanische Schlagbeanspruchung aushalten, ohne daß eine Bruchgefahr besteht, sogar im Falle von dünnwandigen Teilen.
  • Im Falle von aus Manganhartstahl gefertigten Teilen ist es wichtig, daß eine Vorform oder ein Blockgußstück erzeugt wird, um die Eigenschaften der daraus gefertigten Teile im voraus zu bestimmen. Wenn das Gußstück ein unzulässig grobes Gefüge aufweist, wird der Teil eine geringe Duktilität haben. Bei großen Gußstücken weiß man, daß die Korngröße über den Querschnitt variiert. An der Außenseite findet man eine schmale verhältnismäßig feinkörnige Randzone, die von einem aus groben Stengelkristallen bestehenden Bereich und dann von dem kugeligen Gefüge im Zentrum des Gußstückes gefolgt wird.
  • Obwohl der Stahl über seinen gesamten Querschnitt im wesentlichen austenitisch und kaltverfestigbar ist, ergeben sich große Unterschiede bei seinen mechanischen Eigenschaften, insbesondere Duktilität, auf Grund dieser Gefügeunterschiede.
  • Um eine möglichst gleichmäßige Duktilität über den gesamten Querschnitt zu erreichen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Gießtemperatur so niedrig wie möglich zu halten, z.B. bei 1410°C, da ein zunehmendes Unterkühlen das Wachstum der Kerne bewirken und ein feinerkörniges Gefüge erzeugen sollte. Diese niedrigen Gießtemperaturen werfen jedoch große Produktionsprobleme auf, z.B. entstehen Spannungsrisse im Gußstück und die rheologischen Eigenschaften des schmelzflüssigen Metalls sind solcherart, daß die Form nicht mehr genau gefüllt wird, insbesondere an den Kanten. Weiters erstarrt das schmelzflüssige Metall während des Gießens an der Auskleidung der Pfanne, was zu Pfannenresten oder Gußhäuten führt, die entfernt und neuerlich verarbeitet werden müssen.
  • Während des eigentlichen Gießvorganges kann der Stopfen in der Auslaßöffnung stecken bleiben, was eine Unterbrechung des Gießens mit sich bringt. Aus dem Vorhergesagten ist leicht zu erkennen, daß die wirtschaftlichen Nachteile, die man für eine nichtreproduzierbare Kornverfeinerung auf sich nehmen müßte, so schwerwiegend sind, daß dieses Niedertemperaturgießverfahren nicht akzeptiert werden konnte.
  • Aus diesen Gründen sind bereits Versuche dahingehend unternommen worden, eine Kornverfeinerung durch Zusatz von weiteren Legierungselementen, z.B. Chrom, Titan, Zirkon und Stickstoff, in Mengen von mindestens 0,1 bis 0,2 Gew.-% zu erzielen. Obwohl diese Zusätze bei niedrigen Gießtemperaturen eine Kornverfeinerung bewirken, beeinträchtigen sie ziemlich stark die mechanischen Eigenschaften, vor allem die Dehnung und die Kerbschlagzähigkeit.
  • Manganhartstähle (Hadfield Stähle) haben gewöhnlich einen Kohlenstoffgehalt von 0,7 bis 1,7 Gew.-%, bei einem Mangangehalt zwischen 5 und 18 Gew.-%. Ein Kohlenstoff-Mangan-Verhältnis zwischen 1 : 4 und 1 : 14 ist ebenfalls wichtig, wenn die Eigenschaften der Manganhartstähle beibehalten werden sollen. Bei kleineren Verhältnissen liegt kein austenitischer Stahl mehr vor, der Stahl kann nicht mehr kaltverfestigt werden und die Zähigkeit ist ebenfalls beeinträchtigt. Bei höheren Verhältnissen ist der Austenit zu stabil; auch hier ist keine Kaltverfestigung möglich und die gewünschten Eigenschaften können ebenfalls nicht erreicht werden.
  • Ein Phosphorgehalt über 0,1 Gew.-% führt zu einer starken Reduzierung der Zähigkeit, sodaß, wie man weiß, ein besonders niedriger Phosphorgehalt anzustreben ist.
  • ASTM A 128/64 beschreibt vier verschiedene Manganhartstahlarten mit Kohlenstoffgehalten zwischen 0,7 und 1,45 Gew.-% und Mangangehalten zwischen 11 und 14 Gew.-%. Der Kohlenstoffgehalt variiert zwecks Änderung des Kaltverfestigungsgrades; diese kann auch durch den Zusatz von Chrom in Mengen von 1,5 bis 2,5 Gew.-% beeinflußt werden. Große Karbidausscheidungen können durch den Zusatz von Molybdän bis zu 2,5 Gew.-% vermieden werden. Ein Nickelzusatz von max. 4,0 Gew.-% soll den Austenit stabilisieren, wodurch die Bildung von Perlit in dickwandigen Gußstücken vermieden wird.
  • Weiters ist ein Manganhartstahl mit ungefähr 5 Gew.-% Mangan bekannt. Obwohl diese Stähle eine geringe Zähigkeit aufweisen, sind sie verschleißfest.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Manganhartstahl zu schaffen, der ein derartiges Gefüge aufweist, daß einerseits gute mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Bruchdehnung, gewährleistet sind, wobei gleichzeitig die Kaltverfestigung optimiert ist, und eine Temperaturführung der Schmelze so erlaubt, daß ein möglichst großes Ausbringen erreichbar ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Eigenschaftsniveau zwischen den Rand- und Kernzonen möglichst anzugleichen, da die Standfestigkeit eines derartigen Gusses auch von der Kernzone mitgetragen wird, da diese im Laufe der Materialabtragung ebenfalls starken mechanischen bzw. abrasiven Beanspruchungen unterliegt.
  • Der erfindunggemäße kaltverfestigende austentische Manganhartstahl mit einer Bruchdehnung zwischen 10 % und 80 % gemessen nach L = 5 d oder L = 10 d mit einem Gehalt in Gew.-% von
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    mit der Maßgabe, daß das Kohlenstoff-Mangan-Verhältnis zwischen 1 : 4 und 1 : 14 liegt, besteht im wesentlichen darin, daß der Gehalt an Mikrolegierungselementen in Gew.-% Titan mehr als 0,05 bis 0,09, vorzugsweise mehr als 0,05 bis 0,07, Vanadium 0 bis 0,05, vorzugsweise 0,01 bis 0,035, mit der Maßgabe, daß die Summe Titan und Vanadin zwischen mehr als 0,05 und 0,14, vorzugsweise zwischen mehr als 0,05 und 0,125 beträgt, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
  • Es war durchaus überraschend, daß die oben angeführten Ziele lediglich bei einem derartig engen Bereich an Mikrolegierungselementen erreicht werden können, wobei es für den Fachmann umso überraschend war, daß bei einem geringeren Gehalt an Mikrolegierungselementen nicht das erwünschte Eigenschaftsspektrum, sei es Ausbringung, Zugfestigkeit, Bruchdehnung oder Abriebbeständigkeit, als Summe erreicht werden konnte.
  • Ist im Gußstück 0,01 bis 0,05 Gew.-% Aluminium enthalten, so ist sichergestellt, daß eine vollkommene Desoxidation stattgefunden hat, sodaß keine einzelnen Bereiche mit anderen Eigenschaften aufgrund des unterschiedlichen Sauerstoffgehaltes in der Schmelze im Gußstück sodann vorliegen.
  • Gegebenenfalls kann durch einen Gehalt an Zirkon zwischen 0,01 und 0,05 Gew.-% eine Verbesserung des Eigenschaftsniveaus, insbesondere bezüglich des Kornwachstums erreicht werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines kaltverfestigenden austenitischen Manganhartstahl-Form-oder -Blockgußstückes, wobei in einem Elektroofen ein Einsatz eingeschmolzen wird, wonach auf die flüssige Schmelze kalkhältige schlackebildende Zuschlagstoffe aufgegeben werden, die gewünschte Analyse eingestellt und auf eine Abstichtemperatur von 1450 bis 1600°C gebracht wird, mit einem sauerstoffaffinen Element desoxidiert, und in die Gießpfanne abgestochen wird, und in der Gießpfanne der Gehalt an Mikrolegierungselementen eingestellt wird, wobei die Schmelze bei einer Temperatur zwischen 1420 und 1520°C vergossen wird, besteht im wesentlichen darin, daß der Einsatz bzw. die Zugabe von Mangan bzw. Manganlegierung, vorzugsweise Ferro-Mangan in zwei Schritten erfolgt, wobei zumindest die zweite Zugabe 5 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 7 - 15 Gew.-% des gesamten Einsatzes bzw. der gesamten Zugabe an Mangan bzw. Manganlegierung bei einer Temperatur der Schmelze unter 1520°C erfolgt und die Schmelzentemperatur bis vor dem Gießen unter dieser Temperatur gehalten wird. Durch die schrittweise Zugabe des Mangans unter Einhaltung einer bestimmten Temperaturgrenze kann das Eigenschaftsniveau, wie angestrebt, erhalten bzw. sogar verbessert werden, wobei gleichzeitig ein zu niedriges Ausbringen der Legierung vermieden wird. Obwohl keine vollkommen gesicherten Ergebnisse vorliegen, kann unter Umständen angenommen werden, daß bei Einhaltung einer bestimmten Temperaturreise Kristallisationskeime von der Manganlegierung in der Schmelze erhalten bleiben, die in späterer Folge zwar für eine bestimmte Struktur des Gusses Sorge tragen, wobei jegliche zusätzliche Verschlechterung des Eigenschaftsniveaus durch andere Legierungselemente vermieden werden kann.
  • Erfolgt die Zugabe des Mangans bzw. der Manganlegierung einmalig und/oder überschreitet die Schmelze eine Temperatur von 1490°C, dann wird der Schmelze Vandium bzw. eine Vanadiumlegierung, insbesondere Ferro-Vanadirr zugegeben, worauf die Schmelzentemperatur unter 1520°, vorzugsweise unter 1490°C gehalten wird. Durch diese Verfahrensweise kann die Ausbringung der Schmelze erhöht werden, wobei gleichzeitig das erwünschte Eigenschaftsniveau ebenfalls eingehalten werden kann.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.
    • Beispiel 1:
  • 15 t Manganstahl mit der folgenden Zusammensetzung in Gew.-% wurden in einem Lichtbogenofen erschmolzen:
    • 1,21 Kohlenstoff; 12,3 Mangan; 0,47 Silizium; 0,023 Phosphor;
    • 0,45 Chrom und Spuren von Nickel und Molybdän.
  • Die Schmelze wurde mit einer aus 90 Gew.-% Kalkstein und 10 Gew.-% Kalziumfluorid bestehenden Schlacke bedeckt; danach wurde die Schmelze auf eine Abstichtemperatur von 1520°C gebracht. Das abschließende Desoxidieren erfolgte dann mit metallischem Aluminium. Nach der Desoxidation wurde die Schmelze in die Gießpfanne abgegossen, wo die Temperatur mit 1460°C gemessen wurde. Die Schmelze wurde in eine basische Sandform (Magnesit) gegossen. Das erhaltene Gußstück war ein Turas mit einem Bruttogewicht von 14 t und einem Nettogewicht von 11 t; seine Wände waren zwischen 60 und 180 mm dick.
  • Das Gußstück wurde auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, aus der Form genommen und dann neuerlich langsam auf 1050°C erwärmt. Nach einer Haltezeit von vier Stunden wurde der Turas in Wasser abgeschreckt. Das auf diese Art erhaltene Gußstück wies Risse auf, die mittels Schweißen mit einem artgleichen Material verschlossen werden mußten. Die metallographischen Prüfungen ließen eine ausgeprägte transkristalline Zone mit einer anschließenden kugeligen Gefügezone erkennen. Prüfstücke aus der besagten kugeligen Zone wiesen eine Dehnung von 8,4 % auf, gemessen gemäß L = 10 d. Die Zugfestigkeit betrug 623 N/mm2.
    • Beispiel-2:
    • 500 kg Manganstahl folgender Zusammensetzung in Gew.-%. wurden in einem Induktionsofen erschmolzen:
    • 1,24 Kohlenstoff; 0,52 Silizium; 12,57 Mangan; 0,13 Nickel; 0,42 Chrom; 0,027 Phosphor und 0,008 Schwefel.
  • Die Schmelze wurde mit Schlacke bedeckt und auf eine Abstichtemperatur von 1470°C gebracht. Zwecks abschließender Desoxidation wurde metallisches Aluminium hinzugefügt. Danach wurde die Schmelze in die Gießpfanne abgegossen und 0,06 Gew.-% Titan (der Gehalt in Gew.-% im Gußstück betrug 0,055) wurden hinzugefügt. Die Temperatur der Schmelze wurde immer unter 1490°C gehalten. Rundstäbe mit einem Durchmesser von 110 mm wurden dann bei 1440°C gegossen. Nach dem Abkühlen wurden die Stäbe aus den Formen genommen, auf 1030°C erwärmt und fünf Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Die Ofentemperatur wurde dann auf 980°C abgesenkt und 1 1/2 Stunden auf diesem Niveau gehalten. Die Stäbe wurden dann in einem Wasserbad abgeschreckt.
