DE2126335B2

DE2126335B2 - Verfahren mit Desoxydation zur Herstellung von gut zerspanbaren Kohlenstoffstählen

Info

Publication number: DE2126335B2
Application number: DE2126335A
Authority: DE
Inventors: Sandor Dipl.-Ing. Csepanyi; Sandor Dipl.-Ing. Dr. Enekes; Zaltan Dipl.-Ing. Ozd Palmay; Guido Dipl.-Ing. Budapest Temesszentandrasi; Pal Dipl.-Ing. Miskolc Zambo
Original assignee: Lenin Kohaszati Muevek Miskolc Diosgyoervasgyar; OZDI KOHASZATI UEZEMEK OZD
Current assignee: Lenin Kohaszati Muevek Miskolc Diosgyoervasgyar; OZDI KOHASZATI UEZEMEK OZD
Priority date: 1970-05-29
Filing date: 1971-05-24
Publication date: 1979-02-08
Also published as: DE2126335C3; US3767380A; JPS5431966B1; DE2126335A1; CS189101B1; SU405209A3; AT327265B; ATA428971A

Description

•ν, · (C% - 0,15) - 8 -^- CaSiAl + X₁ ■ (0,65-C%) · CaMnSiAl,

wobei χι und Jf₂ einen Wert von gp^ ±0,1 annehmen und Si% den Si-Gehalt des entsprechenden Desoxydationsmittels bedeutet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- _ii zeichnet daß das Glühen der zuzusetzenden Desoxydationsmitte! in den letzten acht Stunden vor der Verwendung zu beenden ist und diese Mittel so zu zerkleinern sind, daß der Anteil der Stücke unter 10 mm maximal 10% und die Abmessung der .·"> größten Stücke 120 mm beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Gesamtmenge der zwei Desoxydationsmittel vor dem Abstechen in die Pfanne, die andere Hälfte während des Abstechens bei '/j-Pfannenfüllung in den Stahlstrahl gegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst immer die CaMnSiAl-Ferrolegierung zuzusetzen ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gut zerspanbaren Kohlenstoffstählen, bei dem zur Verbesserung der Zerspanbarkeit eine besondere Desoxydation verwendet wird.

In der zeitgemäßen industriellen Produktion hat die zeitliche Abstimmung der Produktionsvorgänge eine ausschlaggebende Bedeutung. Bei der spanabhebenden Bearbeitung wird zwecks Einhaltung der zulässigen Grenzen der technischen Daten nicht nur der guten, sondern auch der gleichmäßigen Zerspanbarkeit immer größere Bedeutung zugemessen. Diese Forderung konnte lange nur mit sogenannten Automatenstählen erfüllt werden. Im letzten Jahrzehnt gab es aber auch Bestrebungen, diese Forderung auch mit anderen Stahlqualitäten zu erfüllen.

Gemäß den in der Fachliteratur in der letzten Zeit bekanntgegebenen Untersuchungen kann im Zuge der Bearbeitung von Kohlenstoffstählen auf der Oberfläche der Hartmetall-Zerspanungswerkzeuge aus den im Stahl immer vorhandenen Desoxydationsprodukten eine nichtmetallische Auflagerung entstehen, die die Lebensdauer des Werkzeuges bedeutend erhöht Diese nichtmetallische Auflagerung stimmt aber nicht mit der sogenannten Kantenhaube (Aufbauschneide) überein, die bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten entsteht aus Metallphasen besteht und in der Technik des Zerspanens seit langem bekannt ist.

Es wurde gezeigt, daß zur Erzielung dieser obenerwähnten nichtmetallischen Auflagerung der zu zerspanende Kohlenstoffstahl unter Beimischung eines komplexen — aus mehreren Komponenten bestehenden — Materials zu desoxydieren ist das folgende Zusammensetzung aufweist: 75 bis 90 Si, 4 bis 10% Ca und max. 2% Al. Im Laufe der Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß der Kohlenstoffstahl bei Verwendung des Desoxydationsmittels mit der erwähnten Zusammensetzung mit Hinsicht auf die Standzeit des Werkzeuges dann als gut zerspanbar angesehen werden kann, wenn der Sauerstoffgehalt mindestens 0,005% beträgt und der in AhCh-Anteil in den Oxydeinschlüssen nicht größer als 35% ist.

