NO144325B - Fremgangsmaate ved fremstilling av rustfritt staal av basismetall i oppdelt form - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved: fremstilling av rustfritt stål av basismetall i oppdelt form, slik som spon, partikler, platédeler o.l., ved at metallet presses sammen i et hylster og deretter konsolideres ved varuibearbeiding ved en temperatur under smeltepunktet til basismetallet eller- legeringen, for å oppnå en densitet som er tilnærmet lik den- teoretiske densitet.

Tallrike undersøkelser og forsøk er hittil gjennomført for

å forbedre den mekaniske bearbeidbarhet for stål ved spon-fraskilling, av hensyn til den betydelige innvirkning bearbeidingskostnadene har på prisen for de ferdige produkter. Dette er av særlig betydning for stål for fremstilling av mekaniske produkter der den metallvekt som fjernes ved bearbeiding, i form av avkapp og spon, er vesentlig , og ofte større enn vekten av det ferdige produkt. Slike undersøkelser er særlig viktige når det gjelder rustfrie stål,slik som høye krom-og nikkelinnhold reduserer bearbeidbarheten meget.

Sponet har en tendens til å feste seg til dét skjærende verk-tøyet, ved at det på en måte sveises til eggen. Dette gjør raskt skade når skjærehastigheten overskrider en viss terskelverdi, og denne terskelverdi ligger mye lavere enn de hastig-heter som normalt brukes ved bearbeiding av vanlige stål. Undersøkelsene førte til frembringelsen av stålsammensetninger som har fått forbedret bearbeidbarhet ved tilsetning av utvalgte bestanddeler hvis særlige virkning er velkjent.

Som eksempler på slike bestanddeler kan nevnes metalloider

som svovel og tellur og metaller som bly, tinn og vismut.

Det finnes standard ståltyperi de forskjellige industriland, hvilke ståltyper inneholder svovel, selen eller bly. Den følgende tabell viser eksempler på noen konstr-uksjonsstål og rustfrie stål. Når det gjelder svovel og selen, tilsettes disse til stålsmelten før utstøpning. Under størkningen kan iakttas ut-skilling av mer eller mindre komplekse sulfider eller selen-ider, alt etter forholdene. Tilsetningsmengden er i området 0,10% for konstruksjonsstål og større enn 0,15% for rustfrie stål, som vist i tabell 1. Når det gjelder bly, tilsettes dette også til stålsmelten, og i en mengde av samme størrelses-orden. Blyet utfelles i korngrensene under størkningen.

Blyholdige stål er av stor betydning, men er uhyre vanskelige å varmbearbeide. ved varmebearbeidingstemperatur for stålet er blyet flytende, og det oppstår lett brudd i materialet selv ved små deformasjoner. Dette forklarer den høye prisen på slike stål, og således den begrensete bruken av dem.

Med hensyn til bearbeidbarhet, er det.påvist at tilsetning

av svovel, selen.eller bly gir betydelig øket ytelse for det skjærende verktøy. Denne økning arter seg som øket brukstid for verktøyet ved gitt skjærehastighet og -dybde, eller som en økning i skjærehastighet-og- dybde under opprettholdelse av verktøyets brukstid. Tilsetningene gjør dessuten sponene mere sprø, og dette letter fjernelsen av spon' og hindrer eller, minsker opphopningen av spon på verktøyet. Denne sist-nevnte fordel er av særlig betydning ved stanse- eller lokke-operasjoner.

Som nevnt har den industrielle fremstilling av disse produkter omfattet bruk av vanlige prosesser innen klassisk metallurgi, og med de begrensninger som derav følger med hensyn til smelting og varmebearbeiding, I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det tatt sikte på å unngå disse begrensninger ved å komme frem til en fremgangsmåte som både er mer økonomisk og mer anvendelig. Det ville være av særlig interesse dir-ekte å kunne fremstille rør, rund bolt, tråd, flattstål og diverse profiler med forbedret bearbeidbarhet, ved tilsetning av elementer eller blandinger fra et størst mulig utvalg, og som er i stand til å gi halvfabrikatene bearbeidbarhetsegenskaper som er tilpasset deres bruk.

