Verfahren und Anlage zur Herstellung von höchstlegierten verformten Stählen und Sonderlegierungen

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Herstellung von höchsttegierten verformten Stählen und Sonderlegierungen wird die Charge erschmolzen, dann metallurgisch bzw. sekundärmetallurgisch behandelt und danach zu Blöcken vergossen, und die Blöcke werden später mechanisch verformt. Um den Ausschuß zu reduzieren bzw. gänzlich zu eliminieren und den Gesamprozeß bis zum fertigen Rohling zu vereinfachen, werden die gegossenen Blöcke so weit abgekühlt, bis sie durchgehend erstarrt sind, wobei die Temperatur jedes Blockes in allen bereichen stets oberhalb derjenigen kritischen Temperatur liegt, bei der Spannungsrisse auftreten können. Danach werden die erstarrten Blöcke auf Verformungstemperatur erwärmt und unmittelbar aus dieser Hitze verformt. Bei Anlagen zur Durchführung des Verfahrens, die einen Schamelzofen, ein metallurgisches Gefäß) einen Gießstand sowie eine Verformungseinrichtung aufweisen, ist in unmittelbarer Nähe des Gießstandes ein Aufheizofen angeordnet, wobei sich an den Aufheizofen eine Verformungseinrichtung anschließt, vorzugsweise eine hydraulische Schmiedemaschine, die eine schonende Verformung bis zum Kern des Materials gewährleistet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von höchstlegierten verformten Stählen und Sonderlegierungen, wobei die Charge erschmolzen, dann metallurgisch bzw. sekundärmetallurgisch behandelt und danach zu Blöcken vergossen wird und die Blöcke verformt werden, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Die Herstellung von höchstlegierten verformten Stählen und Sonderlegierungen ist äußerst problematisch. Bei einer bekannten Methode werden die Blöcke nach dem Ziehen der Kokillen langsam kontrolliert bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die abgekühlten Blöcke werden dann zum Kunden bzw. Weiterverarbeiter transportiert, wo sie auf Verformungstemperatur erwärmt und anschließend weiterbehandelt werden. Bei dieser Methode fällt ein relativ hoher Ausschuß an Blöcken an, und ferner ist die Herstellung relativ teuer.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ausschuß zu reduzieren bzw. gänzlich zu eliminieren und den Gesamtprozeß bis zum fertigen Rohling zu vereinfachen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die gegossenen Blöcke soweit abgekühlt werden, bis sie durchgehend erstarrt sind, wobei die Temperatur jedes Blockes in allen Bereichen stets oberhalb derjenigen kritischen Temperatur liegt, bei der Spannungsrisse auftreten können, und daß die erstarrten Blöcke anschließend auf Verformungstemperatur erwärmt und unmittelbar aus dieser Hitze verformt werden.

[0004] Bei der Durchführung dieses Verfahrens kann praktisch überhaupt kein Ausschuß mehr auftreten. Die Blöcke werden vor ihrer Verformung nicht unter die kritische Temperatur abgekühlt, bei der Spannungsspitzen auftreten können, die zur Zerstörung und zum Unbrauchbarwerden der gegossenen Blöcke führen. Nach der Verformung sind die Rohlinge relativ resistent und können problemlos mit vorgeschriebener, der Qualität entsprechender Temperaturerniedrigung in vorgegebener Zeit abgekühlt werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß Ausschuß entsteht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Industrie ein Vormaterial angeboten werden, aus welchem hoch- bzw. höchstbeanspruchbare Werkstücke, Bauteile usw. hergestellt werden können, ohne daß bei der Endkontrolle im Inneren des Materials Fehler, insbesondere Verformungsfehler, festgestellt werden.

[0005] Die durchgehend erstarrten Blöcke können in horizontaler Anordnung auf ihre Verformungstemperatur erwärmt werden, was anlagentechnisch besonders günstig ist.

[0006] Vorzugsweise wird das gesamte Behandlungsverfahren, mindestens aber ein Teil der Verfahrensschritte, unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, ausgeführt.

[0007] Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht mindestens aus einem Schmelzofen, einem metallurgischen Gefäß, einem Gießstand sowie einer Verformungseinrichtung. Erfindungsgemäß ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des Gießstandes ein Aufheizofen angeordnet ist und daß sich an den Aufheizofen die Verformungseinrichtung unmittelbar anschließt. Die Auswahl des Aufheizofens richtet sich nach verschiedenen Randbedingungen, beispielsweise dem gesamten Verfahrensablauf und den vorrichtungstechnischen Einrichtungen, den Blockabmessungen und insbesondere auch der Qualität des Materials. Ein Drehherdofen hat beispielsweise den Vorteil, daß er nicht nur zum Aufheizen der Blöcke auf Verformungstemperatur, sondern auch als Pufferstation dienen kann, so daß es problemlos möglich ist, das Stahlwerk dreischichtig und den Verformungsbetrieb einschichtig zu fahren.

[0008] Vorzugsweise liegen der Gießstand und der Aufheizofen im Bereich ein und desselben Krans, so daß die erstarrten Blöcke mit dem Kran umgelegt und dann in den Aufheizofen eingebracht werden können. Dadurch können die erstarrten Blöcke dem Aufheizofen schnellstens zugeführt werden. Alternativ kann zwischen dem Gießstand und dem Aufheizofen auch ein fahrbarer Manipulator zum Transport der Blöcke vorgesehen sein.

[0009] Zwischen dem Aufheizofen und der anschließenden Verformungseinrichtung kann ein Rollgang vorgesehen sein, über den die Blöcke nach ihrer Aufheizung auf Verformungstemperatur automatisch der Verformungseinrichtung zugeführt werden können.

[0010] Zwischen dem Gießstand und dem Aufheizofen kann ferner eine Warmhalteeinrichtung vorgesehen sein. Diese dient beispielsweise als zusätzliche Sicherung, wenn einmal der Aufheizofen ausfällt.

[0011] Vorzugsweise ist die Warmhalteeinrichtung mit einer Temperatursteuerung versehen, so daß ohne Änderung der Temperatur des Aufheizofens zwischendurch auch Blöcke aus anderen Legierungen behandelt werden können.

[0012] Als nachgeschaltete Verformungseinrichtung ist vorzugsweise eine hydraulische Schmiedemaschine vorgesehen, die zwei gegenläufig arbeitende Verformungswerkzeuge aufweist. Eine Bearbeitung mit Hilfe einer solchen Schmiedemaschine garantiert ein schonendes Verformen des Materials mit großer Eindringtiefe, wobei eine Durchschmiedung bis zum Kern erfolgt. Durch die relativ langsame, jeweils eindimensionale Kraftbeaufschlagung wird eine knetende Verformung bewirkt, so daß das Material fließen und nach verschiedenen Richtungen ausweichen kann.

[0013] Trotz der aufgrund der hydraulischen Kraftübertragung relativ langsamen Verformungsgeschwindigkeit kann durch Reduzierung der Nebenzeiten der Bearbeitungsvorgang so kurz gehalten werden, daß die gesamte Durchschmiedung des Blockes aus einer Hitze erfolgen kann.

[0014] Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Stahlwerk mit unmittelbar hachgeschalteter Warmverformungsanlage und

Fig. 2 eine ähnliche Anlage wie in Fig. 1, wobei die Warmverformungsanlage in einer winklig angeordneten Halle untergebracht ist.

[0015] Nach Fig. 1 besteht das Stahlwerk aus einem Lichtbogenofen 1, einer Reihe von Bunkern 2, 3, 4, 5, aus welchen dem Lichtbogenofen Schrott, legierter Schrott, Kalk, Legierungen und dergleichen in vorgegebenen Anteilen zugeführt werden.

[0016] Aus dem Lichtbogenofen wird die Schmelze in eine Pfanne 6 abgestochen, und von dort gelangt die Schmelze in eine VOD-Anlage 7, in der die Schmelze einer Sekundärmetallurgie unterzogen wird.

[0017] In einem anschließenden Gießstand 8 wird die fertige Schmelze zu Blöcken 9 vorgegebener Größe gegossen.

[0018] Die gezogenen Blöcke 9 werden dann nach ihrer Erstarrung einem Herdwagenofen 10 oder einem anderen geeigneten Ofen zugeführt, in welchem die Blöcke auf ihre Verformungstemperatur erwärmt werden.

[0019] Der Gießstand 8 und der Herdwagenofen 10 befinden sich im Bereich desselben Krans 11, so daß die Blöcke 9 vom Gießstand unmittelbar in den Herdwagenofen 10 eingegeben werden können. Anstelle des Krans kann auch ein Manipulator vorgesehen sein.

[0020] Aus dem Herdwagenofen 10 gelangen die Blöcke 9 dann unmittelbar in eine hydraulische Schmiedemaschine 12, in welcher sie von zwei in einer Ebene gegenläufig bewegten Schmiedewerkzeugen zu entsprechend vorgegebenen Rohlingen weiterverarbeitet werden. Der Rohling gelangt dann unmittelbar oder nach vorheriger Trennung auf ein Kühlbett 13, auf welchem der Rohling jeweils so gedreht wird, daß ein Verziehen nicht eintreten kann, oder er wird einer sonstigen anderen bekannten Abschreckeinrichtung zugeführt.

[0021] Danach wird der abgekühlte Rohling in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Schälmaschine geschält bzw. einer anderen Oberflächenbearbeitung unterzogen und anschließend geprüft.

[0022] In dem gesamten Verfahren erfolgt die Verarbeitung in einer Hitze, ohne daß der Block auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der unter Umständen Rißbildung auftritt, die durch anschließende Warmverformung nicht mehr ausgeglichen werden kann.

[0023] In einer solchen Anlage lassen sich Qualitäten mit hohen Legierungsanteilen und Sonderlegierungen risikolos verarbeiten, beispielsweise Schnellarbeitsstähle, Ventilstähle, rost- und säurebeständige Stähle, hitzebeständige Stähle, nichtmagnetische Stähle, Sonderlegierungen auf Nickelbasis, Nickel-Chrom-Basis, Nickel-Cobalt-Molybdän-Basis, Cobalt-Wolfram-Basis und dergleichen mehr.

[0024] Die in Fig. 2 dargestellte Anlage ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie die Anlage gemäß Fig. 1. Das Stahlwerk mit seinem Lichtbogenöfen 1 und seiner VOD-Anlage 7 ist nahezu identisch.

[0025] In unmittelbarer Nähe des Gießstandes 8 befindet sich bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel noch eine Warmhalteeinrichtung 14, beispielsweise eine Warmhaltegrube. In der Warmhalteeinrichtung, die mit einer Temperatursteuerung versehen ist, können die gezogenen Blöcke gezielt auf beispielsweise 1000° C abgekühlt werden, bis sie auch innen erstarrt sind. Dann können die Blöcke risikolos liegend in einen Drehherdofen 18 eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann dem Drehherdofen noch ein in der Zeichnung nicht dargestellter Drehteller vorgeschaltet sein, so daß der Block wahlweise mit dem Fuß oder dem Kopf zuerst in den Drehherdofen eingebracht werden kann.

[0026] Die Warmhalteeinrichtung kann auch als Puffer dienen, wenn beispielsweise der Aufheizofen defekt ist oder wenn zwischendurch Blöcke mit anderen Temperaturfahrplänen behandelt werden müssen.

[0027] Auch bei diesem Ausführungsbeispiel befinden sich der Gießstand 8 und der Drehherdofen 18 im Bereich ein und desselben Krans 11. Im Bereich dieses Krans 11 liegt auch die Warmhalteeinrichtung 14. Die Blöcke 9 können dann vom Gießstand 8 aus in die Warmhalteeinrichtung 14 oder aber auf die Zuführeinrichtung 15 des Drehherdofens 18 gegeben werden.

[0028] Aus dem Drehherdofen 18 gelangen die auf Verformungstemperatur aufgeheizten Blöcke 9 über einen Rollgang 16 automatisch zu einer hydraulischen Schmiedemaschine 17, in welcher die Blöcke 9 zu entsprechend vorgegebenen Rohlingen weiterverarbeitet werden.

[0029] Die anschließenden Kühl-, Oberflächenbearbeitungs- und Prüfeinrichtungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da diese im wesentlichen bekannt sind.

[0030] Die beispielsweise veranschaulichten Anlagen bieten ein Optimum an Wirtschaftlichkeit, denn das Produkt wird vom Rohstoff bis zum fertiggeschälten Rohling in einer Hitze, d. h. ohne Abkühlung auf Raumtemperatur, erzeugt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohlinge sind fehlerfrei, da während des Produktionsvorgangs keine Temperaturabsenkungen in solche Temperaturbereiche erfolgen, in denen Spannungsspitzen im Material auftreten, und auch die Warmverformung knetend und schonend bis zum Kern des Blockes erfolgt, wobei insbesondere darauf geachtet wird, daß im Block durch die Verformung keine bzw. keine unzulässig hohen _Zug-spannungen auftreten, die ebenfalls Rißbildung verursachen könnten. Die gesteuerte Abkühlung des Materials erfolgt erst nach der Verformung des Blocks. Auf diese Weise wird ein verformtes Endprodukt geschaffen, welches höchsten Ansprüchen genügt.

[0031] Bei beiden Ausführungsformen der Anlage kann die gesamte Behandlung der Blöcke oder zumindest ein Teil der Verfahrensschritte unter einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise Argon, erfolgen. Es bietet sich an, überall dort, wo die Blöcke längere Zeit verweilen oder extremen Belastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise im Verformungsbereich, eine Einhausung vorzusehen, in der eine Schutzgasatmosphäre erzeugt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von höchstlegierten verformten Stählen und Sonderlegierungen, wobei die Charge erschmolzen, dann metallurgisch bzw. sekundärmetallurgisch behandelt und danach zu Blöcken vergossen wird und die Blöcke verformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gegossenen Blöcke soweit abgekühlt werden, bis sie durchgehend erstarrt sind, wobei die Temperatur jedes Blockes in allen Bereichen stets oberhalb derjenigen kritischen Temperatur liegt, bei der Spannungsrisse auftreten können, und daß die erstarrten Blöcke anschließend auf Verformungstemperatur erwärmt und unmittelbar aus dieser Hitze verformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erstarrten Blöcke in horizontaler Lage auf ihre Verformungstemperatur erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Verfahrensschritte unter einer Schutzgasatmosphäre ausgeführt wird.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Schmelzofen, einem metallurgischen Gefäß, einem Gießstand sowie einer Verformungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des Gießstandes (8) ein Aufheizofen (10) angeordnet ist und daß sich an den Aufheizofen (10) die Verformungseinrichtung (12; 17) unmittelbar anschließt.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießstand (8) und der Aufheizofen (10) im Bereich ein und desselben Krans (11) liegen.

6. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gießstand (8) und dem Aufheizofen (10) ein verfahrbarer Manipulator zum Transport der Blöcke vorgesehen ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufheizofen (10) und der anschließenden Verformungseinrichtung (12; 17) ein Rollgang (16) vorgesehen ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gießstand (8) und dem Aufheizofen (10) eine Warmhalteeinrichtung (14) vorgesehen ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhalteeinrichtung (14) mit einer Temperatursteuerung versehen ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Verformungseinrichtung (12; 17) eine Schmiedemaschine vorgesehen ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine hydraulische Schmiedemaschine (12; 17) vorgesehen ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiedemaschine (12; 17) zwei gegenläufig arbeitende Verformungswerkzeuge aufweist.

Zeichnung