AT387985B - Verfahren zur herstellung von walzstahl - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Walzstahl, welcher maximal 0, 16% Kohlenstoff,   2, 0%   Mangan und mindestens 0, 03% Aluminium sowie gegebenenfalls bis zu 0, 55% Silicium, 0, 05% Niob,   0, 1%   Vanadium und 10% Nickel, Rest Eisen aufweist und erschmolzen, gegossen, gewalzt bzw. thermomechanisch gestreckt sowie schliesslich einer Wärmebehandlung unterworfen wird. 



   Ein Tieftemperaturstahl etwa der angeführten Zusammensetzung, jedoch mit einem notorischen Nickelgehalt von 8, 5 bis 9, 5%, ist der DE-OS 2030413 entnehmbar. Dieser Stahl erreicht nach einem herkömmlichen Vergüten (Härten und Anlassen) eine Kerbschlagzähigkeit (Charpy-V-Kerbe) von maximal 280 J/cm2 bei einer Übergangstemperatur von   196 C,   eine Streckgrenze von etwa 670   N/mm2   sowie eine Zugfestigkeit von 740   N/mm2.   Ein weiterer Tieftemperaturstahl (mit geringerem Mangangehalt jedoch notorischem Nickelgehalt von 1 bis   4%,   welcher seine Verwendungseigenschaften ebenfalls durch klassisches Vergüten erhält, ist durch die DE-OS 1458403 geoffenbart worden.

   Die DE-AS 1758507 beschreibt dagegen einen bloss wasserabgeschreckten, nickelfreien, gewalzten Tieftemperaturstahl, dessen Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit allerdings relativ hoch, nämlich   bei-90 bis-100 C   liegt. 



   Ausser den vorangeführten, gewalzten und wärmebehandelten Stählen sind Stähle ähnlicher Zusammensetzung bekanntgeworden, bei denen allerdings nach dem Walzen keine Wärmebehandlung vorgesehen ist, so dass deren Eigenschaften nicht an jene des eingangs genannten Stahls heranreichen (vgl. AT-PS Nr. 266898 und DE-OS 2738250). Schliesslich soll nicht unerwähnt bleiben, dass gemäss der GB-PS Nr. 1, 462, 705 bei einem Stahl etwa der eingangs genannten Zusammensetzung nach einem Schweissen eine Wämebehandung empfohlen wird, die ein Austenitisieren und ein Abschrecken mit anschliessendem Tempern umfasst. 



   Bei dem eingangs genannten Tieftemperaturstahl ist nachteilig, dass er zur Erreichung der gewünschten Eigenschaften einerseits notorisch einen relativ hohen Nickelgehalt, anderseits eine aufwendige Wärmebehandlung erfordert ; beide Aspekte bedingen vergleichsweise hohe Gestehungskosten. 



   Ziel der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Walzstahls, welches geringere Legierungs- und Energiekosten als bisher erfordert, dennoch aber einen Tieftemperaturstahl ergibt, dessen Eigenschaften den vorerwähnten gleichkommen. Dieses Ziel wird mit dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Stahl bei der Wärmebehandlung unter Keimzahlerhöhung rasch auf eine Austenitisierungstemperatur erhitzt, auf dieser unter Vermeidung einer Kornvergröberung kurzzeitig gehalten und danach zunächst oberflächlich abgeschreckt wird, wobei sich an der Oberfläche Martensit und im Kern Ferrit und Berlit bilden, worauf eine Luftabkühung unter Wiedererwärmung der Oberfläche durch Wärmeabfluss aus dem Kern erfolgt, wobei an der Oberfläche angelassener Martensit gebildet wird. 



   Das Wesen des erfindungsgemässen Verfahrens besteht somit in einer oberflächlichen Abschreckhärtung mit anschliessendem Anlassen der Oberflächenschicht durch Wärmeabfluss aus dem Kern, also ohne äussere Wärmezufuhr. Durch diese Methode können Zeit und Kosten eines bisher erforderlich gewesenen Anlassens durch Wiedererwärmung in einem Ofen eingespart werden. Ausserdem erweist sich das Tempern von innen nach aussen insofern vorteilhaft, als herkömmliche Eigenschaften schon mit geringeren, jedenfalls nicht notorischen Legierungszusätzen erhalten werden können. 



   Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die angeführte Wärmebehandlung mindestens zweimal durchgeführt wird. 



   Wie in der Zeichnung veranschaulicht, kann die erfindungsgemässe Wärmebehandlung dadurch ausgeführt werden, dass der Walzstahl zunächst einen Induktionsofen mit hoher Aufheizgeschwindigkeit und sodann eine Schnellkühlanlage durchläuft. Im Bedarfsfall können mehrere derartige Heiz- und Kühlstufen aufeinander folgen. 



   Die erfindungsgemässe Wärmebehandlung zielt im Verein mit der Stahlzusammensetzung auf eine äusserst feinkörnige Struktur ab, so dass auch bei niedrigen Temperaturen eine gute Kerbschlagzähigkeit gewährleistet wird. 



   Die chemische Zusammensetzung des verwendeten Stahls ist auf Grund von Erfahrungen gewählt, die im Laufe zahlreicher Versuche gewonnen wurden. Diese Versuche haben ergeben, dass 

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 der Kohlenstoffgehalt umso geringer sein muss, je niedriger die Übergangstemperatur sein soll. Man begrenzt beispielsweise den Kohlenstoffgehalt vorzugsweise mit maximal 0, 08% um eine Übergangstemperatur nach Charpy V-35 J/cm2 von-140 C zu erhalten. 



   Ein Mangangehalt in der Grössenordnung von 1,7% trägt zu der gewollten Festigkeit des Stahls bei, wobei seine Zähigkeit verbessert wird, wogegen etwa 0, 3% Silicium zugesetzt werden, um die Festigkeit zu erhöhen. 



   Man beruhigt den Stahl mit sehr feinem Korn durch Aluminium, um die Schweissbarkeit zu verbessern und die Tendenz zur Alterung beträchtlich zu vermindern. Die Verfeinerung des Korns erhöht im übrigen die   Elastizitätsgrenze.   ebenso wie die Zähigkeit. 



   Niob und/oder Vanadium können gegebenenfalls zugesetzt werden, um eine erhöhte Elastizitätsgrenze sicherzustellen, insbesondere im Fall grosser Durchmesser. 



   Nickel wird zugesetzt, um Übergangstemperaturen   unter-140 C   zu garantieren. Für eine Kerbschlagzähigkeit nach Charpy V-35 J/cm2   bei-196 C   wird der Nickelgehalt zwischen 5 und 10% gewählt. 



   Die Vorteile des Verfahrens gemäss der Erfindung ergeben sich klar aus sechs Versuchen, die im folgenden beschrieben werden :
1. Ein natürlicher Hartstahl für Betonbewehrungsstähle mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0, 35% ergab als Charakteristikum eine genügende Zugspannung, deren Elastizitäts- grenze im Bereich von 400 MPa lag. Indessen betrug die Übergangtemperatur beim Ver- such nach Charpy V und einer Kerbschlagzähigkeit von 35 J/cm2 +   20 C.   Dieser Stahl wies also keinerlei Zähigkeit bei niederer Temperatur auf, und seine Schweissbarkeit war mässig. 



   2. Ein Stahl mit einem begrenzten Kohlenstoffgehalt von 0, 18%, der der Behandlung gemäss der Erfindung unterworfen wurde, zeigte in gleicher Weise zufriedenstellende Zugeigen- schaften. Eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Beispiel 1 liess sich jedoch hin- sichtlich der Dehnung und insbesondere der Übergangstemperatur feststellen, die auf   - 65 C   absank. Der Stahl erwies sich als schweissbar. 



   3. Die Verarbeitung eines Stahls mit der eingangs angegebenen Zusammensetzung (ohne
Nickel), welcher aber der erfindungsgemässen Wärmebehandlung nicht unterworfen wurde, ergab ungenügende mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Elastizitätsgrenze und der Festigkeit. Die Dehnung war jedoch erhöht. Die Übergangstemperatur lag indessen bereits auf demselben Niveau wie im Beispiel 2., bei dem die Wärmebehandlung gemäss der
Erfindung angewendet worden war. 



   4. Ein Stahl der eingangs genannten chemischen Zusammensetzung (ohne Nickel) ergab nach der thermischen Behandlung gemäss der Erfindung eine Verbesserung in zweifacher Hin- sicht, nämlich a) genügende mechanische Eigenschaften und eine erhöhte Dehnung sowie b) eine sehr tiefe   Übergangstemperatur,     nämlich -140oC.   



   5. Ein Stahl der gegenständlichen Zusammensetzung, jedoch mit 9% Nickel, wies ohne
Wärmebehandung eine Übergangstemperatur nach Charpy V-35 J/cm2 von-50 C auf. 



   6. Der gleiche Stahl mit 9% Nickel, dessen Kerbschlagzähigkeit   bei-196 C   normalerweise nur mit Hilfe langwieriger thermischer Behandlungen realisierbar ist, nämlich durch Doppel- normalisieren und Anlassen oder Härten sowie nochmaliges Anlassen, erreicht eine Über- gangstemperatur   von -196OC,   wenn man die erfindungsgemässe thermische Behandlung vor- nimmt. 



   Die sechs Beispiele sind in der nachfolgenden Tabelle in gedrängter Weise zusammengestellt. 

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 EMI3.1 
 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> Beispiel <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb> Stahlsorte <SEP> 0=0,35% <SEP> c=0,18% <SEP> C=0,08% <SEP> C=0,08% <SEP> 9% <SEP> Ni <SEP> 9% <SEP> Ni
<tb> halb <SEP> beruhigt <SEP> halb <SEP> beruhigt <SEP> beruhigt <SEP> beruhigt <SEP> beruhigt <SEP> beruhigt
<tb> Erfindungsgenässe <SEP> Wärme-nein'ja <SEP> nein <SEP> ja <SEP> nein <SEP> ja
<tb> behandlung
<tb> Elastizitätsgrenze <SEP> (MPa) <SEP> 435 <SEP> 485 <SEP> 330 <SEP> 500 <SEP> 850 <SEP> 700
<tb> Festigkeit
<tb> (MPa)

   <SEP> 640 <SEP> 580 <SEP> 510 <SEP> 590 <SEP> 980 <SEP> 920
<tb> Dehnung <SEP> 5 <SEP> d
<tb> in <SEP> % <SEP> 19 <SEP> 32 <SEP> 33 <SEP> 36 <SEP> 14 <SEP> 21
<tb> Übergangstemperatur
<tb> in <SEP> OC <SEP> Kerb- <SEP> 
<tb> Schlagzähigkeit <SEP> +20-65 <SEP> -65 <SEP> -140 <SEP> -50 <SEP> -196
<tb> Charpy <SEP> V <SEP> bei
<tb> 35J/cm'
<tb> 
 
Die günstigen, mit der Erfindung erzielbaren Eigenschaften nämlich Schweissbarkeit, hohe Elastizitätsgrenze und Festigkeit sowie Kerbschlagzähigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen, werden an einem weiteren Beispiel demonstriert :
Stahlstähle mit der Zusammensetzung 
0, 16% C
2, 00% Mn
0, 55% Si etwas mehr als 0, 03% Al bis zu 0, 05% Nb (kein Ni, kein V)
Rest Eisen wurden in herkömmlicher Weise warmgewalzt und luftgekühlt. Danach wurden sie binnen 30 s auf 
 EMI3.3 
 herkömmliche Luftkühlung. 



   An diesen Stäben wurden folgende Werte gemessen : 
Streckgrenze... 470 N/mm2
Bruchfestigkeit... 535   N/mm2  
Kerbschlagarbeit für eine Charpy-V-Probe   bei -120oC...   180 J.

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Verfahren zur Herstellung von Walzstahl, welcher maximal 0, 16% Kohlenstoff, 2, 0% Mangan und mindestens 0, 03% Aluminium sowie gegebenenfalls bis zu 0, 55% Silicium, 0, 05% Niob, 0, 1% Vanadium und 10% Nickel, Rest Eisen aufweist und erschmolzen, gegossen, gewalzt bzw.

   thermomechanisch gestreckt sowie schliesslich einer Wärmebehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl bei der Wärmebehandlung unter Keimzahlerhöhung rasch auf eine Austenitisierungstemperatur erhitzt, auf dieser unter Vermeidung einer Kornvergröberung kurzzeitig gehalten und danach zunächst oberflächlich abgeschreckt wird, wobei sich an der Oberfläche Martensit und im Kern Ferrit und Perlit bilden, worauf eine Luftabkühung unter Wiedererwärmung der Oberfläche durch Wärmeabfluss aus dem Kern erfolgt, wobei an der Oberfläche angelassener Martensit gebildet wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung mindestens zweimal durchgeführt wird.