  • 500 kg Manganstahl wurden in einem Induktionsofen erschmolzen. Das Verfahren war grundlegend dasselbe wie in Beispiel 2, es wurden jedoch 0,10 Gew.-% Titan (der Gehalt in Gew.-% im Gußstück betrug 0,09) in die Gießpfanne gegeben.
    • Beispiel 4:
  • 500 kg Manganstahl mit derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 3 wurden in einem Induktionsofen erschmolzen und in die Gießpfanne bei einer Abstichtemperatur von 1550°C gegossen.
    • Beispiel 5:
  • 500 kg Manganstahl folgender. Zusammensetzung in Gew.-% wurden in einem Induktionsofen erschmolzen:
    • 1,24 Kohlenstoff; 0,52 Silizium; 12,57 Mangan; 0,13 Nickel; 0,42 Chrom; 0,027 Phosphor und 0,008 Schwefel.
  • Die Schmelze wurde mit Schlacke bedeckt und auf eine Abstichtemperatur von 1550°C gebracht. Für die abschließende Desoxidation wurde metallisches Aluminium hinzugefügt und danach 0,05 Gew.-% Vanadium. Anschließend wurde die Schmelze in die Gießpfanne gegossen und 0,10 Gew.-% Titan (der Gehalt im Gußstück betrug 0,09 Gew.-%) wurden hinzugefügt. Die Temperatur der Schmelze wurde immer unter 1490°C gehalten. Rundstäbe mit einem Durchmesser von 110 mm wurden dann bei 1440°C gegossen. Nach dem Abkühlen wurden die Stäbe aus den Formen genommen, auf 1030°C erwärmt und fünf Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Die Ofentemperatur wurde dann auf 980°C gesenkt und 1 1/2 Stunden auf diesem Niveau gehalten. Die Stäbe wurden dann in einem Wasserbad abgeschreckt.
    • Beispiel 6:
  • 500 kg Manganstahl mit derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 5 wurden in einem Induktionsofen erschmolzen; das Verfahren war dasselbe wie in Beispiel 5, außer daß die Abstichtemperatur 1520°C betrug.
    • Beispiel 7:
  • 500 kg Manganstahl mit derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 5 wurden in einem Induktionsofen erschmolzen; das Verfahren war dasselbe wie in Beispiel 5, mit Ausnahme der Abstichtemperatur, die 1520°C betrug, und mit der weiteren Ausnahme, daß die Stäbe bei einer Gießtemperatur von 1475°C gegossen wurden.
    • Beispiel 8:
  • 500 kg Manganstahl wurden in einem Induktionsofen wie in Beispiel 2 erschmolzen, außer daß die maximale Temperatur der Schmelze 1500°C betrug, 0,035 Gew.-% Vanadium im Ofen hinzugefügt wurden und in die Gießpfanne eine Zugabe von 0,08 Gew.-% Titan (der Gehalt im Gußstück betrug 0,07 Gew.-%) erfolgte.
    • Beispiel 9:
  • 500 kg Manganstahl folgender Zusammensetzung in Gew.-% wurde in einem Induktionsofen erschmolzen:
    • 1,24 Kohlenstoff; 0,52 Silizium; 12,57 Mangan; 0,13 Nickel; 0,42 Chrom; 0,027 Phosphor und 0,008 Schwefel.
  • Zunächst wurden jedoch nur 90 Gew.-% des erforderlichen Mangangehaltes in den Ofen hinzugefügt und die Schmelze wurde auf eine Temperatur von 1620°C gebracht. Danach wurde lie Schmelze auf eine Temperatur von 1520°C mittels Argonspülung abgekühlt und die verbleibenden 10 Gew.-% des Gesamtmangangehaltes wurden hinzugefügt. Die Schmelze wurde mit Schlacke bedeckt und auf eine Abstichtemperatur von 1470°C gebracht. Zwecks abschließender Desoxidation wurde metallisches Aluminium hinzugefügt und danach erfolgte eine Zugabe entsprechend von 0,035 Gew.-% Vanadium im Gußstück. Die Schmelze wurde dann in die Gießpfanne abgegossen und 0,08 Gew.-% Titan (der Gehalt im Gußstück betrug 0,07 Gew.-%) wurden hinzugefügt. Die Temperatur der Schmelze wurde immer unter 1490°C gehalten. Rundstäbe mit einem Durchmesser von 110 mm wurden dann bei einer Gießtemperatur von 1460°C gegossen. Nach dem Abkühlen wurden die Stäbe aus den Formen genommen, auf 1030°C erwärmt und dann fünf Stunden bei dieser Temperatur gehalten.