For oppnåelse av dette er det ved den foreliggende oppfinnelse tatt utgangspunkt i basismetall i oppdelt form, slik som dreiespon, blikkskrap, diverse andre typer spon og granu-later osv. Mulighetene til å gjøre slik skrap enhetlig ved sammenpressing og trekking er allerede kjent. Særlig kan nevnes GB-PS 1220.845, som beskriver fremstilling av stål-produkter ved trekking av sammenpresset skrap ved temperaturer under smeltepunktet. I US-PS 3.626.578 angis de strenge betingelser som er nødvendige for å oppnå metallurgisk gode produkter ved en slik fremgangsmåte, idet produktene er av stål eller metall i gruppen Ti,Zr, Mo, Nb, Ta eller W.

Endelig er det fra FR-PS 2.012.565 kjent en fremgangsmåte

for oppnåelse av kompakte metallprodukter fra avkapp. Samme patent angir muligheten til å forandre egenskapene til de ferdige produkter ved at avkapp som først er sammenpresset til 60-80% av teoretisk tetthet utsettes for deoksydasjon, karbonisering eller nitrering. Det foreslås også å blande metallpulver, med kornstrørreise under 2mm, med basismetallet i form av avkapp, for å forandre metallets sammensetning. Eksemplene viser imidlertid at slike blandinger fører til dannelsen av. metaller med heterogen struktur, fordi tilset-ningsstoffene ikke, kan diffundere inn i -massen under sammenpressingen i fast fase. •

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme.-frem

til en fremgangsmåte som angitt innledningsvis, og som med-fører at det oppnås et stål. med forbedret mekanisk bearbeidbarhet.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved-at det tilsettes ett eller flere legeringselementer fra gruppen svovel, selen, tellur og bly.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det således overraskende kommet frem til at den homogenitet som oppnås ved konsolideringen (f.eks. ved ekstrudéring) medfører at de legeringeselementer som tilsettes ikke behøver å være særlig finfordelt for oppnåelse av den ønskede virkning. Det er påvist at legeringselementene blir meget jevnt dispergert ved konsolideringen, og at det fremstilte stål oppviser like god mekanisk bearbeidbarhet som stål fremstilt på konvensjonell måte.

Fremgangsmåten gjør det mulig å oppnå gode resultater også når det tilsettes bly. Det er kjent at tilsetning av bly ved konvensjonelle fremgangsmåter medfører store vanskelig-heter.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen gjør det mulig

å fremstille stål med andre egenskaper enn stål fremstilt etter konvensjonelle fremgangsmåter.

Oppfinnelsen bidrar til gode energiøkonomi, ved at skrap-metall som ellers ville måtte omsmeltes under stort for-

bruk av energi kan utnyttes på nytt med lite forbruk av energi.

Således går den foreliggende oppfinnelse på tvers av tidligere antagelser, og medfører betydelige fordeler. Oppfinnelsen skal illustreres ved hjelp av følgende eksempler.

Eksempel 1.

Deler av blikkskrap av rustfritt stål med 17% krom, type

AISI 430, noen cm langeog ca. 0,5 cm tykke, ble blandet i

en roterende blandemaskin med en mengde svovelpulver som tilsvarer 0,5 vektprosent av blandingen. 9 kg av blandingen ble presset sammen i kald tilstand i en sylindrisk beholder med lmm veggtykkelse og 97 mm ytterdiameter, laget av samme type stål. Beholderen, som var lukket i bunnen, ble plassert i en matrise i en 600 t presse.- Sammenpressingen ble foretatt med et stempel 95cm i diameter, til den tilsyne-latende tetthet var 84% av den teoretiske tetthet. Skrap-bitene fylte da beholderen 180 mm opp fra bunnen. Beholderen ble deretter tatt ut av matrisen og kappet langs den øvre flate av de sammenpressete skrapbiter, og et deksel av austenittisk stål ble sveiset på beholderen slik at beholderen ble tett forseglet. Barren sorn derved var dannet ble oppvarmet i en ovn til 1250°C og overført til en container med 100 mm diameter i en ekstruderingspresst, etter først å ha blitt dekket av et lag glasspulver som skal virke som "smøring<1>.<1>

Ved ekstrudering ble det således frembrakt en sylindrisk stang, 10 mm i diameter og 14 m lang. Analyser viste en jevn fordelig av svovel i en gjennomsnittlig andel på 0,5% som tilsvarer den tilsatte mengde. Tettheten av stangen tilsvarte den teoretiske verdi. Metallurgiske forsøk viste at det oppnådde stål var godt brukbart. Svovelet fantes i. form av sulfidinneslutninger og var jevnt fordelt, men med en overveiende orientering av partiklene i ekstruderingsret-ningen. Bearbeidingsforsøk viste at den mekaniske bearbeidbarheten var fullt ut sammenlignbar med bearbeidbarheten til stenger av stål med samme svovelinnhold fremstilt ved konvensjonelle metoder.

Eksempel 2

Spon eller avkapp av 18-10 austenittisk stål, type AISI 304, ble blandet på samme måte som i eksempel 1) med blypulver med kornstørrelse på gjennomsnittlig 500 /am i tverrmål, og som utgjorde 0, 5 vektprosent av blandingen. 9. kg av'blandingen' ble sammepresset i kald tilstand ved hjelp av 600 t-pressen, i en beholder laget av samme type nevnte austenittstål, på samme måte som i eksempel 1. Tettheten ble da 81% av den teoretiske tetthet,og blandingen fylte beholderen ca. 180 mm opp fra bunnen. Beholderen ble deretter lukket på samme måte som i eksempel 1, og den dannete barre ble oppvarmet til 1300°C, og ble deretter sattinn i en 100 mm container i en 800 t presse etter å ha blitt dekket med et lag glasspulver og ble til slutt ekstrudert til en sylindrisk stang med

100 mm diameter. Tetthetsmålinger viste at tettheten tilsvarte den teoretiske verdi. Analyse viste at blyet var jevnt fordelt i stangen, med en gjennomsnittlig konsentrasjon på 0,5%. Metallurgiske prover viste at blypartiklene var jevnt fordelt, men med en overveiende orientering i eks-truderingsretningen. Partiklene var i størrelsesorden 100. /am lange og 10/am brede. Bearbeidingsprøver viste at den mekaniske berabeidbarhet var fullt sammenlignbar med, bearbeidbarheten til stenger av stål med samme blyinnhold fremstilt ved konvensjonnelle metoder. Det skal påpekes, som forklart ovenfor, at den mekaniske bearbeidbarhet for blyholdige stål er bedre, under ellers like forhold,enn for svovelholdige stål..

Diagrammet med kurver angir variasjonen i aksial gjennom-trengingskraft i kp, som funksjon av rotasjonshastighet, i omdreininger pr. minutt, ved en boreprove med et 6 mm bor,

i fire ferrittiske, rustfrie stål med 17% krom.

Kurve 1 gjelder et 17% kromstål, type AISI 430, fremstilt

ved smelting og behandlet på konvensjonell måte. De tre øvrige kurver gjelder stål oppnådd ved sammenpressing og ekstrudering. av stål av type AISI 430, i form av oppdelt blikkskrap. Sammenpressingen og ekstruderingen ble utført på samme måte.som beskrevet i eksempel 1. Kurve (2) gjelder stål uten,ekstra tilsetninger. Kurve (3) gjelder stål som ble tilsatt svovelpulver i"en mengde som tilsvarer 0,25 vektprosent av blandingen. Kurve (4) gjelder stål som ble til-"

satt blypulver i en mengde som tilsvarer 0,50 vektprosent av blandingen.

Kurvene viser den klare fordel ved svovel- og blyholdige

stål, og at blyholdige stål er overlegent best.

Dessuten ble det funnet at blyholdige stål fremstilt i hen-

hold til oppfinnelsen har utmerket korrosjonsmotstand, vesentlig bedre enn svovelholdige stål.

Korrosjonsm<p>standen ble utledet av polarisasjonskurver avsatt for H^SO^ 2N ved 23°C. Det anvendte kriterium er passiverings-strømmen, idet høy strømstyrkebetyr dårlig korrosjonsmotstand. Fire typer 18-10 austenittstål, benevnt (5) til (8) , ble sammenlignet [å denne måten. Stål (5) var av type AISI 304 fremstilt ved smelting og behandlet på konvensjonell måte.

