SE508814C2 - Sätt att framställa kalldragen tråd av ESR-omsmält rostfritt stål samt kalldragen tråd - Google Patents

Description

2 Pl292 508 814 lO l5 20 25 30 35 den elektrod som skall omsmältas droppvis avsmältes och sjunker igenom till en under- liggande pöl av smält metall, som etter hand stelnar till att bilda ett nytt göt. Exempelvis kan användas den i och för sig kända slaggblandning som innehåller ca 30 % av vardera CaFz, CaO och A120; samt nonnalt en viss mängd MgO i kalkfraktionen jämte någon procent SiOz. I det fall smältelektroden, såsom enligt uppfinningen, utgörs av ett rostfritt 17-7 PH-stål, som innehåller slagger av varierande storlek, så kommer det omsmälta götet att erhålla en arman slaggbild än före omsmältningen. Det förefaller som om ESR- slaggen fungerar som en sil för de större slagger som finns i stålet fore omsmältningen, åtminstone när det gäller de slagger som visat sig ha skadlig effekt på fiädertrådens utmattningshållfasthet, nämligen slagger av typ Ca0, AlzOg och MgO samtidigt som de mindre slaggerna blir jämnare fördelade och eventuella stråk mindre och därför mer harmlösa, medan mängden av mindre slagger av denna typ i det omsmälta materialet påverkas i ringa grad. De utmattningstester som utförts med konventionella material och material enligt uppfinningen visar att den kritiska gränsen för slaggstorlek ligger mellan 20 och 30 um. Därför skall slagger större än 30 um undvikas. Företrädesvis bör trådarna inte innehålla slagger större än 25 um.

Det stål som används enligt uppfinningen kan ha en kemisk sammansättning som är helt känd och i själva verket standardiserad sedan länge (SIS 2388).

Det uppfimiingsenliga sättet att framställa en kalldragen tråd av ett utskiljningshärdbart rostfiítt stål innefattar följande steg: - beredning av en smälta som förutom jäm innehåller i vikts-% 0.065-0.11 % C från spår till max 1.2 % Si 0,2-1.3 Mn l5.8-l8.2 % Cr 6.0-7.9 % Ni 0.5-1 .5 % A] totalt max 2 % av andra, eventuellt förekommande legeringselement - gjutning av den beredda smältan till göt eller, företrädesvis till en sträng, som uppkapas, - elektroslaggrafñnering av nämnda göt eller uppkapade sträng, eventuellt efier srnidning och/eller valsning till formen av elektroder lämpade för elektroslagg- raffinering, till erhållande av ESR-göt, - varmbearbetning av nämnda ESR-göt, vilken varrnbearbetning avslutas med tråd- valsning, följd av betning, till erhållande av en betad valstråd, som i ett ytskikt räknat 10 15 20 25 30 35 3 P1292 508 814 fi'ån ytan till ett djup av 1 mm, i ett längsgående centralt snitt genom tråden, inte innehåller slagger större än 30 um, företrädesvis max 25 um, samt - kalldragning av denna tråd med minst 30 % reduktion.

Al tillsätts efter det att smältan genom konventionell ståltillverkningspraxis getts avsedd grundsammansättning, lämpligen i en skänkbehandlingsprocess som följer efter färskning i konverter.

Vid ESR-omsmältningen kan viss mängd av det aluminium som tillsattes vid den inledande beredningen av smältan förloras, varför man vid ESR-ömsmältningen lämpligen bör tillföra ytterligare aluminium till smältpölen för att ersätta förluster, så att det efter ESR-omsmältningen erhållna ESR-götet kommer att innehålla 05-15 Al.

Mer specifikt avser uppfinningen framställning av ett utskiljningshärdbart rostfritt stål på det sätt som beskrivits ovan, vilket stål förutom järn innehåller i vikts-% 003-01, företrädesvis max 0.09 C 0.1-0.8, företrädesvis 0.2-0.7 Si 0.5-1.1, företrädesvis 0.7-1.0 Mn max 0.05, företrädesvis max 0.03 P max 0.04, företrädesvis max 0.02 S l6.0_-l7.4, företrädesvis 16.5-17.0 Cr 6_8-7.8, företrädesvis 7,0-7.75 Ni 06-13, företrädesvis 0.75-1.0 Al max 0.5 Mo max 0.5 Co max 0.5 Cu max 0.1, företrädesvis max 0.05 N max 0.2, företrädesvis max 0.01 Ti Av den kalldragna tråden enligt uppfinningen spinns skruvformade fjädrar på konven- tionellt sätt, vilka utskiljningshärdas genom värrnebehandling vid en temperatur av 450- 500°C i 0.5-Z h, lämpligen vid ca 480°C i l h, följd av luftsvalning. Strukturen hos materialet i de färdiga fjädrarna utgörs av 50-70 vol-% anlöpt martensit med däri utskiljda faser av aluminium och nickel, företrädesvis AlNig, rest austenit och max 5 % ö- ferrit. 4 PI292 508 814 l0 15 20 25 30 UTFÖRINGSEXEMPEL SAMT UTFÖRDA FÖRSÖK På konventionellt smältmetallurgiskt vis, innefattande smältning av råvaror i en ljusbågsugn, färskning av smältan i en konverter, desoxidationsbehandling och slutlig analysjustering i skänk, vilken innefattade tillsats av aluminium och titan, erhölls en smälta (charge nr 3703 26) med följande sammansättning i vikts-%: C Si Mn P S Cr Ni M0 Co Cu N Al Ti Rest 0.078 .25 .83 .022 .00l 16.47 7.72 .27 .l4 .25 .0l8 1.00 .052 Fe Denna smälta göts till en sträng med tvärsektionen 300 x 400 mm. Denna sträng kapades till ämnen. Ett antal av dessa valsades till dimensionen 265-300 mm och användes som elektroder for efterföljande ESR-omsmältning. Övriga varmvalsades till stänger med 150 mm fyrkantsektion, slipades, varrnvalsades till tråd med dimensionen ø 5.5 mm och betades.

ESR-omsmältningen utfördes på konventionellt sätt i en slaggsmälta bestående av ca 30 % vardera av CaFz, CaO och Al2O3. Dessutom förekom en viss mängd MgO i kalk- fraktionen. Slaggen innehöll även en mindre mängd S102. Genom omsmältning av elektroderna i denna slagg bildades ett ESR-göt (ESR-charge 14484) med följande sammansättning i vikts-% C Si Mn P S Cr Ni Mo Co Cu N Al Ti Rest 0.080 .27 .81 .025 .0001 16.40 7.68 .27 .l3 .26 .015 .91 .050 Fe Vid ESR-omsmältningen påverkades stålets sammansättning i viss utsträckning. Detta gäller särskilt aluminiumhalten, som visade en signifikant rninskriing, vilket indikerar att aluminium bör tillsättas vid ESR-omsmältningen for att kompensera förlusten. Detta kan ske med hjälp av en aluminiumtråd som får smälta i smältpölen under slaggtäcket.

Av ESR-götet framställdes genom varmbearbetning stänger med 150 mm fyrkantsektion.

Dessa slipades och varrnvalsades till tråd med dimensionen ø 5.5 mm. Valstrådama betades och prover uttogs for slaggkontroll.

För slaggkontroll uttogs 500 mm långa längder av dels den valstråd som framställts av material som inte ESR-omsmälts, dels av det ESR-omsmälta materialet. Provema kapades till mindre bitar, 20 mm långa, som göts in i kutsar av härdplast. I dessa kutsar slipades provbitama ned till hälften av sin tjocklek, så att man fick snittytor i provbitamas 10 15 20 25 30 35 5 Pl292 508 814 längsriktning, sammanfallande med ett centrumplan till provbitama. De längsgående kantzonema avsynades till ett djup av 1 mm från ytan med hjälp av ljusmikroskop.

Samtliga provbitar avsynades på detta sätt. Den totala yta som avsynades for varje provlängd, vars totala längd var 500 mm, uppgick sålunda till 1000 mmz. Oxidiska slagger som kunde upptäckas i ljusmikroskop noterades liksom förekomsten av stråk innehållande större ansamlingar av slagger. Slaggema indelades i tre storlekgrupper, A, B och C, avseende små slagger (5-10 pm), medelstora slagger (>l0-l5 pm) och stora slagger (>15 pm). Vidare noterades antal slaggstråk, längden av sådana stråk och storlekstypen av slagger i dessa stråk. Resultaten framgår av Tabell l, där material law och lbw är valstråd framställda på konventionellt sätt utgående från ovan nämnda charge nr 370326 utan ESR-omsmältning respektive valstråd som enligt uppfinningen ESR- omsmälts, charge 14484-ESR. Inget av materialen law eller lbw innehöll stora slagger i ytskiktet. Däremot innehöll material la., hela 17 slaggstråk i längder varierande mellan 125 och 450 pm. Dessa stråk innehöll små och medelstora slagger. Det enligt uppfinningen framställda materialet lbw innehöll endast ett noterbart slaggstråk, som hade en längd av 63 pm och innehöll endast små slagger. Detta material får från slaggsynpunkt anses vara godtagbart.

