DE3226927A1

DE3226927A1 - Verfahren zum herstellen von fuer das direkte ziehen geeignetem walzdrahtstahl hoher festigkeit

Info

Publication number: DE3226927A1
Application number: DE19823226927
Authority: DE
Inventors: Goliardo Piombino Livorno Crispoldi; Alberto Piombino Livorno Guerrieri; Antonio Roma Mascanzoni; Augusto Moschini; Antonio Roma Spaccarotella
Original assignee: Acciaierie Di Piombino SpA Piombino Livorno; Centro Sperimentale Metallurgico SpA 00129 Roma; Acciaierie Di Piombino SpA; Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1981-07-21
Filing date: 1982-07-19
Publication date: 1983-02-10
Also published as: GB2102318B; YU44354B; YU155282A; ES514184A0; GB2102318A; DE3226927C2; FR2510007A1; ES8305234A1; IT1224095B; IT8148935A0; FR2510007B1

Description

Verfahren zum Herstellen von für das direkte Ziehen geeigneten Walζdrahtstahl hoher Festigkeit

Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf das kontinuierliche Gießen von Knüppeln au.s Wal ζ drahtstahl, welche gering mit Chrom und Mangan legiert sind, in dem ein an sich bekanntes Verfahren der Zugabe - an das flüssige Metall - einer kleinen Menge festen Metalls in Pulver- oder Granulatform zur Anwendung gebracht wird, um Segregation zu vermindern und die Verfestigungsstrukturen zu modifizieren. Auf diese Weise lassen sich Stangen hoher Festigkeit und Draht vermittels eines Verfahrens, bei dem man vom Stranggießen ausgeht, durchführen, wobei Nachteile bei dieser Art von Produkt bei Anwendung des Stranggießverfahrens vermieden werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Walzdrahtstahl hoher Festigkeit, der für das direkte Ziehen geeignet ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Lösung des technischen Problems, das Stranggießen für die Herstellung von Knüppel anzuwenden, aus denen Walzdrahtstahl hoher Festigkeit erhalten werden kann, der ohne die Notwendigkeit, zwischengeschalteter Wärmebehandlungen wie Patentieren gezogen werden kann. Hohe Festigkeit in diesem Sinn sind Zugfestigkeiten (ultimate tensi:
Walζdraht.

mate tensile strengths) von über 1000 N χ mm für den

Es sind direkt ziehbare Walzdrahtstähle hoher Festigkeit bekannt; aufgrund ihrer Zusammensetzung ist es jeäoch äußerst schwierig, die Vorteile auszunutzen, die die Stranggießverfahren bieten. So beschreibt beispielsweise die US-Patentschrift 4 123 296 einen direkt ziehbaren Walzdraht hoher Festigkeit, der zwischen 0,65 und 0,901 Kohlenstoff und zwischen 0,15 bis 1,5% Chrom enthält. In dieser Patentanmeldung sind die Stahlgießverfahren nicht erwähnt, genauso

wenig wie die Probleme, die aus der Segregation von Kohlenstoff während der betrachteten Verfestigung bis auf einen kurzen Hinweis herrühren. Hieraus ist abzuleiten, daß der Stahl nach der US-Patentschrift in konventioneller Weise in kleinen Rohblöcken gegossen wird. Man sieht einerseits, daß die Zusammensetzung des Stahls Kohlenstoffwerte liefert, die sogar über denen des Kohlenstoffs im Eutektoid (um 0,80% in den Stählen) hinausgehen und daß gleichzeitig Chromwerte derart angegeben werden, daß der Kohlenstoffgehalt des Eutektoids noch weiter vermindert wird; andererseits ist bekannt, daß während der Verfestigung von kontinuierlich gegossenen Knüppeln die Segregation des Kohlenstoffs in der Axialzone des Knüppels merklich stärker ist. Bei dieser Art von Stahl kann Kohlenstoff in der axialen Zone leicht Konzentrationen über 11 erreichen, was die Zone klar hypereutektoid macht (Trans: ISI J Band 12, 1972, Seite 102 ff).

Trotz zwischengeschalteter wärmetechnischer und mechanischer Behandlungen verbleibt diese Segregation im Walzdraht, obwohl vielleicht in abgeschwächter Form.

Es ist bekannt, daß im Bereich der Kühlraten, die in der Walzdrahtproduktion kommerziell durchführbar sind, eine merkliche Modifikation der Umformungscharakteristiken beim kontinuierlichen Kühlen der hypereutektoiden Zusammensetzung, unter Bildung intergranularen proeutektoidalen Cementits vor dem Perlit auftreten. Dies ist nicht nur durch die erwähnte Patentschrift bestätigt, wo angegeben ist, daß die obere Grenze des Kohlenstoffgehalts durch die Notwendigkeit festgelegt ist, die Bildung proeutektoidalen Cementits zu vermeiden, sondern auch durch das "Transformation and Hardenability of Steels Symposium" der Universität Michigan von 1967, Seiten 155 bis 157 und durch den Atlas des Max Planck Instituts Band 2, Tafeln 225 E, 241 E, 120 N und 121 L.

Das Vorhandensein des intergranularen Cementits in der vorwiegenden Perlitmatrix verhindert, daß der auf diese Weise erhaltene Walzdraht direkt gezogen werden kann. Er muß patentiert werden, um den intergranularen Cementit zu beseitigen, und zwar wegen der Bildung der charakteristischen Chevronhohlräume oder -Vertiefungen im Cementitgitter während des Kaltziehens. Diese Defekte führen zu den typischen "cuppy fractures" des Stahls in der nachfolgenden Ziehstufe und während anderer Operationen und/oder während des Gebrauchs. Es ist also somit unmöglich, das Produkt auf den gewünschten und erforderlichen Qualitätsniveaus zu vermarkten und zu verwenden. Da die hohen Festigkeiten dieser Stähle genau vom hohen Kohlenstoffgehalt sich ableiten, scheint es daher, daß mit der merklichen Tendenz des Kohlenstoffs während des kontinuierlichen Gießens oder Stranggießens zu segregieren, dieses Verfahren in der Anwendung schwierig sein würde.

Versuche während der Studie, die zur Erfindung führten, bestätigten, daß erhebliche Probleme in der Ziehbarkeit von Walzdrähten hoher Festigkeit und damit von Walzdraht hohen Kohlenstoffgehalts (C «* 0,801) bestehen, da dieser möglicherweise leicht während des Ziehens als direkte Konsequenz der axialen Segregation dieses Materials bricht.

Erfindungsgemäß soll nun eine Lösung gefunden werden, die das Problem der Kohlenstoffsegregation während der Verfestigung des kontinuierlich vergossenen Stahls auf ein Minimum bringt und so die Bildung intergranularen proeutektoiden Cementits im Walzdraht vermeidet.

Auch richtet sich die Erfindung auf,die Modifizierung der Verfestigungsstruktur des kontinuierlich vergossenen Stahls, um solche typischen Schwierigkeiten wie Ver-

festigungsbrücken und Porosität in der Mitte zu minimieren oder vollständig zu eliminieren, welche auch zu lokaler Segregation führen würden.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Stahl zusammensetzung, wenn auch innerhalb bekannter Zusammensetzungsbereiche, die das kontinuierliche Gießen oder Stranggießen möglich macht und dabei gleichzeitig die aus der Segregation herrührenden Probleme beseitigt und hohe Festigkeiten im Walzdraht und den hieraus hergestellten Produkten sichert.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist es notwendig, beim kontinuierlichen Gießverfahren tätig zu werden, um die Kohlenstoffsegregation in der Axialzone des Knüppels auf ein Minimum herabzusetzen.

Andere Probleme in Zuordnung zum kontinuierlichen Gießverfahren sind auch gegeben, die aus der Herstellung von Walzdraht herrühren und die alles komplizieren können. Da nämlich das Endprodukt ein runder Stab oder ein runder Draht geringer Querschnittsfläche ist, ist es klar, daß es vorteilhaft wäre, kontinuierlich vergossene Knüppel kleiner Querschnittsfläche zu erzeugen, um die anschließenden Walzkosten zu vermindern. Wegen der Verwendung von konstant austragenden Düsen jedoch und daher ohne die Verwendung von Stopfenstangen, macht das Vergießen von Knüppeln kleiner Querschnittsfläche einen Überhitzungsgrad (ΔT) gegenüber der Verfestigungstemperatur notwendig, der wesentlich ist als der, der zum Gießen großer Bohrblöcke notwendig ist. Die Überhitzung steigert die Verfestigungszeiten des Knüppels und aufgrund der Verfestigungsneigung beim kontinuierlichen Gießen verschlimmert das Segregationsproblem.

Es hat sich herausgestellt, daß im spezifischen Fall von Wal ζdrahtknüppeln J die Anwendung der Technik der Zugabe metallischer Pulver oder Körner an die Form, die beispielsweise bekannt ist aus den italienischen Patentanmeldungen 49007 A/77 und 49008 A/77 (entsprechend P 28 16 803.8 bzw. P 28 16 867.4) - durchgeführt von den gleichen Anmeldern - beschleunigt nicht nur die Verfestigung, wie in diesen Patentanmeldungen angegeben, in dem ein Teil der Überhitzung oder diese insgesamt absorbiert wird, schafft vielmehr auch eine beachtliche Anzahl von Verfestigungskernen oder Keimen, die den Erhalt einer gleichachsigen Feinkornstruktur ermöglichen und so die Bildung großer Säulenkristalle verhindern, die von der Haut des Knüppels gegen die Mitte ausgehen. Es ist so möglich, die Bildung der "Verfestigungsbrücken" zu vermeiden, die der Grund der Segregation in beschränkten Zonen sind und merklich die Bildung von axialer Porosität und Hohlräumen zu vermindern. Das Gesamtergebnis ist eine beachtliche Verminderung in der Intensität und Verteilung der Segregation plus - wie oben erwähnt - die Bildung einer Verfestigungsstruktur, die günstiger zum Erreichen eines besseren Endproduktes ist.

Verschiedene Mengen, Typen und Zusammensetzungen von Pulver und granulären Zusätzen sind abhängig vom Typ der verwendeten Stranggußmaschine, der Form des Endprodukts und dessen Qualität möglich.

Allgemein kann man sagen, daß die Größe der Pulver zwischen 0,01 und 1 mm betragen kann, während die Körnerabmessungen zwischen 0,1 bis 2,5 mm zeitigen können. Die Menge des zugegebenen Metalls liegt im Bereich zwischen 0,1 und 5 Gewichtsl des vergossenen Stahls, während der Kohlenstoffgehalt der Pulver oder Granulatzugaben zwischen 0,05 und 2 Gewichts⁹» liegt.

Die gegebenen Partikelgrößenbereiche haben vom Prozeßverfahren hergesehen keinen Einfluß. Die kleinere Zahl im Falle der Pulver gibt lediglich eine Grenze für eine ökonomische problemfreie Verwendung, während die obere Zahl für Körner die Grenze der leichten Lösbarkeit des Feststoffs im schmelzflüssigen Metall angibt.

Der für die zugegebene Metallmenge gegebene Bereich ist beachtlich in dem Sinne, daß weniger als 0,1 % wenig Einfluß auf die Qualität des Produktes haben. Während über 51 Festmetall bei normalen Knüppelgrößen und Stahlüberhitzungen wird dieser nicht vollständig in der schmelzflüssigen Masse gelöst; so werden Diskontinuitätsstellen gebildet.

Die kleine Menge an zugegebenem Pulver verändert nicht wesentlich die Zusammensetzung des Stahls. Wenn jedoch eine merkliche Kohlenstoffsegregation aufgrund des Knüppelformats, der Stahl zusammensetzung oder der Überhitzung wahrscheinlich ist, so begünstigt die Zugabe von Feststoffen mit niedrigem oder sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt gegen die obere angegebene Grenze die Wiederverteilung und Homogenisierung des Kohlenstoffs im Knüppel erheblich.

Schließlich kann in bekannter Weise auch die Feststoffzugabe verwendet werden, um Legierungselemente wie Cr und Al beispielsweise miteinzuführen, um die Zusammensetzung einzustellen oder um sogar richtig zu legieren.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es wünschenswert, eine besondere Schmelzstahlzusammensetzung zu erreichen, um noch weiter die Segregationsprobleme zu vermindern, während trotzdem noch eine hohe mechanische Festigkeit im Walzdraht und in den hieraus hergeleiteten Produkten beibehalten wird. Somit wird der Kohlenstoffgehalt auf

den Bereich von 0,68 bis 0,761 beschränkt und die hohe mechanische Festigkeit wird durch die Zugabe von 0,20 bis 0,501 Chrom wieder hergestellt.

