CH496096A - Verfahren zur Herstellung von Stählen mit verbesserter Zerspanbarkeit - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Stählen mit verbesserter Zerspanbarkeit
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Problem, das   Elektroschlacken-Umschmelzverfahren    für die Herstellung von Stählen mit verbesserter Zerspanbarkeit einzusetzen.



   Dieses Verfahren besteht darin, dass das Vormaterial aus dem gewünschten Stahl in Form einer Abschmelzelektrode in eine Schlacke eintaucht, in dieser vorzugsweise ohne Bildung eines elektrischen Lichtbogens abschmilzt und dass aus dem Abschmelzgut nach dem Prinzip des wachsenden Blockes das gewünschte Gussstück, also der gewünschte Block, in einer metallischen Kokille aufgebaut wird. Durch Verwendung hochbasischer Schlacken, die vorwiegend aus Kalk und Flussspat bestehen, und durch die sich beim Abschmelzvorgang ausbildenden grossen Berührungsflächen zwischen dem flüssigen Stahl und der flüssigen Schlacke wird eine weitgehende Stahlreinigung erzielt, und ausserdem wird durch die Anwendung des Prinzips des wachsenden Blockes erreicht, dass die beim normalen Blockguss störenden Blockseigerungen vermieden werden.

  Zufolge der jeweils erstarrenden relativ kleinen Mengen flüssigen Stahles wird schliesslich im Vergleich zu gleich grossen, in konventioneller Weise vergossenen Blöcken eine ausserordentlich feinkörnige Primärkristallisation erhalten.



   Die Freiheit von Blockseigerungen ist eine wesentliche Voraussetzung für gleichmässige Zerspanungseigenschaften, weshalb sich das Elektroschlacken-Umschmelzverfahren auch zur Herstellung von gut zerspanbaren Stählen anbieten würde. Hierbei besteht jedoch das bisher nicht gelöste Problem, dass jene Legierungselemente, welche die Zerspanbarkeit durch Einschlussbildung verbessern, wie z.B. Schwefel, Phosphor, Selen oder Tellur, die in das Vormaterial ohne weiteres eingebracht werden können, bei der Reaktion der flüssigen Schlacke mit dem abschmelzenden Stahl aus diesem wieder entfernt werden. Die Verwendung von Zusätzen zur Verbesserung der Zerspanbarkeit, die im flüssigen Stahl nicht löslich sind, wie z.B. die Verwendung von Bleizusätzen, kann bei diesem Umschmelzverfahren nicht in Betracht gezogen werden.



   Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht somit darin, Schlacken zu finden, die einerseits bei der Reaktion mit dem flüssigen, abschmelzenden Vormaterial nicht ein Entfernen der erwünschten Legierungselemente aus diesem zur Folge haben, die aber andererseits dennoch für das in Rede stehende Verfahren brauchbar sind. Diese letztere Forderung wird vor allem dann erfüllt sein, wenn die Schlacken eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wenn sie ferner geeignet sind, oxydische Verunreinigungen aufzunehmen und wenn sie im Vergleich zu den bei diesem Verfahren üblichen Schlacken die Kristallisation des zu erzeugenden Blockes nicht nachteilig beeinflussen.



   Umfangreiche Untersuchungen führten nun zu dem Ergebnis, dass es Schlacken gibt, welche die gestellten Anforderungen erfüllen, wobei diese Schlacken hinsichtlich ihrer Zusammensetzungen in relativ weiten Bereichen variiert werden können.



   Zweckmässig enthalten die erfindungsgemäss in Betracht kommenden Schlacken 10 bis 40 Gew.-%   Al203,    sowie 10 bis 50%   Silo3.    Auch Erdalkalioxyde in Mengen bis 40 Gew.-% und/oder CaF2 in Mengen zwischen 10 und 70   Gew.- ,gO    können vorhanden sein. Zu beachten ist, dass der Mindestgehalt an   Silo,    bei Anwesenheit von Erdalkalioxyden das   1 ,lfache    des Anteils derselben betragen muss. Die Erdalkalioxyde sollen vorzugsweise CaO sein.



   Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Stählen mit verbesserter Zerspanbarkeit, und die Erfindung besteht darin, dass aus einem Vormaterial aus Stahl, welcher mindestens ein im flüssigen Zustand lösliches und die Zerspanbarkeit verbesserndes Legierungselement enthält, nach dem Elektroschlakken-Umschmelzverfahren ein Block unter Verwendung einer Schlacke hergestellt wird, deren Zusammensetzung innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche liegt.



   Besonders vorteilhaft ist das Verfahren im Falle von schwefellegierten Stählen mit Schwefelgehalten zwischen 0,15 und 0,7% anwendbar, weil diese Schwefelgehalte bei in üblicher Weise vergossenen Blöcken bereits zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Warmformgebung führen können. Diese Schwierigkeit schliesst häufig die Möglichkeit der Verwendung von Schwefel in höheren Anteilen aus, obwohl gerade dieses Legierungselement in sehr  vorteilhafter Weise die Zerspanbarkeit verbessert und ausserdem billig und metallurgisch leicht beherrschbar ist.



   Das erfindungsgemässe Verfahren eröffnet somit auch die Möglichkeit, mit Legierungszusätzen in Mengen vorzugehen, die bisher wegen der erwähnten Verformungsschwierigkeiten nicht in Betracht gezogen werden konnten, im Falle des Schwefels also mit Legierungszusätzen, die höher als 0,7% sind.



   Gute Ergebnisse wurden beispielsweise mit Schlacken erhalten, die aus 10 bis 40% SiO2, 20 bis 40%   A1203    und aus   CaF2    als Rest bestanden.



   Weiters vorteilhafte Schlacken enthalten z.B. 20 bis 30% CaO, 30 bis 40%   SiOz    und   Al203    als Rest.



   Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Schlacke erhalten, die aus 20% CaO, 30%   Sitz,    20%   A13O3    und aus   CaF2    als Rest bestand.



   Wesentlich bei der Auswahl der Schlackenzusammensetzung ist vor allem, dass die Legierungszusätze zur Verbesserung der Zerspanbarkeit, wie z.B. Schwefel, möglichst zur Gänze beim Umschmelzen wieder in den zu erzielenden Block eingebracht werden, so dass auf ein Überlegieren des Vormaterials verzichtet werden kann.



   Es ist ferner möglich, den CaF2-Anteil der Schlacke durch Borsäure zu ersetzen, sofern dieser Anteil 20% nicht übersteigt. Borsäure und   GaF2    dürfen jedoch nicht gleichzeitig in der Schlacke vorhanden sein.

 

   Ausserdem ist es in manchen Fällen vorteilhaft, in die Schlacke zusätzlich TiO2 einzubringen, wobei die Menge desselben bis zu 40% betragen kann. Das TiO2 verbessert vor allem die elektrische Leitfähigkeit der Schlacken.



   Eine solche TiO2 -hältige Schlacke besteht z.B. aus 14%   SiO,    21% CaO, 14%   A1203,    21% CaF2 und aus 30% TiO2.



   Verunreinigungen in Form sonstiger Bestandteile der Schlacke sollen 10 Gew.-% nicht überschreiten.



   Durch die vorliegende Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, für die Herstellung von Stählen guter Zerspanbarkeit das Elektroschlacken-Umschmelzverfahren einzusetzen, das bisher für die Zwecke nicht in Betracht gezogen werden konnte. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Herstellung von Stählen mit verbesserter Zerspanbarkeit, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Stahl, welcher mindestens ein im flüssigen Stahl lösliches und die Zerspanbarkeit verbesserndes Legierungselement enthält, nach dem Elektroschlacken-Umschmelzverfahren ein Block unter Verwendung einer Schlacke hergestellt wird, die 10 bis 40 Gew.-% Al203, sowie 10 bis 50 Gew.-% SiO3 enthält.

   - UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als im flüssigen Stahl lösliches Legierungselement Schwefel in Mengen zwischen 0,15 u. 0,7 Gew.-% vorhanden ist.

   2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die ausserdem Erdalkalioxyde in Mengen bis 40 Gew.-% und/ oder CaF2 in Mengen zwischen 10 und 70 Gew.-% enthält, mit der Massgabe, dass bei Anwesenheit von Erdalkalioxyden der Mindest-SiO2-Gehalt das l,lfache des Erdalkalioxydgehaltes beträgt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die aus 20 bis 40 Gew.-% Sir3, 20 bis 40 Gew.-% Al203 und aus GaF als Rest besteht.

   4. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen zu einem Block unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die bis zu 20 Gew.-O/, Borsäure, aber kein CaF,2 aufweist.

   5. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen des Vormaterials zu einem Block unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die aus 20 Gew.-% CaO, 30 Gew.-% Sir2, 20 Gew.-% A1203 und aus GaF3 als Rest besteht.

   6. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen des Vormaterials zu einem Block unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die aus 20 bis 30 Gew.-07a CaO, 30 bis 40 Gew.-% SiO2 und zum Rest aus A1203 besteht.

   7. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen zu einem Block unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die Zusätze an TiO2 in Mengen bis zu 40 Gew.-% enthält.

   8. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen zu einem Block unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die aus 14 Gew.-% Sir,. 21 Gew.-% CaO, 14 Gew.-% A13O3, 21 Gew.-% GaF3 u. aus 30 Gew.-O/, TiO2 besteht.

   9. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschmelzen zu einem Block unter Verwendung einer Schlacke erfolgt, die bis zu 10 Gew.-% Verunreinigungen in Form sonstiger Bestandteile enthält