De -tre øvrige stål ble laget ved sammenpressing og ekstrudering av avkapp eller spon av type AISI 304 som basismetall, på lignende måte som beskrevet i eksempel 2. I stål (6) ble ingenting tilsatt. I stål (7) ble svovelpulver blandet med det oppdelte basismetall, i en mengde som tilsvarer 0,3 vektprosent av blandingen. I stål (8) ble bly blandet med det oppdelte basismetall i en mengde som tilsvarte 0,5 vektprosent av blandingen.

De oppnådde resultater er angitt i tabell 2.

Det fremgår at korrosjonsmostanden for det blyholdige stål fremstilt ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er fullt sammenlignbar med korrosjonsmotstanden for stål

fremstilt, etter konvensjonelle metoder, uten tilsetninger. Deri-mot har det svovelholdige stål en betydelig dårligere korrosjonsmotstand.

I eksemplene er nevnt svovel pg bly som legeringselementer. Imidlertid kan svovel erstattes med selen eller tellur, som også gir forbedret mekanisk bearbeidbarhet for stålet.

En fordel ved fremgangsmåten skyldes de relativt lave tempera - turene som brukes. Disse er mye lavere enn stålets smeltepunkt, og gjør det mulig for elementene å dispergeres i massen, idet de ville miste sin særlige virkning hvis massen måtte smeltes.

Som det vil fremgå av eksemplene, er fremgangsmåten godt anvend-bar for forskjellige typer rustfrie stål. Fremgangsmåten kan brukes også for stål med høy fasthet (flytegrense), stål med høy varmefasthet og "superlegeringer".

Ved fremgangsmåten er det også mulig å justere finheten og for-delingen av dispersjonen i massen ved endring av par.tikkelstørr-elsen for basismetallet eller - legeringen, så vel som sammen-setningen, finheten og mengden av. de tilsatte legeringselementer. For å forenkle blandeprosessen mellom det oppdelte basismetall og legeringselementene, kan tenkes brukt flyktige stoffer, slik som, f.eks. visse oljer, som bindemidler. Slike bindemidler vil vanligvis bli fjernet ved oppvarming til temperaturer i området 100 til 200°C, eventuelt ved lavt trykk eller vakuum, før eller etter sammenpressingen, men før beholderen lukkes i Det er allikevel mulig å dispergere legeringselementene i det oppdelte basismetall, ved å fukte de faste partikler av basismetallet med legeringselementene i flytende fase. Denne fremgangsmåte kan brukes når smeltepunktet til legeringselementene er lavere enn smeltepunktet til basismetallet.

Mengden av legeringselementer som kan tilsettes etter denne fremgangsmåte avhenger av den spesifikke overflate til basismetallet eller -legeringen, og av temperaturen i smeiten.

Skrap av rustfritt stål kan i en kortere tid holdes i smeiten av legeringselementet ell:e-r- elementene, og deretter tas ut og avkjøles. Overskytende smelte kan f.eks. fjernes ved.sentri-fugering.

For å begrense mengden av legeringselementer som tilsettes

på denne måte kan bare en del av skrapet holdes i smeiten og senere blandes med resten av skrapet. Det er også mulig å sprøyte smeltet legeringselement på det oppdelte basismetall. Derved er det lettere å beregne mengden som tilsettes.

Endelig vil graden av reduksjon under sammenpressingen i varm tilstand være en avgjørende faktor. Denne sammenpressingen vil vanligvis foregå som ekstrudering, men kan utføres på andre måter. Særlig kan varmvalsing under en plate anvendes. Det vil nesten alltid være fordelaktig å utføre en første sammenpressing, i kald, eller når mulig, i varm tilstand. Hvis massen inneholder særlig reaktive metaller, kan det være av betydning at den forste sammenpressing og forseglingen ut-føres i kontollert eller inert atmosfære, eller enda bedre i vakuum.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av rustfritt stål av basismetall i oppdelt form, slik som spon, partikler,platedeler o.l., ved at metallet presses sammen i et hylster og deretter konsolideres ved varmbearbeiding ved en temperatur under smeltepunktet til basismetallet eller - legeringen, f or å oppnå en densitet som er tilnærmet lik den teoretiske densitet, karakterisert ved at det for oppnåelse av forbedret mekanisk bearbeidbarhet for stålet tilsettes ett eller flere legeringselementer fra gruppen svovel, selen, tellur og bly.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at legeringselementet eller-elementene blandes i flytende tilstand med i det minste en del av basismetallet eller - legeringen.