Die Dicke der an dem Hartmetall-Zerspanungswerkzeug mit TiC-Gehalt entstehenden nichtmetallischen verschleißmindernden Auflagerung ändert sich in

j) Abhängigkeit der auf der Oberfläche des Werkzeuges auftretenden Temperatur und des Druckes. Wird eine gegebene Stahlqualität auf solche Weise zerspant, daß von den technischen Parametern nur die Schnittgeschwindigkeit erhöht wird, dann verringert sich die

w Viskosität der Nichtmetallschicht durch Einwirkung der zusammen mit der Schnittgeschwindigkeit steigenden Temperatur, wodurch diese Schicht unter dem Span verdrängt wird. Durch diesen Umstand wird ein gewisses Intervall bestimmt, innerhalb dessen die beste

4) Standfestigkeit der Werkzeugschneide erreicht werden kann. Ist die Festigkeit des bearbeiteten Stahls größer, dann wird auch der an dem Werkzeug auftretende Druck größer sein und die untere und obere Grenze des vorher erwähnten günstigen Intervalls der Schnittge-

~>n schwindigkeit verschieben sich zu den niedrigen Geschwindigkeiten. Bei dieser Verschiebung ändert sich die obere Geschwindigkeitsgrenze im größeren Maße, wodurch das optimale Intervall der Schnittgeschwindigkeit auch noch eingeengt wird.

T> Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Desoxydationstechnik für Kohlenstoffstähle, die auch

bei den vorher erwähnten Stählen eine bessere

Zerspanbarkeit gewährleistet. Die Zerspanbarkeit der mit den erfindungsgemäßen

to Verfahren hergestellten Stähle wird im Gegensatz zu den bisher bekannten besser sein, da das Verhältnis zweier Desoxydationsmittel in Abhängigkeit vom C-Gehalt unterschiedlich vorgeschrieben wird. Auf solche Weise entsteht an dem Werkzeug bei der Zerspanung von Kohlenstoffstählen mit maximal 0,65% C-Gehalt in einem breiten Intervall der Schnittgeschwindigkeit eine sehr wirksame verschleiBmindernde nichtmetallische Auflagerung, die die Lebensdauer des

Werkzeuges vervielfacht EMe bei den mit dem bisher bekannten Verfahren hergestellten Kohlenstoffstählen immer erscheinende Einengung des optimalen Bereichs der Schnittgeschwindigkeit tritt bei der Zerspanung des mit dem erfindungsgemäBen Verfahren hergestellten Kohlenstoffstahls nicht auf.

Der Grundgedanke der Erfindung ist, daß die durch die Standzeit des HartmetaUwerkzeuges bestimmte Zerspanbarkeit in einem breiten Bereich der Schnittgeschwindigkeit auf einem gleichmäßigen, sehr guten Niveau gehalten werden kann, wenn im Laufe der Desoxydation als Desoxydationsmittel CaSiAl- und CaMnSiAl-Ferrolegierungen kombiniert auf solche Weise angewendet werden, daß der Anteil der beiden Desoxydationsmittel in dem angewendeten Desoxada-13

tionsgemisch von dem C-Gehalt des Stahls bestimmt wird.

Erfindungsgemäß soll in der anzuwendender. CaSiAI-Ferrolegierung das Ca : Si-Gewichtsprozent-Verhältnis zwischen 1 :5 und 1:10, das Al: Si-Gewichtsprozent-Verhäitnis bei maximal 1 :35 liegen.

Erfindungsgemäß soll in der anzuwendenden CaMnSiAi-Ferrolegierung das Ca: Si-Gewichtsprozent-Verhältnis zwischen 1:20 und 1 :10, der Mn-Gehalt zwischen 10 und 20 Gewichtsprozent und der Al-Gehalt unter maximal 14 Gewichtsprozent liegen.

