DE10040147A1 - High strength steel used in production of machine components and oil production tools contains alloying additions of silicon, manganese, chromium, nickel, copper, aluminum, titanium and niobium - Google Patents

High strength steel used in production of machine components and oil production tools contains alloying additions of silicon, manganese, chromium, nickel, copper, aluminum, titanium and niobium

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DE10040147A1 DE2000140147 DE10040147A DE10040147A1 DE 10040147 A1 DE10040147 A1 DE 10040147A1 DE 2000140147 DE2000140147 DE 2000140147 DE 10040147 A DE10040147 A DE 10040147A DE 10040147 A1 DE10040147 A1 DE 10040147A1
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Ekkehard Wulfmeier
Bernd Huchtemann
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Abstract

High strength steel contains alloying additions of silicon, manganese, sulfur, chromium, nickel, copper, aluminum, nitrogen, titanium, niobium and molybdenum. High strength steel contains (wt.%): 0.05-0.35 carbon; 0.05-0.8 silicon; 0.50-2.50 manganese; not more than 0.015 sulfur; 0.50-4.00 chromium; 0.10-1.50 nickel; 0.010-1.00 copper; 0.005-0.050 aluminum; 0.005-0.030 nitrogen; 0.005-0.040 titanium; 0.005-0.040 niobium; not more than 2.0 molybdenum; and balance iron. The ratio of titanium to niobium is 0.4-6 and the ratio of nitrogen to carbon is more than 0.03. An Independent claim is also included for the production of tools and plates. Preferred Features: The steel contains (wt.%): 0.05-0.35 C; 0.05-0.8 Si; 0.50-2.50 Mn; not more than 0.015 S; 0.50-1.65 Cr; 0.10-1.50 Ni; 0.010-1.00 Cu; 0.005-0.050 Al; 0.005-0.030 N; 0.005-0.040 Ti; 0.005-0.040 Nb; and balance iron. The ratio Ti/Nb is 0.4-6 and the ratio N/C is more than 0.03.

Description

Die Erfindung betrifft einen niedriglegierten hochfesten, hochzähen martensitischen Stahl, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahls und verschiedene Verwendungen für die­ sen Stahl.The invention relates to a low-alloy, high-strength, high-toughness martensitic steel, a method of manufacturing such a steel and various uses for the steel.

Aufgabe der Erfindung ist, einen niedriglegierten hochfesten, hochzähen martensitischen Stahl bereitzustellen und Verwendungen für diesen Stahl anzugeben, sodass mit dem erfin­ dungsgemäßen Stahl ein kostengünstig zu erzeugender Werkstoff zur Verfügung steht, der in hervorragender Weise für Anwendungen mit besonderen Anforderungen an die Festigkeit und an die Zähigkeit geeignet ist und sich zudem durch eine außergewöhnliche Feinkornbe­ ständigkeit, gute Bearbeitbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Auf Grund seines überragenden Eigenschaftsprofils ist dieser Stahl herkömmlichen hochfesten Stählen in vielen Anwendungsgebieten überlegen.The object of the invention is a low-alloy high-strength, high-tough martensitic Provide steel and indicate uses for this steel, so that with the invent Steel according to the invention is an inexpensive material that is available excellent for applications with special strength requirements and is suitable for toughness and also has an exceptional fine grain durability, good machinability and good corrosion resistance. Because of With its outstanding property profile, this steel is conventional high-strength steel superior in many areas of application.

Charakteristisch für die Zusammensetzung des der Erfindung zu Grunde liegenden Stahles sind neben Eisen und den üblichen Verunreinigungen und Begleitelementen die nachfolgend genannten Elemente in Gehalten (Gew.-%) von
C: 0,05-0,35%
Si: 0,05-0,8%
Mn: 0,50-2,50%
S: 0,003-0,020%
Cr: 0,50-4,00%
Ni: 0,10-1,50%
Cu: 0,010-1,00%
Al: 0,005-0,050%
N: 0,005-0,030%
Ti: 0,005-0,040%
Nb: 0,005-0,040%
O: ≦0,0025%,
wobei für das Verhältnis Ti/Nb die Bedingung 0,4 < Ti/Nb < 6 einzuhalten ist und für das Verhältnis N/C die Bedingung N/C < 0,03 einzuhalten ist.Characteristic of the composition of the steel on which the invention is based are, in addition to iron and the usual impurities and accompanying elements, the elements mentioned below in contents (% by weight) of
C: 0.05-0.35%
Si: 0.05-0.8%
Mn: 0.50-2.50%
S: 0.003-0.020%
Cr: 0.50-4.00%
Ni: 0.10-1.50%
Cu: 0.010-1.00%
Al: 0.005-0.050%
N: 0.005-0.030%
Ti: 0.005-0.040%
Nb: 0.005-0.040%
O: ≦ 0.0025%,
whereby the condition 0.4 <Ti / Nb <6 must be observed for the ratio Ti / Nb and the condition N / C <0.03 must be observed for the ratio N / C.

Darüber hinaus können bis 2,0% Mo enthalten sein.It can also contain up to 2.0% Mo.

Abhängig vom Verwendungszweck wird eine Ca-Behandlung durchgeführt. Depending on the intended use, a Ca treatment is carried out.  

Die Umformung des Stahls erfolgt durch Schmieden (Langprodukte) oder Walzen (Lang- und Flachprodukte). Als übliche Produktformen kommen Halbzeug- und Stabstahl mit vierkanti­ gem oder rundem Querschnitt in Abmessungen zwischen 50 und 500 mm Dmr. bzw. Kan­ tenlänge oder Platinen in Betracht. Nach Vergütung ergibt sich ein martensitisches Gefüge mit feinsten Carbidausscheidungen sowie Gehalten bis maximal 6% an gleichmäßig verteil­ tem, sehr feinen Restaustenit. Die Größe der austenitischen Phasenbereiche liegt in der Re­ gel unterhalb der lichtoptischen Auflösbarkeitsgrenze.The steel is formed by forging (long products) or rolling (long and Flat Products). Semi-finished and bar steel with four flanks are the usual product forms according to or round cross-section in dimensions between 50 and 500 mm dia. or Kan length or boards. After remuneration, there is a martensitic structure with the finest carbide precipitates and contents up to a maximum of 6% evenly distributed very fine residual austenite. The size of the austenitic phase ranges lies in the re gel below the optical resolution limit.

Bezüglich der chemischen Zusammensetzung sind beim Kohlenstoffgehalt Überschreitungen der oberen Toleranzgrenze wegen der Beeinträchtigung der Zähigkeit durch Kohlenstoff zu vermeiden. Zugleich gewährleistet die Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes eine gute Schweißbarkeit des Stahles. Die Einstellung des Kohlenstoffgehaltes erfolgt in eingeengten, bevorzugten Gehaltsbereichen, wodurch abhängig vom Verwendungszweck eine Einstellung unterschiedlicher Festigkeitsstufen ermöglicht wird.With regard to the chemical composition, the carbon content has been exceeded the upper tolerance limit due to the impairment of toughness by carbon avoid. At the same time, the limitation of the carbon content ensures a good one Weldability of the steel. The carbon content is set in narrow, preferred salary ranges, which depending on the intended use, a setting different strength levels is made possible.

Der Zusatz von Silizium erfolgt zur Verbesserung der Härtbarkeit, auf der anderen Seite darf eine Obergrenze von 0,8% Si wegen der Beeinträchtigung der Verarbeitbarkeit nicht über­ schritten werden. Gleichermaßen kann optional die Zugabe geringer Mengen an Molybdän aus Härtbarkeitsgründen erfolgen.Silicon is added to improve hardenability, on the other hand may an upper limit of 0.8% Si due to the impairment of processability be paced. Likewise, the addition of small amounts of molybdenum can optionally for reasons of hardenability.

Durch Einstellung eines geregelten Schwefelgehaltes wird in Verbindung mit der sekundär­ metallurgischen Behandlung des Stahles sichergestellt, dass die entstehenden Sulfide in ei­ ner Menge, Form und Verteilung vorliegen, die zu einer erheblichen Verbesserung der Verar­ beitbarkeit - speziell der Zerspanbarkeit - gegenüber herkömmlichen hochfesten und zähen Stählen führt. Wegen des gleichzeitigen Zusatzes von Kupfer wirken sich geregelt einge­ stellte Schwefelgehalte bereits ab 0,003% S positiv aus. Die Begrenzung des Schwefelge­ haltes auf maximal 0,020% dient der Vermeidung von Zähigkeitsbeeinträchtigungen, wobei bis zu diesem Gehalt noch ein ausreichend hohes Zähigkeitsniveau erzielt wird.By setting a regulated sulfur content in connection with the secondary metallurgical treatment of the steel ensures that the resulting sulfides in egg quantity, shape and distribution are present which lead to a considerable improvement in the processing Machinability - especially machinability - compared to conventional high-strength and tough Steel leads. Because of the simultaneous addition of copper, there are controlled effects exhibited positive sulfur levels from as little as 0.003% S Limiting the sulfur rim holding to a maximum of 0.020% serves to avoid toughness impairments, whereby a sufficiently high level of toughness is achieved up to this content.

Im Falle von besonderen Anforderungen an die Verarbeitbarkeit wird der Stahl im Rahmen der sekundärmetallurgischen Behandlung einer Ca-Behandlung unterzogen. Calzium führt bei den Oxiden zu einer günstigen Änderung der Einschlussmodifikation. Die harten, abrasiv wir­ kenden Aluminate und Silikate werden durch Calziumzusatz in weichere Oxidmodifikationen wie Gehlenit und Anorthit umgewandelt. Dadurch wird bei der Zerspanung ein verschleiß­ mindernder Schmiereffekt zwischen Werkstoff und Werkzeug erzielt. Ferner fördert Calzium die Bildung verschleißhemmender Beläge.In the case of special requirements for workability, the steel is in the frame subjected to a Ca treatment after the secondary metallurgical treatment. Calcium leads the oxides to favorably change the inclusion modification. The hard, abrasive we The aluminates and silicates are converted into softer oxide modifications by adding calcium like Gehlenite and Anorthite converted. This causes wear during machining reducing lubricating effect between material and tool. Calcium also promotes the formation of wear-resistant coverings.

Die Begrenzung des Sauerstoffgehaltes dient der Reduzierung der Menge an oxidischen Ein­ schlüssen und verbessert auch auf diesem Weg die Verarbeitbarkeit. Eine hinreichend niedrige Oxidmenge gewährleistet, dass es auch bei niedrigem geregeltem Schwefelgehalt zu ei­ ner weitgehenden Ummantelung der vorliegenden harten Oxide durch weiche Sulfidfilme und zur Bildung von Oxisulfiden kommt.Limiting the oxygen content serves to reduce the amount of oxidic input conclude and also improve the processability in this way. A sufficiently low one  The amount of oxide ensures that there is egg even with a low regulated sulfur content ner extensive coating of the present hard oxides by soft sulfide films and formation of oxysulfides occurs.

Zusätzlich zu der Verarbeitbarkeitsverbesserung durch Einflussnahme auf die Sulfid- und Oxidstruktur und durch den Schmiereffekt wird bei der Zerspanung eine erhebliche Verlän­ gerung der Werkzeugstandzeiten durch eine optimale Spanbrüchigkeit erzielt. Die günstige Spanbrüchigkeit ist zu einem wesentlichen Teil auch auf die vorliegende Gefügekombination aus martensitischer Matrix mit gleichmäßig verteilten, feinsten austenitischen Gefügeberei­ chen zurückzuführen.In addition to the workability improvement by influencing the sulfide and Oxide structure and the lubrication effect are significant extensions during machining Tool life is reduced by optimal chip fragility. The cheap Chip fragility is largely due to the existing structural combination made of martensitic matrix with evenly distributed, finest austenitic structure Chen attributed.

Die Einstellung des Austenitanteiles in dem zweiphasigen Gefüge erfolgt in erster Linie über das Mn/Cr-Verhältnis. Der Nickelgehalt wird nach oben begrenzt, da eine Feinabstimmung des Austenitgehaltes wegen des starken austenitstabilisierenden Einflusses durch Nickel nur bedingt möglich ist.The setting of the austenite component in the two-phase structure is primarily carried out via the Mn / Cr ratio. The nickel content is capped because of a fine-tuning the austenite content due to the strong austenite-stabilizing influence of nickel only is conditionally possible.

Die Gehalte an Kupfer tragen einerseits auch zur Austenitstabilisierung bei und verbessern auf der anderen Seite ergänzend zum geregelt eingestellten Schwefelgehalt und zu einer Ca-Behandlung die Zerspanbarkeit. Darüber hinaus erhöht Kupfer die Beständigkeit gegen wasserstoffinduzierte bzw. gegen atmosphärische Korrosion und gegen Korrosion durch nicht oxidierende Säuren.The copper content also helps to stabilize and improve austenite on the other hand, in addition to the regulated sulfur content and one Ca treatment machinability. In addition, copper increases resistance to hydrogen-induced or against atmospheric corrosion and against corrosion by not oxidizing acids.

Die Gehalte an Titan und Niob stellen die Feinkornbeständigkeit bis zu sehr hohen Tempe­ raturen sicher. Hier ist wesentlich, dass die Elemente gemeinsam in einem abgestimmten Mengenverhältnis zueinander im Stahl vorhanden sind, da sie miteinander in Wechselwirkung treten und nur auf diesem Wege eine optimale Wirksamkeit entfalten. Auf diesem Wege wird eine Feinkörnigkeit der Stahlprodukte, d. h. Korngrößen feiner als Vergleichsbild 5 nach DIN 50601, im Verlauf der Fertigungsprozesse und der Weiterverarbeitung bis zu Temperaturen von mindestens 1250°C gewährleistet (Bild 1).The titanium and niobium contents ensure fine grain resistance up to very high temperatures instruments safe. Here it is essential that the elements are coordinated together Quantity ratios are present in the steel because they interact with each other kick and only develop optimal effectiveness in this way. In this way a fine grain of steel products, d. H. Grain sizes finer than in comparison picture 5 DIN 50601, in the course of manufacturing processes and further processing up to Guaranteed temperatures of at least 1250 ° C (picture 1).

Im Weiteren wird eine Abstimmung der Kohlenstoff und Stickstoffgehalte aufeinander vor­ genommen. Durch ausreichend hohe Stickstoffgehalte und die Einstellung eines C/N-Verhältnisses über 0,03 wird sichergestellt, dass auch die sich im Stahl bildenden Carbonitri­ de in ausreichend hohem Maß Anteile an Stickstoff aufweisen. Durch Erhöhung des Stick­ stoffanteiles in den Carbonitriden wird deren ungünstige Wirkung auf die Zähigkeit und ins­ besondere auf die Bruchverformbarkeit reduziert, so dass letztlich eine verbesserte Eigen­ schaftslage resultiert. Furthermore, the carbon and nitrogen contents are coordinated taken. Through sufficiently high nitrogen levels and the setting of a C / N ratio above 0.03 ensures that the carbonitri formed in the steel de have a sufficiently high proportion of nitrogen. By increasing the stick The proportion of substance in the carbonitrides is their unfavorable effect on toughness and ins special reduced to the fracture deformability, so that ultimately an improved eigen business situation results.  

Darüber hinaus wird eine bevorzugte Variante des oben beschrieben Stahles vorgestellt, der neben Eisen und den üblichen Verunreinigungen und Begleitelementen aus nachfolgend ge­ nannten Elementen zusammengesetzt ist in Gehalten (Gew.-%) von
C: 0,05-0,35%
Si: 0,05-0,8
Mn: 0,50-2,50%
S: 0,003-0,020%
Cr: 0,50-1,65%
Ni: 0,10-1,50%
Mo: 0,50-1,50%
Cu: 0,010-1,00%
Al: 0,005-0,050%
N: 0,005-0,030%
Ti: 0,005-0,040%
Nb: 0,005-0,040%
O: ≦0,0025%,
wobei für das Verhältnis Ti/Nb die Bedingung 0,4 < Ti/Nb < 6 einzuhalten ist und für das Verhältnis N/C die Bedingung N/C < 0,03 einzuhalten ist.In addition, a preferred variant of the steel described above is presented, which in addition to iron and the usual impurities and accompanying elements is composed of the elements mentioned below in contents (% by weight) of
C: 0.05-0.35%
Si: 0.05-0.8
Mn: 0.50-2.50%
S: 0.003-0.020%
Cr: 0.50-1.65%
Ni: 0.10-1.50%
Mo: 0.50-1.50%
Cu: 0.010-1.00%
Al: 0.005-0.050%
N: 0.005-0.030%
Ti: 0.005-0.040%
Nb: 0.005-0.040%
O: ≦ 0.0025%,
whereby the condition 0.4 <Ti / Nb <6 must be observed for the ratio Ti / Nb and the condition N / C <0.03 must be observed for the ratio N / C.

Abhängig vom Verwendungszweck wird eine Ca-Behandlung durchgeführt.Depending on the intended use, a Ca treatment is carried out.

Durch den teilweisen Ersatz von Chrom durch Molybdän wird eine Modifizierung der Korrosi­ onsbeständigkeit bei ansonsten nahezu unverändertem Eigenschaftsprofil erreicht.The partial replacement of chromium by molybdenum is a modification of the Korrosi Onsistance achieved with an almost unchanged property profile.

Ähnliche Stähle dieser Art sind bekannt aus Thomas, G.: Metall, Trans. 9A (1978), S. 439/450 und Sarikaya, M.; Steinberg, B.G.; Thomas, G.: Metall. Trans. 13A (1982), S. 2227/2237 wo­ bei dort vorwiegend dem Gefügeaufbau dieses Stahltyps, insbesondere der Struktur des Martensits, nachgegangen wurde. Trotz dieser Publikationen ist es bis heute nicht zu einer technischen Nutzung von Stählen des vorliegenden Legierungskonzeptes gekommen, da of­ fensichtlich keine bzw. nicht ausreichende Verwendungsmöglichkeiten gefunden wurden. Auch diese Problemstellung wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.Similar steels of this type are known from Thomas, G .: Metall, Trans. 9A (1978), pp. 439/450 and Sarikaya, M .; Steinberg, B.G .; Thomas, G .: metal. Trans. 13A (1982), pp. 2227/2237 where with mainly the structure of this type of steel, in particular the structure of the Martensite, was followed up. Despite these publications, it has not yet become one technical use of steels of the present alloy concept, because of obviously no or insufficient uses were found. This problem is also solved by the present invention.

In Untersuchungen an Stählen mit den oben genannten Zusammensetzungen wurde nach Härtung aus dem Temperaturbereich 850-1050°C und Anlassen in dem niedrigen Tempe­ raturbereich 160-260°C ein Eigenschaftsprofil mit einer herausragenden Kombination der Härte-, Festigkeits-, Bruchverformbarkeits- und Kerbschlagarbeitswerte gefunden, dem her­ kömmliche hochfeste Vergütungsstähle und Einsatzstähle unterlegen sind. Durch eine zu­ sätzliche Glühung im Temperaturbereich 880-1100°C vor der Vergütung (Normalisieren) wird darüber hinaus eine weitere Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften erzielt. Darüber hinaus ist auch ein Direktvergüten des Stahles aus der Umformhitze möglich, wobei auch hier beispielsweise nach dem Gesenkschmieden günstigere Festigkeits-/Zähigkeits­ kombinationen erzielt werden als bei üblichen Schmiedestählen.In tests on steels with the above-mentioned compositions, Hardening from the temperature range 850-1050 ° C and tempering in the low temperature temperature range 160-260 ° C a property profile with an outstanding combination of Hardness, strength, fracture deformability and impact strength values found, according to that conventional high-strength hardened and tempered steels are inferior. By one too Additional annealing in the temperature range 880-1100 ° C before tempering (normalizing)  a further improvement in toughness properties is achieved. About that In addition, direct tempering of the steel from the forming heat is also possible Here, for example, after die forging, more favorable strength / toughness combinations can be achieved than with conventional forged steels.

In den Untersuchungen wurden beispielsweise folgende Werte ermittelt:
an Stabstahl in der Abmessung 50 mm Dmr. nach Normalisierung und Vergütung:
Härte: 46 HRC
0,2%-Dehngrenze: 1220 N/mm2
Zugfestigkeit: 1570 N/mm2
Bruchdehnung: 13%
Brucheinschnürung: 60%
Kerbschlagarbeit: 65 J (ISO-V Proben),
an Stabstahl in der Abmessung 145 mm Dmr. nach Vergütung (Prüflage 12,5 mm unter der Oberfläche):
Härte: 46 HRC
0,2%-Dehngrenze: 1190 N/mm2
Zugfestigkeit: 1570 N/mm2
Bruchdehnung: 12,6%
Brucheinschnürung: 57%
Kerbschlagarbeit: 50 J (ISO-V Proben),
an Stabstahl in der Abmessung 145 mm Dmr. nach Normalisierung und Vergütung (Prüflage 12,5 mm unter der Oberfläche):
Kerbschlagarbeit: 54 J (ISO-V Proben),
an durch Warmbiegen aus Stabstahl erzeugten Bauteilen (Anwendungsbeispiel Bergbauket­ ten) nach Normalisierung und Vergütung:
Härte: 49 HRC
0,2%-Dehngrenze: 1350 N/mm2
Zugfestigkeit: 1640 N/mm2
Bruchdehnung: 12,4%
Brucheinschnürung: 58%
Kerbschlagarbeit: 56 J (ISO-V Proben),
an durch Warmstrangpressen bzw. Rückwärtsfließpressen erzeugten Bauteilen nach Normali­ sierung und Vergütung:
0,2%-Dehngrenze: 1270 N/mm2
Zugfestigkeit: 1530 N/mm2
Kerbschlagarbeit: 75 J (ISO-V Proben),
an Stabstahl mit 0,29% C nach Vergütung:
0,2%-Dehngrenze: 1380 N/mm2
Zugfestigkeit: 1755 N/mm2
an Stabstahl mit 0,20% C nach Vergütung:
0,2%-Dehngrenze: 1070 N/mm2
Zugfestigkeit: 1435 N/mm2.For example, the following values were determined in the investigations:
on steel bars in the dimension 50 mm dia. after normalization and remuneration:
Hardness: 46 HRC
0.2% proof stress: 1220 N / mm 2
Tensile strength: 1570 N / mm 2
Elongation at break: 13%
Fracture reduction: 60%
Impact energy: 65 J (ISO-V samples),
of steel bars in the dimension 145 mm dia. after coating (test position 12.5 mm below the surface):
Hardness: 46 HRC
0.2% proof stress: 1190 N / mm 2
Tensile strength: 1570 N / mm 2
Elongation at break: 12.6%
Fracture reduction: 57%
Impact energy: 50 J (ISO-V samples),
of steel bars in the dimension 145 mm dia. after normalization and tempering (test position 12.5 mm below the surface):
Impact energy: 54 J (ISO-V samples),
on components produced by hot bending from steel bars (application example of mining chains) after normalization and tempering:
Hardness: 49 HRC
0.2% proof stress: 1350 N / mm 2
Tensile strength: 1640 N / mm 2
Elongation at break: 12.4%
Fracture reduction: 58%
Impact energy: 56 J (ISO-V samples),
on components produced by hot extrusion or backward extrusion after normalization and tempering:
0.2% proof stress: 1270 N / mm 2
Tensile strength: 1530 N / mm 2
Impact energy: 75 J (ISO-V samples),
on steel bars with 0.29% C after tempering:
0.2% proof stress: 1380 N / mm 2
Tensile strength: 1755 N / mm 2
on steel bars with 0.20% C after tempering:
0.2% proof stress: 1070 N / mm 2
Tensile strength: 1435 N / mm 2 .

Der beschriebene Stahltyp ist auf Grund seiner ungewöhnlich hohen Feinkornbeständigkeit in hervorragender Weise für die Fertigung von Bauteilen geeignet, die einer Einsatzhärtung, insbesondere einer Direkthärtung, unterzogen werden. Im Aufkohlungsprozess wird im Spe­ ziellen die Anwendung höherer Aufkohlungstemperaturen ermöglicht, was sich günstig auf den Fertigungsablauf und die Fertigungskosten auswirkt. Bezüglich der Eigenschaften fanden die Erfinder in Untersuchungen beispielsweise im Bruggerversuch nach Aufkohlung bei 940°C und Direkthärtung Schlagkräfte zwischen 68 und 71 kN, die der am Vergleichsstahl 18CrNiMo7-6 ermittelten Wertelage 65-74 kN entsprechen. Die Eignung für die Einsatz­ härtung wurde in den Untersuchungen bestätigt.The steel type described is due to its unusually high resistance to fine grains excellently suited for the production of components that require case hardening, in particular subjected to direct hardening. In the carburizing process in the Spe The application of higher carburizing temperatures enables what is favorable affects the manufacturing process and the manufacturing costs. Regarding the properties found the inventors in studies, for example, in the brugger test after carburizing at 940 ° C and direct hardening Impact forces between 68 and 71 kN, that of the comparative steel 18CrNiMo7-6 determined value position 65-74 kN correspond. Suitability for use hardening was confirmed in the tests.

Das hohe Maß an Feinkornbeständigkeit macht den Stahl ferner für Bauteile geeignet, an denen Schweißoperationen erfolgen (z. B. Bergbauketten), da das feine Korn als Vorausset­ zung für ein günstiges Eigenschaftsprofil in weiten Bereichen der Wärmeeinflusszone erhal­ ten bleibt. Weiterhin ist die hohe Feinkornbeständigkeit für Bauteile von Vorteil, die durch Gesenkschmieden hergestellt werden. Eine besondere Eignung für diese Bauteile sowie in gleicher Weise für Bauteile, die durch Warmbiegen hergestellt werden, resultiert ferner aus der außerordentlich günstigen Härtbarkeit des erfindungsgemäßen Stahles (Bild 2). Als günstig bei diesen Anwendungen erweist sich ferner die Direktvergütbarkeit aus der Um­ formhitze. The high degree of fine grain resistance also makes the steel suitable for components where welding operations take place (e.g. mining chains) because the fine grain is a prerequisite for a favorable property profile in wide areas of the heat affected zone remains. Furthermore, the high fine grain resistance is advantageous for components caused by Drop forging are manufactured. A special suitability for these components as well as in same way for components that are produced by hot bending also results from the extraordinarily favorable hardenability of the steel according to the invention (Figure 2). As In these applications, the direct remuneration from the environment also proves to be favorable dimensionally heat.  

Bei allen diesen Anwendungen erweist sich der erfindungsgemäße Stahl gegenüber her­ kömmlichen hochfesten Stählen darüber hinaus durch seine höhere Korrosionsbeständigkeit als überlegen.The steel according to the invention proves itself in all these applications conventional high-strength steels thanks to its higher corrosion resistance as superior.

Aus den vorstehend genannten Gründen ist auch die Eignung der Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Stahles als oil tools gegeben.For the reasons mentioned above, the suitability of the use of the inventions is also steel according to the invention as oil tools.

Auf Grund seiner günstigen Verarbeitbarkeit, die sich mit der abgestimmten chemischen Zu­ sammensetzung, in Verbindung mit dem günstigen Festigkeits-/Zähigkeitsverhältnis und ho­ hen Bruchverformbarkeitskennwerten, die speziell auch durch das abgestimmte N/C-Verhältnis erzielt werden, eignet sich der erfindungsgemäße Stahl im Weiteren für Bauteile die durch Strangpressen oder Rückwärtsfließpressen erzeugt werden und an die höchste Eigenschaftsforderungen gestellt werden. Die weitere gute Eignung für Bauteile, die im Laufe ihres Fertigungsprozesses spanabhebend bearbeitet werden, resultiert aus der Verbesserung des Zerspanungsverhaltens durch Kupfer sowie auf Grund des geregelt eingestellten S-Gehaltes und gegebenenfalls einer Ca-Behandlung.Due to its favorable processability, which can be coordinated with the chemical process composition, in connection with the favorable strength / toughness ratio and ho hen fracture deformability parameters, especially through the coordinated N / C ratio can be achieved, the steel according to the invention is also suitable for components which are produced by extrusion or backward extrusion and to the highest Property demands are made. The other good suitability for components that are in the course machining of their manufacturing process results from the improvement of the cutting behavior due to copper and based on the regulated setting S content and optionally a Ca treatment.

Claims (15)

1. Hochfester, hochzäher Stahl mit einer Eignung für Anwendungen, in denen gleichzeitig hohe Festigkeits- und hohe Zähigkeitsanforderungen über das an übliche Vergütungsstähle gestellte Maß hinaus gefordert werden, wobei der Stahl dadurch gekennzeichnet ist, dass er neben Eisen und den üblichen Verunreinigungen und Begleitelementen anteilig folgende weitere Elemente enthält:
C: 0,05-0,35 Gew.-%
Si: 0,05-0,8 Gew.-%
Mn: 0,50-2,50 Gew.-%
S: ≦0,015 Gew.-%
Cr: 0,50-4,00 Gew.-%
Ni: 0,10-1,50 Gew.-%
Cu: 0,010-1,00 Gew.-%
Al: 0,005-0,050 Gew.-%
N: 0,005-0,030 Gew.-%
Ti: 0,005-0,040 Gew.-%
Nb: 0,005-0,040 Gew.-%,
wobei für das Verhältnis Ti/Nb die Bedingung 0,4 < Ti/Nb < 6 einzuhalten ist
und für das Verhältnis N/C die Bedingung N/C < 0,03 einzuhalten ist,
sowie ferner wahlweise
Mo ≦ 2,0 Gew.-%.1.High-strength, high-toughness steel with a suitability for applications in which high strength and toughness requirements at the same time are demanded beyond the standard made of tempered steels, whereby the steel is characterized by the fact that it contains iron and the usual impurities and accompanying elements contains the following additional elements:
C: 0.05-0.35 wt%
Si: 0.05-0.8% by weight
Mn: 0.50-2.50% by weight
S: ≦ 0.015% by weight
Cr: 0.50-4.00% by weight
Ni: 0.10-1.50% by weight
Cu: 0.010-1.00% by weight
Al: 0.005-0.050% by weight
N: 0.005-0.030% by weight
Ti: 0.005-0.040% by weight
Nb: 0.005-0.040% by weight,
the condition 0.4 <Ti / Nb <6 must be observed for the ratio Ti / Nb
and the condition N / C <0.03 must be observed for the ratio N / C,
as well as optionally
Mo ≦ 2.0% by weight. 2. Hochfester, hochzäher Stahl nach Anspruch 1, wobei der Stahl dadurch gekennzeichnet ist, dass er neben Eisen und den üblichen Verunreinigungen und Begleitelementen anteilig folgende weitere Elemente enthält:
C: 0,05-0,35 Gew.-%
Si: 0,05-0,8 Gew.-%
Mn: 0,50-2,50 Gew.-%
S: ≦0,015 Gew.-%
Cr: 0,50-1,65 Gew.-%
Ni: 0,10-1,50 Gew.-%
Mo: 0,50-1,50%
Cu: 0,010-1,00 Gew.-%
Al: 0,005-0,050 Gew.-%
N: 0,005-0,030 Gew.-%
Ti: 0,005-0,040 Gew.-%
Nb: 0,005-0,040 Gew.-%,
wobei für das Verhältnis Ti/Nb die Bedingung 0,4 < Ti/Nb < 6 einzuhalten ist
und für das Verhältnis N/C die Bedingung N/C < 0,03 einzuhalten ist.2. High-strength, high-toughness steel according to claim 1, wherein the steel is characterized in that it contains, in addition to iron and the usual impurities and accompanying elements, the following additional elements:
C: 0.05-0.35 wt%
Si: 0.05-0.8% by weight
Mn: 0.50-2.50% by weight
S: ≦ 0.015% by weight
Cr: 0.50-1.65% by weight
Ni: 0.10-1.50% by weight
Mo: 0.50-1.50%
Cu: 0.010-1.00% by weight
Al: 0.005-0.050% by weight
N: 0.005-0.030% by weight
Ti: 0.005-0.040% by weight
Nb: 0.005-0.040% by weight,
the condition 0.4 <Ti / Nb <6 must be observed for the ratio Ti / Nb
and for the ratio N / C the condition N / C <0.03 must be observed. 3. Stahl nach einem der Ansprüchen 1 oder 2, wobei der Stahl im Verlauf des sekundärmetallurgischen Fertigungsprozesses einer Calzium-Behandlung unterzogen wird.3. Steel according to one of claims 1 or 2, wherein the steel in the course of secondary metallurgical manufacturing process is subjected to a calcium treatment. 4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der C-Gehalt zur Einstellung eines unteren Festigkeitsniveaus innerhalb der Spanne 0,05-0,19% eingestellt wird.4. Steel according to one of claims 1 to 3, wherein the C content for setting a lower Strength levels are set within the range 0.05-0.19%. 5. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der C-Gehalt zur Einstellung eines mittleren Festigkeitsniveaus innerhalb der Spanne 0,20-0,27% eingestellt wird.5. Steel according to one of claims 1 to 3, wherein the C content for adjusting a average strength levels within the range 0.20-0.27%. 6. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der C-Gehalt zur Einstellung eines oberen Festigkeitsniveaus innerhalb der Spanne 0,28-0,35% eingestellt wird.6. Steel according to one of claims 1 to 3, wherein the C content for setting an upper Strength levels within the range 0.28-0.35% is set. 7. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug und Stabstahl sowie Platinen aus einem Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Stahl aus dem Temperaturbereich 850-1050°C in Wasser, Öl oder Polymer mit nachfolgendem Anlassen zwischen 160 und 260°C gehärtet wird.7. Process for the production of semi-finished products and steel bars and blanks from a steel according to one of claims 1 to 6, characterized in that this steel from the Temperature range 850-1050 ° C in water, oil or polymer with subsequent tempering is cured between 160 and 260 ° C. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl vor dem Härten einer Glühung zwischen 880 und 1100°C mit nachfolgender Luftabkühlung unterzogen wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the steel before hardening a Annealing between 880 and 1100 ° C followed by air cooling. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Endumformung des Stahles bei kontrollierter Temperatur innerhalb des Bereiches 800-1000°C erfolgt und der Stahl nachfolgend gesteuert abgekühlt wird, derart, dass sich ein martensitisches Gefüge mit feinstverteilten Carbiden und bis zu 6% feinstem, homogen verteilten Austenit ergibt. 9. The method according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the Final forming of the steel at a controlled temperature within the range 800-1000 ° C takes place and the steel is subsequently cooled in a controlled manner, such that a martensitic structure with finely divided carbides and up to 6% finest, homogeneous distributed austenite results.   10. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Fertigung von Bauteilen, die einer Einsatzhärtung unterzogen werden.10. Use of a steel according to one of claims 1 to 9 for the manufacture of Components that are subjected to case hardening. 11. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Fertigung von durch Warmbiegen aus Stabstahl und erforderlichenfalls notwendiger Verschweißung erzeugten Bauteilen.11. Use of a steel according to one of claims 1 to 9 for the production of Hot bending produced from steel bars and, if necessary, necessary welding Components. 12. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Fertigung von durch Warmstrangpressen bzw. Rückwärtsfließpressen erzeugten Bauteilen.12. Use of a steel according to one of claims 1 to 9 for the manufacture of Hot extrusion or backward extrusion produced components. 13. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Fertigung von durch Gesenkschmieden erzeugten Bauteilen.13. Use of a steel according to one of claims 1 to 9 for the production of Drop forging produced components. 14. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Fertigung von Baggerzähnen und Abbruchhämmern sowie vergleichbaren Bauteilen im Maschinenbau, die einer Schlagbeanspruchung ausgesetzt sind.14. Use of a steel according to one of claims 1 to 9 for the manufacture of Excavator teeth and demolition hammers as well as comparable components in mechanical engineering, the are exposed to an impact. 15. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Fertigung von hochbeanspruchten oil tools.15. Use of a steel according to one of claims 1 to 9 for the manufacture of highly stressed oil tools.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1386978A2 (en) * 2002-08-01 2004-02-04 K.B.P. Kettenwerk Becker-Prünte GmbH High-strength and high-toughness steel
DE202011052154U1 (en) * 2011-10-26 2013-02-11 Rud Ketten Rieger & Dietz Gmbh U. Co. Kg Cryogenic, ultra-high strength fastener, especially screw

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EP1386978A3 (en) * 2002-08-01 2005-03-02 K.B.P. Kettenwerk Becker-Prünte GmbH High-strength and high-toughness steel
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