DE2147792C3 - Verfahren zur Herstellung von geschmiedetem oder gewalztem Stabstahl aus ledeburitischen Werkzeugstählen - Google Patents

Description

Bend auf den gewünschten Endquerschnitt streckverformt. Bei diesem Verfahren besteht jedoch die Schwierigkeit, daß sich bei der Erstarrung des Blockes Zonen mit verschiedenem Gefüge, und zwar mit einer dendritischen Außenzone und einer globularen, geseigerten Innenzone ausbilden, deren Gefüge durch Verformung nicht mehr vergleichmäßigt werden kann. Darüber hinaus tritt beim Stauchen der bereits erwähnte Nachteil des Verbleibens unverformter Zonen unter dem Schmiedewerkzeug ein.

Zweck des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die vorstehend geschilderten Nachteile, wie ungleichmäßige Gefügeverteilung über Stablänge und -querschnitt, unzureichende Karbidgröße und Karbidverteilung in einzelnen Stabzonen, schlechtes Ausbringen und erhöhte Gefahr von Ausschuß, zu vermeiden sowie die Verarbeitung von Rohlingen mit größerem Gewicht zu ermöglichen.

Zur Herstellung von Werkzeugstählen in Form von Quadrat-, Rund-, Flach- oder Profilquerschnitten bzw. Schmiedestücken wurde bisher als Ausganj,sfonri ein Rund-, Quadrat- oder Mehrkantblock verwendet. Zur Erzeugung von dünnen Abmessungen, wie z. B. Blechen oder Bändern, wird als Ausgangsblock die sogenannte Bramme benutzt, die bekanntlich einen rechteckigen Querschnitt hat.

Überraschenderweise ist es nach umfangreichen Versuchen und Probeschmiedungen gelungen, die vorstehend angeführten Schwierigkeiten bei der Herstellung von Stabstahl aus ledeburitischen Werkzeugstählen, insbesondere auch in großen Endabmessungen, zu vermeiden, wenn zur Erzeugung von Stabstahl als Ausgangsblock ein brammenförmiger Umschmelzblock verwendet wird.

Mittels des Elektroschlacke-Umschmelzverfahrens wurde eine dichte, lunker- und blockseigerungsfreie Bramme mit den Abmessungen 450 χ 150 χ 375 mm aus einem Schnellarbeitsstahl mit der Zusammensetzung von S 4-3-' 0 hergestellt (F i g. 4). Diese Bramme wurde auf einer 1200-t-Presse auf ψ 190 mm in Richtung der Brammenlängsachse A schrittweise stauchgeschmiedet (Fig. 5) und anschließend durch Schmieden des stauchgeschmiedeten Rohlings quer zur ursprünglichen Brammenlängsachse A (Fig. 6) auf einen Endquerschnitt von 100 mm Durchmesser i.nd 1950 mm Länge gebracht. Die metallographische Untersuchung von Probescheiben aus diesem Schmiedestab ergab eine äußerst gleichmäßige, feine Karbidverteilung sowohl vom Rand zum Kern als auch über die gesamte Längsachse des hergestellten Stabes. Nach Stahl-Eisen-Richtreihon war die Karbidverteilung 15 mm vom Scheibenrand mit 1 bis 1,5 I beurteilt, die schlechtesten Zonen des Stabes erhielten jedoch keine schlechtere Beurteilung als 2 I. Vergleichsweise we^rden bei einem nach den herkömmlichen Erzeugungsverfahren hergestellten Stab vergleichbarer Abmessung in der Kernzone Beurteilungen bis zu 4 d nicht selten festgestellt.

Ein weiterer Versuch wurde mit einer emgeschmolzenen Bramme aus S 6-5-2 mit der Abmessung 1100x250x750 mm durchgeführt. Diese Ausgangsbramme wurde durch schrittweises Stauchschmieden in Richtung der Brammenlängsachse A auf 350 mm Durchmesser vorverformt und durch ein anschließendes Streckschmieden quer zur ursprünglichen Brammenlängsachse A auf eine Endabmessung von 230 mm Durchmesser gebracht. Nach Absetzen der Enden des Schmiedeknüppels verblieb eine Gesamtlänge an gutem Material von 4500 mm, was einem Ausbringen von 92% entspricht Auch bei dieser verhältnismäßig großen Endabmessung wurde eine überaus gleichmäßige Karbidverteilung über Stablänge und Querschnitt erzielt, d'e nach Stahl-Eisen-Prüfnorm in den Rundbereichen mit 1,5 I und in den Kernzonen mit 2 bis 3 1 und einzelnen Ausreißern mit 2 d gefunden wurden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von geschmiedetem oder gewalztem Stabstahl aus ledeburitischen WetKzeugstählen mit weitgehend homogener Karbidverteiiung über den gesamten Querschnitt und die gesamte Stablänge, bei dem aus diesen Stählen zunächst eine für das Umschmelzverfahren geeignete Abschmelzelektrode hergestellt, diese umgeschmolzen und die Schmelze in einer wassergekühlten Kokille nach dem Prinzip des wachsenden Blockes zur Erstarrung gebracht, der so erhaltene Block mit viereckigem Querschnitt durch Stauchen in Richtung der Blocklängsachse verformt und anschließend durch Schmieden oder Walzen des gestauchten Rohlings quer zur ursprünglichen Blocklängsachse auf den gewünschten Endquerschnitt mit einer mindestens zweifachen Verformung, bezogen auf den gestauchten Querschnitt, streckverformt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schmelze zu einer Bramme erstarren gelassen und die Bramme durch schrittweises Stauchschmieden in Richtung der Brammenlängsachse auf einen annähernd quadratischen oder runden Querschnitt verformt wird.

Die Maßnahme, die Schmelze zu einer Bramme erstarren zu lassen, hat den Vorteil, daß über den ganzen rechteckigen Querschnitt eine dendritische Struktur erhalten wird, ohne daß geseigerte globula;; Innenzonen auftreten, zum Unterschied von .linem quadratisehen Block. Die Maßnahme des schrittweisen Stauchschmiedens bewirkt, daß keine unverformten Zonen mit Gußstruktur im Rohling übrig bleiben.

Weitere Verbesserungen der Brammenstruktur können im Rahmen dieses Verfahrens durch mechanisches Rütteln der Kokii'e bzw. der Bramme während des Umschmelzvorganges erzielt werden. Ebenso ist e* möglich, daß Gußgefüge durch magnetisches Rühren der Schmelze während des Erstarrungsvorganges vorteilhaft zu beeinflussen. Weitere Verbesserungen sind auf metallurgischem Wege durch impfen der Stahlschmelze des Umschmelzvorganges möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von gesellmiedetem oder gewalztem Stabstahl aus ledeliuritischen Werkzeugstahl mit weitgehend homogener Karbidverteilung über den gesamten Querschnitt und die gesamte Stablänge, bei dem aus diesen Stählen zunächst eine für das Umschmelzverfahren geeignete Abschmelzelektrode hergestellt, diese umgeschmolzen und die Schmelze in einer wassergekühlten Kokille nach dem Prinzip des wachsenden Blockes zur Erstarrung gebracht, der so erhaltene Block mit viereckigem Querschnitt durch Stauchen in Richtung der Blocklängsachse verformt und anschließend durch Schmieden oder Walzen des gestauchten Rohlings quer zur ursprünglichen Blocklängsachse auf den gewünschten Endquerschnitt m;^f einer mindestens zweifachen Verformung, bezogen auf den gestauchten Querschnitt, streckverformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zu einer Bramme erstarren gelassen und die Bramme durch schrittweises Stauchschmieden in Richtung der Brammenlängsachse auf einen annähernd quadratischen oder runden Querschnitt verformt wird.

   Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Halbzeug oder Fertigp;Odukte.i aus ledeburitischen Werkzeugstählen.

   Eine Verbesserung der BIc «struktur bei der Herstellung von Stählen gegenüber dem konventionellen Blockgußverfahren wird durch Umschmelzverfahren erzielt. Mittels dieser Verfahren wird nesen einem besseren Ausbringen im Stahlwerk eine über den ganzen Blockbereich gehende verbesserte <ristallanordnung erreicht. Für ledeburitische Stähle, im besonderen Schnellarbeitsstähle, genügt jedoch eine durch die Erschmelzungsart - wenn auch verbesserte Gefügeanordnung nicht, da die Anforderungen an diese Stähle im betrieblichen Einsatz weit höhere Qualitätseigenschaften bedingen. So werden beispielsv.eise vom Verbraucher Anforderungen an die Karbidverteilung und die Karbidkorngröße gestellt. Als Grundlage für diese Beurteilung werden in der Regel die Stahl-Eisen-Richtreihen herangezogen. Für höchste betriebliche Anforderungen wird bei diesen Stählen eine möglichst kleine Karbid- und Austenitkorngröße und eine gleichmäßige Karbidverteilung gefordert. Diese Forderungen sind jedoch nur dann zu erfüllen, wenn die Möglichkeit besteht, diese Stähle einer Mindestverformung zu unterziehen. Je nach Stärke und gewünschter Abmessung ist ein Verformungsgrad notwendig, der bewirkt, daß das primäre Ledeburitnetzwerk des gegossenen Blockes bzw. des umschmolzenen Blockes möglichst vollständig zertrümmert wird. Für bestimmte llöchstfinföfclcfungen ist eine mindestens IBfäche Verformung notwendig. Dies bedingt jedoch, daß diese Stähle nur in relativ kleinen Abmessungen geliefert werden können. Geringere als Sfache Verformungsgrade genügen in den meisten Fällen nicht, um das l'rimärgefiige des Stahles so zu zertrümmern daß eine noch tolerierbare Karbidverteilung mit entsprechend kleinen Karbidkörpern erreicht wird. Durch Verfahren, wie z. B. das Hlektroschlackc-Umschmelzverfahren, das Verfahren mit selbstverzehrender Elektrode im Vakuumlichtbogenofen, Schmelzen im Elektronenstrahlofen oder Plasmaofen, wird, bedingt durch die gesteuerte Erstarrung, eine relativ gleichmäßige Karbidverteilung erzielt, wobei aber die Karbids immer noch so grobkörnig sind, daß eine mindestens 8fache Verformung notwendig wird. Bei der Herstellung großer Endabmessungen kann jedoch auch bei Einhaltung eines mindestens 8fachen Verformungsgrades keine ausreichend feine Karbidverteilung erreicht werden, da der hierfür erforderliche Querschnitt des Rohblockes auf Grund der langsamen Erstarrung bei diesen großen Blöcken eine verhältnismäßig grobe Primärstruktur aufweist.

   Wird hingegen versucht, große Endabmessungen mit mindestens 8facher Verformung dadurch herzustellen, daß kleinere Rohblöcke zunächst gestaucht werden und anschließend eine Streckverformung erfahren, so hat dies den Nachteil, daß beim Stauchen des Blockes in Richtung der Blockachse A am Blockkopf und am Blockfuß eine praktisch unverformte Zone Bübrigbleibt (F i g. 1). Diese unverformte Zone entsteht dadurch, daß der Blockfuß und der Blockkopf direkt an den Schmiedesätteln aufliegen und dadurch keine fließende Verformung wie die übrigen Blockteile erfahren können. Wird ei*> derartig gestaucher Rohblock anschließend wieder in Richtung der Blockachse streckverformt, so besteht die Gefahr, daß unzureichend verformte Zonen des Blockes in der Blockachse A

   jo angeordnet werden (F i g. 2) und so zu unzulässigen Inhomogenitäten hinsichtlich Karbidkorngröße und Karbidverteilung im fertiggeschmiedeten Stab führen.

   Wird der gestauchte Block durch Querschmieden weiter verformt, so macht sich dieser Umstand ebenfalls

   J5 unangenehm bemerkbar, da in der Mitte des hergestellten Stabes über etwa ein Drittel der gesamten Länge eine an der Oberfläche unzureichend verformte Zone B entsteht, die sich bis in die Kernz^ne erstrecken kann und im metallurgischen Sinne praktisch noch das

   ■to Gußgefüge aufweist (Fig. 3), d. h., dieser Teii des Stabes muß entweder auf eine geringere Qualität abgewertet werden oder muß im Falle einer besonders schlechten Gefügeausbildung für Schrott erklärt werden. Die Entfernung dieser unverformten oder nur wenig

   ^ verformten Zone erfordert eine Teilung des Stabes. Dadurch werden natürlich der Erzeugungslänge Grenzen gesetzt, die sich beim Endprodukt durch Unterlängen oder Reststücke unangenehm bemerkbar machen und zu erheblichen Materialverlusten führen können.

   Besonders nachteilig erweist sich die Forderung nach einem mindestens 8fachen Verformungsgrad, wenn große Endabmessungen, wie beispielsweise 250 mm Durchmesser, hergestellt werden müssen, da hier Ausgangsblockquerschnitte verwendet werden müssen, die selbst bei der Anwendung von Umschmelzverfahren keineswegs mehr eine befriedigende Primärstruktur aufweisen. Bei diesen Querschnitten gelingt es nach den bisher üblichen Verfahren nicht mehr, den qualitätsmäßigen Anforderungen in bezug auf Karbidkorngröße

   wi und Kärbidverteilting auch nur annähernd gerecht zu werden.

   Die aufgezeigten Anforderungen werden auch bei eincin weiteren, zum Stand der Technik (vgl. »Freibergcr Forsehungshefte, 1966, S. 169 bis 179) gehörenden

   '" Verfahren nicht erfüllt. Bei diesem Verfahren wird ein im Klcktroschlacke-lJmschmelzverfahren hergestellter Block mit quadratischem Querschnitt durch Stauchen in Richtung der Blocklängsachsc verformt und anschlie-