CH619984A5

CH619984A5 - Process for eliminating the harmful effects, arising due to straightening or stretching, of the Bauschinger effect in austenitic steels

Info

Publication number: CH619984A5
Application number: CH795176A
Authority: CH
Inventors: Helmut Dr Ing Brandis; Werner Dr Ing Schmidt; Winfried Dr Ing Heimann
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke Ag
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1980-10-31
Also published as: FR2316335B1; NO762291L; NO140680C; ATA482476A; DE2529450A1; AT375678B; FR2316335A1; NO140680B; GB1541072A

Description

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2 2nd

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Beseitigung der durch das Richten oder Recken auftretenden schädlichen Auswirkung des Bauschinger-Effekts bei lösungsgeglühten und abgeschreckten austeniti-schen Stählen, dadurch gekennzeichnet, dass bei Temperaturen unterhalb der Spannungsfreiglühtemperatur im Bereich von 400 bis 650°C geglüht wird. PATENT CLAIM Process for eliminating the harmful effects of straightening or stretching of the Bauschinger effect in solution-annealed and quenched austenitic steels, characterized in that annealing is carried out at temperatures below the stress relief annealing temperature in the range of 400 to 650 ° C.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung der durch das Richten oder Recken auftretenden schädlichen Auswirkung des Bauschinger-Effekts bei lösungsgeglühten und abgeschreckten austenitischen Stählen. The invention relates to a method for eliminating the damaging effect of the Bauschinger effect that occurs in straightening or stretching in solution-annealed and quenched austenitic steels.

Teile aus austenitischen Stählen werden häufig im Laufe ihrer Herstellung kaltverformt, z. B. durch Kaltstauchen, Gewinderollen, Biegen, Kaltwalzen, aber auch beim Richten oder Recken von Teilen, z. B. Blechen, um sie geradezurichten bzw. plan zu machen. Durch die Kaltverformung ergeben sich unterschiedliche Werte der Elastizitätsgrenze, in Zugrichtung einerseits und in Druckrichtung andererseits. In Richtimg der Beanspruchung bei der Kaltverformung steigt die Elastizitätsgrenze, fällt aber in der entgegengesetzten Richtung stark ab. Diese Erscheinung ist als Bauschinger-Effekt bekannt. Das Auftreten des Bauschinger-Effekts führt in der Praxis dazu, dass ein Teil in einer Beanspruchungsrichtung zwar die geforderte Elastizitätsgrenze erreicht, jedoch nicht auch in der entgegengesetzten Richtung. Ist diese entgegengesetzte Richtung, in der die geforderte Elastizitätsgrenze nicht erreicht wird, gerade die Beanspruchungsrichtung des Teils, besteht die Gefahr unzulässiger Verformung mit eventuellen Folgeschäden. Parts made of austenitic steels are often cold worked in the course of their manufacture, e.g. B. by cold upsetting, thread rolling, bending, cold rolling, but also when straightening or stretching parts, e.g. B. sheets to straighten them or make them flat. The cold deformation results in different values for the elastic limit, in the direction of tension on the one hand and in the direction of compression on the other. The elastic limit increases in the direction of the strain during cold forming, but drops sharply in the opposite direction. This phenomenon is known as the Bauschinger effect. In practice, the occurrence of the Bauschinger effect means that a part in one direction of stress does reach the required elastic limit, but not in the opposite direction. If this opposite direction, in which the required elastic limit is not reached, is the direction of stress on the part, there is a risk of inadmissible deformation with possible consequential damage.

An sich ist es zur Aufhebung des Bauschinger-Effekts möglich, die Teile nach der Kaltverformung spannungsfrei zu glühen. Es gibt jedoch Fälle, wo dies nicht möglich ist. Der eine Fall ist der, dass die Kaltverformung bewusst zur Erhöhung der Festigkeit des Werkstoffs vorgenommen wird. As such, to eliminate the Bauschinger effect, it is possible to anneal the parts stress-free after cold working. However, there are cases where this is not possible. One is that cold forming is deliberately carried out to increase the strength of the material.

Dieser festigkeitsverbessernde Einfluss der Kaltverformung würde durch eine Spannungsfreiglühung wieder vollkommen aufgehoben werden, so dass hier das Spannungsfreiglühen keine Lösung des Problems bringt. This strength-improving influence of cold working would be completely eliminated by stress relief annealing, so that stress relief annealing does not solve the problem.

In anderen Fällen kann ein Spannungsfreiglühen aus anderen Gründen nicht möglich sein, z. B. wenn sich die Teile dann in unzulässiger Weise verziehen oder verzundern. Ein Beispiel hierfür ist das Recken von Blechen, um sie plan zu machen, und das Richten von Stäben. Durch das Kaltrecken tritt der In other cases, stress relief annealing may not be possible for other reasons, e.g. B. if the parts warp or scale in an impermissible manner. An example of this is the stretching of sheets to make them flat and the straightening of bars. The cold stretching occurs

Bauschinger-Effekt auf. Würde man die Bleche nach dem Recken zur Aufhebung des Bauschinger-Effekts spannungsfreiglühen, würden sich die Bleche erneut verziehen und müss-ten wieder kaltgereckt werden, um die Planheit wiederherzu-s stellen. Das Richten erfolgt mit ganz geringer Kaltverformung, die unterhalb von 5 % des Ausgangsquerschnitts, z. B. bei 0,2% liegt. Es handelt sich hierbei nicht um eine Kaltverformung von 30%, 40%, oder sogar bis über 60% mit dem Ziel einer Querschnittsminderung zur Erzielung besonderer Eigen-lo schatten, sondern mit dem des Richtens. Man wird daher nur gerade soviel kaltverformen, wie es zum Richten des Teils unbedingt erforderlich ist. Bauschinger effect. If the sheets were annealed to relieve the Bauschinger effect after stretching, the sheets would warp again and would have to be cold-stretched again to restore flatness. Straightening takes place with very little cold deformation, which is below 5% of the initial cross section, for. B. is 0.2%. It is not a cold deformation of 30%, 40%, or even up to more than 60% with the aim of reducing the cross-section to achieve special properties, but with that of straightening. Therefore, you will only cold-deform as much as is absolutely necessary to straighten the part.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es nun, den Bauschinger-Effekt, wie er auftritt beim Richten von Teilen aus js lösungsgeglühten und abgeschreckten austenitischen Stählen wenn auch nicht zu beseitigen, so doch seine Auswirkungen unschädlich zu machen. Die zu lösende Aufgabe besteht also darin, die von einem gerichteten oder gereckten Teil aus auste-nitischem Stahl geforderte Elastizitätsgrenze sowohl in Zug-20 als auch gleichzeitig in Druckrichtung zu erreichen, ohne dass andere Festigkeits- und Zähigkeitskenngrössen oder sonstige Eigenschaften nachteilig beeinflusst werden. The aim of the present invention is now to eliminate the effects of Bauschinger, as it occurs when straightening parts made of solution-annealed and quenched austenitic steels, but not to harm them. The task to be solved is therefore to achieve the elastic limit required by a straightened or stretched part made of austenitic steel, both in tension 20 and simultaneously in the direction of compression, without adversely affecting other strength and toughness parameters or other properties.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Stähle bei Temperaturen im Bereich von 25 400 bis 650°C, unterhalb der Spannungsfreiglühungstempera-tur geglüht werden. Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Glühung bei einer Temperatur indem angegebenen Bereich unterhalb der Spannungsfreiglühtemperatur hat überraschenderweise zu einer Lösung des vorgenannten Problems geführt. 30 Wie anhand des nachfolgenden Beispiels gezeigt wird, ist zwar der Bauschinger-Effekt nicht beseitigt worden, jedoch ist die Elastizitätsgrenze sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung auf Werte erhöht worden, die jeweils über den Werten im kaltverformten Zustand lagen. Nach der erfindungsgemäss 35 vorgeschlagenen Glühbehandlung weisen die Teile also jedenfalls die Elastizitätsgrenzenwerte in beiden Richtungen auf, die von dem Teil gefordert werden. Andererseits sind die übrigen mechanischen Eigenschaften wie 0,2-Grenze, Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit, durch die erfindungsgemässe Glüh-40 behandlung nicht verschlechtert worden. Das gilt auch für das Korrosionsverhalten. To achieve this object, it is proposed according to the invention that the steels are annealed at temperatures in the range from 25 400 to 650 ° C., below the stress relief annealing temperature. The annealing proposed according to the invention at a temperature in the specified range below the stress relief annealing temperature has surprisingly led to a solution to the aforementioned problem. 30 As the example below shows, the Bauschinger effect has not been eliminated, but the elastic limit in both the tensile and compressive directions has been increased to values that were above the values in the cold-formed state. After the annealing treatment proposed in accordance with the invention, the parts in any case have the elastic limit values in both directions that are required by the part. On the other hand, the other mechanical properties such as 0.2 limit, tensile strength and impact strength have not been deteriorated by the annealing treatment according to the invention. This also applies to the corrosion behavior.

Peispiel Example

Der Untersuchung wurde ein Stahl 4X CrNiMnMoN 45 23 17 5 (Werkstoff-Nr. 3974) mit folgender Analyse zugrunde gelegt: The investigation was based on a steel 4X CrNiMnMoN 45 23 17 5 (material no.3974) with the following analysis:

C Si Mn P S Cr Mo Ni N Nb C Si Mn P S Cr Mo Ni N Nb

ë0,05 êl,0 4,5-6,5 0,025 0,025 21,0-25,0 2,7-3,7 15,0-18,0 0,30-0,50 â0,30 ë0.05 êl, 0 4.5-6.5 0.025 0.025 21.0-25.0 2.7-3.7 15.0-18.0 0.30-0.50 â0.30

Gemessen wurde die Elastizitätsgrenze (0,01%-Dehn-grenze) für 3 verschiedene Zustände und zwar jeweils sowohl im Zugversuch als auch im Druckversuch. Die gemessenen Werte sind in dem beigefügten Diagramm aufgetragen. Im Zustand A lag der Stahl im lösungsgeglühten Zustand (1020°C/Wasser) vor, im Zustand B waren die Proben nach dem Lösungsglühen um 0,2% kaltgereckt und im Zustand C war nach dem Lösungsglühen und Kaltrecken um 0,2% die erfindungsgemäss vorgeschlagene Glühbehandlung (lh 500°C/ Luft) durchgeführt worden. The elastic limit (0.01% proof stress) was measured for 3 different conditions, both in the tensile test and in the compression test. The measured values are plotted in the attached diagram. In state A, the steel was in the solution-annealed state (1020 ° C./water), in state B the samples were cold stretched by 0.2% after solution annealing, and in state C after the solution annealing and cold stretching by 0.2% according to the invention proposed annealing treatment (lh 500 ° C / air).

Bei Betrachtung der im Diagramm aufgetragenen Werte für die Elastizitätsgrenze ergibt sich, dass diese im lösungsgeglühten Zustand A sowohl beim Zug- als auch beim Druckversuch jeweils 360 N/mm2 betrugen. Durch das Kaltrecken um 0,2% (Zustand B) erhöhte sich die Elastizitätsgrenze im Zugversuch mit 545N/mm2 zwar beträchtlich über den im Zustand A gemessenen Wert, jedoch fiel gleichzeitig der Wert der Elastizitätsgrenze in Gegenrichtung (Druckversuch) mit 225 N/ mm2 erheblich unter dem Wert, der im Zustand A ermittelt wurde. Looking at the values for the elastic limit plotted in the diagram, it was found that in solution-annealed condition A they were 360 N / mm2 in both the tensile and compression tests. Cold stretching by 0.2% (state B) increased the elastic limit in the tensile test with 545N / mm2 considerably above the value measured in state A, but at the same time the value of the elastic limit in the opposite direction (compression test) fell significantly with 225 N / mm2 below the value determined in state A.

55 Nach Durchführung der erfind"ngsgemässen Glühbehandlung (Zustand C) erhöhte sich nicht nur der Wert der Elastizitätsgrenze im Zugversuch nochmals gegenüber dem Zustand B und betrug 637 N/mm2, sondern - und dies ist das eigentlich Entscheidende - es erhöhte sich auch der Wert der im Druck- 55 After carrying out the annealing treatment according to the invention (state C), not only did the value of the elastic limit in the tensile test increase again compared to state B and was 637 N / mm 2, but - and this is actually the decisive factor - the value of the in print-

60 versuch gemessenen Elastizitätsgrenze gegenüber dem Ausgangszustand A auf 435 N/mm2. Im Zustand C differieren zwar ebenso wie im Zustand B die im Zug- und im Druckversuch gemessenen Werte der Elastizitätsgrenze (Bauschinger-Effekt), der also durch die erfindungsgemässe Glühbehandlung 60 tests measured elastic limit compared to the initial state A to 435 N / mm2. In state C, as in state B, the values of the elastic limit (Bauschinger effect) measured in the tensile and compression tests differ, that is to say by the annealing treatment according to the invention

65 nicht beseitigt wurde, jedoch weist der Stahl sowohl in Zug- als auch gleichzeitig in Druckrichtung bessere Werte der Elastizitätsgrenze auf als im lösungsgeglühten Zustand A und im geringfügig durch das Richten kaltverformten Zustand B, so 65 has not been eliminated, however, the steel has better values of the elastic limit both in the direction of tension and in the direction of compression than in the solution-annealed state A and in the state B slightly deformed by the straightening, see above

dass der Bauschinger-Effekt sich nicht nachteilig auswirken kann. that the Bauschinger effect cannot have an adverse effect.

Gleichzeitige Messungen der 0,2-Grenze sowie der Zugfestigkeit ergaben, dass diese Eigenschaften durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene Glühbehandlung nicht verschlechtert werden, sondern sich sogar geringfügig verbessert hatten. Simultaneous measurements of the 0.2 limit and the tensile strength showed that these properties were not worsened by the annealing treatment proposed according to the invention, but had even improved slightly.

Dass man mit der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Glü- That with the glow proposed according to the invention

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hung im Bereich von 400 bis 650°C eine Beseitigung des durch die vorhergegangene beim Richtvorgang verursachte geringe Kaltverformung aufgetretenen Bauschinger-Effekts erreichen kann, war nicht vorhersehbar. Der Fachmann musste anneh-s men, dass dies nur durch eine Spannungsfreiglühung möglich sein würde, die aber, wie einleitend dargelegt, für die Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems nicht herangezogen werden konnte. It was not foreseeable that the removal of the Bauschinger effect caused by the previous cold deformation caused by the straightening process in the range of 400 to 650 ° C could not be eliminated. The person skilled in the art had to assume that this would only be possible by relieving stress, but, as explained in the introduction, could not be used to solve the problem on which the invention is based.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings