FI75870C - Kalsiumbehandlat borlegerat staol med foerbaettrad skaerbarhet. - Google Patents

Description

1 75870

Kalsiumkäsitelty hyvin lastuttava booriseosteinen teräs -Kalciumbehandlat borlegerat stäl raed förbättrad skärbarhet.

Keksinnön kohteena on kalsiumkäsitelty karkaistava booriseosteinen teräs.

Ennestään tunnetaan lämpökäsiteltäviä booriseostettuja teräksiä, joissa karkenevuuden kannalta riittävä vapaan boorin pitoisuus saavutetaan sitomalla teräkseen liuennut typpi alumiinilla ja/tai titaanilla. Tunnettujen terästen lastutta-vuus on huono seuraavista syistä: a) Titaaniseostuksen (n. 0.02-0.05 p-%) tuloksena on teräksessä erittäin kovia, suuria TiN-partikkeleita, jotka vaikuttavat haitallisesti teräksen lastuttavuuteen.

b) Boorin suojaamiseksi vaadittava korkea Al-pitoisuus (0.05 - 0.1 p-%) heikentää teräksen lastuttavuutta.

c) Kalsiumkäsittelyllä ei tämäntyyppisten booriterästen lastuttavuutta kyetä olennaisesti parantamaan.

Keksinnön päämääränä on hyvin lastuttava kalsiumkäsitelty, booriseosteinen teräs, jossa karkenevuuden kannalta riittävä vapaan boorin pitoisuus saavutetaan ilman lastuttavuudelle haitallisia Ti ja/tai A-pitoisuuksia. Tämän päämäärän toteuttamiseksi on keksinnönmukaiselle teräkselle tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat.

Seuraavassa keksintöä esitetään yksityiskohtaisemmin.

Keksinnön mukaiselle teräkselle käytettävät AI- ja Ti-lisäysmäärät ovat niin alhaiset, että ne yksin eivät riitä sitomaan kaikkea teräkseen liuennutta typpeä. Titaanin ja alumiinin sitoman typen ylijäävä osa typpeä sidotaan boorilla boorinitridiksi. Booria seostetaan niin paljon, että nitridiksi sitoutuvan boorin lisäksi jää teräkseen vapaata, kemiallisesti sitoutumatonta booria n. 10-30 ppm.

2 75870

Titaania seostetaan vain niin vähän, että teräksen valmistuksen aikana ei sulassa tilassa erkaudu suuria, ns. primäärisiä titaaninitridejä. Suurin sallittu titaanilisäys riippuu teräksen typpipitoisuudesta. Haluttaessa voidaan titaani jättää kokonaan pois. Alumiinia seostetaan teräksen tiivistämiseksi, raekoon pienentämiseksi ja oikean mikrokuonatyypin aikaansaamiseksi vähintään 0.005 p-%. Yli 0.014 % alumiinipitoisuuksia ei seosteta lastuttavuuden huononemisen takia.

Keksinnön mukaiselle teräkselle on edelleen tunnusomaista, että se on kalsiumkäsitelty senkassa. Kalsiumkäsittelyllä parannetaan teräksen lastuttavuutta. Kalsiumkäsittelystä saadaan täysi hyöty, koska ei käytetä korkeita Ti tai Al-pitoisuuksia.

Keksinnön mukainen teräs sisältää lisäksi seuraavia seosaineita painoprosentteina: hiili 0.01 - 0.50 % pii 0.01 - 2.00 % mangaani 0.40 - 1.60 % rikki 0.01 - 0.30 % kromi 0 - 2.00 % molybdeeni 0 -0.80%

Teräksen käyttötarkoitus määrää valittavan seosaineyhdistelmän.

Seuraavassa esitetään keksinnön tieteellistekninen tausta sekä koetulokset, joita on saatu keksinnön mukaisilla teräksillä.

Boori on alkuaine, joka jo hyvin alhaisilla vapaan, kemiallisesti sitoutumattoman boorin pitoisuuksilla voimakkaasti lisää teräksen karkenevuutta.

Tunnusomaista boorin karkenevuutta lisäävälle efektille on, että suurin vaikutus saavutetaan tietyllä vapaan boorin pitoisuudella (0.001 - 0.004 %) ja että saavutettava karkenevuuden lisäys vähenee hiili- ja seosainepitoisuuden kasvaessa.

3 75870

Koska boorilla on karkenevuutta lisäävä vaikutus vain sen ollessa teräkseen liuenneena kemiallisesti vapaassa muodossa, on teräksen valmistuksen yhteydessä varmistettava, että boori ei sitoudu yhdisteisiin - lähinnä BN tai Β209 - tai että vapaan boorin pitoisuus on mainitut 0.001 - 0.004 % myös sen jälkeen kun osa boorista on sitoutunut em. yhdisteiksi.

Vakiintuneessa teräksenvalmistustekniikassa varmistetaan stabiilin karkenevuusefektin saavuttaminen lisäämällä hyvin suoritetun deoksidoinnin jälkeen typpeä sitovia alkuaineita, kuten Ti ja/tai Ai (myös Zr, V, Nb) sekä vakiomäärä booria.

Mahdollista on myös seostaa niin paljon booria, että vaikka osa boorista sitoutuu BN.ksi jää jäljelle yhä riittävästi vapaata booria karkenevuusefektin varmistamiseksi. Tämä edellyttää kuitenkin kehittynyttä teräksenvalmistustekniikkaa, sillä liian alhainen booriseostus johtaa karkenevuuden menetykseen ja liian suuri karkenevuuden vähenemiseen ja teräksen haurastumiseen.

