DE1019674B

DE1019674B - Emaillierbare Staehle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und hoher Festigkeit

Info

Publication number: DE1019674B
Application number: DER19189A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Rauterkus
Original assignee: Ruhrstahl AG
Current assignee: Ruhrstahl AG
Priority date: 1956-07-06
Filing date: 1956-07-06
Publication date: 1957-11-21

Description

Emaillierbare Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und hoher Festigkeit In der Emaillierindustrie werden Stähle für Behälter aller Art, Ansatzstücke und Geräte verarbeitet. Die Emailüberzüge sollen in verschieden hohem Grade fest gegen chemische Angriffe sein. Sie müssen daher weitgehend porenfrei sein, damit der Angriff nicht durch eine offene Pore oder nach Lösung einer dünnen Deckschicht über ihr an den Eisenwerkstoff herangetragen wird. Hochfrequenzprüfgeräte mit einer Spannung von 20000 V stellen sehr hohe Anforderungen an die Dichte und Gleichmäßigkeit des Emails.
Der Haftvorgang des Emails am Stahl verläuft in der Weise, daß gewisse oxydische Bestandteile der aufgetragenen Emailfritte unter Temperaturerhöhung einen Austausch von Sauerstoff, z. B. zwischen CO-(Ni) und Fe, und damit eine chemisch-mechanische Verklammerung in der auf diese Weise aufgerauhten, zerklüfteten Stahloberfläche bewirken.
Sofern nun das Sauerstoffangebot auf größere Kohlenstoffmengen in der Stahloberfläche trifft, erfolgt auch eine Bildung von CO-Gas, das in Form kleiner Bläschen entweicht, solange der Viskositätsgrad des Emails dies zuläßt. Es kann jedoch vorkommen, daß die Blase auf der Stahloberfläche oder im Email hängenbleibt und eine makroskopisch sichtbare oder bei der Funkenprüfung aufgeschlagene Pore ergibt.
Aus diesen Gründen wird sowohl ein möglichst niedriger C-Gehalt verlangt, der bei Normalstählen als Zementitlamelle im Perlit vorliegt, als auch eine Warmbehandlung in der Weise, daß viele kleine Körner und möglichst kleine Perlitinseln bei gleichmäßiger Verteilung über den Querschnitt entstehen.
Einer Kompensierung des niedrigen C-Gehaltes durch entsprechende Si- oder Mn-Gehalte steht entgegen, daß die Stähle unberuhigt sein sollen, um eine weitgehend C- und verunreinigungsfreie emaillierbare Randzone zu bekommen, andererseits die unberuhigte Erstarrung einen Randblasenkranz im Block bedingt, der mit steigendem Mn-Gehalt näher zur Blockoberfläche liegt und Fehler in der fertigen Oberfläche verursachen kann.
Die C-Erniedrigung kann daher nur so weit gehen, wie die Festigkeitsvorschriften es zulassen, die z. B. für Kesselbleche I bis H 1I 19 bis 24 kg/mm2 Streckgrenze und 35 bis 41 kg/mm2 Festigkeit vorschreiben bzw. einen bestimmten Abfall der Warmstreckgrenze.
Praktisch wird für die Forderung der Emaillierbarkeit der C-Gehalt in der Schmelze mit 120/, begrenzt (oft wird auch eine Begrenzung auf höchstens 10"/, gefordert), wobei in den einzelnen Stücken die bekannten Abweichungen durch Seigerung nach unten und oben vorkommen. Mit dieser Begrenzung kann die Streckgrenze von 19 kg/mm' als Berechnungsgrundlage noch erreicht werden, die Festigkeit liegt jedoch bereits unter der Vorschrift.
Erfindunzs,-emäß werden als Werkstoff für emaillierte Gegenstände zu verwendende Stähle vorgeschlagen, die etwa 0,05 bis 0,120/, Kohlenstoff, 0,30 bis 0,65 % Mangan, 0,15 bis 0,35"/, Silizium sowie außer Eisen und geringen Verunreinigungen mindestens einen starken Karbidbildner (Ti, V, Be, Zr, Ta, Nb, B) in solchen Mengen enthalten, daß das stöchiometrische Verhältnis der Karbidformeln (z. B. bei Ti: C = 4:1) um mindestens die Hälfte unterschritten wird, also z. B. bei Ti: C unter 2:1 liegt. Ausgezeichnete Ergebnisse sind z. B. zu erzielen, wenn in den genannten Stählen beispielsweise das Verhältnis Titan zu Kohlenstoff um 1:1 liegt.
Die untere Grenze für den Karbidbildnerzusatz ist gegeben etwa mit einem Sechstel des Wertes des Karbidformelverhältnisses. Solche Mengen genügen, um den für die Bildung größerer CO-Blasen wirksamen C-Anteil stabil abzubinden, Feinkörnigkeit zu erzielen sowie die Streckgrenze zu steigern. Diese bleibt auch nach mehrmaligem Glühen auf Emailliertemperaturen erhalten, wogegen sie bei normalen Stählen infolge der Koagulation des Perlits erfahrungsgemäß absinkt.
Diese Abbindung der C-Gehalte ermöglicht es außerdem, auf die Randzone der unberuhigten Stähle zu verzichten und die Stähle zu beruhigen, d. h. Si-Gehalte zu verwenden, wodurch auch ein stärkerer Ti-Abbrand vermieden wird.
Solche erfindungsgemäßen Stähle können spanabhebend profiliert werden, da jede innere Oberfläche emaillierbar ist im Gegensatz zum unberuhigten Stahl, der nur in der reinen Randzone emaillierbar ist. So können z. B. aus gelochten Blockschrauben gewalzte oder geschmiedete überdrehte Teile, die vorzugsweise innen emailliert werden, einwandfrei aus Stählen dieser Zusammensetzung hergestellt werden, z. B. an zu emaillierende Behälter anzuschweißende Winkelringe.
Mit der Herabsetzung der Gehalte an Kohlenstoff sind die Stähle auch bei größeren Dicken besser schweißbar, mit dem Sonderkarbidanteil und der Feinkörnigkeit sind sie auch alterungsbeständig und haben noch hohe Kerbschlagzähigkeit bei niederen Außen- oder Innentemperaturen. Der Sonderkarbidgehalt verleiht ihnen außerdem eine erhöhte Warmfestigkeit bzw. Dauerstandfestigkeit. 5 Die Stähle sind auch gut kalt verformbar.
Überraschenderweise ergab sich ferner, daß die erfindungsgemäß z. B. mit Titan behandelten Stähle eine geringere Neigung zur Ausbildung von Dopplungen hatten, die beim Emaillieren deswegen besondere Schwie- io rigkeiten machen, weil aus der wasserhaltigen Emailfritte ein Angebot atomaren Wasserstoffs entsteht, das zu einer molekularen Ansammlung an Werkstofftrennungen, zu entsprechenden Gasdrücken und Auftreibungen von Blasen führt. Solche Wasserstoffangebote können bei gasbeheizten Öfen, auch bereits beim Glühen vor Auftragen der Emailfritte, auftreten.

Die Blockierung der Korngrenzen als Wasserstoffdiffusionswege bewirkt außerdem eine geringere Wasserstofflösungsgeschwindigkeit im Stahl, so daß auch das Auftreten von Wasserstoffbläschen im Email vermindert wird. Aus diesem Grunde lassen sich erfindungsgemäß behandelte Stähle zweiseitig oder allseitig emaillieren. Normale Emaillierstähle können nicht allseitig emailliert werden, wenn sie in wasserstoffhaltiger Atmosphäre geglüht werden.

Beispiele

C 5i Mn Ti Streckgrenze Festigkeit

kg/mm= kg/mm$

DIN 17155:

Kesselblech I . . . . . . . . . . . . . . max. .17 max. .35 mind. .30 -- 19 35 bis 45

Kesselblech H II . . . . . . . . . . . max. .20 max. .35 mind. .50 - 24 41 bis 50

Normal emaillierbarer Stahl

(Richtlinie) ................ max. .12 - mind. .30 - 19 33

erfindungsgemäß . . . . . . . . . . . . . . .05 bis . 07 etwa .20 etwa .35 max. .10 22 35

max. .10 .20 bis . 30 .50 bis .65 max. .10 28 41

Allgemein kann bei diesen Stählen eine Streckgrenze von mindestens 19 kg/mm2 bei einer Festigkeit von mindestens 35 kg/mml erreicht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Die Verwendung von Stählen mit etwa 0,05 bis 0,120/, Kohlenstoff, 0,30 bis 0,650/, Mangan, 0,15 bis 0,35 °/o Silizium sowie außer Eisen und geringen Verunreinigungen mindestens einem starken Karbidbildner (Ti, V, Be, Zr, Ta, Nb, B) in solchen Mengen, daß das stöchiometrische Verhältnis der Karbidformeln (z. B. bei Ti: C = 4 : 1) um mindestens die Hälfte unterschritten wird, also z. B. bei T : C unter 2 : 1 liegt, als Werkstoff für emaillierte Gegenstände.
2. Die Verwendung von Stählen gemäß Anspruch 2 für emaillierte Gegenstände, die eine mehrmalige Erwärmung auf Emailliertemperatur erfahren.
3. Die Verwendung von Stählen gemäß Anspruch 1 für emaillierte Gegenstände, die vorher kalt verformt werden.
4. Die Verwendung von Stählen gemäß Anspruch 1 für geschweißte emaillierte Gegenstände, die vorzugsweise nach dem Schweißen nicht normalisiert werden.
5. Die Verwendung von Stählen gemäß Anspruch 1 für geschweißte emaillierte Gegenstände, die auch in gasbeheizten Öfen über Gaszutritt zum Emailliergut zweiseitig, allseitig oder im angeschnittenen Querschnitt emailliert werden.
6. Die Verwendung von Stählen gemäß Anspruch 1 für aus gelochten Blockscheiben gewalzte oder geschmiedete überdrehte, vorzugsweise innen zu emaillierende Teile, z. B. an zu emaillierende Behälter anzuschweißende Winkelringe.