DD272973C2

DD272973C2 - Verfahren zur herstellung hochfester normteile mit verbesserten physikalisch-mechanischen eigenschaften

Info

Publication number: DD272973C2
Application number: DD30554687A
Authority: DD
Inventors: Detlef Gohs; Wolfgang Lehnert; Helmut Rudolph; Ingo Schuster
Original assignee: Brandenburg Stahl Walzwerk
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1987-07-31
Publication date: 1990-10-24
Also published as: DD272973A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein rationelles und energiesparendes Verfahren zur Herstellung hochfester Normteile mit verbesserten physikalisch-mechanischen Eigenschaften. Aus mit Karbid- bzw. Karbonitridbildner mikrolegiertem Stahl wird durch Ausnutzung verschiedener Verfestigungsmechanismen ein Kaltstauchstahl hoher Festigkeit und guter Stauchbarkeit hergestellt, so dasz Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 und andere Verbindungselemente, z. B. Bolzen, Stifte, ohne die sonst uebliche Schluszverguetung gefertigt werden. Die Umformgrade beim Kaltziehen betragen hoechstens 40%. Der Draht besitzt ueber den gesamten Querschnitt ein gleichmaesziges feinkoerniges Gefuege.{Stahl, mikrolegiert; Normteile, hochfest; Kaltstauchstahl; Stauchbarkeit; Festigkeitsklasse 8.8, Schrauben; Bolzen; Schluszverguetung; feinkoerniges Gefuege; Kaltziehen; Draht; energiesparend}

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Höherfeste Normteile in den Festigkeitsklassen 8.8,10.9 und 12.9 werden üblicherweise aus Walzdraht über die Produktionsstufen Glühen — Ziehen — Stauchen — Vergüten hergestellt, wobei unterschiedliche Varianten der zuerst genannten Prozeßstufen zur Anwendung gelangen. Gewöhnlich werden Silizium-, mangan- und/oder chromlegierte Stähle mit Kohlenstoffgehalten zwischen 0,20% und 0,40% verwendet. Neuerdings kommen auch mikrolegierte Stähle zum Einsatz. Derartige Stähle weisen eine verbesserte Härtbarkeit und eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Eigenschaften auf. Durchgesetzt haben sich hierbei borlegierte Stähle (Wire Journal [1974] Nr.9, S. 139-148; Tasaka, K. u.a.).

Nachteil all dieser Verfahren ist, daß die gestauchten Normteile einer nachträglichen kosten- und energieintensiven Wärmebehandlung unterzogen werden müssen, um die geforderten hohen Festigkeitswerte zu erreichen. Es sind Verfahren bekanntgeworden, bei denen diese abschließende Vergütung eingespart wird. Im Patent DE-OS 2 635188 wird ein Verfahren beschrieben, in dem ein Stahl mit 0,30—0,70% C zur Anwendung gelangt. Der Stahldraht muß patentiert, gezogen_und die fertigen Nachteile bei Temperaturen von 200-400°C angelassen werden.

Die Vorverlegung des Vergütungsprozesses in die Drahtfertigungsstufe wird in der Patentschrift DE-AS 1 508416 empfohlen und auch praktiziert (Draht 1973 Nr. 9, S. 470/77 bzw. Techn. Mitteilung Röchling-Burbach 1975/76). Nachteil dieses Verfahrens ist der nach wie vor durchzuführende Wärmebehandlungsprozeß.

Die Verknüpfung der Wärmebehandlung mit dem Warmumformprozeß als eine Möglichkeit zur Herstellung hochfester Normteile wird in den Patentschriften DE-OS 3427557 und DE-OS 2620449 herausgestellt. Bei dieserthermomechanischen Behandlung wird die Oberflächenschicht des Drahtes vergütet. Sie weist eine angelassene Martensitstruktur auf, während die Kernzone ferritisch/perlitisch bleibt. Wesensmerkmal eines so hergestellten Drahtes ist die unterschiedliche Härteverteilung über den Querschnitt. Die bei der nachfolgenden Umformung am stärksten beanspruchte Randzone ist am härtesten, besitzt das geringste Umformvermögen und bewirkt somit einen sehr starken Verschleiß der Umformwerkzeuge. Dieser nachteilige Effekt der thermischen Vorverfestigung wird auch durch ein zusätzliches Mikrolegieren der Stähle nicht behoben (DD-PS 238073). Eine andere Art derthermomechanischen Behandlung stellt das Abschrecken des Drahtes aus der Walzhitze in die Martensitstufe mit anschließender induktiver Anlaßbehandlung dar. Diesem Verfahren sind jedoch fertigungstechnische Grenzen bezüglich der realisierbaren Walzgeschwindigkeit und der Walzdrahtabmessung gesetzt.

Um die geforderten Eigenschaftswerte zu erreichen, wurde in folgenden Patentschriften eine Umformung bei Temperaturen zwischen 250⁰C und A₁ vorgeschlagen: DE-AS 2344027, DE-AS 2334453, US Patent 2767 835 bis 2767838. Der Stauchprozeß wird jedoch technisch schwieriger beherrschbar, ausrüstungsseitig aufwendiger und setzt eine genaue Temperaturführung voraus.

Ziel der Erfindung

ZielderErfindung ist es, mittels eines geeigneten Verfahrens bei der Herstellung von hochfesten Normteilen ausgewalzten und kalt gezogenen Drähten durch Kaltstauchen bzw. Formpressen auf modernen Automaten auf die bisher üblichen unrationellen und energieintensiven Glüh- bzw. Wärmebehandlungsprozesse zu verzichten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, für hochfeste Normteilewie Schrauben, Bolzen, Stifte und dgl., ein der chemischen Zusammensetzung angepaßtes Verfahren zu entwickeln, mit dem o.g. Verbindungselemente mit Festigkeiten >800Mpa und verbesserten physikalisch-mechanischen Eigenschaften herstellbar sind. Es wird ein Stahl mit max. 0,4% C und max. 1,5% Mn, welcher mit karbid- bzw. karbonitridbildenden Elementen mikrolegiert ist,

verwendet. Wie bekannt, wird mittels Mikrolegieren eine Erhöhung der Streckgrenze durch Feinkornbildung und Ausscheidungshärtung erzielt. Bei günstiger Abstimmung wird gleichzeitig die Zähigkeit und damit die Kaltumformbarkeit angehoben. Voraussetzung für eine gute Kaltumformbarkeit ist die Vermeidung spröder Gefügeanteile und die Einstellung definierter Gefügeparameter mit hohem Gleichmäßigkeitsgrad.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stahl im Anschluß an das Warmwalzen auf Draht- bzw. Feinstahlstraßen von üblichen Endwalztemperaturen bis auf eine Temperatur kurz oberhalb A₁ in Wasserkühlstrecken und anschließend an Luft so gesteuert abgekühlt wird, daß ein gleichförmiges, ferritisch-perlitisches bzw. ferritisch-perlitischbainitisches Gefüge mit weniger als 40Vol.-% Perlit und einer mittleren Korngröße kleiner als 20 цт entsteht.

Für den warmgewalzten Draht sind als mechanische Eigenschaften die Mindestzugfestigkeit mit R_m > 700MPa und die Einschnürung mit Z > 55%fixiert.

Die Weiterverarbeitung vor dem Kaltstauchen beinhaltet Entzundern und Ziehen, wobei der Umformgrad ε40% für die

Gewährleistung einer Stauchbarkeit φ > 1,3 (φ = In ) nicht überschreiten sollte. Weiterhin ist der Kaltumformgrad ε so

ho

einzustellen, daß Festigkeit und Einschnürung nach dem Ziehen mindestens 105% der an den Normteilen geforderten Parameter betragen. Die Herstellung der Normteile kann auf den üblichen Maschinen durch Kaltstauchen bzw. Formpressen erfolgen. Eine nachfolgende Wärmebehandlung entfällt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die hergestellten Normteile keinem Glüh- oder Wärmebehandlungsprozeß unterworfen werden müssen. Der Herstellungsprozeß wird somit entscheidend rationalisiert und die Energieaufwendungen wesentlich reduziert. Durch den Wegfall einer Fertigungsstufe werden die TLU-Prozesse vereinfacht und das Materialausbringen verbessert. Die Struktur merkmale der kaltgeformten Teile bleiben erhalten. Sie äußern sich in einer höheren Härte bzw. Festigkeit der umgeformten Werkstoffzonen und in einer hohen thermischen Beständigkeit der mechanischen Eigenschaften im Temperaturbereich zwischen —40⁰C und 400⁰C.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Bespiel erläutert. Zwei C-Mn-Stähle wurden nach dem Schrott-Roheisen-Verfahren erschmolzen und mikrolegiert. Die Stähle wurden auf einer Hochgeschwindigkeitswalzstraße zu Draht der Abmessung 08,0 mm gewalzt. Die gesteuerte Abkühlung nach dem letzten Walzstich erfolgte primär durch Wasserkühlung auf 800⁰C, bei einer Walzgeschwindigkeit von 32 m/s. Die weitere Abkühlung an Luft wurde so vorgenommen, daß ein Gefüge bestehend aus 33% Perlit und 67% Ferrit entsteht. Der Walzdraht wurde gebeizt, phosphatiert und in einem Zug an 07,05 mm gezogen. Die aus dem gezogenen Draht auf Mehrstufenpressen hergestellten Schrauben der Abmessung M 8 erfüllen ohne nachfolgende Wärmebehandlung die Anforderungen der Festigkeitsklasse 8.8 (R_n, г 800MPa; A₅ > 12%). Die mittlere Härte HV30 beträgt im Kopf 380 und im Schaft 282. Die Festigkeit bei 400⁰C ist lediglich 9% geringer als bei Raumtemperatur. Durch die Alterung wird die Rp0,2-Grenze um max. 11,5% angehoben.

	ehem.	Analyse %	Mn	V	B	mechanische Eigenschaften	nach dem	= 22 %	Nach	dem	Z	A₁₀	nach dem
Erfindungs			1,06	0,10	—	nachwalzen	Ziehen	Z		Stauchen	57,1	14,1	Vergüten
gemäßer			1,03	0,10	—	und gesteuerter	mit ε =	54,5
	C	Si				Abkühlung	Rm	59	Rm			RmMPa ^A5 %
Stahl	0,22	0,32	0,90	—	0,0037	Rm_MPa Z% A₁₀ %	916		889	60	—	—
1	0,26	0,40			730 64 19,6	970	60	932			— —
2					796 65,7 18,5
Vergleichs	0,19	0,26				650	650		>800 >12
stahl					553 — —

Claims

Verfahren zur Herstellung hochfester Normteile mit verbesserten physikalisch-mechanischen Eigenschaften mit einer Zugfestigkeit über 800MPa aus einem mit karbonitridbildenden Elementen mikrolegiertem Stahl mit max. 0,4% C und max. 1,5% Mn, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Stahl im Anschluß an das Warmwalzen auf Draht- bzw. Feinstahlstraßen von üblichen Erdwalztemperaturen bis auf eine Temperatur kurz oberhalb A₁ in Wasserkühlstrecken abgekühlt wird und die nachfolgende Kühlung an Luft sogesteuert wird, daß ein gleichförmiges ferritisch-perlitisches bzw. ferritischperlitisch-bainitisches Gefüge mit weniger als 40VoI.-% Perlit und einer Korngröße kleiner als 20μιη entsteht, und der Stahl mit einer Querschnittsabnahme von weniger als 40% kaltgezogen und ungeglüht auf Kaltstauchautomaten zu Normteilen verarbeitet wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein technologisches Verfahren zur Herstellung von hochfesten Normteilen wie Schrauben, Bolzen, Stiften und dgl. im Abmessungsbereich bis M 20 mit einer Festigkeit über 800MPa und mit besonderen physikalisch-mechanischen Eigenschaften.