Booriseostuksella saavutettava karkenevuuden lisäys so. boorin karkenevuusefekti Bf määritetään tavallisesti Jominy-kokeella (SFS-standardi 2375) mitatun ideaalisen kriittisen läpimitan (DI) ja kemiallisen analyysin perusteella (booria ei huomioida) lasketun ideaalisen kriittisen läpimitan (DIkem) suhteena:

Bf = DI/DIkem

Koeterästen, joiden kemialliset analyysit on annettu taulukossa 1. karkenevuustutkimusten tulokset on koottu taulukkoon 2. Koetulokset osoittavat selvästi, että boorin karkenevuusefekti saavutetaan ylitettäessä tietty suhteen B/(N - Ti/3.4) arvo, missä B on booripitoisuus, N typpipitoisuus ja Ti titaanipitoi-suus painoprosentteina. Efektin voimakkuus kasvaa aluksi nopeasti vapaan boorin pitoisuuden lisääntyessä, mutta saavuttaa sitten maksimiarvonsa, joka on riippuvainen hiili- ja seosainepitoisuudesta.

75870

Taulukko 2 Karkenevuusefektin ja B/(N - Ti/3.4)-suhteen arvot koeteräksillä: teräs BF B/(N - Ti/3.4) 1 i.74 1.14 2 1.13 0.72 3 1.61 0.89 4 1.67 0.99 5 1.80 1.50 6 1.89 1.18

Boorin karkenevuusefekti saavutetaan siis ilman Ai- ja/tai Ti seostusta riittävän suurella booripitoisuudella.

Tavanomaiset boorin suojausmenetelmät, titaani ja/tai alumiiniseostus, huonontavat lastuttavuutta.

Titaani muodostaa teräkseen erittäin kovia, kulmikkaita TiN-partikkeleita, jotka kuluttavat lastuavaa terää abrasiivisesti. Tämä näkyy lastuavien terien kestoiän lyhenemisenä verrattuna teräksiin, Joihin ei ole seostettu titaania, kuva 1.

Kalsiumkäsittelyllä parannetaan terästen lastuttavuutta vaikuttamalla teräksen mikrokuonatyyppeihin. Käsittelemättömissä teräksissä olevat oksidit (alumiinioksidit, silikaatit) ovat erittäin kovia ja kuluttavat siten lastuavaa terää abrasiivisesti. Kalsiumkäsitellyissä teräksissä oksidit ovat pehmeämpiä ja lisäksi päällystyneet pehmeällä sulfidikuorella, kun teräkseen on seostettuu rikkiä. Tällaisten mikrokuonien aiheuttama abrasiivinen kuluminen lastuavissa terissä on vähäisempää. Suurilla lastuamisnopeuksilla kalsiumkäsitellyn teräksen kuonat lisäksi muodostavat lastuavien terien pintaan terää suojelevan kalvon. Terien kestoiät ovat siten kalsiumkäsitellyillä teräksillä oleellisesti pitempiä kuin käsittelemättömillä, kuva 2.

Kalsiumkäsittely ei kuitenkaan vaikuta titaaninitridipartikke-leihin mitään, joten titaanisuojatun booriteräksen lastutta- s 75870 vuutta ei kalsiumkäsittelyllä pystytä parantamaan, kuva 3.

Kun boorin suojaukseen käytetään alumiinia, ovat vaadittavat alumiinipitoisuudet korkeat, mikä tunnetusti heikentää teräksen lastuttavuutta.

Kun boorin suojaus sensijaan suoritetaan patenttihakemuksen mukaisesti teräksen typpipitoisuuteen sidotulla ylimäärällä booria, ei korkeita titaani- Ja/tai alumiinipitoisuuksia tarvita. Tällöin em. seosaineiden aiheuttama lastuttavuuden huononeminen voidaan välttää, ja kalsiumkäsittelyllä saavutetaan täysimääräinen lastuttavuuden paraneminen, kuva 4.

Keksinnön mukaiseen teräkseen on lisäksi seostettu rikkiä vähintään 0.01 %, koska rikkiseostus tunnetusti parantaa terästen lastuttavuutta.

Claims (9)

1. Kalsiumkäsitelty karkaistava booriseosteinen teräs, tunnettu siitä, että teräksen kemiallinen koostumus painoprosentteina on: hiili 0.01 - 0.5 % pii 0.01 - 2.0 % mangaani 0.4 -1.6% rikki 0.01 - 0.3 % kromi 0 - 2.0 % molybdeeni 0 - 0.8 % boori 0.002 - 0.02 % titaani 0 - 0,015 % alumiini 0.005 - 0.014 % kalsium 0.0015- 0.01 % ja lisäksi B = (0.5 - 2) x (N - Ti/3.4) missä B on booripitoisuus, N typpipitoisuus ja Ti titaanipitoisuus painoprosentteina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että boorin ja titaanin osuudet painoprosentteina ovat: boori 0.004 - 0.02 % titaani 0 - 0.005 %

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että boorin ja titaanin osuudet painoprosentteina ovat: boori 0.007 - 0.02 % titaani 0 - 0.005 %

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että titaanin osuus painoprosentteina on 0.005 - 0.015 7.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen teräs, tunnettu siitä, että rikin osuus painoprosentteina on 0.01 - 0.015 7. 7 75870

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen teräs, tunnettu siitä, että rikin osuus painoprosentteina on 0.01 - 0.05 %

6 75870

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen teräs, tunnettu siitä, että on lisätty kalsiumia 0.1 - 1.5 kg per tonnia sulaa terästä lanssilla.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen teräs, tunnettu siitä, että kalsium on lisätty lankana.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen teräs, tunnettu siitä, että kalsium on lisätty kapseleina tai briketteinä. 75870