Die obengenannten zwei Desoxydationsmittel sind bei Kohlenstoffstählen mit maximal 0,65% C, die gewöhnlich 0,17 bis 0,65% Si aufweisen, im Sinne der Erfindung nach der folgenden Formel zu dosieren:

X₁-[CV. -0,55)

• 8 ^kg O
8 —C

SiAl + χ, · (0,65-C%) · 8 -^- CaWnSiAl

In der obigen Formel nehmen die Faktoren x_t und X₂ die folgenden Werte an: 70/Si% ±0,1, wobei Si% immer den Si-Gehalt der CaSiAl- bzw. CaMnSiAl-Legierung bedeutet, in Gewichtsprozent ausgedrückt

Als Ergebnis der CaSiAl- bzw. CaMnSiAI-Desoxydationsmitteldosierung in dem erfindungsgemäßen Verhältnis entstehen Einschlüsse, die bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken bildsam (plastisch) werden. Durch die bei Einhaltung der obigen Verhältnisse der zwei Desoxydationsmittel vorgenommene Dosierung wird gewährleistet, daß die Warmfestigkeit der in dem Stahl zurückbleibenden Desoxydationsprodukte mit der Festigkeit des Kohlenstoffstahls annähernd proportional wird. Somit kann im Laufe des Zerspanens die werkzeugschützende nichtmetallische Auflagerung bei den in der Praxis üblichen Kohlenstoffstählen unabhängig von dem C-Gehalt in einem breiten Intervall der Schnittgeschwindigkeit entstehen.

Zur Gewährleistung der gleichmäßigen Verteilung der Desoxydationsmittel bzw. Desoxydationsprodukte mit bestimmter Zusammensetzung und bestimmtem Verhältnis zueinander wird erfindungsgemäß zweckmäßigerweise so verfahren, daß die eine Hälfte der ausgeglühten Desoxydationsmittel von mittlerer Stückgröße vor dem Abstechen des Stahls in die Abstichpfanne und die andere Hälfte während des Abstechens bei '/3-Pfannenfüllung in den Stahlstrahl gegeben wird. Zuerst ist dabei immer die CaMnSiAi-Ferrolegierung beizumischen. Ist also beispielsweise das Gewicht dieses Materials größer als die Hälfte des Gesamtgewichtes des von dem C-Gehalt abhängenden Desoxydationszusatzes, dann wird das CaMnSiAl mit einem der Hälfte der Gesamtmenge entsprechenden Gewicht in die Pfanne und das übrigbleibende zu dem Stahlstrahl gegeben, worauf dann die CaSiAl-FerroIegierung folgt.

Die praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an zwei Ausführungsbeispielen gezeigt:

Beispiel 1

Bei Stahlherstellung in einem 100-t-Siemens-Martin-Ofen ist die Desoxydation des gut zerspanbaren C25-Kohlenstoff Stahls vorzunehmen. Zu dem Abstich steht eine Pfanne zur Verfügung.

Die zur Desoxydation verwendeten Ferrolegierungen haben folgende Zusammensetzung:

CaSiAl: 10% Ca, 70% Si, 1,5% Al,
Rest Fe.

-Ό CaMnSiAl: 5% Ca, 16% Mn, 60% Si,

ö,8% Af, Rest Fe.

Die beiden Legierungen entsprechen den Vorschriften der Erfindung, da das Verhältnis ihrer Komponenten r> zwischen den gemäß der Erfindung angegebenen Grenzen liegt:

bei demCaSiAI Ca :Si = 10 :70 = 1 :7;

Al: Si = 1,5:70= 1 :46,7

μ bei dem CaMnSiAl Ca : Si = 5 :60 = 1:12;
10%<Mn= 16%<20%.

