DD148963A1 - METHOD FOR MICRO-ALLOYING AUTOMATIC STEEL WITH NON-METAL BORON COMPOUNDS - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemaesze Verfahren beschreibt eine Technologie zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen Borverbindungen, insbesondere mit Bor-Sauerstoffverbindungen, wie Bortrioxid und/oder Borsaeure. Es ist das Ziel der Erfindung, borlegierte Automatenstaehle zu erzeugen, die auf Grund ihrer guenstigen Zerspanungseigenschaften die entsprechenden bleilegierten Automatenstaehle weitgehend abloesen koennen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz durch die Zugabe nichtmetallischer Borverbindungen mindestens 90 % des Gesamtborgehaltes in Form von saeureloeslichen Bor-Sauerstoff-Verbindungen vorliegen, die in der entsprechenden Verteilung das Spanungsverhalten deutlich positiv beeinflussen.The process according to the invention describes a technology for the microalloying of free-cutting steel with non-metallic boron compounds, in particular with boron-oxygen compounds, such as boron trioxide and / or boric acid. It is the object of the invention to produce boron-alloyed machine steels which, owing to their favorable machining properties, can largely dissipate the corresponding lead-alloyed machine steels. The essence of the invention is that the addition of non-metallic boron compounds at least 90% of the total boron content in the form of acid-boronic boron-oxygen compounds are present, which have a significant positive influence on the Spanungsverhalten in the appropriate distribution.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen BorverbindungenProcess for the micro-alloying of free-cutting steel with non-metallic boron compounds

Anwendungsgebiet der Erfindung Application area of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen Borverbindungen, insbesondere mit Bor-Sauerstoffverbindungen·The invention relates to a process for the microalloying of free-cutting steel with non-metallic boron compounds, in particular with boron-oxygen compounds.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Ch arakter is ik of the known technical solutions

Bei Automatenstählen handelt es sich um solche Stähle, die zur Verbesserung der spangebenden Bearbeitbarkeit auf automatischen Werkzeugmaschinen mit sogenannten Spanbrecherelementen legiert sind. Diese Elemente sind in der Stahlmatrix praktisch unlöslich und lagern sich als Einschlüsse im Stahl ab«Free-cutting steels are steels which are alloyed with so-called chipbreaker elements to improve machinability on automatic machine tools. These elements are virtually insoluble in the steel matrix and deposit as inclusions in the steel. «

Durch die Unterbrechung der metallischen Grundmasse brechen die Späne bei der spangebenden Bearbeitung kurz ab. Außerdem wird die Schnittkraft reduziert. Diese Stähle eignen sich deshalb besonders zur Bearbeitung auf automatischen Werkzeugmaschinen und ermöglichen hohe Zerspanungsleistungen. Zu den Spanbrecherelementen gehört in erster Linie Schwefel. Darüber hinaus ist eine bessere Zerspanbarkeit erreichbar, wenn gemäß den US-Erfindungsbeschreibungen Nr. 2182 785, Nr. 2197 259 und Nr. 2259 342 Blei als Spanbrecherelement zulegiert wird.Due to the interruption of the metallic base material, the chips break off during the machining process. In addition, the cutting force is reduced. These steels are therefore particularly suitable for machining on automatic machine tools and enable high metal removal rates. The chipbreaker elements are primarily sulfur. In addition, better machinability is achievable if lead is alloyed as a chipbreaker element in accordance with US Patent Specification Nos. 2182,785, 2197,259 and 2259,342.

Π ·; Γι ή i ιΠ ·; Γι ή i ι

Die höchsten Zerspanungsleistungen können erzielt werden, wenn Schwefel-Blei-legierte Stähle noch zusätzlich mit Wismut, Selen und Tellur nach den Erfindungsbeschreibungen FR-PS 1 219 601, GB-PS 1 020 423 und US-PS 3 152 890 legiert v/erden.The highest cutting performance can be achieved if sulfur-lead-alloyed steels additionally alloyed with bismuth, selenium and tellurium according to the invention specifications FR-PS 1 219 601, GB-PS 1 020 423 and US-PS 3,152,890.

Die genannten Legierungselemente, außer Schwefel, haben den Nachteil, daß beim Legierungs-, Warmumform- und Wärmebehandlungsvorgang des Stahles toxische Dämpfe entstehen. Trotz des Einsatzes von Absaugeinrichtungen werden häufig die zulässigen Gehalte dieser Elemente oder ihrer Verbindungen in der Raumluft an den Arbeitsplätzen in der Metallurgie überschritten, wodurch Produktionsbeschränkungen bei der Herstellung dieser Stähle nicht zu vermeiden sind.The alloying elements mentioned, except sulfur, have the disadvantage that during the alloying, hot forming and heat treatment process of the steel toxic vapors arise. Despite the use of suction devices, the permissible levels of these elements or their compounds in the ambient air at the workplaces in metallurgy are often exceeded, whereby production restrictions in the production of these steels are unavoidable.

Der Zusatz von Mikrolegierungselementen ist vorwiegend zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Bau-, Einsatz- und Vergütungsstählen bekannt.The addition of micro-alloying elements is known primarily for improving the mechanical properties of construction, insert and tempering steels.

In den US-Erfindungsbeschreibungen Nr. 2 388 214 und Nr. 2 388 215 werden die Mikrolegierung von Automatenstahl mit Bor zur Verbesserung der Zerspanbarkeit erwähnt, wobei die Zugabe von Bor in Form von Ferrobor mit einem Borgehalt von 10 bis 20 Masseprozent erfolgt. Auch die DL-PS 129 664 beschreibt einen mit Bor mikrolegierten V/eich-Automatenstahl mit höherem Schwefelgehalt, wobei die Legierung des flüssigen Stahles mit Bor in der Gießpfanne vorgenommen wird.US Patent Specification Nos. 2,388,214 and 2,388,215 mention the micro-alloying of free cutting steel with boron to improve machinability, with the addition of boron in the form of ferroboron with a boron content of 10 to 20 percent by mass. Also, the DL-PS 129 664 describes a boron micro-alloyed V / eich-free cutting steel with a higher sulfur content, wherein the alloying of the liquid steel is carried out with boron in the ladle.

Vorgenannte Beschreibungen zum Stand der Technik weisen den metallurgischen und verfahrenstechnischen Nachteil auf, daß keine hinreichenden Aussagen zum Wesen der Herstellungs- und Legierungstechnologie im Hinblick auf eine Sicherung der Gebrauchseigenschaften von Automatenstählen getroffen werden.The above-described descriptions of the prior art have the metallurgical and procedural disadvantage that no sufficient statements are made about the nature of the manufacturing and alloy technology with regard to securing the service properties of free-cutting steels.

Ziel der Erfindung Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, daß ein mit Bor mikrolegierter Automatenstahl ohne toxische Nebenwirkungen erzeugt wird, der bessere Zerspanungseigenschaften als der nur mit Schwefel legierte Automatenstahl besitzt und den bleilegierten Automatenstahl ablösen kann·The object of the invention is that a boron microalloyed free cutting steel is produced without toxic side effects, which has better cutting properties than the sulfur alloyed free cutting steel and can replace the lead alloyed free cutting steel.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß durch ein geeignetes Legierungsverfahren die Zerspanbarkeit von schwefellegierten Automatenstählen durch Verwendung nichtmetallischer Borverbindungen verbessert und somit die Gebrauchseigenschaften des bekannten Schwefel-Blei-legierten Automatenstahles annähernd erreicht wird.The invention is based on the object that improved by a suitable alloying process, the machinability of sulfur-alloyed free-cutting steels by using non-metallic boron compounds and thus the performance characteristics of the known sulfur-lead-alloyed free cutting steel is approximately achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß einer Stahlschmelze zusätzlich zu den für schwefellegierte Automatenstähle üblichen Legierungsmitteln nichtmetallische Borverbindungen, insbesondere Bor-Sauerstoff-Verbindungen in einer Menge bis zu 3,0 kg pro Tonne Stahl, vorzugsweise in einer Menge von 1,0 bis 2,0 kg pro Tonne Stahl in ein Schmelzaggregat und/oder in eine Abstichrinne und/oder in eine Stahlpfanne und/oder in eine Kokille und/oder in ein Verteilergefäß zugegeben werden.According to the invention, this object is achieved in that a molten steel in addition to the usual for sulfur-coated free-cutting steels alloying non-metallic boron compounds, in particular boron-oxygen compounds in an amount up to 3.0 kg per ton of steel, preferably in an amount of 1.0 to 2 , 0 kg per ton of steel in a melting unit and / or in a tapping channel and / or in a steel pan and / or in a mold and / or in a distribution vessel are added.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gesichert, daß Gesamtborgehalte von 30 bis 160 ppm bei einem säurelöslichen Anteil des Gesamtborgehaltes von mindestens 90 % erreicht werden.The process according to the invention ensures that total boron contents of 30 to 160 ppm are achieved with an acid-soluble fraction of the total boron content of at least 90 % .

Es wurde gefunden, daß die zerspanungstechnisch wirksamen Phasen als Bor-Sauerstoff-Verbindungen vorliegen müssen. Pur die Zugabe in die warme Gießpfanne vor dem Abstich und/ oder während des Abstichs in die Abstichrinne oder in dieIt has been found that the phases which have the effect of machining must be present as boron-oxygen compounds. Just add it to the hot ladle before tapping and / or during tapping into the tapping tray or into the tapping tray

Gießpfanne kommt Bortrioxid oder Borsäure beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 10 bis 50 mm in Frage« Bei einfacher Schwerkraftzugabe in die Kokille und/oder in den Gießstrahl wird Bortrioxid oder Borsäure beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 5 bis 20 mm im Hinblick auf eine Verhinderung der Staubbelästigung verwendet.Ladle comes boron trioxide or boric acid of any grain size, preferably with a diameter of 10 to 50 mm in question. With simple gravity addition in the mold and / or in the pouring stream is boron or boric acid any grain, preferably with a diameter of 5 to 20 mm in terms used to prevent dust nuisance.

Zur Verbesserung des Legierungsausbringens und der Homogenität muß die Zugabe von Bortrioxid oder Borsäure in Pulverform beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 60 bis 500 /um mittels Injektionsvorrichtung in das Stahlbad der Gießpfanne und/oder in ein Verteilergefäß und/ oder in eine Kokille und/oder in einen Gießstrahl erfolgen.To improve the Legierungsausbringens and the homogeneity of the addition of boron trioxide or boric acid in powder form of any desired grain size must, preferably with a diameter of 60 to 500 / um by means of the injection device into the steel of the ladle and / or into a distribution vessel and / or in a mold and / or in a pouring stream.

Ausführungsbei spie1Ausführungsbei game1

Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.The invention will be explained below with reference to two embodiments.

1· Nach dem Blasprozeß beträgt die Temperatur des Stahlbades in einem bodenblasenden Sauerstoffkonverter 1983 K mit folgender chemischer Zusammensetzung:1 · After the blowing process, the temperature of the steel bath in a bottom-blowing oxygen converter is 1983 K with the following chemical composition:

0,020 Masseprozent Kohlenstoff0.020 mass% of carbon

Spuren Silizium 0,190 Masseprozent Mangan 0,043 Masseprozent Phosphor 0,018 Masseprozent Schwefel.Trace silicon 0.190 mass% manganese 0.043 mass% phosphorus 0.018 mass% sulfur.

Nach dem Abschlacken wird die Schmelze mit 11,8 kg Ferromangan carbur§ je Tonne Stahl im Konverter vordesoxydiert. 10 Minuten vor dem Abstich werden in eine warme Gießpfanne 1,8 kg grobstückiges Bortrioxid pro Tonne Stahl zugesetzt. Beim Abstich werden in die Pfanne je .Tonne StahlAfter the slagging, the melt is pre-deoxidized with 11.8 kg of ferromanganese carburic acid per ton of steel in the converter. Ten minutes before tapping, 1.8 kg of lumpy boron trioxide per ton of steel are added to a hot ladle. When tapping into the pan each .Tonne steel

7,1 kg Perromangan carbure (feinstückig)7.1 kg perromanganese carbure (finely divided)

3.1 kg Schwefelblüte3.1 kg of sulfur blossom

1.2 kg Raffinationsmittel1.2 kg refining agent

zugegeben.added.

Die erzielte Pertiganalyse vonThe achieved persistence analysis of

0,1000 Masseprozent Kohlenstoff 0,0200 Masseprozent Silizium 1,1100 Masseprozent Mangan 0,0620 Masseprozent Phosphor O,,316O Masseprozent Schwefel 0,0040 Masseprozent Stickstoff 0,0076 Masseprozent Bor (säurelöslich)0.1000 mass% carbon 0.0200 mass% silicon 1.100 mass% manganese 0.0620 mass% phosphorus O ,, 316O mass% sulfur 0.0040 mass% nitrogen 0.0076 mass% boron (acid-soluble)

liegt im Soll-Analysenbereich der Stahlmarke 9SMnB28.is within the target analysis range of the steel brand 9SMnB28.

2· In einem bodenblasenden Sauerstoffkonverter beträgt die Temperatur des Stahlbades nach dem Blasprozeß 1973 K mit folgender chemischer Zusammensetzung:2 · In a bottom-blowing oxygen converter, the temperature of the steel bath after the blowing process is 1973 K with the following chemical composition:

0,040 Masseprozent Kohlenstoff0.040 mass% of carbon

Spuren Silizium 0,250 Masseprozent Mangan 0,047 Masseprozent Phosphor 0,020 Masseprozent Schwefel.Trace silicon 0.250 mass% manganese 0.047 mass% phosphorus 0.020 mass% sulfur.

Nach dem Abschlacken wird die Schmelze mit 7,9 kg Perromangan carbure je Tonne Stahl vordesoxydiert· Beim Abstich werden in die Pfanne je Tonne StahlAfter slagging, the melt is pre-deoxidized with 7.9 kg of perromanganese carbide per tonne of steel. When tapping into the pan per ton of steel

11,0 kg Perromangan carbure*11.0 kg perromanganese carbure *

(feinstückig) 3,7 kg Schwefelblüte(fine) 3.7 kg sulfur bloom

1,2 kg Raffinationsmittel zugegeben*1.2 kg of refining agent added *

Bei einer Gießtemperatur von 1853 K v/erden 2 kg Borsäure (H„BO„) je Tonne Stahl pulverförmig in den Gießstrahl von Gießbeginn bis 2/3 Kokillenfüllung legiert« Damit wird folgende, der Stahlmarke 9SMnB28 entsprechende Fertiganalyse erzielt:At a pouring temperature of 1853 K, 2 kg of boric acid (H "BO") per tonne of steel is alloyed with powder in the pouring stream from the start of casting to 2/3 mold filling. "This produces the following final analysis corresponding to the 9SMnB28 steel brand:

0,1100 Masseprozent Kohlenstoff 0,0200 Masseprozent Silizium 1,0400 Masseprozent Mangan0.1100 mass% of carbon 0.0200 mass% of silicon 1.0400 mass% of manganese

0,0420 Masseprozent Phosphor 0,2510 Masseprozent Schwefel 0,0050 Masseprozent Stickstoff 0,0046 Masseprozent Bor (säurelöslich).0.0420 mass% phosphorus 0.2510 mass% sulfur 0.0050 mass% nitrogen 0.0046 mass% boron (acid soluble).

Die Verbesserung der Zerspanbarkeit von Automatenstahl der nach den beschriebenen Verfahren mit Bor mikrolegiert wurde, kann mit einem Komplex-Kurzprüfverfahren nachgewiesen werden· Die nach dem Schnittgeschwindigkeitssteigerungsverfahren ermittelten Erliegeschnittgeschwindigkeitsmeßwerte ν und die beim Drehen gemessenen Mittenrauhwerte Ra der Beispielchargen unterscheiden sich deutlich von den Mittelwerten der Basisstahlmarke 9SMn28 (Tabelle 1).The improvement of the machinability of free-cutting steel which has been micro-alloyed with boron by the described methods can be demonstrated by a complex short-test method. The measured average yield values ν and the average roughness values Ra of the sample batches determined by the cutting speed increase method differ significantly from the averages of the base steel grade 9SMn28 (Table 1).

Tabelle 1: Ergebnisse bei der Messung der Erliegeschnittgeschwindigkeit v_ und des Mittenrauhwertes Ra (Drehen)Table 1: Results in the measurement of the seasonal cutting speed v_ and the average roughness Ra (turning)

.Ei.Egg

, -1, -1

Stahlmarke Bemerkung ν /*"m . min" J Ra Γΐι in 7 Steel brand remark ν / * "m. Min" J Ra Γΐι in 7

9SMn289SMn28 Stahlmarken-Stahlmarken- 129129 2,042.04 MittelwertAverage 9SMnB289SMnB28 1. Beispiel1st example 145145 1,741.74 chargecharge 9SMnB289SMnB28 2e Beispiel2e example 148148 1,481.48 chargecharge

Claims (4)

Erfindungsanspruchinvention claim 1. Verfahren zum Mikrolegieren von Automatenstahl mit nichtmetallischen Borverbindungen, insbesondere mit Bor-Sauerstoff-Verbindungen, gekennzeichnet dadurch, daß die Bor-Sauerstoff-Verbindungen einer Stahlschmelze in ein Schmelzaggregat und/oder in eine Abstichrinne und/oder in eine Stahlpfanne und/oder in eine Kokille und/oder in ein Verteilergefäß in einer Menge bis zu 3,0 kg pro Tonne Stahl, vorzugsweise in einer Menge von 1,0 bis 2,0 kg pro Tonne Stahl zur Erreichung eines Gesamtborgehaltes im Stahl von 30 bis 160 ppm bei einem säurelöslichen Anteil von mindestens 90 % des Gesamtborgehaltes zugegeben werden.1. A method for microalloying free cutting steel with non-metallic boron compounds, in particular with boron-oxygen compounds, characterized in that the boron-oxygen compounds of a molten steel in a melter and / or in a tapping channel and / or in a steel pan and / or in a mold and / or in a distribution vessel in an amount up to 3.0 kg per tonne of steel, preferably in an amount of 1.0 to 2.0 kg per ton of steel to achieve a Gesamtborgehaltes in steel from 30 to 160 ppm at a acid-soluble proportion of at least 90 % of the total boron content are added. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Bor-Sauerstoff-Verbindungen Bortrioxid und/oder Borsäure beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 10 bis 50 mm vor dem Abstich in eine warme Gießpfanne und/ oder beim Abstich der Stahlschmelze in die Abstichrinne und/oder in die Gießpfanne zugegeben werden.2. The method according to item 1, characterized in that as boron-oxygen compounds boron trioxide and / or boric acid of any grain size, preferably with a diameter of 10 to 50 mm before tapping into a hot ladle and / or tapping the molten steel in the Tapping gutter and / or be added to the ladle. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Bortrioxid und/oder die Borsäure in beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 5 bis 20 mm mittels Schwerkraft in die Kokille und/oder beim fallenden oder steigenden Guß sowie beim Strangguß dem Gießstrahl zugegeben v/erden.3. The method according to item 1, characterized in that the boron trioxide and / or boric acid in any grain, preferably added with a diameter of 5 to 20 mm by gravity into the mold and / or falling or rising casting and continuous casting the pouring stream v / ground. 4« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Bortrioxid und/oder die Borsäure in Pulverform beliebiger Körnung, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 60 bis 500/um mittels einer Injektionsvorrichtung bekannter Bauart in das Stahlbad der Gießpfanne und/oder in das Verteilergefäß und/oder in eine Kokille und/oder in einen Gießstrahl eingeblasen werden«4 «method according to item 1, characterized in that the boron trioxide and / or boric acid in powder form of any grain, preferably with a diameter of 60 to 500 / um by means of an injection device of known type in the steel bath of the ladle and / or in the distribution vessel and / or be blown into a mold and / or into a pouring stream «