Die Gründe für diese analytischen Grenzen rühren von der Tatsache her, daß unter 0,681 Kohlenstoff nicht zufriedenstellende mechanische Festigkeitswerte erhalten werden, während Werte über 0,761 Kohlenstoff zu unerwünschten Segregationsphänomenen im Walzdraht führen können. Was Chrom angeht, so sichert weniger als 0,201 nicht die gewünschten Ergebnisse, während über 0,501 die Zusammensetzung des Kohlenstoffs im Eutektoid weiter fällt, so daß, obgleich minimal, die Segregation des Kohlenstoffs zur Bildung intergranularen proeutektoidalen Cementits, wenn der Walzstahl gekühlt wird, führen könnte, wodurch die Vorteile der Maßnahme nach der Erfindung zunichte gemacht würden.

Eine Anzahl von Gießvorgilngen in industriellem Maßstab wurden durchgeführt; es wurde in Drahtstangen oder Walzdraht von 11,5 mm und etwa 4 mm Drahtdurchmesser gezogen. Die Stahlzusammensetzungen waren:

Schmelze	Cl	CrI	MnI	SiI	All	SI	Pl
A	0,65	0,40	0,80	0,25	0,065	0,010	0,019
B	0,70	0,30	0,78	0,25	0,062	0,011	0,018
C	0,71	0,50	0,80	0,25	0,064	0,010	0,019
D	0,75	0,40	0,80	0,26	0,061	0,010	0,020
E	0,75	0,60	0,80	0,25	0,064	0,010	0,019
F	0,80	0,30	0,81	0,30	0,050	0,013	0,018

12 b a

- ίο -

Die nach dem Walzen und direktem Ziehen erhaltenen Ergebnisse waren:

Schmelze	Walzdrah R Nwimf²	t 1%	Draht R Nxmm"²	Strang 1/2' R Njanm~2	Ziehbar- keit	Ziehfehler
A	980	43	1750	1750	gut	keine
B	1065	43	1845	1835	sehr gut	keine
C	1130	33	2020	2010	sehr gut	keine
D	1180	33	2040	2020	sehr gut	keine
E	1200	30	-	-	schlecht	Cuppy fracture
F	1210	30			schlecht	Cuppy fracture

Man sieht, daß außerhalb des vorher angegebenen engen Analysenbereichs es nicht möglich ist, entweder die gewünschten Qualitätsergebnisse zu erhalten oder den Walzdraht direkt zu ziehen. Insbesondere sieht man, daß mit 0,65% Kohlenstoff, selbst bei relativ hohem Chromgehalt die gewünschte Festigkeit nicht weder im Walzdraht noch im gezogenen Draht erhalten wird, während bei mehr als 0,76$ Kohlenstoff oder mehr als 0,501 Chrom die Ziehbarkeit schlecht wird, Drahtbrüche treten auf.

Claims

ACCIAIRERIE DI PIOMBINO S.p.A. Verfahren zum Herstellen von für das direkte Ziehen geeignetem Walzdrahtstahl hoher Festigkeit PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Erzeugen eines Walzdrahtstahls hoher Festigkeit, der für das direkte Ziehen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Zusammensetzung des an sich bekannten Ausgangsstahls auf einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,68 und 0,76 Gewichts^ und einen Chromgehalt zwischen 0,20 und 0,50 Gewichts % vermindert wird und daß der schmelzflüssige Stahl kontinuierlich in Knüppel vergossen wird, während fester Stahl in Pulver oder Granulatform in die Form in Mengen zwischen 0,1 und 5 Gewichts! des flüssigen vergossenen Stahls gegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die für den Stahl im festen Zustand gewählte Partikelgröße im Bereich von 0,01 bis 1 mm für Pulver und 0,1 bis 2,5 mm für Körner oder Granulat beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoffgehalt des zugegebenen Stahls im festen Zustand im Bereich von 0,05
bis 2 Gewichts! liegt.