DE102015106153A1 - Process for the heat treatment of steel parts - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahlteilen. Diese bestehen aus Materialien, die bis zu 0,27–0,62% Kohlenstoff beinhalten und die das Teilhärten nutzen. Das oberhalb der Ac3-Temperatur erhitzte Stahlteil wird dem Härten unterzogen, wobei nach Erreichen einer Temperatur, die mindestens 50°C mehr als die Mf-Temperatur des Stahls beträgt, das Stahlteil in eine Umgebung verlegt wird, deren Temperatur um etwa 40–250°C höher als die Temperatur des Stahlteils ist. Das Stahlteil wird für die Zeitdauer von 1–25 Minuten stehen gelassen und anschließend auf Umgebungstemperatur abgekühlt.The invention relates to a method for heat treatment of steel parts. These consist of materials that contain up to 0.27-0.62% carbon and that use the partial hardening. The steel part heated above the Ac3 temperature is subjected to hardening, after reaching a temperature which is at least 50 ° C higher than the Mf temperature of the steel, the steel part is placed in an environment whose temperature is about 40-250 ° C is higher than the temperature of the steel part. The steel part is allowed to stand for a period of 1-25 minutes and then cooled to ambient temperature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wärmebehandlung von Stahlteilen aus Materialien, die bis zu 0,27–0,62% Kohlenstoff beinhalten und das partielle Härten verwenden.The present invention relates to the field of heat treatment of steel parts from materials containing up to 0.27-0.62% carbon and using partial hardening.

Warmgeformte Stahlteile werden aus Halbfabrikaten produziert, die durch plastische Verformung in eine gewünschte Form des Bestandteils verarbeitet werden. Dann ist es in der Regel notwendig, die Struktur der Komponenten so zu ändern, dass geeignete mechanische Eigenschaften erzielt werden. Dazu wird häufig das Härten verwendet, oder es werden mehrere Kombinationen von Härten und Anlassen verwendet, und zwar in verschiedenen Varianten, und auch verschiedene Parameter je nach dem verwendeten Material und je nach der gewünschten resultierenden Struktur verwendet. Die resultierende Struktur nach dem Härten ist meistens ein Martensit, der eine hohe Festigkeit aufweist, jedoch eine sehr niedrige Dehnbarkeit hat. Dies stellt ein Problem bei der Beanspruchung der Komponenten dar, die bei der Betriebsbeanspruchung leicht und unvorhersehbar von einem Bruch beschädigt werden können. Aus diesem Grund wird die Martensitstruktur nach dem Härten anschließend mit dem Anlassen verarbeitet. Dies führt zu einem bestimmten Bainitgefüge, auch Sorbitol genannt. Mit diesem Verarbeitungsprozess wird zwar die Festigkeit des Materials etwas verringert, aber es wird zugleich die Dehnbarkeit erhöht, die für die Erzielung der gewünschten Betriebssicherheit der Komponente wichtig ist.Hot-formed steel parts are produced from semi-finished products, which are processed by plastic deformation into a desired form of the component. Then it is usually necessary to change the structure of the components so that suitable mechanical properties are achieved. Hardening is often used for this, or several combinations of tempering and tempering are used, in different variants, and also different parameters depending on the material used and the desired resulting structure used. The resulting structure after curing is mostly a martensite, which has high strength but has a very low ductility. This poses a problem in stressing the components, which can easily and unpredictably be damaged by breakage during operational stress. For this reason, the martensite structure is subsequently processed after annealing with tempering. This leads to a certain bainite structure, also called sorbitol. While this process reduces the strength of the material somewhat, it also increases the ductility that is important in achieving the desired operational reliability of the component.