Die Faktoren *i bzw. *2 der zur Bestimmung der Verhältnisse der genannten zwei Ferrolegierungen r> dienenden erfindungsgemäßen Formel nehmen in dem Beispiel folgende Werte an:

70
7Ö

= ~ = 1,00;

70_

Für die spezifische Menge der zuzusetzenden Desoxydationsmittel ergeben sich folgende Werte mit dem mittleren C-Gehalt von 0,25% des Stahls gerechnet:

CaSiAl = 1,00 (0,25

0,15)-8 ^- = 0,8 ^k^

CaMnSiAl = 1,17 ■ (0,65 - 0,25) · 8 -^ = 3,7 -^

Die Menge der Desoxydationsmittel auf die volle, also auf die 100 Tonnen Charge bezogen:

CaSiAl
CaMnSiAl

80 kg
370 kg

Gesamt

450 kg

Das Glühen der zuzusetzenden Desoxydationsmittel ist in den letzten acht Stunden vor der Verwendung zu beenden. Diese sind so zu zerkleinern, daß der Anteil der unter 10 mm liegenden Stücke 10% nicht überschreiten darf, wogegen Stücke über 120 mm gar nicht vorkommen dürfen.

Von dem CaMnSiAl sind vor dem Abstechen 450 :2=225 kg in die Pfanne und 370-225=145 kg in die Beschickungsvorrichtung zu geben. Die 80 kg CaSiAl sind auf die Restmenge CaMnSiAl zu legen. Das Material ist aus der Beschickungsvorrichtung während des Abstechens bei '/3-PfannenfüIlung zuzusetzen.

Beispiel 2

Desoxydation des C45-Kohlenstoffstahls bei der in dem Beispiel 1 angegebenen Suhlherstellung, unter Benutzung der Ferrolegierungen mit einer Zusammensetzung nach Beispiel 1, wobei also auch die Faktoren der das Beschickungsverhältnis bestimmenden Formel gleiche Werte wie im Beispiel 1 annehmen: JIf₁ = 1,00 und Ai= 1,17.

Die spezifischen Mengen der Desoxydationsmittel nehmen mit dem mittleren C-Gehalt von 0,45% des Stahls gerechnet erfindungsgemäß folgende Werte an:

CaSiAl = 1,00 - (0,45 - 0,15) ■ 8

kg

CaMnSiAl = 1,17 · (0,65 - 0,45) -8-^ =

Die Menge der Desoxydationsmitte! auf die volle, also auf die 100-Tonnen-Charge bezogen:

CaSiAl

CaMnSiAl

Gesamt

240 kg
190 kg
430 ki

der

Zerkleinerung
dem Beispiel 1

Bei dem Glühen und
Desoxydationsmittel ist wie in
ι« verfahren.

Vor dem Abstechen ist die Hälfte der ganzen Menge der zwei Desoxydationsmittel, also 430:2—215 kg in die Pfanne zu geben. Davon sind 190 kg CaMnSiAl, der Rest von 25 kg ist CaSiAL Die anderen 215 kg CaSiAl sind in die Beschickungsvorrichtung zu geben, aus der sie während des Abstechens bei '/3-Pfannenfüllung zuzusetzen sind.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können also auf gut kontrollierbare Weise Stähle mit maximal 0,65 C-Gehalt hergestellt wenden, deren Zerspanbarkeit an der Lebensdauer des Werkzeugs gemessen in einem breiten Bereich der Schnittgeschwindigkeit bedeutend besser ist, als die der gegenwärtig bekannten Stähle. Die Lebensdauer des Werkzeugs bei Zerspanung dieser Stähle liegt mehrfach höher, als die der gegenwärtig bekannten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren mit Desoxydation zur Herstellung von gut zerspanbaren Kohlenstoffstählen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Desoxydation als Desoxydationsmittel CaSiAl- und CaMnSiAl-Ferrolegierungen kombiniert angewendet werden, wobei in der CaSiAl-FerroIegierung das Ca : Si-Gewichtsprozentverhältnis zwischen 1 :5 und 1:10, das Al: Si-Gewichtsprozentverhältnis bei maximal 1:35 liegt, in der CaMnSiAl-Ferrolegierung das Ca: Si-Verhältnis zwischen 1 :20 und 1 :10 liegt, der Mn-Gehak 10 bis 20%, der Al-Gehalt maximal 1,5% beträgt, weiterhin die zwei Desoxydationsmittel in Abhängigkeit vom C-Gehalt des herzustellenden Stahls nach der folgenden Formel zuzusetzen sind: