DE4235002A1 - Insbesondere zur automatenbearbeitung bestimmter kohlenstoff-mangan-stahl - Google Patents
Insbesondere zur automatenbearbeitung bestimmter kohlenstoff-mangan-stahlInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft schwach legierte Kohlen
stoff-Mangan-Stähle und erstrebt Stähle besonderer Zusammen
setzungen, die insbesondere aufgrund ihres Schwefelgehaltes
und der Zusammensetzung ihrer oxidischen Einschlüsse be
sonders zur Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit, insbeson
dere mit Hartmetall- oder Keramikwerkzeugen und zur Auto
matenbearbeitung mit hoher Schneidgeschwindigkeit, insbe
sondere ausgehend von mit diesen Stählen hergestellten
Rohren, geeignet sind.
Zur Zeit sind Stähle bekannt, deren Bearbeitungseigenschaf
ten durch die Gegenwart von Schwefel in einem Gehaltsbereich
von 0,02 bis 0,04 Masse-% verbessert sind. Diese Stähle
besitzen jedoch eine begrenzte Leistungsfähigkeit hinsicht
lich der Bearbeitbarkeit, die die hohen Schneidgeschwindig
keiten und/oder die Verwendung von Hartmetall- oder Keramik
schneidwerkzeugen unter guten Bedingungen nicht erlaubt.
Andererseits behalten diese Stähle mit verbesserter Be
arbeitbarkeit im allgemeinen mechanische Eigenschaften
insbesondere hinsichtlich der Zugfestigkeit bei, die ähn
lich denen ihrer Grundzusammensetzung sind.
Es sind ebenfalls durch Zugabe von Silicium halbberuhigte
Automatenstähle bekannt, die Schwefel in der Größenord
nung von 0,3 Masse-% enthalten. Diese Stähle sind mit
hoher Schneidgeschwindigkeit mit Hartmetall- oder Keramik
schneidwerkzeugen bearbeitbar.
In einigen Fällen erfordert die Erzielung der besten Lei
stungsfähigkeit sogar die kombinierte Zugabe von Schwefel,
Tellur (oder Selen) und/oder Blei oder Wismut.
Diese Stähle besitzen im allgemeinen eine große Menge
oxidischer und sulfidischer Einschlüsse und einen erhöhten
Sauerstoffgehalt von über 0,0100 Masse-%.
Diese Stähle, deren wichtige, wenn auch nicht ausschließ
liche Eigenschaft sein soll, hinsichtlich der Automatenar
beit möglichst gute Eigenschaften aufzuweisen, besitzen
andererseits eine sehr mäßige Elastizität, und es ist
unmöglich, sie durch Lichtbogenschweißen aneinanderzufügen.
Die Toxizitätsprobleme, die bei der Manipulation insbeson
dere im Schritt der Herstellung des flüssigen Metalls
hinsichtlich der Elemente Tellur, Selen, Blei und Wismut,
ebenso wie bei der Aufarbeitung von Schrott und Spänen
auftreten, können ebenso hervorgehoben werden.
Darüber hinaus besitzen Stähle mit 0,30 Masse-% Schwefel
schlechte mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Zug
festigkeit, die in der Nähe von denen eines A37-Stahls
gemäß der AFNOR-Norm liegen. Es wurden geringe Modifi
kationen für die thermische Behandlung normiert, ihre
Automatenleistung ist jedoch noch schlechter.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gattung
von Kohlenstoff-Mangan-Stählen vorzuschlagen, die insbe
sondere für den Maschinenbau verwendbar sind, eine her
vorragende Automatenbearbeitbarkeit besitzen und hervor
ragende Leistungsfähigkeit bei der Bearbeitung mit hoher
Geschwindigkeit mit Hartmetall- oder keramischen Werkzeugen
zeigen, die über der der oben genannten Stähle mit ver
besserter Bearbeitbarkeit liegen, wobei sie gute mechani
sche Eigenschaften beibehalten und die die Nachteile der
oben genannten Automatenstähle mit 0,30 Masse-% Schwefel
nicht aufweisen.
Die Erfindung hat insbesondere zur Aufgabe, eine Gattung
von Automatenstählen zur Verfügung zu stellen, die den
Einsatz von toxischen Elementen nicht erfordern, einen
weiten Bereich von mechanischen Eigenschaften abdecken
und viel bessere Elastizitätseigenschaften als die des
Automatenstahls mit 0,30 Masse-% Schwefel aufweisen.
Die zur Automatenbearbeitung geeigneten Kohlenstoff-Mangan-
Stähle der erfindungsgemäßen Gattung besitzen die folgende
in Masse-% ausgedrückte Zusammensetzung:
Kohlenstoff | |
0,05 bis 0,45% | |
Mangan | 0,80 bis 1,65% |
Silicium | 0,10 bis 0,35% |
Phosphor | weniger als 0,030% |
und die üblichen Verunreinigungen.
Daneben enthalten sie:
Schwefel | |
0,050 bis 0,12% | |
Calcium | 0,001 bis 0,010% |
Aluminium liegt vollständig in oxidierter Form vor; die
nichtmetallischen oxidischen Einschlüsse enthalten in
Masse-%:
Al₂O₃ | |
15 bis 50% | |
SiO₂ | 20 bis 60% |
CaO+MnO | 15 bis 50% |
wobei der Gesamtsauerstoffgehalt zwischen 0,0015 und
0,0080% liegt.
Vorzugsweise liegen die nichtmetallischen Einschlüsse
im Zustandsdiagramm des Systems Al2O3-SiO2 - MnO/CaO
im Bereich von Anorthit oder Gehlenit. Ein solches Zu
standsdiagramm des Systems Al2O3-SiO2 - MnO/CaO ist
beispielsweise in "Phase diagrams for ceramists", her
ausgegeben und veröffentlicht von der American Ceramic
Society, 1964, Figur 630, auf Seite 219, angegeben. MnO
und CaO sind Oxide, deren Wirkung als ähnlich eingeschätzt
wird. Für den Fall, daß MnO zu einem geringen Prozentsatz
vorliegt (unter 10%), können so CaO + MnO im Diagramm
des Systems Al2O3-SiO2-CaO zusammengerechnet werden,
in dem allein CaO dargestellt ist, und der Wert von
CaO + MnO kann für den Wert von CaO verwendet werden.
Vorteilhaft begrenzt man für die Verarbeitung des Stahls
durch Schweißen mittels eines Lichtbogenschweißverfahrens
mit einem Auftragsmetall den Kohlenstoffgehalt auf 0,22
Masse-% und die Summe des Kohlenstoffgehalts und des
Mangangehalts/6 auf 0,48 Masse-%, also:
C (%) + Mn (%)/6 0,48%.
C (%) + Mn (%)/6 0,48%.
Vorteilhaft beträgt weiter der Schwefelgehalt zwischen
0,080 und 0,12 Masse-%.
Die oben beschriebene Zusammensetzung erlaubt, unter Bei
behaltung guter mechanischer Zugeigenschaften günstige
oxidische und sulfidische Einschlußarten zu erhalten,
die in einer begrenzten und kontrollierten Menge homogen
im Metall verteilt sind. Die Gesamtheit dieser Eigenschaf
ten führt dazu, daß diese Stähle unter hervorragenden
Bedingungen zur Automatenbearbeitung geeignet sind, und
dies trotz des relativ kleinen Schwefelgehalts, insbeson
dere zu der unter Verwendung von Hartmetall- oder kerami
schen Werkzeugen.
Es ist für die Herstellung des Stahls besonders vorteilhaft,
das Verfahren des an sich bekannten Rotationsstranggießens
zu verwenden.
Dieses Verfahren ist beispielsweise im Artikel von "Revue
de metallurgie CIT", Februar 1981, Seiten 119-135, be
schrieben.
Ein solches Verfahren erlaubt, die Homogenität des Metalls
sowohl hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, als
auch hinsichtlich der Verteilung von Einschlüssen über
die gesamte gegossene Länge zu gewährleisten.
Die Herstellung des anschließend stranggegossenen Stahls,
die vorteilhaft in der Pfanne nach dem Schmelzen im Elektro
ofen mit dem Lichtbogen durchgeführt wird, wird sorgfältig
so durchgeführt, daß das Metall stets homogen gehalten
und vor Oxidation geschützt wird, wobei das Metall in
der Endstufe mit Calcium, beispielsweise durch die Ein
führung eines gefüllten Drahtes auf der Basis von Silicium-
Calcium, wie im europäischen Patent 8 74 20 052.0 beschrieben,
in der Pfanne mit flüssigem Metall behandelt wird.
Es ist insbesondere vorteilhaft, den erfindungsgemäßen
Stahl in Form von Rohren, beispielsweise von gezogenen
Rohren, zu verwenden, was durch den Wegfall des Bohrens
des Innenlochs die Automatenbearbeitung verkürzt.
Bei Verwendung eines Rohres ist daneben sichergestellt,
daß eine zentrale Entmischung, die im Inneren von Stäben
auftreten könnte, vermieden wird, wobei diese Entmischungen,
wie schon oben erklärt, stark vermindert werden, wenn
das Rotationsstranggießverfahren angewendet wird.
Auf diese Weise ist die Verwendung von Rohren anstelle
von Stäben eine zusätzliche Garantie für das zur Auto
matenbearbeitung bestimmte Produkt.
Beispielhaft und nicht einschränkend wurden die Ergeb
nisse eines erfindungsgemäßen Stahls mit denen von im
Stand der Technik vorliegenden Normstählen verglichen.
Die Zusammensetzungen in Masse-% sind die folgenden:
- Stahl A:
TU52b (AFNOR-Norm NFA 49 310)
TU52b (AFNOR-Norm NFA 49 310)
C:|0,178% | |
Si: | 0,265% |
Mn: | 1,270% |
S: | 0,006% |
P: | 0,014% |
Al: | 0,024% |
Ca: | 0,0015% |
Gesamt-O: | 0,0022% |
Die oxidischen Einschlüsse bestehen aus Calciumaluminaten
Al2O3-CaO oder Spinellen Al2O3-MgO zusammen mit ge
mischten Sulfiden (Ca, Mn) S. Daneben werden isolierte
Einschlüsse von Mangansulfid MnS in schwacher Menge ge
funden.
- Stahl B (vom Typ Stahl A mit verbesserter Bearbeitbarkeit)
TU 52 b q2 (AFNOR-Norm NFA 49 310)
TU 52 b q2 (AFNOR-Norm NFA 49 310)
C:|0,180% | |
Si: | 0,183% |
Mn: | 1,340% |
S: | 0,028% |
P: | 0,016% |
Al: | 0,022% |
Ca: | 0,0016% |
Gesamt-O: | 0,0022% |
Hier bestehen die oxidischen Einschlüsse aus Calcium
aluminaten Al2O3-CaO oder Spinellen Al2O3-MgO zusammen
mit gemischten Sulfiden (Ca, Mn) S. Neben diesen Einschlüssen
werden zahlreiche Mangansulfideinschlüsse gefunden.
Stahl C gemäß der Erfindung:
Stahl C gemäß der Erfindung:
C:|0,172% | |
Si: | 0,191% |
Mn: | 1,430% |
P: | 0,018% |
S: | 0,090% |
Al: | 0,005% |
Ca: | 0,0014% |
Gesamt-O: | 0,0026% |
mit oxidischen Einschlüssen mit der folgenden mittleren
Zusammensetzung in Masse-%:
Al₂O₃:|34% | |
SiO₂: | 30% |
CaO: | 36% |
Diese Zusammensetzung befindet sich im Bereich von Gehlenit
im vorher erwähnten ternären Diagramm Al2O3-SiO2-CaO.
In diesem Stahl C liegt der Schwefel im wesentlichen in
Form von Mangansulfiden MnS vor.
An diesen drei Stählen wurde ein Längsgangspantest am
gezogenen, mit einem Hartmetallwerkzeug, SAFETY TPMR 16
Nr. 030476S4 der Fa. SAFETY geschälten Rohr ohne Schmier
mittelüberzug durchgeführt.
Es wurden verglichen:
- - Die Zeitdauer zum Erzeugen eines Verschleißes von 0,4 mm der Werkzeugkante bei einer Schneidgeschwindig keit von 180 m/min (Lebensdauer) und
- - die Schneidgeschwindigkeit in m/min, die einen Verschleiß von 0,4 mm der Werkzeugkante in 20 Minuten ergibt (VB 20-0,4).
Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
Es ist ersichtlich, daß der Stahl gemäß der Erfindung
(Stahl C) zu Ergebnissen führt, die denen für den Stahl
mit verbesserter Bearbeitbarkeit des Stands der Technik
(Stahl B) erhaltenen stark überlegen und mit dem nicht
zur Bearbeitung bestimmten Stahl (Stahl A) nicht ver
gleichbar sind.
Daneben wurde mit einem Produktivitätsversuch mit Hart
metallwerkzeugen über identische Kriterien ein Automaten
stahl mit 0,30 Masse-% Schwefel mit dem Stahl C der Erfin
dung verglichen.
In 6 Stunden wurde für die zwei Stähle eine quasi identi
sche Leistung gefunden, und dies trotz der Unterschiede
zwischen den für den Stahl C der Erfindung ungünstigen
mechanischen Eigenschaften:
Stahl mit 0,30 Masse-% Schwefel, NFA 35 561 (Typ S300).
Rρ 0,2|539 MPa | |
Rm | 558 MPa |
A% 5,65 √ | 11,4% |
Stahl C der Erfindung
Rρ 0,2|704 MPa | |
Rm | 765 MPa |
A% 5,65 √ | 8,4% |
Dies zeigt klar, daß der Stahl gemäß der Erfindung ins
besondere zur Automatenbearbeitung mit großer Geschwin
digkeit mit Hartmetall- oder keramischen Werkzeugen ge
eignet ist.
Die Stähle gemäß der Erfindung weisen daher den Vorteil
auf, weit bessere Eigenschaften der Bearbeitbarkeit als
die der bekannten Stähle mit verbesserter Bearbeitbarkeit
und solche in der gleichen Größenordnung wie die Auto
matenstähle mit 0,30 Masse-% Schwefel zu besitzen, ohne
insbesondere hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften
und der Verarbeitbarkeit die Nachteile dieser Stähle mit
0,30 Masse-% Schwefel aufzuweisen.
Claims (6)
1. Kohlenstoff-Mangan-Stahl mit Eignung zur Automatenbearbei
tung bei großer Schneidgeschwindigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß er in Masse-% enthält:
0,05 bis 0,45% Kohlenstoff, 0,80 bis 1,65% Mangan, 0,10 bis 0,35% Silizium, maximal 0,030% Phosphor, und die gängigen Verunreinigungen sowie 0,050 bis 0,12% Schwe fel und 0,001 bis 0,010% Calcium, und in dem die nicht metallischen oxidischen Einschlüsse in Masse-% enthalten:
15 bis 50% Al2O3, 20 bis 60% SiO2 und 15 bis 50% CaO + MnO, wobei der Gesamtsauerstoffgehalt zwischen 0,0015 und 0,0080% liegt und Aluminium vollständig in oxidierter Form vorliegt.
0,05 bis 0,45% Kohlenstoff, 0,80 bis 1,65% Mangan, 0,10 bis 0,35% Silizium, maximal 0,030% Phosphor, und die gängigen Verunreinigungen sowie 0,050 bis 0,12% Schwe fel und 0,001 bis 0,010% Calcium, und in dem die nicht metallischen oxidischen Einschlüsse in Masse-% enthalten:
15 bis 50% Al2O3, 20 bis 60% SiO2 und 15 bis 50% CaO + MnO, wobei der Gesamtsauerstoffgehalt zwischen 0,0015 und 0,0080% liegt und Aluminium vollständig in oxidierter Form vorliegt.
2. Stahl nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtmetallischen Einschlüsse sich im Zustands
diagramm des Systems Al2O3-SiO2-CaO/MnO im Bereich
von Anorthit oder Gehlenit befinden, wobei der Gehalt
CaO + MnO wie CaO behandelt wird.
3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwefelgehalt zwischen 0,080 und 0,12% be
trägt.
4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß, um eine gute Lichtbogenverschweißbarkeit mit
Auftragsmetall zu erhalten, der Kohlenstoffgehalt bis
0,22% und die Summe C (%) + Mn (%)/6 bis 0,48% begrenzt
sind.
5. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß er mit dem Rotationsstranggießverfahren gegossen
wird.
6. Stahlrohr zur Automatenbearbeitung,
dadurch gekennzeichnet,
daß seine Zusammensetzung einem der Ansprüche 1 bis 4
entspricht.
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Legal Events
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