  • Die Ofentemperatur wurde dann auf 980°C abgesenkt und 1 1/2 Stunden auf diesem Niveau gehalten. Die Stäbe wurden dann in einem Wasserbad abgeschreckt.
    • Beispiel 10:
  • 500 kg Manganstahl mit der Zusammensetzung wie in Beispiel 9 wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 9 erschmolzen, außer daß Vanadium in die Gießpfanne und nicht in den Induktionsofen beigegeben wurde. Die Korngröße von Vanadium betrug 1/8 bis 1/4 Zoll.
    • Beispiel 11:
  • 500 kg Manganstahl mit der Zusammensetzung wie in Beispiel3, außer daß zusätzlich zum Titanzusatz 0,02 Gew.-% Zirkon hinzugefügt wurden, wurden in einem Induktionsofen nach demselben Verfahren wie in Beispiel 3 erschmolzen.
  • In der folgenden Tabelle werden die Werte der Zugfestigkeit und Bruchdehnung für Proben vom Zentrum und für solche vom Randbereich gemäß den Beispielen angegeben.
    Figure imgb0003
  • Bei dem Einsatz von Gußstücken, die einen geringeren Titangehalt aufwiesen, hat sich ergeben, daß die Standfestigkeit wahrscheinlich aufgrund der schlechteren Abriebeigenschaft schlechter ist, als bei dem erfindungsgemäßen Titangehalt.

Claims (6)

1. Kaltverfestigender austenitischer Manganhartstahl mit einer Bruchdehnung zwischen 10 % und 80 % gemessen nach L = 5 d oder L = 10 d mit einem Gehalt in Gew.-% von
Figure imgb0004
mit der Maßgabe, daß das Kohlenstoff-Mangan-Verhältnis zwischen 1 : 4 und 1 : 14 liegt und der Gehalt an Mikrolegierungselementen in Gew.-% Titan mehr als 0,05 bis 0,09, vorzugsweise mehr als 0,05 bis 0,07, Vanadium 0 bis 0,05, vorzugsweise 0,01 bis 0,035, mit der Maßgabe, daß die Summe Titan und Vanadin zwischen mehr als 0,05 und 0,14, vorzugsweise zwischen mehr als 0,05 und 0,125 beträgt, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
2. Kaltverfestigender austenitischer Manganhartstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt in Gew.-% zwischen 0,01 und 0,05 beträgt.
3. Kaltverfestigender austenitischer Manganhartstahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkongehalt zwischen 0,01 und 0,05 Gew.-% beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung eines kaltverfestigenden austenitischen Manganhartstahl-Form- oder -Blockgußstückes, wobei in einem Elektroofen ein Einsatz eingeschmolzen wird, wonach auf die flüssige Schmelze kalkhältige schlackebildende Zuschlagstoffe aufgegeben werden, die gewünschte Analyse eingestellt und auf eine Abstichtemperatur von 1450 bis 1600°C gebracht wird, mit einem sauerstoffaffinen Element desoxidiert, und in die Gießpfanne abgestochen wird, und in der Gießpfanne der Gehalt an Mikrolegierungselementen eingestellt wird, wobei die Schmelze bei einer Temperatur zwischen 1420 und 1520°C vergossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz bzw. die Zugabe von Mangan bzw. Manganlegierung, vorzugsweise Ferro-Mangan in zwei Schritten erfolgt, wobei zumindest die zweite Zugabe 5 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 7 bis 15 Gew.-% des gesamten Einsatzes bzw. der gesamten Zugabe an Mangan bzw. Manganlegierung bei einer Temperatur der Schmelze unter 1520°C erfolgt und die Schmelzentemperatur bis vor dem Gießen unter dieser Temperatur gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer einmaligen Zugabe des Mangans bzw. der Manganlegierung und/oder bei Uberschreiten der Schmelze einer Temperatur über 1490 °C Vanadium bzw. eine Vanadium-Legierung, insbesondere Ferro-Vanadin gegebenenfalls im Ofen zugegeben wird und sodann die Schmelzentemperatur unter 1520 °C, vorzugsweise unter 1490 °C gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Titan in Form von Ferro-Titan in die Gießpfanne zugegeben wird.
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