DE3304821C2 - Verwendung einer nichtmagnetischen Legierung als Werkstoff für elektromagnetische Rührwalzen - Google Patents

Abstract

Nichtmagnetische Legierung mit großer Härte und guter Schweißbarkeit, bestehend im wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent: 0,1 bis 0,6% C, bis zu 2,0% Si, 5,0 bis 15,0% Mn, 5,0 bis 15,0% Cr, 5,0 bis 13,0% Ni, weniger als 1,0% V und bis zu 1,0% Mo und/oder bis zu 2,0% Nb, Rest im wesentlichen Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Diese nichtmagnetische Legierung ist besonders gut geeignet für elektromagnetische Rührwalzen für Stranggußanlagen.

Description

als Werkstoff zur Herstellung von elektromagnetischen Rohrwalzen für Stranggießanlagen.

2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, dessen Vanadiumgehalt 0,1 bis weniger als 1,0% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer nichtmagnetischen Legierung mit großer Härte und guter Schweißbarkeit, insbesondere eines nichtmagnetischen, austenitischen, nichtrostenden Stahls als Werkstoff zur Herstellung von elektromagnetischen Rührwalzen für Stranggießanlagen.

In Stranggießanlagen werden Klemmwalzen dazu verwendet, den gebildeten Strang aus der den geschmolzenen Stahl enthaltenden Kokille abzuziehen. Wenn der Strang zwischen den Älemmwalzen hindurchgefiihrt wird, liegt der innere Bereich des Strangs noch in geschmolzenem Zustand vor und kann im Verlaufe der Verfestigung seigern. Demzufolge ist mindestens eine der Klemmwalzen als elektromagnetischer Rührer ausgebildet um ein bewegtes Magnetfeld zu erzeugen, durch welches der Strang geführt wird, so daß die magnetischen Feldlinien einen Rühreffekt auf den noch nichtverfestigten inneren Bereich des Strangsausüben und damit die Qualität des Sliangs verbessern. Die als elektromagnetische Rührer verwendeten Walzen oder Rollen besitzen vorzugsweise eine möglichst ge Inge magnetische Permeabilität, um die durch elektromagnetische Induktion auftretenden Wirbelstromverluste möglichst gering zu halten und den Wirkungsgrad des elektromagnetischen Rührvorgangs zu verbessern. Dk elektromagnetischen Rührwalzen müssen weiterhin im Hinblick auf ihre Lebensdauer eine große Härte aufweisen und müssen zum Zwecke der Wartu% gut schweißbar sein.

Die bislang für solche Walzen oder Rollen verwendeten Materialien schießen unter anderem den AISI-Stahl 304 (0,03 C-18 Cr-8 Ni-Stahl) ein. Dieser Stahl besitztjedoch eine magnetische Permeabilität (μ) von 1,006 und eine Vickers-Härte (VHN) von etwa 165 und vermag damit sowohl im Hinblick auf die magnetische Permeabilität als auch die Härte nicht zu befriedigen.

Aus der DE-OS 22 03 905 ist eine Stahllegierung für die Herstellung von Werkzeugen für die Heißbearbeitung,

beispielsweise für Stranggußkokillen bekannt, die aus 0,3 bis 0,9% C, 0,1 bis 2,0% Si, 6,0 bis 35,0% Mn, bis zu 25% Cr, bis zu 12% Ni, wenigstens einem Carbidbildner, wie V, W, Ti, Nb und/oder Ta und zum Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Diese Stahllegierung zeichnet sich durch hohe Abriebfestigkeit und kostengünstige Herstellung aus.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine nichtmagnetische Legierung vorzuschlagen, die als Werkstoff für elektrische Rührwalzen für Stranggießanlagen geeignet ist.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch die Verwendung der nichtmagnetischen Legierung der im Hauptanspruch angegebenen Zusammensetzung.

Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung gemäß Hauptanspruch. Der Unteranspruch betrifft eine besonders bevorzugte Ausführungsform dieses Erfindungsgegenstandes.

Die erfindungsgemäß verwendete Legierung besitzt ein überraschendes nichtmagnetisches Verhalten entsprechend einer magnetischen Permeabilität von bis zu etwa 1,005, eine große Härte (im Vickers-Härtemaßstab) von etwa 200 oder mehr und eine gute Schweißbarkeit.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 anhand einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen den Rissen unterhalb der Schweißraupe und dem Vanadiumgehalt, die mit Hilfe des Battele-Unterschweißraupenrißtests untersucht wird;

Fig. 2a eine Draufsicht auf den bei dem Battele-Unterschweißraupenrißtest verwendeten Probekörper; und Fig. 2b eine Schnittansicht längs der Linie IHI der Fig. 2a.

Im folgenden seinen die Bestandteile der erfindungsgemäß verwendeten Legierung und die Verhältnisse der Bestandteile näher erläutert.

Der Kohlenstoff stellt ein Austenit bildendes Element dar, macht die Legierung nichtmagnetisch und ist auch zur Erzielung einer gesteigerten Härte erforderlich. Wenn der Kohlenstoffgehalt weniger als 0,1% beträgt, kann die angestrebte Härte nicht vollständig erreicht werden. Wenngleich dieser Effekt durch eine Steigerung des Kohlenstoffgehalts verbessert werden kann, führt ein übermäßiger Kohlenstoffgehalt zu einer verminderten Zähigkeit und zu einer gesteigerten Permeabilität über die gebildeten grobkörnigen Carbide, so daß der Kohlenstoffgehalt im Höchstfall 0,6% betragen sollte.

Silicium wird als Desoxidationsmittel verwendet, wirkt als ferritbildendes Element und erhöht die magnetische Permeabilität, wenn es in einer großen Menge vorliegt. Um nachteilige Effekte zu vermeiden, solte der Siliciumgehalt 2,0% nicht übersteigen.

Mangan ist als Desoxidationsmittel und Entschwefelungsmittel für die Legierung wesentlich und stellt ebenfalls ein Austenit bildendes und stabilisierendes Element für die nichtmagnetischen Eigenschaften dar. Zur Stabilisierung der austenitischen Phase sollten mindestens 5% Mangan vorhanden sein. Wenn jedoch Mangan in einer übermäßig großen Menge enthalten ist, zeigt die Legieruag eine verschlechterte Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen zusätzlich zu einer verminderten Härte, so daß die Obergrenze des Mangangehalts 15,0% beträgt

Chrom bewirkt eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit und eine Steigerung der Härte. Um vollständig wirksam zu sein, muß Chrom vorzugsweise in einer Menge von mindestens 5,0% enthalten sein. Bei einem höheren GeH't bildet Chrom jedoch Ferrit und macht die austenitische Phase instabil. Daher ist es erwünscht, daß der Chromgehalt maximal 15,0% beträgt

Nickel ist erforderlich zur Bildung von Austenit. Zur Bildung und Stabilisierung des Austenits müssen mindestens 5,0% Nickel vorhanden sein. Eine Steigerung des Nickelgehalts führt jedoch zu einer verminderten Härte, so daß die Obergrenze des Nickelgehalts 13,0% beträgt

Vanadium bildet feinere Gefugekömer und trägt damit zu einer Verbesserung der Zähigkeit oder Festigkeit bei. Vanadium bildet jedoch Ferrit und führt bei einem höheren Gehalt zu einer Steigerung der magnetischen Permeabilität Daher sollte der Vanadiumgehalt in der Legierung weniger als 1,0% betragen, um den angestrebten niedrigen Permeabilitätswert zu stabilisieren. Um durch ein feineres Gefüge eine Steigerung der Zähigkeit zu erreichen, ist es bevorzugt, daß die Legierung mindestens 0,1% Vanadium enthält we;ingleich dieses Element sogar in Spurenmengen wirksam ^:st. Wie in den folgenden Beispielen noch erläutert weiden wird, wird auch die Schweißbarkeit durch den Vanadiumgehalt begünstigt, der jedoch auf weniger als 1,0% begrenzt ist.

Sowohl Molybdän als auch Niob ergeben über eine Lösungshärtung der Carbide eine gesteigerte Härte. Jedoch beeinträchtigen diese ferritbildenden Elemente die Stabilität der austenitischen Phase, wenn sie in gro-Ben Mengen verwendet werden. Zur Vermeidung dieses Effek_i ist es bevorzugt, daß der Molybdängehalt höchstens 1,0% und der Niobgehalt höchstens 2,0% betragen. Wenngleich diese Elemente einzeln verwendet werden können, ergibt sich bei der gemeinsamen Verwendung dieser Elemeniie ein synergistischer Effekt, der sich in einer deutlich gesteigerten Härte manifestiert.

Wenngleich es erwünscht ist, daß die Legierung Phosphor, Schwefel und andere Verunreinigungen in mögliehst geringen Mengen enthält, ergeben sich keine wesentlichen Beeinträchtigungen, wenn die Mengen dieser Verunreinigungen lediglich jenen Mengen entsprechen, die unvermeidbar durch die technischen Legierungsherstellungsverfahren in die Legierung eingeführt werden.

Die Legierung wird in üblicher Weise einer Lösungsgiühung unterworfen, wobei man den übergesättigten Austenit bei Raumtemperatur entstehen läßt. Die in dieser Weise gebildete Legierung besitzt ausgezeichnete nichtmagnetische Eigenschaften, d. h. eine geringe magnetische Permeabilität, und eine große Härte. Die Legierung zeigt weiterhin ausgezeichnete Schweißbarkeit.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man bereitet Legierungsproben unterschiedlicher Zusammensetzung und unterwirft sie dann einer Lösungsglühung (3 Stunden bei 1100⁰C, Abkühlen mit Wasser) und bestimmt anschließend ihre magnetische Permeabilität (μ) und ihre Härte (Vickers-Härte, VHN). Dabei mißt man die magnetische Permeabilität (μ) mit einer Meßvorrichtung zur Bestimmung der magnetischen Permeabilität (Förster-Sonde). Die Härte mißt man mit Hilfe der Vickers-HärteprC'fyorrichtung bei einer Belastung von 10 kg.

Die nachfolgende Tabelle I gibt die chemische Zusammensetzungen der Proben und die gemessenen Werte bezüglich der magnetischen Permeabilität und der Härte wieder. Bei den Proben der Nr. 1 bis 6 handelt es sich um erfindungsgemäß verwendete Legierungen, während die Proben der Nr. 7 bis 19 Vergleichslegierungen darstellen, die im HinbHck auf die magnetische Permeabilität und die Härte mit den erfindungsgemäßen Legierungen verglichen werden. Die Probe Nr. 19 entspricht dem AlSI-Stahl 304, der üblicherweise für elektromagnetische Rührwalzen verwendet wird.

Wie aus der nachfolgenden Tabelle I hervorgeht, sind die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen (die Proben Nr. 1 bis 6) dem üblicherweise verwendeten Material, d. h. dem AlSI-Stahl 304 (Probe Nr. 19) sowohl im Hinblick aufweine nichtmagnetischen Eigenschaften als auch seine Härte überlegen.

Die anderen Vergleichsproben der Nr. 7 bis 18, die einige der Bestandteile in Mengen enthalten, die außerhalb der erfindungsgemäß definierten Bereiche liegen, sind den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen sämtlich im Hinblick auf ihr nichtmagnetisches Verhalten und weiterhin ingewissen Fällen im Hinblick auf die Härte trotz einer relativ niedrigen magnetischen Permeabilität unterlegen, wöbe: 2inige trotz einer großen Härte unbefriedigendes nichtmagnetisches Verhalten aufweisen. Somit ist festzuhalten, daß die Vergleichslegierungen die beiden Eigenschaften in keinem Falle gleichzeitig zu erfüllen vermögen.

Tabelle I

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%), magnetische Permeabilität und Härte der untersuchten Legierungen

Nr.	C	Si	Mn	Cr	Ni	V	Mo	Nb	Magnetische	Vickers-	Erfindung
									Permeabilität	Härte
									(μ)	(VHN)
1	0,15	0,70	8,0	7,5	8,5	0,50	0,6	-	1,002	216
2	0,32	0,80	9,1	8,0	9,5	0,60	0,3	-	1,003	232
3	0,51	0,90	9,0	8,8	9,2	0,55	0,7	-	1,002	237
4	0,48	0,84	9,3	8,9	9,1	0,48	0,5	-	1,003	231
5	0,52	0,98	8,5	8,7	10,1	0,52	-	1,1	1,003	229
6	0,50	0,88	9,2	9,0	9,8	0,45	0,8	1,2	1,002	230
7	0,01	0,90	8,2	9,1	7,6	0,70	0,8	-	1,005	172	Vergleich
8	0,05	0,80	9,1	8,8	8,7	0,50	0,7	-	1,006	174
9	0,52	0,70	2,8	7,3	5,2	0,60	0,4	-	i,Oi5	i85
10	0,47	0,80	18,2	8,2	8,6	0,70	0,6	-	1,005	195
11	0,55	0,90	9,2	3,5	8,8	0,60	0,7	-	1,005	182
12	0,51	0,70	9,0	16,9	7,8	0,50	0,6	-	1,012	205
13	0,52	0,60	8,3	9,1	1,9	0,40	0,5	-	1,015	202
14	0,54	0,90	8,6	8,9	17,2	0,60	0,6	-	1,004	172
15	0,49	0,80	8,8	8,2	9,1	-	0,7	·-	1,005	192
16	0,51	0,90	8,3	8,6	9,3	4,2	0,8		1,012	248
17	0,46	0,70	8,9	9,2	8,9	0,6	2,5	-	1,013	233
18	0,49	0,80	8,5	8,9	9,2	0,5	0,7	4,2	1,014	251
19	0,05	0,70	0,8	18,1	9,0	-	0,3	-	1,006	165

Rest im wesentlichen Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen

Beispiel 2

Man bereitet Legierungsproben aus einem Material der Zusammensetzung 0,35% C, 0,75% Si, 8,95% Mn, 8,80% Cr, 9,05% Ni, 0,86% Mo, 1,46% Nb, Rest Fe und V, wobei der Vanadiumgehalt variiert wird. Die in dieser Weise hergestellten Legierungsproben werden dann mit Hilfe des Battele-Unterschweißraupenrißtests im Hinblick auf ihre Schweißbarkeit untersucht. Aus den angegebenen Legierungsproben werden plattenartige Probekörper mit einer Breite von 50,8 mm, einer Länge von 76,2 mni und einer Dicke von 25,4 mm hergestellt, wie sie in den F i g. 2a und 2b dargestellt sind. Dann wird eine Schweißraupe (B) mit einer Länge von 31,75 mm auf der Oberfläche dieser Probekörper ausgebildet. Anschließend läßt man die Probekörper mit der Schweißraupe einen Tag und eine Nacht stehen, wonach sie längs der Mittellinie zerschneidet, d. h. der in der Fig. 2a dargestellten Linie H-II. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der F i g. 1 dargestellt. Aus den Untersuchungsergebnissen ist zu erkennen, daß Legierungen mit einem Vanadiumgehalt von weniger als 1,0% frei sind von Schweißnahtrissen und damit eine ausgezeichnete Schweißbarkeit aufweisen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen besitzen den großen Vorteil, daß sie außergewöhnlich gul schweißbar sind, neben ihrer geringen magnetischen Permeabilität und ihrer großen Härte.

Aufgrund ihrer niedrigen magnetischen Permeabilität und ihrer großen Härte sind die Legierungen daher τ 's Material für elektromagnetische Rührwalzen für Stranggießanlagen geeignet. Wenn man diese Rührwalzen aus diesen Legierungen bildet, ermöglichen sie aufgrund der außergewöhnlichen nichtmagnetischen Eigenschaften der Legierungen ein wirksames Rühren ausschließlich der inneren, noch nicht verfestigten Bereiche des Strangs, ohne daß sie selbst magnetisiert werden, so daß mit Hilfe dieser Rührwalzen ein besserer Energiewirkungsgrad und gleichzeitig aufgrund der größeren Härte eine längere Lebensdauer erzielt werden können. Da die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen auch eine ausgezeichnete Schweißbarkeit aufweisen, zeigen sie auch Vorteile im Hinblick auf die Wartung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer nichtmagnetischen Legierung mit einer Härte von 200 HV und mehr und guter Schweißbarkeit, bestehend aus

0,1 bis 0,6% Kohlenstoff,
0 bis 2,0% Silicium,
5,0 bis 15,0% Mangan,
5,0 bis 15,0% Chrom.
5,0 bis 13,0% Nickel,

0 bis 1,0% Vanadium,
0 bis 1,0% Molybdän,
0 bis 2,0% Niob,
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen