DD156988B1 - PREPARATION OF A TI-MICRO-ALLOY PAYMENT STEEL - Google Patents

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DD156988B1 DD22702381A DD22702381A DD156988B1 DD 156988 B1 DD156988 B1 DD 156988B1 DD 22702381 A DD22702381 A DD 22702381A DD 22702381 A DD22702381 A DD 22702381A DD 156988 B1 DD156988 B1 DD 156988B1
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Manfred Orosz
Bernd Schuetz
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Manfred Orosz
Bernd Schuetz
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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Τΐ-mikroiegterten Vergütungsstrahles für dickwandige Stahlgußerzeugnisse.The invention relates to the production of a Τΐ-micro-hardened tempering beam for thick-walled cast steel products.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei der Herstellung von Stahlschmelzen für Vergütungsstahlguß im Lichtbogenofen werden Aluminium oder Al-haltige Legierungen für die Desoxydation verwendet. Auf Grund unterschiedlicher Desoxydationsbedingungen schwankt das Ausbringen beim Aluminium erheblich, so daß die Al-Restgehalte sehr stark steuern. Das Desoxydationsmittel Aluminium hat die Eigenschaft, mit den im Stahl gelösten Elementen,.wie z. B. Stickstoff, zu reagieren, wobei submikroskopische Ausscheidungen im Gefüge und auf den Komgrenzen entstehen können. Vergütungsstähle enthalten außerdem höhere Gehalte an karbidbildenden Elementen, wie z. S. Mangen, Chrom und Molybdän. Die Umsetzung des Kohlenstoffes mit diesen Elementen kann ebenfalls beim Abkühlen zu submikroskopischen Ausscheidungen an den Korngrenzen führen. Die Reaktion des Restaluminiums mit dem Stickstoff oder des Kohlenstoffs mit den karbidbildenden Elementen ist um so intensiver, je langsamer die Abkühlungsgeschwindigkeit bzw. je größer der Abkühlungsmodul des Gußstückes ist. Die submikroskopischen Ausscheidungen stellen spitze Kerben dar, die unter Spannungen oder Belastung zur Entstehung hoher Spannungskonzentrationen bzw. zum Bruch in diesem Bereich führen können. Zur Vermeidung der submikroskopischen Aluminiumnitridausscrieidungen werden in der Praxis hohe AbküMungsgeschwindigkeiten, definierte Al-Gehalte oder Ti-Gehalte von 0,05% vorgeschlagen. (44.Internationale Gießereikongreß Florenz 1977 v. K.E.Höner und S. Baliktey, S. 138) In der Praxis lassen sich derartige Ausscheidungen nicht oder nur unzureichend vermeiden, so daß beim Abkühlen infolge der auftretenden Spannungen bevorzugt Risse in dickwandigen Gußstücken entstehen, die zu schweren Schäden an diesen Gußstücken führen können. Aus der deutschsprachigen Zeitschrift .Gießerei", 1979, Seiten 35 bis 39, ist bekannt, daß Ti-Gehalte über 0,04% ebenso versprödend wirken wie Aluminiumnitridausscheidungen. Die Verwendung einer schweißbaren, höherfesten und schwingungsbeanspruchten Stahilegiamng für Stahlgußerzeugnisse ist aus der BRD-Patentschrift 2239092 bekannt. Die Stahllegierung hat folgende Zusammensetzung; 0,02 bis 0,15% C, 0,10 bis 1,0% Si, 0,10 bis 2,5% Mn, 0,01 bis 0,2% Al, 20-200 ppm Stickstoff, 0,01 bis 0,1% Niob und Tantal, 0,01 bisO,2%V,0,01 bis0,2%Ti,0,1 bisO,2%Zr. Rest Eisen mitüblichen Verunreinigungen. Mit dieser Legierung sollen Stahlgußerzeugnisse hergestellt werden, die nach einem Lösungsglühen eine Streckgrenze von mehr als40kp/mrn2, eine Kerbschlagzähigkeit von mehr als 6kpm/mm2und ein Dauerfestigkeitsverhältnis (an ungekerbten Randproben) Oo/Oe von mehr als 0,45 aufweisen. In der Offenlegungsschrift 2517164 (Zusatz zum Patent 22 39 092) wird diese Legierung auch für dickwandige Stahlgußerzeugnisse verwendet. Danach soll im Inneren der dickwandigen ausscheidungsgehärteten Stahlgußstücke bei Luftabkühlung von Lösungstemperaturen mit Mindeststreckgrenzen von 30kp/ mm2 ein deutlicher Festigkeitsanstieg gegenüber einem nicht mikrolegierten Vergleichsstahl erzielt werden. In der DE-OS 2239092, Seite 2, letzter Absatz, wird darauf hingewiesen, daß die Versprödungserscheinungen bei Gußstücken, insbesondere durch Al-N-Ausscheidungen, letztlich nur durch die Anwendung des Lösungsglühens bei Temperaturen oberhalb 12000C vermieden werden können. Für Nitride und Karbonitride der Mikrolegierungselemente wird davon ausgegangen, daß sie zu ähnlichen Korngrenzschädigungen wie Al-N-Ausscheidungen führen. Diese Aussage wird in der Literaturstelle „Gießerei" 1979, S. 35-39, bestätigt, wonach Ti-Gehalte von 0,04 und 0,05% bei einem Vergütungsstahl, der.in seiner Zusammensetzung der beanspruchten Legierung ähnlich ist, ebenso besprödend wirkt wie Al-N-Ausscheidungen. Diese Ausscheidungen können sich jedoch nicht mehr schädigend auswirken, wenn durch eine Warmverformung die Korngrenzensubstanzen zerstört oder zeilenweise angeordnet werden oder, wie im Patent DE-OS 2239092 dargelegt, ein Lösungsglühen im Bereich von 9000C bis 1150°C und anschließendes isothermes Glühen durchgeführt wird.In the production of steel melts for tempered steel casting in an electric arc furnace, aluminum or Al-containing alloys are used for the deoxidation. Due to different deoxidation conditions, the yield varies significantly in the aluminum, so that the Al residual levels control very strong. The deoxidizing agent aluminum has the property of being dissolved in the steel elements, .Z. As nitrogen, to react, whereby submicroscopic precipitates in the structure and on the grain boundaries can arise. Heat-treat steels also contain higher levels of carbide-forming elements, such as: S. Manganese, chromium and molybdenum. Reaction of the carbon with these elements can also lead to submicroscopic precipitates at grain boundaries upon cooling. The reaction of the residual aluminum with the nitrogen or the carbon with the carbide-forming elements is the more intense the slower the cooling rate or the greater the cooling modulus of the casting. The submicroscopic precipitates represent sharp notches, which under tension or stress can lead to the formation of high concentrations of stress or to breakage in this area. In practice, to avoid submicroscopic aluminum nitride precipitations, high quenching rates, defined Al contents or Ti contents of 0.05% are proposed. (44th International Foundry Congress Florence 1977 v. KEHöner and S. Baliktey, p. 138) In practice, such precipitates can not or only insufficiently avoid, so that when cooling due to the stresses occurring preferential cracks in thick-walled castings arise, the heavy Damage to these castings may result. It is known from the German periodical magazine "Foundry", 1979, pages 35 to 39, that Ti contents above 0.04% are as embrittling as aluminum nitride precipitations The use of a weldable, higher strength and vibration stressed steel filament for steel castings is known from the FRG patent The steel alloy has the following composition: 0.02 to 0.15% C, 0.10 to 1.0% Si, 0.10 to 2.5% Mn, 0.01 to 0.2% Al, 20 -200 ppm nitrogen, 0.01 to 0.1% niobium and tantalum, 0.01 to O, 2% V, 0.01 to 0.2% Ti, 0.1 to O, 2% Zr, remainder iron with conventional impurities This alloy is intended to be used to produce cast steel products which, after solution treatment, have a yield strength of more than 40kp / mrn 2 , a notched impact strength greater than 6kpm / mm 2 and a fatigue endurance ratio (at unnotched edge specimens) Oo / Oe greater than 0.45 Laid-open specification 2517164 (addition to the patent 22 39 092), this alloy is also for dickwandi used in cast steel products. Thereafter, in the interior of the thick-walled precipitation-hardened steel castings with air cooling of solution temperatures with minimum yield strengths of 30kp / mm 2, a significant increase in strength over a non-microalloyed comparative steel should be achieved. In the DE-OS 2239092, page 2, last paragraph, it is noted that the embrittlement phenomena in castings, in particular by Al-N precipitates, ultimately can only be avoided by the application of solution annealing at temperatures above 1200 0 C. Nitrides and carbonitrides of the micro-alloying elements are considered to result in similar grain boundary damage as Al-N precipitates. This statement is confirmed in the reference "foundry" 1979, pp 35-39, according to which Ti contents of 0.04 and 0.05% for a tempering steel ,. which is similar in its composition of the claimed alloy, also acts as besprödend such as Al-N precipitates. These precipitates, however, can not have a damaging effect when the grain boundary substances destroyed by a hot forming or be arranged in rows or as set forth in the Patent DE-OS 2239092, a solution heat treatment in the range from 900 0 C to 1150 ° C and then isothermal annealing is performed.

Die DE-OS 2408721 beschreibt einen niedriglegierten Stickstoffstahl mit N-Gehalten zwischen 0,01 bis 0,02% für Formgußstücke, die einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Bei Verwendung des Legierungsstahles in der Zusammensetzung von 0,16-0,22% C, 0,2-0,6% Si, 0,8-1,6% Mn, 0-1,6% Ni, 0-0,4% Mo, 0,01-0,02% N, 0,1-0,2% V und/oder 0,02-0,1 % Ti, Rest Fe und übliche Verunreinigungen, werden die mechanischen Eigenschaften erst nach einem wanddickenunabhängigen Normalisierungsglühen erreicht. Alle bekannten Lösungen des Standes der Technik erreichen die Verminderung der Rißgefahr erst gemeinsam mit anderen mechanischen Eigenschaften nach einer zusätzlichen Wärmebehandlung.DE-OS 2408721 describes a low-alloyed nitrogen steel having N contents of between 0.01 and 0.02% for shaped castings which are subjected to a heat treatment. When using the alloy steel in the composition of 0.16-0.22% C, 0.2-0.6% Si, 0.8-1.6% Mn, 0-1.6% Ni, 0-0, 4% Mo, 0.01-0.02% N, 0.1-0.2% V and / or 0.02-0.1% Ti, remainder Fe and common impurities, the mechanical properties only after a wall thickness independent Normalization annealing achieved. All known solutions of the prior art achieve the reduction of the risk of cracking only together with other mechanical properties after an additional heat treatment.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Rißgefahr, die insbesondere bei der Herstellung von dickwandigen Stahlgußerzeugnissen aus Vergütungsstahl vorliegt, einzuschränken und die Standzeit der Gußstücke zu erhöhen.The aim of the invention is to limit the risk of cracking, which is particularly in the production of thick-walled cast steel products made of tempered steel, and to increase the service life of the castings.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch metallurgische Maßnahmen die Ausscheidung feinster submikroskopischer Teilchen bei langsam abkühlendem dickwandigen Vergütungestahlguß zu verringern.The object of the present invention is to reduce the precipitation of ultrafine submicroscopic particles with slowly cooling thick-walled castings by means of metallurgical measures.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Schmelze Titan oder Ti-haltige Legierungen in den Ofen, in die Pfanne, in den Gießstrahl oder in das noch flüssige Gußstück in einer solchen Höhe zugegeben werden, die eine Ausscheidung von submikroskopischen Teilchen so vermindert, daß keine Gefügeschädigungen auftreten. Bei Einstellung eines optimalen Ti-Gehaltes wird der Umfang an submikroskopischen Ausscheidungen von Aluminiumstickstoffverbindungen sowie Mangan-, Chrom- und Molybdänkarbiden eingeschränkt, und es erfolgt eine Ausscheidung mikroskopisch sichtbarer, grober Ti-Karbonitride, die günstige metallurgische Eigenschaften aufweisen. Dabei ist die Zusammensetzung des Vergütungsstahles bei Wandstärken >80mmAccording to the invention the object is achieved in that titanium or Ti-containing alloys are added to the melt in the oven, in the pan, in the pouring stream or in the still liquid casting in such a height that reduces an excretion of submicroscopic particles so that no structural damage occurs. Setting an optimum Ti content limits the amount of submicroscopic precipitates of aluminum nitrogen compounds as well as manganese, chromium and molybdenum carbides, and precipitates microscopically visible coarse Ti carbonitrides having favorable metallurgical properties. The composition of the tempered steel for wall thicknesses> 80mm

0,20-0,50% C 0,30-1,60% Ni0.20-0.50% C 0.30-1.60% Ni

0,40-1,50% Mn 0,20-0,50% Mo0.40-1.50% Mn 0.20-0.50% Mo

0,30-1,60% Cr0.30-1.60% Cr

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, daß in der Fertiganalyse ein Ti-Gebalt von 0,01 bis 0,04% vorliegt.The balance iron and common impurities that in the final analysis, a Ti-content of 0.01 to 0.04%.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Wirkung der Erfindung wird beispielsweise an einem Vergütungsstahl folgender Zusammensetzung beschrieben: 0,30% C, 0,30% Si, 0,70% Mn, 1,50% Cr, 1,50% Ni, Q,2S% Mo, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.The effect of the invention is described for example on a tempering steel of the following composition: 0.30% C, 0.30% Si, 0.70% Mn, 1.50% Cr, 1.50% Ni, Q, 2S% Mo, balance Iron and usual impurities.

Beim Abstich der mit Aluminium desoxydierten Stahlschmelze werden Ti oder Ti-haltige Legierungen in einer solchen Menge zulegiert, daß Ti-EndgehaJte in einer Größenordnung von 0,01 bis 0,04% in der Fertiganalyse vorliegen. Durch den Zusatz von Titan wird erreicht, daß vorwiegend Stickstoff aber auch Kohlenstoff als grobes Titankarbonitrid gebunden werden und damit der Umfang an submikroskopischen Aluminiumnitrid- und Sonderkarbidausscheidungen vermindert werden. Die Reaktion des Titans erfolgt in der Schmelze sowie bei der Abkühlung im erstarrten Gußstück bis zu einem Temperaturbereich von ca. 5000C. Die Versuche ergaben, daß bei Einstellung eines optimalen Ti-Gehaltes die Zähigkeitseigenschaften des mikrolegierten Vergütungsstahlgusses nicht verschlechtert werden.During the tapping of the aluminum deoxidized molten steel, Ti or Ti-containing alloys are added in such an amount that final Ti contents are in the range of 0.01 to 0.04% in the final analysis. The addition of titanium ensures that mainly nitrogen but also carbon are bound as coarse titanium carbonitride and thus the extent of submicroscopic aluminum nitride and special carbide precipitations are reduced. The reaction of the titanium takes place in the melt and during cooling in the solidified casting up to a temperature range of about 500 0 C. The experiments showed that when setting an optimum Ti content, the toughness properties of the microalloy heat-treated steel casting are not deteriorated.

Claims (1)

Erfindu ngsanspruch:Invention claim: Herstellung einer Ti-mikrolegierten Stahlgußlegierung für dickwandige Gußerzeugnisse >80mm Wanddicke mit Legierungsbestandteilen C, Mn, Cr, Ni, Mo, die im Ofen, in der Gießpfanne, in den Gießstrahl oder in das noch flüssige Gußstück zugegeben werden, gekennzeichnet dadurch, daß Ti bzw. Ti-Legierungen der Stahlschmelze in der Zusammensetzung 0,20-0,50% CProduction of a Ti-microalloyed cast steel alloy for thick-walled castings> 80 mm wall thickness with alloy components C, Mn, Cr, Ni, Mo, which are added in the furnace, in the ladle, in the pouring stream or in the still liquid casting, characterized in that Ti resp Ti alloys of molten steel in the composition 0.20-0.50% C 0,40-1,50% Mn0.40-1.50% Mn 0,30-3,0% Cr0.30-3.0% Cr 0,30-2,0% Ni0.30-2.0% Ni 0,20-1,50% Mo0.20-1.50% Mo so zugegeben werden, daß in der Fertiganalyse ein Ti-Gehalt von 0,01-0,04% vorhanden ist.be added so that in the final analysis, a Ti content of 0.01-0.04% is present.
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