Ytterligare material framställdes därefier med samma grundsarnrnansättning som föregående. Tillverkningen och slaggprovningen utfördes på sarrnna sätt som beskrivits ovan. Resultaten for dessa provmaterial återfinns ocksåi Tabell 1, där material Zaw och Bas, utgörs av valstråd framställda av material som inte har ESR-omsmälts medan materialen Zbw och 3bw har utsatts för ESR-omsmältning enligt uppfinningen. Zaw- och 3aw-materialen innehöll stora slagger och även slaggstråk av avsevärd längd, varvid material 3aw, innehöll slaggstråk med såväl små som medelstora slagger. Materialen Za.. och 3aw var därför inte heller godkärmbara som material for fiädrar för insprutnings- pumpar till dieselmotorer till skillnad från materialen Zbw och 3bw som inte innehöll stora slagger i ytskikten och inga eller endast något mindre slaggstråk.

Samtliga de slagger som ovan diskuteras bestod av CaO, A120; och MgO. Dessutom förekom även Ti-nitrider, vilka inte noterats i slaggprotokollen. Dessa härrör från en praxis vid ståltillverkningsprocessen att tillsätta titan för att motverka bildandet av stora oxidiska inneslutningar. De små Ti-nitrider som härvid bildas har betraktats som harrnlösa. Emellertid har de en utpräglat kantig form och kan därfor utgöra en potentiell risk som initierare av utmattningsbrott. Därför bör titan inte tillsättas till smältan, särskilt som de stora slaggerna visats kunna bli effektivt eliminerade genom ESR-raffineringen. 6 Pl292 508 814 10 15 20 25 Företrädesvis bör man därför bereda en smälta som inte innehåller titan i halter över fororeningshalt.

Tabell 1 slaggbild rymma Material Antal slagger/ 1000 mmz Slaggstråk per 500 mm tråd Varmvalsad A B C Antal/längd (um) storlekstyp tråd 5-10 um >10-15 um >15um law 50 1 0 17/25-450/A+B 1 bw 50 2 0 1/63/A 2 av, 35 4 1 2/l65-330/A 2 bw 25 3 0 0 3 a., 33 4 l 2/max 330/A+B 3bw 49 2 0 1/63/A De valstrådar, varur prover fiamställts, vilka analyserats med avseende på slaggbild i ytskikten, kalldrogs därefter till dimension ~ 3.3 mm ø. Genom deforrnationshårdnande omvandlades valstrådens huvudsakligen austenitiska struktur till en blandstruktur bestående av 50-70 % martensit, rest huvudsakligen austenit med inslag av ö-feriit. Av det kalldragna materialet spanns fiädrar med konventionell skruvform. Därefier utskiljningshärdades ijädrama genom behandling vid 480°C i 1 h följd av luñkylning. Vid vämmingsoperationen utskiljdes intennetalliska faser av aluminium och nickel, typiskt AlNig, i martensiten på sätt som är typiskt for 17-7 PH-stål, varigenom draghållfastheten ökade med 380-400 MPa.

De härdade fiädrama utsattes for utmattningsprovning. Detta tillgick så att fiädrama spändes fast med en underspänning på 100 MPa och trycktes därefter samman med en spänning på 900 MPa. Denna kompression och avlastning upprepades med hög fiekvens till dess brott uppstod eller 20 miljoner for varje fjäder. Tjugo stycken fiädrar testades av vart och ett av materialen. Resultaten framgår av Tabell 2, där íjädrama las, Zas och 3a, är framställda av konventionellt framställda trådar, medan fiädrarna lbs, Zbs och Bb, är framställda av kalldragna trådar framställda enligt uppfinningen. Av tabellen framgår att de uppfinningsenliga fjädrarna icke i något fall har utmattats till brott, medan 20 %, 90 %, respektive 75 % av jämförelsefiädrama utmattades till brott innan man utfört 20 miljoner oscilleringar.

Tabell 2 Utmattningsprovning Pl292 508 814 Material; 20 fjädrar utmattningstestadc; F jädrar av kalldragen % havererade fjädrar fóre 20 miljoner utskiljningshärdad tråd sammanpressningar/returrörelser las 20 lbs 0 Za, 90 Zb, 0 321, 75 3b, 0

Claims (8)

1. 508 814 10 15 20 25 30 35 8 Pl292 i. Patent- och regverket 1997 -12- 1% PATENTKRAV 1. Sätt att framställa en kalldragen tråd av ett utskiljningshärdbart rostfritt stål, innefattande följande steg: 2. beredning av en smälta som förutom järn innehåller i vikts: 0.065-0.l1 % C fiån spår till max 1.2 % Si 0.2- 1.3 Mn 15.8-l8.2 % Cr 6.0-7.9 % Ni 0.5-1.5 % Al totalt max

2.0 % av andra, eventuellt förekommande legeringselement gjutning av den beredda smältan till göt eller, företrädesvis, till en sträng som uppkßpas, elektroslaggraflinering , så kallad ESR-omsmältning, av nämnda göt eller uppkapade sträng, företrädesvis eñer varmbearbetning till formen av elektroder, till erhållande av ESR-göt, varmbearbetning av nämnda ESR-göt, vilken varmbearbetning avslutas med tråd- valsning, följd av betning, till erhållande av en betad valstråd som i ett ytskikt räknat från ytan till ett djup av 1 mm, i ett längsgående centralt snitt genom tråden, inte innehåller slagger större än 30 um , företrädesvis inte större än 20 um, samt kalldragning av denna tråd med minst 30 % areareduktion. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att man vid ESR-omsmältningen tillför aluminium till smältpölen för att ersätta A1-förlust under ESR-omsmältningen, så att det efter ESR-omsmältningen erhållna ESR-götet kommer att innehålla 0.5-1.5 % Al.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att det utskíljningshärdbara rostfria stålet förutom järn innehåller i vikts-% 0.03-0. 1, företrädesvis 0075-009 C 0.1-0.8, företrädesvis 02-07 Si 0.5-ll, företrädesvis 07-1 ,0 Mn max 0.05, företrädesvis max 0.03 P max 0.04, företrädesvis max 0.02 S 16.0-17.4, företrädesvis l6.5-17.0 Cr 6.8-7.8, företrädesvis 7 .0-7.75 Ni 0.3-1.3, företrädesvis 0.75-1.0 A1 max 0.5 Mo 10 15 20 25 30 9 P1292 508 814 max 0.5 Co max 0.5 Cu max 0.1, företrädesvis max 0.50 N max 0.2, företrädesvis max 0.01 Ti.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n at av att den slagg som används vid elektroslaggrañineringen utgörs av en smältblandning av slagger som till över- vägande del utgörs av två eller flera av CaFz, CaO, A120; och MgO.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n at av att den slagg som används vid ESR- omsmältningen innehåller ca 30 % vardera av CaFz, CaO och A120; samt åtminstone en mindre mängd MgO.

6. Kalldragen tråd av ett utskiljningshärdbart rostfiitt stål med en kemisk sammansättning som förutom jäm innehåller i vikts-% 0.065-0.11 % C från spår till max 1.2 % Si 0.2- 1 .3 Ivln 158-182 % Cr 6.0-7.9 % Ni 0.5-LS % Al totalt max 2.0 % av andra, eventuellt förekommande legeringselement, vilken kalldragna tråd i ett 1 mm djupt ytskikt saknar slagger av CaO-, Al203- och MgO-typ större än 30 um, företrädesvis inte större än 25 um, erhållbar genom ESR- omsmältning av stålmaterialet före varmvalsning och kallvalsning till tråd.

7. Kalldragen tråd enligt krav 6, k ä n n et e c k n a d av att den i nämnda ytskikt även saknar koncentrationer av mindre slagger av nämnda typ i stråk större än 100 um.

8. Fjäder vilken är framställd genom spinning av en kalldragen tråd enligt något av kraven 6 och 7 och därefier utskiljningshârdad genom behandling vid en temperatur av 450-500°C under 0.5-2 h.