AT508101A1

AT508101A1 - Verarbeitungsweise eines stahlhalbzeuges über die ac1-temperatur

Info

Publication number: AT508101A1
Application number: AT0003510A
Authority: AT
Inventors: Ondrey Ing Stejskal
Original assignee: Comtes Fht As
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2010-10-15
Also published as: CZ301718B6; AT508101B1; DE102009060015A1; CZ2009215A3

Description

·· ·· ·· ···· ···· ···· ······ · · · ······ · t · ······ · ♦ · ♦ · · ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·

Verarbeitungsweise eines Stahlhalbzeuges über die Acl-Temperatur

Technikbereich

Durch die Erfindung wird die Verarbeitungsweise eines Stahlhalbzeuges, insbesondere eines größeren Querschnitts, über die Aci-Temperatur zur Kornverfeinerung und/oder zur Schaffung eines aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehenden Mikrogefuges gelöst.

Bisheriger Stand der Technik

Die herkömmlichen Glühverfahren von Stahlhalbzeugen zur Komverfeinerung oder zur Schaffung eines aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehenden Mikrogefüges, also des gldbularen Perlits erfordern ein Langzeitglühen der Stahlhalbzeuge so, dass die geforderte Temperatur im ganzen Querschnitt konstant ist. Bei Stahlhalbzeugen größeren Querschnitts ist auch ein mehrstündiges Glühen üblich. Das Problem besteht darin, dass die Temperatur durch die Erwärmung im Ofen sich schneller an der Oberfläche als im Inneren des Querschnitts des Stahlhalbzeuges ändert. Nicht nur aus diesem Grund ist also das Glühen mit einem hohen Zeitaufwand verbunden. Bei einer Langzeitglühung knapp unter der Aci-Temperatur, die einige Stunden dauern muss, entstehen in der ferritischem Matrix sphärolithisierte Karbide. Dieses Verfahren kann durch Temperaturschwankung des Stahlhalbzeuges um Aci beschleunigt werden, nichtsdestotrotz verändert sich die Temperatur vor allem auf der Oberfläche und dringt in das Querschnittinnere nur langsam durch. Anschließend kühlt das Stahlhalbzeug langsam kontinuierlich ab, wodurch die Entstehung eines feinen globularen Perlits gewährleistet wird. Dieses Verfahren bringt kein gleichmäßiges Mikrogefuge innerhalb des ganzen Querschnitts, weil dessen Entstehung, insbesondere bei größeren Querschnitten, durch unterschiedliche Bedingungen auf der Oberfläche und im Inneren des Halbzeuges beeinflusst wird.

Wesentlich schneller bildet sich das aus ferritischer Matrix sphärolithisierten Karbiden bestehende Mikrogefuge, wenn das Stahlhalbzeug auf eine Temperatur über Aci mit einer anschließenden langsamen Abkühlung geglüht wird. Auch bei diesem Verfahren ist ein Langzeitglühen des Halbzeuges erforderlich. Bei diesem Verfahren sichert die Austenitisierung des Perlits mit eingeschränkter Homogenisierung des Austenits eine ausreichende Menge von Keimen, aus denen durch die Abkühlung feine und gleichmäßig verstreute Globularkarbide entstehen. Anschließend wird wie bei dem oben beschriebenen Verfahren das Stahlhalbzeug kontinuierlich abgekühlt, wodurch die Entstehung des feinen Λ ·· ···· ···· ···· ·· ·· • · t · · • · · · · t · · · · globularen Perlits gewährleistet wird. Das sphärolithisierte Gefüge steht in Verbindung mit der Absenkung der Härte und der Festigkeitseigenschaften des Werkstoffs.

In dem im Patent US 6,192,472 erfolgt das Glühen des kohlenstoffreichen Stahls durch eine Erhitzung auf die Temperatur von Aci - 20°C, der eine Erhitzung auf die Temperatur von Aci + 20°C oder mehr, mit einer anschließenden schnellen Abkühlung auf die Temperatur Aci folgt. Als weiterer Schritt folgt die Erhitzung des Stahls auf die Temperatur Aci + 20°C und mehr, eine Abkühlung auf 740°C mit anschließender Abkühlung auf 690°C mit einer Geschwindigkeit von 3,5°C/min oder geringer bis auf Raumtemperatur. Durch dieses Verfahren, das sich bei Rohrherstellung in einem Durchlauf-Glühofen bewährt hat, wird die Glühzeit erheblich verkürzt. Bei Stahlhalbzeugen größeren Querschnitts verliert es an Effizienz infolge des Temperaturgefälles im Halbzeugquerschnitt.

In ähnlicher Weise ist die Beschleunigung der Sphärolithisierung von Ferriten im kohlenstoffreichen chromlegierten Lagerstahl im Schriftstück JP 041003715 beschrieben. Die Wärmebehandlung besteht aus der Erhitzung auf die Temperatur von 780 - 820°Cund einer anschließenden Abkühlung unterhalb der Aci-Temperatur mit einer Geschwindigkeit von weniger als 200°C/h. Weiter folgt eine Erhitzung auf eine Temperatur im Berech von Aci bis Aci + 40°C, eine Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb von Aci mit einer Geschwindigkeit unter 200°C/h, Erhitzung auf die Temperatur von Aci bis Aci + 40 °C und eine Abkühlung unterhalb der Ac)-Temperatur mit einer Geschwindigkeit unter 75°C/h.

Gemeinsamer Nachteil der oben genannten Glühungsarten ist, und zwar auch bei Stahlhalbzeugen kleinerer Querschnitte, dass sich die Erhitzung über eine lange Zeit erstrecken muss und von einer anschließenden langsamen gesteuerten Abkühlung gefolgt werden muss, und trotzdem kann auch dadurch keine gleichmäßige Durchwärmung des ganzen Querschnitts des Stahlhalbzeuges gewährleistet werden. Lösungsprinzip

Die Verarbeitungsweise Halbzeuges aus Stahl über die Temperatur Acj, insbesondere eines größeren Querschnitts, zur Komverfeinerung oder zur Schaffung eines aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehenden Mikrogefuges laut der Erfindung besteht darin, dass das Stahlhalbzeug höchetens auf die Aci-Temperatur erhitzt wird, anschließend es der Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über die Aci-temperatur unterzogen wird, und anschließend das Stahlhalbzeug in der üblichen Weise abgekühlt wird. Durch die Umformung wird in das Stahlhalbzeug eine Verformung eingetragen, deren mechanische Energie die Erhitzung des Stahlhalbzeuges auf eine Temperatur über Aci z verursacht, und zwar über dessen ganzem Querschnitt. Die anschließende Abkühlung erfolgt dann durch ein dem jeweiligen Werkstoff entsprechenden herkömmlichen Verfahren. Durch dieses Verfahren kommt es zur Kornverfeinerung und es wird eine aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehendes Mikrogefüge gebildet. Dadurch kommt es zu einer extremen Verkürzung der Wärmebehandlungszeit einerseits sowie zu einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, und zwar über den ganzen Querschnitt des Stahlhalbzeuges.

Zur Verbesserung des Übergangs vom lamellaren in globularen Perlit ist es gut, wenn das Stahlhalbzeug der mechanischen Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über die Ac,-Temperatur unterzogen und anschließend in der herkömmlichen Weise wiederholt langsam unter die Aci-Temperatur abgekühlt wird

Beschreibung der Abbildungen in der beigefugten Zeichnung

In der beigefugten Abb. 1 ist ein die Erhitzung des Stahlhalbzeuges unterhalb der Aci-Temperatur im Glühofen darstellendes Diagramm und die anschließende Temperaturerhöhung über Aci durch mechanische Umformung unter einer Schmiedepresse abgebildet und in Abb. 2 ist ein die wiederholte Erhitzung des Stahlhalbzeuges unterhalb der Aci-Temperatur im Glühofen darstellendes Diagramm und die anschließende wiederholte Temperaturerhöhung über Aci durch mechanische Umformung unter der Schmiedepresse abgebildet.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

Stahlhalbzeug mit Zusammensetzung C 0,44 Gew.-%, Mn 0,75 Gew.-%, Si 0,36 Gew.-%, P 0,01 Gew.-%, S 0,007 Gew.-%, Cr 0,27 Gew.-%, Ni 0,07 Gew.-%, Cu 0,06 Gew.-%, Al 0,009Gew.-%, B 0,001 Gew.-% mit mechanischen Eigenschaften, Kerbschlagzähigkeit KCV mini 45 J/cm2, Dehngrenze Rpo2 = 490 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 670 MPa, Bruchdehnung As = 23% mit einer Mittelgröße des Austenitkoms 29 pm wird im Ofen auf die Temperatur von 710°C erhitzt, was 15°C unterhalb der Aci-Temperatur ist, anschließend wird es der mechanischen Umformung unter der Presse mit einer Proportionalverformung ε = 60% unterzogen. Dadurch wurde im ganzen Querschnitt des Halbzeuges eine Temperaturerhöhung von ca. 40°C über der Aci-Temperatur erreicht. Anschließend wird das Halbzeug auf freier Luft abgekühlt, wodurch folgende mechanische Eigenschaften erreicht wurden,

Kerbschlagzähigkeit KCV mini 62J/cm2, Dehngrenze RP02 = 560 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 670 MPa, Bruchdehnung As= 19% bei gleichzeitiger Komverfeinerung auf Mittelgröße 2μιη.

Beispiel 2

Stahlhalbzeug mit Zusammensetzung C 0,42 Gew.-%, Mn 0,57 Gew.-%, Si 1,99 Gew.-%, P 0.01 Gew.-%. S 0,004 Gew.-%. Cr 1,27 Gew.-%, Ni 0,07 Gew.-%, Cu 0,06 Gew.-%, Al 0,009Gew.-%, B 0,001 Gew.-% mit mechanischen Eigenschaften, Kerbschlagzähigkeit KCV mini 13 J/cm2, Dehngrenze Rpo2= 470 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 895 MPa, Bruchdehnung As = 16% und mit anfänglichem durch proeutektoiden Ferrit mit hohem Anteil an lamellarem Perlit gebildetem Mikrogefuge wird im Ofen 40 Minuten lang auf die Temperatur von 780°C erhitzt,, was in etwa eine Temperatur knapp unterhalb von Aci ist und wird anschließend einer mechanischer Umformung durch Freiformschmieden mit einer proportionalen Verformung von ει = 65% unterzogen. Dadurch kam es über den ganzen Halbzeugquerschnitt zu einer Temperaturerhöhung von etwa 40°C oberhalb der Aci-Temperatur. Daraufhin wird das Halbzeug auf freier Luft abgekühlt, wodurch es zur Entstehung von globularem Perlit in der ferritischen Matrix mit folgenden mechanischen Eigenschaften gekommen war, , Kerbschlagzähigkeit KCV mini 21 J/cm2, Dehngrenze Rp02= 590 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 861 MPa, Bruchdehnung As = 19%. Das in dieser Weise behandelte Halbzeug wird erneut für 40 Minuten im Ofen auf die Temperatur von 780°C erhitzt., wonach es der mechanischen Umformung durch Freiformschmieden mit proportionaler Verformung 82 = 65% unterzogen wird, wodurch es im ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von etwa 40°C über Aci gekommen war. Anschließend wird das Halbzeug auf freier Luft abgekühlt, wodurch es folgende mechanische Eigenschaften gewonnen hat, Kerbschlagzähigkeit KCV mini 62 J/cm2, Dehngrenze Rpo2 = 560 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 870 MPa und Bruchdehnung As = 21,5%. Gleichzeitig kam es zu einer weiteren Erhöhung des Anteils an globularem Perlit aus der vorhergehenden Verarbeitung.

Beispiel 3

Stahlhalbzeug mit Zusammensetzung C 0,42 Gew.-%, Mn 0,57 Gew.-%, Si 1,99 Gew.-%, P 0,01 Gew.-%, S 0,004 Gew.-%, Cr 1,27 Gew.-%, Ni 0,07 Gew.-%, Cu 0,06 Gew.-%, Al 0,009Gew.-%, B 0,001 Gew.-% mit mechanischen Eigenschaften, Kerbschlagzähigkeit KCV mini 13 J/cm2, Dehngrenze Rpo2 = 470 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 895 MPa. Bruchdehnung As= 16% und mit anfänglichem durch proeutektoiden Ferrit mit hohem Anteil an lamellarem Perlit gebildetem Mikrogefuge wird durch Widerstandserhitzung für die Dauer von 10 sauf die Temperatur von 790°C erhitzt und anschließend der mechanischen ······ · · · ······ · · · *···.· ♦ · • · ♦ · · ·· · · ·· ·· ·· ·· ·· Μ ·

Umformung unter der Presse mit proportionaler Verformung 83 = 50% unterzogen, wodurch es über den ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von ca. 30°C über die Act-Temperatur gekommen war. Anschließend wird das Halbzeug auf freier Luft abgekühlt, wodurch es folgende mechanische Eigenschaften bekommen hat, KCV mini 20 J/cm2, Dehngrenze Rpo2 = 573 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 859 MPa und Bruchdehnung As = 20%. Gleichzeitig kam es zu einer Erhöhung des Anteils an globularem Perlit.

Beispiel 4

Stahlhalbzeug mit Zusammensetzung C 0,28 Gew.-%, Mn 1,34 Gew.-%, Si 0,32 Gew.-%, P 0,01 Gew.-%, S 0,008 Gew.-%, Cr 0,44 Gew.-%, Ni 0,46 Gew.-%, Cu 0,09 Gew.-%, Al 0,03 Gew.-%, B 0,001 Gew.-% mit mechanischen Eigenschaften, Kerbschlagzähigkeit KCV mini 40 J/cm2. Dehngrenze Rpo2 = 535 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 750 MPa. Bruchdehnung As = 21% und mit anfänglichem durch proeutektoiden Ferrit gebildetem Mikrogefuge wird im Ofen auf eine Temperatur von 700°C erhitzt und anschließend dem Freiformschmieden mit proportionaler Verformung sl = 50% unterzogen, wodurch es über den ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von ca. 40°C über die Aci-Temperatur gekommen war. Anschließend wird das Halbzeug im Ofen erneut auf eine Temperatur von 700°C erhitzt und dann erneut dem Freiformschmieden mit proportionaler Verformung sl = 45% unterzogen, wodurch es über den ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von ca. 40°C über die Ae 1-Temperatur gekommen war. Anschließend wird das Halbzeug auf freier Luft abgekühlt, wodurch es folgende mechanische Eigenschaften bekommen hat, KCV mini 180 J/cm , Dehngrenze Rpo2 = 495 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 625 MPa und Bruchdehnung As = 27%. Gleichzeitig sind in der ferritischen matrix feine sphärolithisierte Karbide entstanden.

Weiter Nutzungsmöglichkeiten der Erfindung

Die angeführte Verarbeitungsweise des Stahlhalbzeuges kann mit Hilfe von unterschiedlichen Technologien der mechanischen Verarbeitung durchgefuhrt werden, die nicht nur auf Arbeit unter der Presse und Freiformschmieden begrenzt ist. Es können auch andere Technologien angewandt werden, wie Walzen, Ziehen, Ziehen zwischen Walzen, Fließpressen, Gesenkschmieden und ähnlich, und zwar unter Berücksichtigung der Art des Halbzeuges und Anforderungen an resultierende mechanische Eigenschaften. Diesen Umständen kann auch die Art der Erhitzung sowie dessen anschließende Abkühlung angepasst werden. &

Claims

• · • · • · • · • · • t Patentansprüche 1. Verarbeitungsweise -des Stahlhalbzeuges, insbesondere größeren Querschnitts über die Aci-Temperatur zur Komverfeinerung und/oder zur Schaffung eines aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehenden Mikrogefüges, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlhalbzeug höchstens auf die Act-Temperatur erhitzt und anschließend der Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über die Acr Temperatur unterzogen wird, danach wird das Stahlhalbzeug in herkömmlicher Weise abgekühlt.
2. Glühungsweise des Stahlhalbzeuges laut Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlhalbzeug einer Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über die ACr termperatur erhitzt und anschließend wiederholt in herkömmlicher Weise unter die Aci-Temperatur abgekühlt wird. Ί