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Verfahren zur Beseitigung des Kaltbruches in Eisen und Stahl. Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Stählen mit hohem Phosphorgehalt
und bezweckt, diese Stähle -entsprechend den Lieferungsvorschriften abnahmefähig
zu machen. Diese Ergebnisse werden nach der vorliegenden Erfindung durch Zusatz
von Zirkon zu dem geschmolzenen Stahl erreicht.
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Die Verwendung von Zirkon zum Desoxydieren, Verdichten und Reinigen
von Stahl ist oft vorgeschlagen worden. Hiervon unterscheidet sich die vorliegende
Erfindung, welche die Anwendung des Zirkons zu dem besonderen Zweck vorsieht, der
Kaltbrüchigkeit entgegenzuwirken, welche bisher als eine nicht zu beseitigende Eigenschaft
des Eisens und Stahls mit hohem Phosphorgehalt angesehen wurde. Die Erfindung beruht
auf der Feststellung, daB Zirkon, wenn es dem Eisen und Stahl mit hohem Phosphorgehalt
in richtiger Weise und in richtigen Mengen zugesetzt- wird, eine bisher unerwartete
vorteilhafte Wirkung auf die mechanischen und physikalischen Eigenschaften ausübt.
Diese Wirkung wird am besten durch die sogenannte Kerbzähigkeit nach der Kerbschlagprobe
gemessen.
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Unter den bei diesen Untersuchungen zugrunde gelegten Bedingungen
ist keine nennenswerte Verminderung des Phosphorgehaltes festgestellt worden, woraus
geschlossen wird, daB die beobachteten vorteilhaften Wirkungen des Zirkons auf Stähle
mit hohem Phosphorgehalt nicht der Entfernung des Phosphors zuzuschreiben sind.
Diese Tatsache läBt die Annahme zu, daB Zirkon vielleicht mit Phosphor in Verbindung
treten kann in Gegenwart von oder in Vereinigung mit einigen oder allen anderen
Bestandteilen des Stahles; bis jetzt ist aber noch keine Verbindung von Zirkon und#Phosphor
bei der mikroskopischen Untersuchung festgestellt worden. Der Prozentsatz an Zirkon,
der dem geschmolzenen Stahl zugesetzt werden muB, um die beste Wirkung zu erreichen,
wird durch mehrere Punkte bestimmt, nämlich die Temperatur, den Sauerstoffgehalt
des Stahlbades, die Zusammensetzung des Stahles und die mechanische
und
Wärmebehandlung, welcher der Stahl unterworfen wird, bevor er in seiner fertigen
Form der Verwendung übergeben wird. Bei der Herstellung von geglühten Kohlenstoffstählen,
welche rund o, i5 Prozent Phosphor enthalten, werden die gewünschten vorteilhaften
Ergebnisse am besten erreicht durch Zusatz von 0,02 bis 0,50 Prozent Zirkon,
berechnet auf das Stahlgewicht.
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Die Kerbschlagprobe stellt nur eine der mechanischen Eigenschaften
fest, welche die Auswahl eines Stahles für eine gegebene Verwendung bestimmen. Um
daher Angaben über die Wirkungen von Zirkon auf andere Eigenschaften des Stahles
zu erhalten, wurden verschiedene Reihen von Stählen mit wechselndem Gehalt an Kohlenstoff
und Phosphor, sowohl mit als auch ohne Zirkon untersucht.
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Zur Untersuchung von Stählen mit hohem Phosphorgehalt und mit Zirkon
wurden zahlreiche Stahlproben hergestellt, Blöcke gegossen und geschmiedet und die
geschmiedeten Stäbe geglüht, maschinell bearbeitet und untersucht. Von dem geschmolzenen
Stahl wurden dem Ofen drei verschiedene Proben für jede Hitze entnommen und die
erste mit Zirkon-Ferrosilizium, die zweite mit 50 Prozent Ferrosilizium und
die dritte mit Silizium-Zirkon behandelt. Diese Zusätze wurden so bemessen, daß
sie die gleiche Menge an Silizium enthielten. Dann wurden die Stahlproben in konische
Formen gegossen und die drei Blöcke unter denselben Temperatur- und Arbeitsbedingungen
geschmiedet. Die geschmiedeten Stangen wurden dann vollständig gleichmäßig bei geeigneter
Temperatur eine zeitlang ausgeglüht, worauf sie langsam abgekühlt wurden.
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Beiliegende Zeichnung zeigt Schaulinien, die den Einfluß des Zusatzes
von o,i5 Prozent Zirkon darstellen und einer großen Anzahl sorgfältig ausgeführter
Messungen entstammen.. Die spezifische Schlagarbeit (Ordinaten) ist in Abhängigkeit
vom Kohlenstoffgehalt (Abszissen) gebracht. Schaulinie i zeigt die Ergebnisse, die
für Stähle mit niedrigem Phosphorgehalt erreicht wurden (o,o2 Prozent Phosphor);
Linie 2 für zirkonbehandelte Stähle mit hohem Phosphorgehalt (0,14 Prozent Phosphor)
und Linie 3 für nicht mit Zirkon behandelte Stäbe von hohem Phosphorgehalt (0,i4
Prozent Phosphor). Die Gehalte an Silizium, Mangan und Schwefel wurden bei allen
Proben im wesentlichen gleichgehalten; sie betrugen- o,2o Prozent Silizium,
0,50 Prozent Mangan, 0,035 Prozent Schwefel. Die Schaulinien zeigen; daß
Zirkon einen kräftig ausgeprägten Einfluß ausübt. Bei rund o,&) Prozent Kohlenstoff
fallen bei der dargestellten Sonderreihe von Stählen die Werte zusammen. Mit anderen
Worten, der Zusatz von Zirkon hat für diese Zusammensetzung die durch den Phosphorgehalt
bedingte Kaltbrüchigkeit vollständig aufgehoben. Bei anderen Zusammensetzungen ist
der Einfluß des Phosphors dagegen nur teilweise aufgehoben.
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Bei der beschriebenen Untersuchung wurde Zirkon in Form von Legierungen
verwendet, die Silizium und Eisen enthielten. Zirkon kann jedoch auch als Metall
oder in anderen Legierungen verwendet werden. Es ist nachgewiesen, daß lediglich
das Zirkon die so vorteilhaften Wirkungen ausübt.
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Es ist festgestellt worden, daß bei der obenerwähnten Sonderreihe
von Stählen Zirkon die Zerreißfestigkeit um einen Betrag erhöht hat, der im Durchschnitt
rund 6,9 kg auf den Quadratzentimeter bei einem Gehalt von o,oi Prozent Kohlenstoff
beträgt, und daß die prozentuale Dehnung und Querschnittsverminderung nicht nennenswert
beeinträchtigt oder sonstwie günstig beeinflußt wird.
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Das Verfahren wird voraussichtlich die Anwendbarkeit des sauren Bessemer-Verfahrens
zur Herstellung von Stahl wesentlich erhöhen und große Erzlager für die Erzeugung
von Bessemerroheisen freimachen, deren Phosphorgehalt bisher zu hoch war. Die Kosten
der Behandlung mit Zirkon werden durch den niedrigeren Erzpreis reichlich ausgeglichen
werden, da gleichzeitig die dem sauren Bessemer-Verfahren eigentümlichen Vorteile
bleiben. Ähnlich liegt es bei dem sauren Martin-Verfahren, bei welchem man Schrotstahl,
Roheigen und Eisenerz mit höherem Phosphorgehalt verwenden kann, als bisher. Bei
der Herstellung von basischem Martinstahl ermöglicht die Verwendung von Zirkon,
die Hitze bei einem höheren Phosphorgehalt zu vollenden als es bisher üblich war.