DE102012023163B4

DE102012023163B4 - Feinkornbaustahl, Bauteil aus Feinkornbaustahl und Verwendung des Feinkornbaustahls

Info

Publication number: DE102012023163B4
Application number: DE102012023163.6A
Authority: DE
Inventors: Bruno Hosfeld
Original assignee: ROSSWAG GmbH
Current assignee: ROSSWAG GmbH
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: DE102012023163A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Feinkornbaustahl und dessen Verwendung. Die Zusammensetzung des Feinkornbaustahl weist – 0,10 bis 0,12 Gew.-% C, – 0,10 bis 0,30 Gew.-% Si, – 0,60 bis 1,0 Gew.-% Mn, – 0 bis 0,020 Gew.-% P, – 0 bis 0,010 Gew.-% S, – 0,020 bis 0,050 Gew.-% Al, – 0 bis 0,012 Gew.-% Cr, – 0 bis 2,5 ppm H und zumindest einen der Bestandteile Cu und Mo auf. Dabei beträgt die Summe der Gewichtsprozente an Cu, Cr und Mo weniger als 0,40 Gew.-%, und die Zusammensetzung enthält einen Restanteil an Fe, der die 100 Gew.-% ausgleicht. Die Kerbschlagarbeit des erfindungsgemäßen Feinkornbaustahls nach DIN EN ISO 148-1 bei –50°C beträgt 100 J oder mehr. Ferner wird ein Bauteil aus einem erfindungsgemäßen Feinkornbaustahl offenbart, das etwa ein Halbzeug sein kann. Darüber hinaus wird ein erfindungsgemäßer Feinkornbaustahls zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils offengelegt.

Description

Die nachfolgende Erfindung bezieht sich auf einen Feinkornbaustahl, ein Bauteil aus diesem, und die Verwendung des Feinkornbaustahls.
Bei Feinkornbaustählen handelt es sich in der Regel um niedriglegierte Stähle, die sich durch einen geringen Kohlenstoffgehalt auszeichnen, der in der Regel unter 0,2 Gew.-% liegt. Unter Anderem dadurch sind sie schweißgeeignet. Sie bilden darüber hinaus ein feinkörniges Gefüge aus und verfügen damit über eine hohe Festigkeit und Zähigkeit. Sie werden daher üblicherweise für stark auf Zug beanspruchte Stahlbetonkonstruktionen, beim Bau von Kränen oder anderen hochbelasteten geschweißten oder gegossenen Stahlkonstruktionen verwendet.

Aus dem Stand der Technik sind schweißgeeignete Feinkornbaustähle bekannt. So beschreibt die EN 10222-4 ”Schmiedestücke aus Stahl für Druckbehälter” und die DIN 17103 ”warmgewalzte schweißgeeignete Stäbe aus Stahl für Druckbehälter mit festgelegten Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen”. Die chemische Zusammensetzung von ausgewählten Stählen gemäß letztgenannter Normen ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Element	P275N P275NH	P285NH P285QH
Element	Gew.-%	Gew.-%
C	0–0,18	0–0,18
Si	0–0,40	0–0,40
Mn	0,60–1,40	0,60–1,40
P	0–0,035	0–0,025
S	0–0,030	0–0,015
N	0–0,020	0–0,020
Al	0–0,020	0,020–0,060
Cr	0–0,20	0–0,30
Mo	0–0,08	0–0,08
Nb	0–0,03	0–0,03

Die Bedeutung der Werkstoffbezeichnungen ist dem Fachmann bekannt und kann der EN 10027-1 entnommen werden. Solche Stahlsorten weisen in der Regel eine 0,2%-Dehngrenze von 245 N/mm² oder mehr auf, und die Bruchdehnung A₅ beträgt 25% oder mehr. Die von der Norm DIN 17103 für die genannten Stahlsorten geforderte Kerbschlagarbeit (zu bestimmen nach DIN EN ISO 148-1) bei –50°C beträgt 27 J oder mehr.
Für bestimmte Anwendungen, etwa bei Glockenklöppeln, wie sie für Kirchen- oder andere derartige Glocken zum Einsatz kommen, ist diese Kerbschlagarbeit, respektive die damit korrelierende Zähigkeit, jedoch nicht ausreichend. Ferner weisen diese Werkstoffe eine vergleichsweise hohe Härte auf, was bei einem Einsatz als Glockenklöppel dazu führen kann, dass an der Schlagfläche der Glocke ein hoher Verschleiß auftritt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Feinkornbaustahl mit einer erhöhten Kerbschlagarbeit bei tiefen Temperaturen, reduzierter Härte und mit Festigkeitswerten bereitzustellen, die den bekannten Werkstoffen vergleichbar sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Feinkornbaustahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Ferner ergibt sich die Aufgabe ein Bauteil aus einem erfindungsgemäßen Feinkornbaustahl bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird von einem Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Darüber hinaus besteht die Aufgabe, den erfindungsgemäßen Feinkornbaustahl zum Herstellen von erfindungsgemäßen Bauteilen zu verwenden.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 9 gelöst.
Weiterbildungen werden jeweils durch die Unteransprüche beschrieben.
Ein erstes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Feinkornbaustahl mit einer chemischen Zusammensetzung von 0,10 bis 0,12 Gew.-% C (Kohlenstoff), 0,10–0,30 Gew.-% Si (Silizium), 0,60–0 Gew.-% Mn (Mangan), 0 bis 0,020 Gew.-% P (Phosphor), 0 bis 0,010 Gew.-% S (Schwefel), 0,020–0,050 Gew.-% Al (Aluminium), 0 bis 0,12 Gew.-% Cr (Chrom), 0 bis 2,5 ppm H (Wasserstoff). Dieser weist die Bestandteile Cu (Kupfer) und Mo (Molybdän) auf, wobei der Anteil der Gewichtsprozente an Cu, Cr, Mo in Summe höchstens 0,40 Gew.-% beträgt, und einen die 100 Gew.-% ausgleichenden Restanteil an Fe enthält. Die Kerbschlagarbeit des erfindungsgemäßen Feinkornbaustahls nach DIN EN ISO 148-1 bei –50°C beträgt 100 J oder mehr.
Diese chemische Zusammensetzung bietet gegenüber den Feinkornbaustählen gemäß der Normen EN 10222-4 und DIN 17103 den Vorteil, dass die Kerbschlagarbeit bei –50°C signifikant erhöht ist, und, dass die Härte reduziert ist. Dies macht es möglich, aus dem erfindungsgemäßen Feinkornbaustahl beispielsweise Glockenklöppel zu formen, die auch mit Bronzeglocken einsetzbar sind ohne dabei die Schlagfläche übermäßig zu verschleißen oder den Glockenkörper zu beschädigen. Die Kerbschlagarbeit ist ein wichtiger Indikator für die Zähigkeit bzw. Sprödigkeit eines Werkstoffs, wobei insbesondere für stark stoßbelastete Bauteile, wie einem Glockenklöppel, eine hohe Zähigkeit (bzw. geringe Sprödigkeit) wünschenswert ist. Da ein Glockenklöppel bei jeder beliebigen Witterung stark schwankenden Temperaturen ausgesetzt ist, muss dessen Kerbschlagarbeit über einen weiten Temperaturbereich hoch sein und darf vor Allem auch bei niedrigen Temperaturen nicht einbrechen.
Ferner kann die chemische Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Feinkornbaustahls die folgende sein:
0,105 bis 0,115 Gew.-% C, 0,15–0,25 Gew.-% Si, 0,70–0,90 Gew.-% Mn, 0,0005 bis 0,015 Gew.-% P, 0,0025 bis 0,0075 Gew.-% S, 0,030–0,040 Gew.-% Al, 0,02 bis 0,10 Gew.-% Cr, 0 bis 2,5 ppm H, und dieser die Bestandteile Cu und Mo aufweist, wobei der Anteil der Gewichtsprozente an Cu, Cr, Mo in Summe höchstens 0,40 Gew.-% beträgt, und einen die 100 Gew.-% ausgleichenden Restanteil an Fe enthält.
Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls kann innerhalb der gegebenen Grenzen variiert werden, um beispielsweise einen maßgeschneiderten Stahl für die Verwendung als Glockenklöppel für eine ganz bestimmte Glocke bereitzustellen; da jede Glocke aus einem individuellen Werkstoff gefertigt ist, entstehen auch unterschiedliche Anforderungen an die Beschaffenheit des Glockenklöppels.
Des Weiteren kann der Feinkornbaustahl eine 0,2%-Dehngrenze von 245 N/mm² oder mehr aufweisen, er kann eine Zugfestigkeit in einem Bereich von 360 bis 520 N/mm², bevorzugt in einem Bereich von 370 bis 510 N/mm², aufweisen und/oder eine Bruchdehnung A₅ von 25% oder mehr. Der Index „5” bei A₅ bedeutet hier, dass die Länge einer zylindrischen Probe für einen Zugversuch im unverformten Zustand fünfmal dem Durchmesser der Probe entspricht.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil aus einem erfindungsgemäßen Feinkornbaustahl kann ein Glockenklöppel sein, bevorzugt ein Glockenklöppel, der mittels Blockguss und anschließendem Schmieden hergestellt wird, sein. Der erfindungsgemäße Feinkornbaustahl ist aufgrund seiner normgerechten Festigkeit und darüber hinaus hohen Kerbschlagarbeit von 100 J bei tiefen Temperaturen und einer maximalen Härte vom 150 HB als Werkstoff für einen Glockenklöppel hervorragend geeignet.
Natürlich können aus dem erfindungsgemäßen Feinkornbaustahl auch andere Bauteile hergestellt werden; oder es werden daraus zunächst Halbzeuge, beispielsweise plattenförmige Halbzeuge, stabförmige Halbzeuge, rohrförmige Halbzeuge, gefertigt.
Weitere Bauteile aus dem erfindungsgemäßen Feinkornbaustahl können drucktragende Teile, wie Ventilkörper, Flanschkörper oder Teile von Druckbehältern sein.
Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßes Bauteil auch ein mehrteiliges Bauteil, etwa eine Stahlkonstruktion sein. Unter mehrteiligen Bauteilen kann hierbei ein Druckbehälter, eine Armatur verstanden werden.
Ferner wird die Verwendung eines erfindungsgemäßen Feinkornbaustahls zum Herstellen des erfindungsgemäßen ein- oder mehrteiligen Bauteils verwendet.

Claims

Feinkornbaustahl mit einer Zusammensetzung, die – 0,10 bis 0,12 Gew.-% C, – 0,10 bis 0,30 Gew.-% Si, – 0,60 bis 1,0 Gew.-% Mn, – 0 bis 0,020 Gew.-% P, – 0 bis 0,010 Gew.-% S, – 0,020 bis 0,050 Gew.-% Al, – 0 bis 0,012 Gew.-% Cr, – 0 bis 2,5 ppm H und zumindest einen der Bestandteile Cu und Mo aufweist, wobei – die Summe der Gewichtsprozente an Cu, Cr und Mo höchstens 0,40 Gew.-% beträgt, und – die Zusammensetzung einen die 100 Gew.-% ausgleichenden Restanteil an Fe enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerbschlagarbeit nach DIN EN ISO 148-1 bei –50°C 100 J oder mehr beträgt.
Feinkornbaustahl nach Anspruch 1 wobei der Gewichtsanteil von – C bei 0,105 bis 0,115 Gew.-%, und/oder von – Si bei 0,15 bis 0,25 Gew.-%, und/oder von – Mn bei 0,70 bis 0,90 Gew.-%, und/oder von – P bei 0,0005 bis 0,015 Gew.-%, und/oder von – S bei 0,0025 bis 0,0075 Gew.-%, und/oder von – Al bei 0,030 bis 0,040 Gew.-%, und/oder von – Cr bei 0,02 bis 0,010 Gew.-%, und/oder von – H bei 0 bis 2,5 ppm liegt.
Feinkornbaustahl nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Härte in einem Bereich von 120 HB bis 150 HB liegt.
Feinkornbaustahl nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei – die 0,2%-Dehngrenze 245 N/mm² oder mehr beträgt und/oder – die Streckgrenze in einem Bereich von 360 bis 520 N/mm², bevorzugt in einem Bereich von 370 bis 510 N/mm², liegt und/oder – die Bruchdehnung A₅ 25% oder mehr beträgt.
Bauteil aus einem Feinkornbaustahl, wobei der Feinkornbaustahl ein Feinkornbaustahl nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.
Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Glockenklöppel ist, der bevorzugt mittels Blockguss und anschließendem Schmieden herstellbar ist.
Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein drucktragendes Bauteil ist, bevorzugt ein Ventilkörper, ein Flanschkörper oder ein Teil eines Druckbehälters.
Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mehrteilig ist, bevorzugt eine Stahlkonstruktion, besonders bevorzugt ein Druckbehälter oder eine Armatur ist.
Verwendung des Feinkornbaustahls nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Herstellen eines Bauteils nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8.