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Die Erfindung betrifft einen warmfesten niobhaltigen Feinkornbaustahl für Grobbleche und Schmiede- stücke zur Herstellung von Kesseltrommeln und andern Druckbehältern. Es ist bekannt, derartigen Stählen zur Verfeinerung des Primär- und Sekundärgefüges Niob in der Grössenordnung von 0, 03 bis 0, 06% zuzuge- ben. Niob-Gehalte dieser Grössenordnung bewirken eine wesentliche Verbesserung der Zähigkeit und eine Erhöhung der Warmstreckgrenze. Sie verursachen jedoch eine Empfindlichkeit des Stahles gegenüber "stress relief cracking".
Hiebei handelt es sich um Risse, die durch Lösungsvorgänge beim Schweissen und durch Ausscheidungsvörgänge, bevorzugt auf den Primärkorngrenzen beim Spannungsfreiglühen, im Schweissnaht- übergangsgebiet entstehen.
Die Empfindlichkeit eines Stahles gegenüber dieser Rissart kann durch einen Relaxationsversuch nach Murray geprüft werden. Das Prüfverfahren ist beschrieben in "British Welding Journal", Aug. 1967, S. 447 und folgende. Die warmfesten Stähle mit Niobgehalten zwischen 0,03 bis 0, 06% haben bei dieser Prüfung eine Standzeit von nur wenigen Sekunden.
Zum Stand der Technik gehört durch die franz. Patentschrift Nr. 1. 515. 961 ein schweissbarer Feinkornbaustahl mit erhöhter Kerbschlagzähigkeit. Dieser Stahl, der im wesentlichen 0, 09 bis 0, 16% C ; 0, 02 bis 0, 06% Nb ; 0, 4 bis 0, 7% Mo ; 0, 3 bis 0, 8% Ni und 1, 0 bis l, 6% mon enthält, muss im Anschluss an das Abschrecken oberhalb von 6000C angelassen werden. Ausserdem ist für Hochleistungsketten durch die deutsche Auslegeschrift 1608155 ein schweissbarer Stahl mit u. a. 0, 15 bis 0, 35% C ; 0, 01 bis 0, 06% Nb und 0, 01 bis 0, 06% Ta bekannt. Bei diesem Stahl wird ein Mindestkohlenstoffgehalt von 0, 15%, vorzugsweise 0, 25%, als ausschlaggebend angesehen. Der Stahl wird im vergüteten Zustand verwendet.
Bei den bekannten warmfesten Stählen Bir Kesseltrommeln werden die optimalen mechanischen Eigenschaften durch eine Luft- oder auch Wasservergütung erreicht. Dabei werden die Stähle normalgeglüht und nach Luftabkühlung oder Wasserabschreckung anschliessend angelassen. In diesem Zustand weisen sie ihre günstigste Schweiss eignung auf, so dass sie normalerweise vor dem Schweissen in der genannten Weise wärmebehandelt werden. Nach dem Schweissen ist in der Regel ein Spannungsfreiglühen erforderlich, das unter Umständen mehrfach wiederholt werden muss.
Ausgehend von diesem Stand der Technik wird die Aufgabe der Erfindung darin gesehen, bei einem warmfesten, feinkörnigen, nioblegierten Baustahl für Grobbleche und Schmiedestücke zur Herstellung von Kesseltrommeln und andern Druckbehältern sehr gute Zähigkeitseigenschaften und eine hohe Warmstreckgrenze mit einer Unempfindlichkeit gegenüber dem stress relief cracking zu verbinden und die Wärmebehandlung zu vereinfachen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Stahl die folgende Zusammensetzung auf-
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Mo 0, 20 bis 0, 40%, Cr 0, 20 bis 0, 40%, Nb 0, 005 bis 0, 015%, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
Überraschenderweise hat der geringe Nib-Gehalt von 0, 005 bis 0, 015% wohl die Wirkung, dass er die Zähigkeit und die Warmstreckgrenze wesentlich verbessert ; jedoch wird die Empfindlichkeit des Stahles ge-
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Stahl Standzeiten von etwa 30 min.
DieAnlassbehandlung der bekannten Vergütungsstähle erfolgt bei Temperaturen zwischen 580 und 750 C,
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kommt es zu einer unzulässigen Beeinträchtigung der Schweissverbindung bzw. des eingebrachten Schweissgutes. Ausserdem sind die bekannten Vergütungsstähle in aller Regel im nicht angelassenen Zustand kaum schweissgeeignet. Durch die Abstimmung der einzelnen Legierungsbestandteile des erfindungsgemässen Stahles aufeinander wurde einmal erreicht, dass die Temperatur für die Anlassbehandlung und das Spannungsfreiglühen nach demSchweissen übereinstimmen können.
Zum andern bewirken der niedrige Kohlenstoffgehalt, die Feinkörnigkeit und die Zähigkeit des Werkstoffs und auch seine Widerstandsfähigkeit gegen stress relief cracking, dass seine Schweiss eignung ausreicht, um ein Schweissen im lediglich normalgeglühten, nicht angelassenen Zustand zu ermöglichen.
Diese beiden Eigenschaften, nämlich gleiche Temperatur für Anlassen und Spannungsfreiglühen und
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sparen und mit dem ohnehin erforderlichen Spannungsfreiglühen nach dem Schweissen zusammenzulegen. Auf diese Art kann mit dem erfindungsgemässen Stahl unter Einsparung eines ganzen Arbeitsganges ein preisgünstigeres, gleichwertiges Produkt als mit den Stählen nach dem Stand der Technik hergestellt werden. Bei dem erfindungsgemässen Stahl wird die Schweiss eignung dadurch optimal eingestellt, dass nur geringe Mengen von sich gegenseitig in bezug auf die Warmstreckgrenze positiv beeinflussenden Legierungselemen-
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ten verwendet werden, so dass mit dem geringsten Legierungsaufwand die grösstmögliche Wirkung erzielt wird.
Beim Normalglühen und beim Austenitisieren vor einer Vergütungsbehandlung vor allem dicker Ble- ehe und dickwandiger Teile tritt ein häufig beobachteter Wärmebehandlungsfehler auf. Der A. 3-Punkt wurde zwar überschritten, doch die Haltezeit vor allem in der Kernzone reichte nicht aus, um eine vollständige aUmwandlung zu erzielen. Das Sekundärgefüge lässt dann verschiedene Gefügeformen nebeneinander erkennen, die eine gröbere und eine mittlere Korngrösse und geringere Zähigkeiten bewirken.
Zur Vermeidung dieses Fehlers schlägt die Erfindung vor, dass das Normalglühen der aus dem Stahl gewalzten Bleche und der Schmiedestücke zunächst bei etwa 900C über A, 3 erfolgt-das ist rund 60 C über der üblichen Austenitisie- rungstemperatur-und die Bleche dann langsam auf etwa 20 bis 300C über Ac3 abgekühlt und nach Temperaturausgleich auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Dieses Abkühlen kann entweder an ruhender Luft oder beschleunigt, z. B. in Wasser, erfolgen. Das Anlassen und Spannungsfreiglühen der fertig zusammengeschweissten Werkstücke erfolgt vorteilhaft mit einer Haltezeit, deren Dauer in Minuten etwa dem 2-bis 3-fachen der Blechdicke in mm entspricht. Dabei wird auch ein zuverlässiger Abbau der Spannungen erreicht.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Ein Stahl der Zusammensetzung C 0, 14%, Si 0, 37%, Mn 1, 30%, P 0, 010%, S 0,012%, Al 0,031%, Cr 0, 33%, Mo 0,33%, Ni 1, 01%, Nb 0, 007%, Rest Eisen wurde bei 9900C normalgeglüht, nach Temperaturausgleich im Ofen auf 9200C abgekühlt und dann nach weiterem Temperaturausgleich an ruhender Luft abgekühlt und anschliessend bei 6100C angelassen mit einer Haltezeit von 3 min je mm Blechdicke-das waren bei 40 mm 120 min. Anschliessend erfolgte Abkühlung an ruhender Luft. Die Ergebnisse der Prüfung auf Streckgrenze, Festigkeit, Kerbschlagzähigkeit und der Übergangstemperatur an Pellini-Proben sind als Mittelwert ver- schiedener Einzelversuche in der folgenden Tabelle unter a) angegeben.
Zum Vergleich wurden Stahlbleche der gleichen Schmelze bei 9300C normalgeglüht, im übrigen wie vorstehend wärmebehandelt. Die Ergebnisse sind unter b) wiedergegeben.
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<tb>
<tb>
Behand-Streckgrenze <SEP> Festigkeit <SEP> Kbz. <SEP> ak <SEP> ISO-Spitzk.-PE <SEP> Übergangs- <SEP>
<tb> lung <SEP> kp/mm2 <SEP> kp/mm-20 <SEP> quer <SEP> 0 quer <SEP> temp. <SEP> C
<tb> a) <SEP> 53, <SEP> 0 <SEP> 67, <SEP> 2 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 17, <SEP> 2-50
<tb> b) <SEP> 52, <SEP> 2 <SEP> 65, <SEP> 8 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 9, <SEP> 0-20 <SEP>
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Die Ergebnisse der technologischen Prüfung zeigen, dass die Festigkeit und die Streckgrenze durch die erfindungsgemässe Behandlung nur unwesentlich, die Zähigkeitswerte jedoch deutlich angehoben wurden. Die Murray-Probe ergab für beide Behandlungsarten Standzeiten von etwa 30 min. Das günstige Verhalten im Relaxationsversuch nach Murray kann also schon allein durch die erfindungsgemässe Zusammensetzung des Stahles auch bei einer ungünstigeren Wärmebehandlung erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Warmfester, niobhaltiger Feinkornbaustahl für Grobbleche und Schmiedestücke zur Herstellung von Kesseltrommeln und andern Druckbehältern, gekennzeichnet durch die folgende chemische Zusam- mensetzung in % :
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bis 0,40, Mo 0,20 bis 0,40, Nb 0,005 bis 0,015, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
2. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen durch Zusammenschweissen von Blechen und Schmiedestücken aus Stahl der Zusammensetzung des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche und Schmiedestücke in lediglich normalgeglühtem Zustand zusammengeschweisst werden und dass nach dem Schweissen bei einer Temperatur in einem Arbeitsgang das Anlassen und das Spannungsfreiglühen erfolgt.