In der Vergangenheit wurden Verfahren entwickelt, die eine Dehnung von etwa 10% auch bei mehrphasigen martensitischen Strukturen ermöglichten. Trotzdem ist ihre technische Nutzung technisch sehr aufwendig, da die Härtung bei definierten Temperaturen, meistens bei Temperaturen von etwa 250°C, eingestellt werden muss. Danach muss ein Tempern bei Temperaturen von ca. 300°C durchgeführt werden. Für ein solches Verfahren ist es notwendig, spezielle Methoden und Medien zu verwenden, wie es zum Beispiel das Härten im Salzbad ist. Diese Verfahren erfordern spezielle, oft komplizierte Betätigung und hohe Energiekosten und stellen eine erhebliche Umweltbelastung dar, die mit dem Einsatz von Härtemedien verbunden ist. Darüber hinaus ist es noch notwendig, die Reinigung der Produktoberfläche von den Resten der Härtemedien durchzuführen oder solche Maßnahmen einzuleiten, dass die genutzten Medien an den Produkten nicht kleben bleiben.In the past, processes were developed that allowed an elongation of about 10% even with multiphase martensitic structures. Nevertheless, their technical use is technically very complicated, since the curing at defined temperatures, usually at temperatures of about 250 ° C, must be set. Thereafter, a tempering at temperatures of about 300 ° C must be performed. For such a process, it is necessary to use special methods and media, such as hardening in a salt bath. These methods require special, often complicated operation and high energy costs and represent a significant environmental impact associated with the use of hardening media. In addition, it is still necessary to carry out the cleaning of the product surface from the residues of the hardening media or to take such measures that the used media do not stick to the products.

Die obigen Nachteile der verwendeten Herstellungsverfahren werden im Wesentlichen durch das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung beseitigt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Stahlteil oberhalb der Ac3-Temperatur erwärmt wird und dass anschließend das Stahlteil dem Härten in einem flüssigen Medium unterzogen wird, und zwar bei einer Temperatur, die mindestens 50°C höher als die Temperatur Mf des Stahls ist. Dadurch entsteht eine Struktur, die aus Martensit und Austenit gebildet wird. Je mehr sich die Temperatur des Stahlteils der Mf-Temperatur nähert, desto höher ist der Anteil des Martensits in der Struktur.The above disadvantages of the manufacturing methods used are essentially eliminated by the manufacturing method according to the invention, which is characterized in that the steel part is heated above the Ac3 temperature and then that the steel part is subjected to hardening in a liquid medium Temperature which is at least 50 ° C higher than the temperature Mf of the steel. This creates a structure formed of martensite and austenite. The more the temperature of the steel part approaches the Mf temperature, the higher the proportion of martensite in the structure.

Dann wird das Produkt aus dem Medium entfernt, und unmittelbar danach wird die Stabilisierung der Struktur bei einer Temperatur durchgeführt, die etwas höher als die Härtetemperatur bei ihrer Unterbrechung ist. Dadurch läuft eine diffuse Stabilisierung des metastabilen Austenits in den Austenit ab, der bei dem RT-Test des Materials stabil ist. Eine gegenseitige Variabilität der Temperatur beim Beenden des Härtens und der Temperatur, bei der das Produkt stehen gelassen wird, ermöglichen eine große Variationsbreite der Strukturzusammensetzung des reziproken Anteils an Martensit und Austenit.Then, the product is removed from the medium and immediately thereafter the stabilization of the structure is carried out at a temperature slightly higher than the hardening temperature at its interruption. This results in a diffuse stabilization of the austenite metastable to austenite, which is stable in the RT test of the material. Mutual variability of the temperature at the end of curing and the temperature at which the product is allowed to stand allow a wide variation in the structural composition of the reciprocal of martensite and austenite.

Diese Stabilisierung erfolgt beispielsweise in einem Durchlaufofen, in dem das Stahlteil von den Resten des Kühlmittels befreit wird. Nach minutenlanger Stabilisierung wird das Produkt auf Umgebungstemperatur zum Abkühlen gelassen.This stabilization takes place for example in a continuous furnace in which the steel part is freed from the residues of the coolant. After stabilization for several minutes, the product is allowed to cool to ambient temperature.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

Beispiel 1example 1

Das Halbfabrikat des Stahls AHS mit der Zusammensetzung von Tab. 1 wird bei einer Temperatur von 980°C in Öl gelegt, das auf eine Temperatur von 180°C erhitzt wurde. Dadurch ändert sich die Stahlstruktur und zwar so, dass es aus 80% Martensit und 20% metastabilen Austenits besteht. Nachdem das Abkühlen des Halbfabrikats auf eine Temperatur des Härtemediums bzw. auf eine Temperatur nahe dieser Temperatur durchgeführt wurde, wird das Halbfabrikat in den Durchlaufofen mit einer Temperatur von 270°C verlegt, in der das Halbfabrikat maximal 800 Sekunden verharrt. Danach wird es aus dem Ofen entfernt und auf die Umgebungstemperatur abgekühlt. C Mn Si P S Cu Cr Ni Al Mo Nb Ms Mf 0,428 2,48 2,03 0,005 0,003 0,07 1,46 0,08 0,004 0,16 0,03 214 83 Tab. 1: Chemische Zusammensetzung von Stahl in Gewichtsprozenten The semifinished product of steel AHS with the composition of Tab. 1 is placed in oil at a temperature of 980 ° C which has been heated to a temperature of 180 ° C. As a result, the steel structure changes in such a way that it consists of 80% martensite and 20% metastable austenite. After the cooling of the semifinished product has been carried out to a temperature of the hardening medium or to a temperature close to this temperature, the semifinished product is laid in the continuous furnace at a temperature of 270 ° C, in which the semifinished product remains a maximum of 800 seconds. It is then removed from the oven and cooled to ambient temperature. C Mn Si P S Cu Cr Ni al Not a word Nb ms mf 0.428 2.48 2.03 0.005 0,003 0.07 1.46 0.08 0,004 0.16 0.03 214 83 Tab. 1: Chemical composition of steel in percent by weight

Beispiel 2:Example 2:

Das Halbfabrikat des Stahls AHS mit der Zusammensetzung der Tab. 2 wird bei einer Temperatur von 1050°C in Öl gelegt, das auf eine Temperatur von 140°C erhitzt wurde. Dadurch ändert sich die Stahlstruktur und zwar so, dass es aus 85% Martensit und 15% des metastabilen Austenits besteht. Nachdem das Abkühlen des Halbfabrikats auf eine Temperatur des Härtemediums bzw. auf eine Temperatur nahe dieser Temperatur durchgeführt wurde, wird das Halbfabrikat in den Durchlaufofen mit einer Temperatur von 250°C verlegt, in der das Halbfabrikat maximal 1500 Sekunden bleibt. Danach wird es aus dem Ofen entfernt und auf die Umgebungstemperatur abgekühlt. C Mn Si P S Cu Cr Ni Al Mo Nb Ms Mf 0,419 2,45 2,09 0,005 0,002 0,06 1,34 0,56 0,005 0,04 0,03 209 78 Tab. 2: Chemische Zusammensetzung des Stahls in Gewichtsprozenten The semifinished product of steel AHS with the composition of Tab. 2 is placed in oil at a temperature of 1050 ° C which has been heated to a temperature of 140 ° C. As a result, the steel structure changes in such a way that it consists of 85% martensite and 15% of the metastable austenite. After the cooling of the semifinished product has been carried out to a temperature of the hardening medium or to a temperature close to this temperature, the semifinished product is laid in the continuous furnace at a temperature of 250 ° C, in which the semifinished product remains a maximum of 1500 seconds. It is then removed from the oven and cooled to ambient temperature. C Mn Si P S Cu Cr Ni al Not a word Nb ms mf 0.419 2.45 2.09 0.005 0,002 0.06 1.34 0.56 0.005 0.04 0.03 209 78 Tab. 2: Chemical composition of the steel in percent by weight

Die Erfindung kann auf dem Gebiet der metallurgischen Verarbeitung von Stahlhalbfabrikaten genutzt werden, vor allem bei der Herstellung von Stahlteilen, insbesondere für die Maschinenbauindustrie.The invention can be used in the field of metallurgical processing of semi-finished steel products, in particular in the production of steel parts, in particular for the mechanical engineering industry.

Claims (2)

Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahlteilen, die aus Materialien bestehen, die bis zu 0,27–0,62% Kohlenstoff beinhalten und die das Teilhärten nutzen, dadurch gekennzeichnet, dass das oberhalb der Ac3-Temperatur erhitzte Stahlteil dem Härten unterzogen wird, wobei nach Erreichen einer Temperatur, die mindestens 50°C mehr als die Mf-Temperatur des Stahls beträgt, das Stahlteil in eine Umgebung verlegt wird, deren Temperatur um etwa 40–250°C höher als die Temperatur des Stahlteils ist, und dass das Stahlteil für die Zeitdauer von 1–25 Minuten stehen gelassen und anschließend auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.Process for the heat treatment of steel parts consisting of materials containing up to 0.27-0.62% carbon and which utilize partial hardening, characterized in that the steel part heated above the Ac3 temperature is subjected to hardening, after which it has been reached a temperature which is at least 50 ° C higher than the Mf temperature of the steel, the steel part is laid in an environment whose temperature is about 40-250 ° C higher than the temperature of the steel part, and that the steel part for the period of 1-25 minutes and then cooled to ambient temperature. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltetemperatur in einem Ofen oder in einem flüssigen Tempermedium durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the holding temperature is carried out in an oven or in a liquid annealing medium.
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