DE102020210764B3 - Steel component with improved notched impact strength at low temperatures - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil aus Stahl mit einer hohen Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen im Bereich von -50 ° C bei einer gleichzeitig hohen Streckgrenze. Es wird vorgeschlagen, dass das Bauteil erhältlich ist durch ein Verfahren, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:V1) Herstellung einer Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung, die (in Gew.-%) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C),mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si),mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn),mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr),mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V),mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (AI),umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,V2) sekundärmetallurgische Behandlung der Stahlschmelze durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff (N) in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der sekundärmetallurgischen Behandlung eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist,V3) Abgießen der sekundärmetallurgisch behandelten Stahlschmelze als Blockguss oder Strangguss zur Erzeugung eines Gussmaterials,V4) Erzeugung eines Rohlings aus dem Gussmaterial und abkühlen lassen des Rohlings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger,V5) Verarbeitung des Rohlings zu dem Bauteil, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Umformtemperatur,Umformen des Rohlings zu dem Bauteil und Abkühlen des Bauteils auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst,V6) Wiedererwärmung des Bauteils zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung.The present invention relates to a component made of steel with a high notched impact strength at low temperatures in the range of -50 ° C. with a high yield strength at the same time. It is proposed that the component can be obtained by a process which comprises the following process steps: V1) Production of a steel melt with a composition that contains (in% by weight) at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C ), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0.05% to a maximum of 0.25% aluminum (AI), the remainder iron and unavoidable impurities, V2) secondary metallurgical treatment of the steel melt by introducing gaseous Nitrogen (N) in the steel melt in such a way that the steel melt after the secondary metallurgical treatment has a nitrogen concentration of at least 0.008 wt.% And a maximum of 0.04 wt Casting material, V4) Generation of a Blank from the casting material and allow the blank to cool to a temperature of 400 ° C or less, V5) Processing of the blank into the component, the processing being the steps of reheating the blank to at least a forming temperature, forming the blank into the component and cooling the Component to a temperature of 400 ° C or less, V6) reheating of the component to carry out a normalizing heat treatment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus Stahl sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Stahl.The invention relates to a component made of steel and a method for producing a component made of steel.

Aus der DE 36 28 712 C2 ist ein Feinkornbaustahl bekannt, bei dem neben den Legierungselementen C, Si, Mn, Cr, V, Al und N zusätzlich zwingend Ti und Cu als weitere Legierungselemente enthalten sein müssen. Die DE 36 28 712 C2 schlägt vor, den Feinkornbaustahl wegen seiner hohen Kerbschlagzähigkeit im gealterten Zustand und seiner Rostbeständigkeit bei den unter Tage vorliegenden Betriebsbedingungen für Profile in Grubenbetrieben zu verwenden.From the DE 36 28 712 C2 A fine-grain structural steel is known in which, in addition to the alloying elements C, Si, Mn, Cr, V, Al and N, Ti and Cu must also be contained as additional alloying elements. the DE 36 28 712 C2 suggests using fine-grain structural steel for profiles in mining operations because of its high notched impact strength when aged and its rust resistance under the operating conditions prevailing underground.

Das Legierungselement Ti liegt bei dem aus der DE 36 28 712 C2 bekannten Feinkornbaustahl mit einer Konzentration von 0,01 - 0,035 Gew.-% vor und dient als Nitritbildner. Der Ti-Gehalt bewirkt eine hohe Feinkörnigkeit des Stahlgefüges. In der DE 36 28 712 C2 ist eine Ausführungsform des bekannten Stahls beschrieben, bei welcher der Stahl zusätzlich zu der Ti-Konzentration auch eine Stickstoffkonzentration von 0,012 - 0,025 Gew.-% aufweist. Durch diese Stickstoffkonzentration wird die Bildung der angestrebten Feinkörnigkeit des Stahlgefüges weiter begünstigt. Die Feinkörnigkeit des Gefüges bewirkt die erwünschte hohe Kerbschlagzähigkeit des Stahls.The alloying element Ti is the one from the DE 36 28 712 C2 known fine-grain structural steel with a concentration of 0.01-0.035% by weight and serves as a nitrite former. The Ti content makes the steel structure very fine-grained. In the DE 36 28 712 C2 an embodiment of the known steel is described in which the steel, in addition to the Ti concentration, also has a nitrogen concentration of 0.012-0.025% by weight. This nitrogen concentration further promotes the formation of the desired fine-grain structure of the steel structure. The fine-grain structure of the structure gives the steel the desired high notch impact strength.

Das Legierungselement Cu, das bei dem aus der DE 36 28 712 C2 bekannten Feinkornbaustahl in einer Konzentration von 0,25 - 0,55 Gew.-% vorhanden ist, soll die Abrostungsgeschwindigkeit des Stahls verringern und dadurch die Grubenbeständigkeit des Stahls heraufsetzen. Gemäß der Lehre der DE 36 28 712 C2 vermindert Cu zwar die Kerbschlagzähigkeit des Stahls, dies werde aber durch seine besonders hohe Feinkörnigkeit ausgeglichen.The alloying element Cu, which in the DE 36 28 712 C2 known fine-grain structural steel is present in a concentration of 0.25-0.55 wt. According to the teaching of the DE 36 28 712 C2 Although Cu reduces the notched impact strength of the steel, this is compensated for by its particularly high fine grain size.

Nachteilig an dem aus der DE 36 28 712 C2 bekannten Stahl ist, dass Ti zwingend erforderlich ist, um die gewünschte Feinkörnigkeit des Gefüges zu erreichen, und dass vergleichsweise hohe Cu-Konzentrationen enthalten sind, wodurch die Kerbschlagzähigkeit des Stahls herabgesetzt wird. Insgesamt weist der aus DE 36 28 712 C2 bekannte Stahl eine große Anzahl von Legierungselementen auf. Die beiden Legierungselemente Ti und Cu tragen dabei selbstverständlich auch zu den Materialkosten für die Herstellung der Stahllegierung bei. Aufgrund des in DE 36 28 712 C2 vorgeschlagenen Einsatzbereiches der Stahlprofile in Grubenbetrieben unter Tage konzentriert sich die Lehre dieser Druckschrift auf die Kerbschlagzähigkeit des Stahls im gealterten Zustand, d.h. bei erhöhten Betriebstemperaturen, die unter Tage insbesondere in größeren Teufen vorliegen. Daher kann der DE 36 28 712 C2 keine direkte Aussage dazu entnommen werden, welche Kerbschlagzähigkeit der Stahl bei tiefen Temperaturen in einem Bereich von -50 °C aufweist.The disadvantage of the DE 36 28 712 C2 known steel is that Ti is absolutely necessary in order to achieve the desired fine grain size of the structure, and that it contains comparatively high Cu concentrations, as a result of which the notched impact strength of the steel is reduced. Overall, it shows DE 36 28 712 C2 known steel has a large number of alloying elements. The two alloy elements Ti and Cu naturally also contribute to the material costs for the production of the steel alloy. Due to the in DE 36 28 712 C2 proposed area of application of the steel profiles in underground mining operations, the teaching of this publication focuses on the notched impact strength of the steel in the aged state, ie at elevated operating temperatures, which are present underground, especially at greater depths. Therefore, the DE 36 28 712 C2 No direct statement can be made about the notched impact strength of the steel at low temperatures in a range of -50 ° C.

In der Druckschrift DE 10 2006 045 871 B4 wird ein Verfahren zur Herstellung von nahtlos gewalzten Ringen aus Stahl beschrieben. Die Ringe sollen insbesondere als Turmflansche für Windkraftanlagen dienen. Das Verfahren sieht vor, dass der Ringrohling bei einer Temperatur von 900 - 1150 °C in einer Radial-Axial-Ringwalzmaschine auf einen Außendurchmesser von 0,2 - 10 m ausgewalzt wird. Der heiße Ring wird unmittelbar nach dem Walzen ohne Zwischenerwärmung in einem Tauchbecken in kurzer Zeit von einer Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur im Austenitgebiet gesteuert auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt. Dieses Verfahren soll die Aufgabe lösen, den Aufwand und den Energieverbrauch bei der Herstellung von nahtlos gewalzten Ringen mit einem feinkörnigen und gleichmäßigen Gefüge zu verringern. Eine konkrete Zusammensetzung des im Rahmen des beschriebenen Verfahrens zum Einsatz kommenden Stahls ist in der DE 10 2006 045 871 B4 nicht angegeben.In the pamphlet DE 10 2006 045 871 B4 describes a process for the production of seamlessly rolled steel rings. The rings are intended to serve in particular as tower flanges for wind turbines. The method provides that the ring blank is rolled out at a temperature of 900 - 1150 ° C in a radial-axial ring rolling machine to an outer diameter of 0.2-10 m. Immediately after rolling, the hot ring is cooled in a controlled manner from a temperature above the transformation temperature in the austenite area to a specified temperature in a short time without intermediate heating. This method is intended to solve the problem of reducing the effort and energy consumption in the production of seamlessly rolled rings with a fine-grained and uniform structure. A specific composition of the steel used in the context of the process described is given in DE 10 2006 045 871 B4 not specified.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil aus Stahl und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, bei dem der Stahl eine hohe Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen im Bereich von -50 ° C bei einer gleichzeitig hohen Streckgrenze aufweist. Dabei soll der Stahl eine geringe Anzahl an Legierungselementen bzw. geringe Konzentrationen an Legierungselementen aufweisen, so dass geringe Materialkosten für die Herstellung der Stahlschmelze anfallen. Auch soll der Stahl eine gute Schweißbarkeit aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen Werkstoff anzugeben für die Verwendung zur Herstellung von nahtlos geformten Ringen, die insbesondere bei tiefen Temperaturen eine hohe Kerbschlagzähigkeit bei gleichzeitig hoher Streckgrenze aufweisen und die eine gute Schweißbarkeit besitzen.The object of the invention is to specify a component made of steel and a method for its production, in which the steel has a high notch impact strength at low temperatures in the range of -50 ° C. with a high yield strength at the same time. The steel should have a small number of alloying elements or low concentrations of alloying elements, so that low material costs are incurred for the production of the steel melt. The steel should also have good weldability. It is also the object of the invention to provide a material for use in the production of seamlessly shaped rings which, in particular at low temperatures, have a high notch impact strength combined with a high yield point and which have good weldability.

Hinsichtlich des Bauteils wird diese Aufgabe gelöst durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Hinsichtlich des Werkstoffs für die Verwendung zur Herstellung von nahtlos geformten Ringen wird die vorstehende Aufgabe gelöst durch den Verwendungsanspruch 14.With regard to the component, this object is achieved by a component with the features of claim 1. With regard to the method, this object is achieved by a method with the features of claim 8. With regard to the material for use in the production of seamlessly shaped rings, the above object is achieved solved by the use claim 14.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den auf den unabhängigen Sachanspruch bzw. den unabhängigen Verfahrensanspruch direkt oder indirekt rückbezogenen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims which refer back directly or indirectly to the independent material claim or the independent method claim, the following description and the drawings.

Das erfindungsgemäße Bauteil aus Stahl wird durch sein Herstellungsverfahren beschrieben, weil sich durch das Zusammenwirken der einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung des Bauteils die angestrebte Kombination aus hoher Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen im Bereich von -50 °C bei gleichzeitig hoher Streckgrenze ergibt.The steel component according to the invention is described by its manufacturing process, because the interaction of the individual process steps in the manufacture of the component results in the desired combination of high impact strength at low temperatures in the range of -50 ° C with a high yield strength at the same time.

Nahtlos umgeformte Ringe aus dem im Rahmen der Erfindung eingesetzten Stahl sind aufgrund der hohen Kerbschlagzähigkeit sehr gut zur Verwendung als Dichtungsträgerringe in Großwälzlagern oder als Flanschringe zur Erzeugung von Flanschverbindungen z.B. in Türmen von Windenergieanlagen geeignet. In Großwälzlagern eingesetzte Dichtungsträgerringe dienen dazu, wie der Name schon sagt, die Dichtung zu tragen, mit der das Großwälzlager gegenüber der Umgebung abgedichtet wird. Die an dem Dichtungsträgerring befestigte Dichtung wirkt dabei mit einer Dichtfläche zusammen, die an einem Gegenelement ausgebildet ist (z.B. mit einer an einem Lagerring des Großwälzlagers ausgebildeten Dichtfläche). Flanschringe werden häufig aus dem Stahl S355NL hergestellt, der It. Norm bei tiefen Temperaturen im Bereich von -50 °C Werte für die Kerbschlagarbeit von mindestens 27 J und Streckgrenzen von mindestens 275 N/mm2 aufweist.Seamlessly formed rings made of the steel used in the context of the invention are very well suited for use as seal carrier rings in large roller bearings or as flange rings for producing flange connections, for example in towers of wind turbines, due to their high impact strength. Seal carrier rings used in large roller bearings serve, as the name suggests, to carry the seal with which the large roller bearing is sealed from the environment. The seal fastened to the seal carrier ring interacts with a sealing surface which is formed on a counter-element (for example with a sealing surface formed on a bearing ring of the large roller bearing). Flange rings are often made from the steel S355NL, which according to the standard has values for the impact energy of at least 27 J and yield strengths of at least 275 N / mm 2 at low temperatures in the range of -50 ° C.

Demgegenüber wurde an Proben des im Rahmen der Erfindung eingesetzten Stahls bei Kerbschlagbiegeversuchen gemäß DIN EN ISO 148-1 bei einer Temperatur von -50 °C Werte für die Kerbschlagarbeit zwischen 200 J und 300 J gemessen. An einzelnen Proben konnte der über 300 J liegende tatsächliche Wert der Kerbschlagarbeit nicht bestimmt werden, weil die Versuche mit einem Schlagwerk durchgeführt wurden, das ein maximales Arbeitsvermögen von 300 J aufwies und einzelne Proben bei den Versuchen nicht zerstört wurden. Gleichzeitig lag die Streckgrenze des im Rahmen der Erfindung eingesetzten Stahls im Mittel ungefähr bei 342 N/mm2, so dass Bauteile aus diesem Stahl eine hohe Festigkeit aufweisen.In contrast, on samples of the steel used in the context of the invention, notched impact tests according to DIN EN ISO 148-1 At a temperature of -50 ° C, values for the impact energy between 200 J and 300 J were measured. The actual value of the notched impact energy over 300 J could not be determined on individual samples because the tests were carried out with a hammer mechanism that had a maximum work capacity of 300 J and individual samples were not destroyed during the tests. At the same time, the yield point of the steel used in the context of the invention was on average approximately 342 N / mm 2 , so that components made from this steel have high strength.

Neben einem vorteilhaften Verhältnis von Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen einerseits und Streckgrenze andererseits weist der im Rahmen der Erfindung eingesetzte Stahl aufgrund seines niedrigen Kohlenstoffgehalts und einer geeigneten Abstimmung der Konzentrationen der Legierungselemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Nickel und Kupfer aufeinander eine gute Schweißbarkeit auf. Dies ist eine insbesondere für den Anwendungsfall der Flanschringe wichtige Eigenschaft, weil Flanschringe häufig durch Schweißen mit einem Bauteil verbunden werden, welches dann über den Flanschring mit einem anderen Bauteil z.B. durch Schraubverbindungen verbunden werden soll.In addition to an advantageous ratio of notched impact strength at low temperatures on the one hand and the yield point on the other hand, the steel used in the context of the invention has good weldability due to its low carbon content and suitable coordination of the concentrations of the alloying elements carbon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, nickel and copper on. This is an important property especially for the application of the flange rings, because flange rings are often connected to a component by welding, which is then to be connected to another component via the flange ring, e.g. by screw connections.

Die Erfindung stellt eine Stahlzusammensetzung zur Verfügung, die eine geringe Anzahl an Legierungselementen bzw. niedrige Konzentrationen an Legierungselementen aufweist, wobei die Stahlzusammensetzung in Wechselwirkung mit dem beanspruchten Herstellungsverfahren zu einer so großen Feinkörnigkeit des Stahlgefüges führt, dass bei tiefen Temperaturen im Bereich von -50 °C eine hohe Kerbschlagzähigkeit vorliegt bei einer gleichzeitig hohen Streckgrenze. So weist eine aus einem erfindungsgemäß hergestellten Stahlbauteil entnommene Probe, die einem Kerbschlagbiegeversuch nach DIN EN ISO 148-1 unterzogen wird, Werte für Kerbschlagarbeit von 300 J und mehr auf, während in Versuchen Werte für die Streckgrenze im Bereich von 310 N/mm2 bis 380 N/mm2 ermittelt wurden.The invention provides a steel composition which has a small number of alloying elements or low concentrations of alloying elements, the steel composition, in interaction with the claimed manufacturing process, leading to such a large grain size of the steel structure that at low temperatures in the range of -50 ° C has a high notched impact strength with a high yield strength at the same time. For example, a sample taken from a steel component produced according to the invention proves a notched impact test DIN EN ISO 148-1 is subjected to values for impact energy of 300 J and more, while values for the yield strength in the range of 310 N / mm 2 to 380 N / mm 2 were determined in tests.

Das erfindungsgemäße Bauteil aus Stahl ist erhältlich durch ein Verfahren, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

  • V1) Herstellung einer Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung, die (in Gew.-%)
  • mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C),
  • mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si),
  • mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn),
  • mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr),
  • mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V),
  • mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al),
  • optional maximal 0,08 % Molybdän (Mo),
  • optional maximal 0,30 % Nickel (Ni),
  • optional maximal 0,30 % Kupfer (Cu)
  • umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
  • V2) sekundärmetallurgische Behandlung der Stahlschmelze durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der sekundärmetallurgischen Behandlung eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist,
  • V3) Abgießen der sekundärmetallurgisch behandelten Stahlschmelze als Blockguss oder Strangguss zur Erzeugung eines Gussmaterials,
  • V4) Erzeugung eines Rohlings aus dem Gussmaterial und abkühlen lassen des Rohlings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger,
  • V5) Verarbeitung des Rohlings zu dem Bauteil, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Umformtemperatur, Umformen des Rohlings zu dem Bauteil und Abkühlen des Bauteils auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst,
  • V6) Wiedererwärmung des Bauteils zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung.
The steel component according to the invention can be obtained by a method which comprises the following method steps:
  • V1) Production of a steel melt with a composition that (in% by weight)
  • at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C),
  • at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si),
  • at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn),
  • at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr),
  • at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V),
  • at least 0.05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al),
  • optionally a maximum of 0.08% molybdenum (Mo),
  • optional maximum 0.30% nickel (Ni),
  • optional maximum 0.30% copper (Cu)
  • includes, remainder iron and unavoidable impurities,
  • V2) secondary metallurgical treatment of the steel melt by introducing gaseous nitrogen into the steel melt in such a way that the steel melt has a nitrogen concentration of at least 0.008% by weight and a maximum of 0.04% by weight after the secondary metallurgical treatment,
  • V3) Pouring off the steel melt treated by secondary metallurgy as ingot casting or continuous casting to produce a cast material,
  • V4) production of a blank from the casting material and allowing the blank to cool to a temperature of 400 ° C or less,
  • V5) processing of the blank into the component, the processing comprising the steps of reheating the blank to at least a forming temperature, forming the blank into the component and cooling the component to a temperature of 400 ° C or less,
  • V6) Reheating of the component in order to carry out a normalizing heat treatment.

Die im Rahmen der Erfindung eingesetzte Stahlzusammensatzung kommt ohne das Legierungselement Titan (Ti) aus und Kupfer (Cu) wird nur in relativ geringen Konzentrationen eingesetzt. Dadurch sind die Materialkosten für die Herstellung der Stahlschmelze im Verfahrensschritt V1) deutlich geringer als bei dem Verfahren gemäß der eingangs erwähnten DE 36 28 712 C2 .The steel composition used in the context of the invention manages without the alloying element titanium (Ti) and copper (Cu) is only used in relatively low concentrations. As a result, the material costs for the production of the steel melt in method step V1) are significantly lower than in the case of the method according to the aforementioned DE 36 28 712 C2 .

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Umformverfahren im Verfahrensschritt V5) ein Ringwalzverfahren oder ein Freiformschmiedeverfahren. Beim Freiformschmieden werden hohe Umformgrade erzielt. Das Ringwalzverfahren ist ein effizienter Prozess zur Herstellung nahtloser Ringe.According to one embodiment of the invention, the forming process in process step V5) is a ring rolling process or an open-die forging process. In open die forging, high degrees of deformation are achieved. The ring rolling process is an efficient process for producing seamless rings.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Bauteil ein nahtlos gewalzter Ring, wobei im Verfahrensschritt V4) der aus dem Gussmaterial erzeugte Rohling ein Rundblock für ein Ringwalzverfahren zur Erzeugung des nahtlos gewalzten Rings ist, wobei im Verfahrensschritt V5) die Verarbeitung des Rohlings zu einem nahtlos gewalzten Ring erfolgt, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Walztemperatur, Stauchen des Rohlings, Lochen des Rohlings, Auswalzen des Rohlings auf einem Ringwalzwerk zu einem nahtlos gewalzten Ring und Abkühlen des nahtlos gewalzten Rings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst, wobei im Verfahrensschritt V6) eine Wiedererwärmung des nahtlos gewalzten Rings zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung erfolgt.According to one embodiment of the invention, the component is a seamlessly rolled ring, whereby in process step V4) the blank produced from the casting material is a round block for a ring rolling process for producing the seamlessly rolled ring, with process step V5) processing the blank into a seamlessly rolled one Ring takes place, with the processing of the steps of reheating the blank at least to a rolling temperature, upsetting the blank, perforating the blank, rolling the blank on a ring rolling mill to form a seamlessly rolled ring and cooling the seamlessly rolled ring to a temperature of 400 ° C or less comprises, wherein in method step V6) the seamlessly rolled ring is reheated to carry out a normalizing heat treatment.

Erfindungsgemäß wird der Rohling in dem Verfahrensschritt V5) auf eine Walztemperatur von mindestens 1200 °C erwärmt. Das Ringwalzen erfolgt in einem Temperaturbereich, der eine Starttemperatur von 1170 °C bis 1250 °C und eine Endtemperatur von 1010 °C bis 1060 °C aufweist.According to the invention, the blank is heated to a rolling temperature of at least 1200 ° C. in method step V5). The ring rolling takes place in a temperature range that has a starting temperature of 1170 ° C to 1250 ° C and an end temperature of 1010 ° C to 1060 ° C.

Im Gegensatz zu der Lehre der eingangs erwähnten Druckschrift DE 10 2006 045 871 B4 wird der Ring erfindungsgemäß nicht unmittelbar nach dem Walzen ohne Zwischenerwärmung in einem Tauchbecken abgekühlt. Sondern es erfolgt eine Wiedererwärmung nach dem Walzen, um eine normalisierende Wärmebehandlung durchzuführen. Die normalisierende Wärmebehandlung erfolgt bei einer Temperatur knapp oberhalb des oberen Umwandlungspunkts Ac3 mit nachfolgendem Abkühlen an ruhender Atmosphäre. Oberhalb des Umwandlungspunktes Ac3 wird das Gefüge vollständig austenitisiert. Beim Abkühlen erfolgt eine vom Ausgangszustand weitgehend unabhängige Rückumwandlung zu einem Gefüge, das in der Regel je nach Kohlenstoffgehalt aus Ferrit, Perlit und/oder Zementit besteht. Die Abkühlung an ruhender Atmosphäre gewährleistet eine Kornfeinung, d.h. die Bildung eines feinen Gefüges. Mit der normalisierenden Wärmebehandlung werden Gefügeungleichmäßigkeiten beseitigt und es kann gezielt ein feinkörniges, gleichmäßiges Gefüge mit optimalen Festigkeits- und Verformbarkeitseigenschaften erreicht werden.In contrast to the teaching of the publication mentioned at the beginning DE 10 2006 045 871 B4 according to the invention, the ring is not cooled in an immersion tank immediately after rolling without intermediate heating. Instead, it is reheated after rolling in order to carry out a normalizing heat treatment. The normalizing heat treatment takes place at a temperature just above the upper transition point A c3 with subsequent cooling in a still atmosphere. Above the transformation point A c3 , the structure is completely austenitized. When it cools down, it changes back to a structure that is largely independent of the initial state and usually consists of ferrite, pearlite and / or cementite, depending on the carbon content. Cooling down in a calm atmosphere ensures grain refinement, ie the formation of a fine structure. With the normalizing heat treatment, structural irregularities are eliminated and a fine-grained, uniform structure with optimal strength and deformability properties can be achieved in a targeted manner.

Die mit der erfindungsgemäßen Stahlzusammensetzung und dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erzielte hohe Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen und gleichzeitig hoher Festigkeit ist dadurch begründet, dass sich ein feinstkörniges Gefüge in dem Stahl ausbildet. Die Ausbildung dieser feinkörnigen Gefügestruktur geschieht über Ausscheidungen von stickstoffaffinen Legierungselementen, die feinste Nitridausscheidungen im Nanomaßstab im erstarrten Gefüge ausbilden. Bei der erfindungsgemäßen Stahlzusammensetzung sind dies insbesondere Vanadiumnitride, Chromnitride, Kohlenstoffnitride und Aluminumnitride.The high notched impact strength achieved with the steel composition according to the invention and the production method according to the invention at low temperatures and at the same time high strength is due to the fact that a very fine-grain structure is formed in the steel. The formation of this fine-grain structure takes place via the precipitation of nitrogen-affine alloy elements, which form the finest nano-scale nitride precipitations in the solidified structure. In the case of the steel composition according to the invention, these are in particular vanadium nitrides, chromium nitrides, carbon nitrides and aluminum nitrides.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist die Maßnahme gemäß Verfahrensschritt V2), also das Einleiten von gasförmigem Stickstoff in die Stahlschmelze. Durch das Einleiten von gasförmigem Stickstoff in die Stahlschmelze wird eine optimale Durchmischung der Stahlschmelze erreicht. Auf diese Weise wird ein hoher Umsetzungsgrad des Stickstoffs im Rahmen der Nitridausscheidungen erreicht. Beim Erstarren der Stahlschmelze führen die Nitridausscheidungen an den Korngrenzen zu einer gehemmten Rekristallisation, so dass sich feine Körner bilden können. Durch diese Feinkornung wird die Streckgrenze und auch gleichzeitig die Zähigkeit des Stahls gesteigert.The measure according to method step V2), that is to say the introduction of gaseous nitrogen into the molten steel, is essential for the present invention. By introducing gaseous nitrogen into the steel melt, optimal mixing of the steel melt is achieved. In this way, a high degree of conversion of the nitrogen is achieved in the context of the nitride precipitations. When the molten steel solidifies, the nitride precipitates at the grain boundaries lead to an inhibited recrystallization, so that fine grains can form. This fine graining increases the yield strength and, at the same time, the toughness of the steel.

Ein Stahl mit den erfindungsgemäßen Konzentrationen der Legierungselemente C, Si, Mn, Cr, V und AI wird auch als „unlegierter Baustahl“ bezeichnet. Im Rahmen der Erfindung wurde überraschenderweise entdeckt, dass die gezielte Beimengung von Stickstoff die Kerbschlagzähigkeit eines solchen Stahls mit den erfindungsgemäßen Konzentrationen an C, Si, Mn, Cr, V und Al bei tiefen Temperaturen extrem verbessern kann. Erfindungsgemäß erfolgt die Einleitung des Stickstoffs in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der Behandlung mit dem gasförmigen Stickstoff eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist. Diese gezielte und begrenzte Mikrolegierung von Stickstoff gemäß Verfahrensschritt V2) in den unlegierten Baustahl gemäß Verfahrensschritt V1) führt in Kombination mit dem Warmumformen gemäß Verfahrensschritt V5) und der normalisierenden Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt V6) zu einem Werkstoff, der ein besonders vorteilhaftes Verhältnis aus extrem hoher Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen und gleichzeitig hoher Streckgrenze aufweist. Die Erhöhung der Zähigkeit erfolgt erfindungsgemäß also nicht unter Inkaufnahme einer Verringerung der Streckgrenze.A steel with the inventive concentrations of the alloying elements C, Si, Mn, Cr, V and Al is also referred to as “unalloyed structural steel”. In the context of the invention, it was surprisingly discovered that the targeted admixture of nitrogen can extremely improve the notched impact strength of such a steel with the inventive concentrations of C, Si, Mn, Cr, V and Al at low temperatures. According to the invention, the nitrogen is introduced into the steel melt in such a way that the steel melt has a nitrogen concentration of at least 0.008% by weight and a maximum of 0.04% by weight after treatment with the gaseous nitrogen. This targeted and limited micro-alloying of nitrogen according to method step V2) in the unalloyed structural steel according to Method step V1), in combination with the hot forming according to method step V5) and the normalizing heat treatment according to method step V6), leads to a material that has a particularly advantageous ratio of extremely high impact strength at low temperatures and at the same time high yield strength. According to the invention, the toughness is not increased at the expense of a reduction in the yield point.

Bauteile, die aus diesem Werkstoff mit der beschriebenen Verfahrensweise hergestellt werden, können für viele relevante Anwendungen in Betracht gezogen werden. So können nahtlos gewalzte Ringe aus diesem Werkstoff zum Beispiel als Dichtungsträgerringe in Großwälzlagern oder als Flanschringe bei Flanschverbindungen in Türmen von Windenergieanlagen eingesetzt werden. Auch als Versteifungsringe für Türme von Windenergieanlagen können die erfindungsgemäß hergestellten Ringe verwendet werden. Bei diesen Anwendungen muss der Werkstoff auch eine gute Schweißeignung aufweisen. Aufgrund der sehr hohen Kerbschlagzähigkeit bei Temperaturen von -50 °C ist gewährleistet, dass die erfindungsgemäßen Bauteile für Windenergieanlagen, die im Winter teilweise bei sehr tiefen Temperaturen betrieben werden, nicht versagen und die geforderte hohe Lebensdauer aufweisen.Components that are manufactured from this material using the procedure described can be considered for many relevant applications. Seamlessly rolled rings made of this material can be used, for example, as seal carrier rings in large roller bearings or as flange rings in flange connections in towers of wind turbines. The rings produced according to the invention can also be used as stiffening rings for towers of wind power plants. In these applications, the material must also be suitable for welding. Due to the very high notched impact strength at temperatures of -50 ° C., it is ensured that the components according to the invention for wind turbines, which are sometimes operated at very low temperatures in winter, do not fail and have the required long service life.

Aufgrund der hervorragenden Kombination aus hoher Streckgrenze und hoher Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen ist der erfindungsgemäße Werkstoff darüber hinaus auch für andere Anwendungen geeignet, bei denen keine nahtlos gewalzten Ringe erzeugt werden müssen. So kann der Werkstoff z.B. im Schiffbau (etwa als Schiffbaustahl für den Bau von Schiffsrümpfen) oder für die Herstellung crashrelevanter Karosseriebauteile im Automobilbau eingesetzt werden, wo eine hohe Zähigkeit gegen schlagartige Beanspruchung benötigt wird. Auch in diesen Anwendungsbereichen ist eine gute Schweißbarkeit des Stahls erforderlich, die vorstehend bereits für die Anwendungen „Dichtungsträgerringe“, „Flanschringe“ und „Versteifungsringe“ als erforderliche Eigenschaft beschrieben wurde. Die gute Schweißbarkeit wird erfindungsgemäß durch die gezielte Einstellung des sogenannten Kohlenstoffäquivalents erreicht. Hierbei wird das Kohlenstoffäquivalent Ce nach der Formel C e = C + M n 6 + C r + M o + V 5 + N i + C u 15

Figure DE102020210764B3_0001
berechnet. Die Konzentrationen von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Nickel und Kupfer werden dabei mit ihren Werten in Gew.-% in die Formel eingesetzt. Die Konzentrationen von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Nickel und Kupfer werden erfindungsgemäß so aufeinander abgestimmt, dass der Stahl, aus dem das hergestellte Bauteil besteht, ein Kohlenstoffäquivalent Ce aufweist, welches bei Berechnung nach der vorstehenden Formel der Forderung 0,38 < Ce < 0,43 genügt.Due to the excellent combination of high yield strength and high notched impact strength at low temperatures, the material according to the invention is also suitable for other applications in which seamlessly rolled rings do not have to be produced. For example, the material can be used in shipbuilding (e.g. as shipbuilding steel for the construction of ship hulls) or for the manufacture of crash-relevant bodywork components in automobile construction, where high toughness against sudden loads is required. In these areas of application, too, good weldability of the steel is required, which has already been described as a required property for the applications “seal carrier rings”, “flange rings” and “stiffening rings”. The good weldability is achieved according to the invention by the targeted setting of the so-called carbon equivalent. Here, the carbon equivalent Ce becomes according to the formula C. e = C. + M. n 6th + C. r + M. O + V 5 + N i + C. u 15th
Figure DE102020210764B3_0001
 calculated. The concentrations of carbon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, nickel and copper are used in the formula with their values in% by weight. The concentrations of carbon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, nickel and copper are matched to one another according to the invention so that the steel from which the manufactured component is made has a carbon equivalent Ce, which when calculated using the above formula of requirement 0.38 <Ce <0.43 is sufficient.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die normalisierende Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt V6) folgende Verfahrensschritte:

  • N1) Erwärmen des Bauteils in einem Ofen auf eine Normalisierungstemperatur in einem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C,
  • N2) Halten des Bauteils bei einer Normalisierungstemperatur in dem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C für eine an die Abmessungen des Bauteils angepasste Haltedauer, und
  • N3) Abkühlen des Bauteils an ruhender Luft auf Raumtemperatur.
In a further embodiment of the invention, the normalizing heat treatment according to method step V6) comprises the following method steps:
  • N1) heating the component in an oven to a normalization temperature in a temperature range of 930 ° C to 1100 ° C,
  • N2) holding the component at a normalization temperature in the temperature range from 930 ° C. to 1100 ° C. for a holding period adapted to the dimensions of the component, and
  • N3) Cooling of the component in still air to room temperature.

Erfindungsgemäß kommt es im Rahmen der normalisierenden Wärmebehandlung darauf an, dass das Bauteil auf eine Temperatur innerhalb des Temperaturintervalls von 930 °C bis 1100 °C erwärmt und für die Haltedauer bei einer Temperatur in diesem Temperaturintervall gehalten wird. Höher als 1100 °C darf die obere Grenze des Temperaturintervalls nicht liegen, da sich sonst die Nitride auflösen würden. Somit wären keine wirksamen Ausscheidungen an den Korngrenzen vorhanden. Das könnte zu einer unerwünschten Grobkornbildung führen.According to the invention, within the scope of normalizing heat treatment, it is important that the component is heated to a temperature within the temperature range of 930 ° C. to 1100 ° C. and is held at a temperature in this temperature range for the holding period. The upper limit of the temperature range must not be higher than 1100 ° C, as otherwise the nitrides would dissolve. Thus, there would be no effective precipitates at the grain boundaries. This could lead to undesirable coarse grain formation.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zusammensetzung des Stahls (in Gew.-%) mindestens 0,07 % bis maximal 0,11 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,30 % bis maximal 0,40 % Silizium (Si), mindestens 1,50 % bis maximal 1,60 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,20 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,10 % Vanadium (V), mindestens 0,02 % bis maximal 0,045 % Aluminium (Al), und mindestens 0,008 % bis maximal 0,03 % Stickstoff (N), Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Dadurch wird ein weiter verbessertes Ausscheidungsverhalten des Stahls in Bezug auf die Nitridausscheidungen erhalten.According to one embodiment of the invention, the composition of the steel (in% by weight) comprises at least 0.07% to a maximum of 0.11% carbon (C), at least 0.30% to a maximum of 0.40% silicon (Si), at least 1.50% to a maximum of 1.60% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.20% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.10% vanadium (V), at least 0, 02% to a maximum of 0.045% aluminum (Al), and at least 0.008% to a maximum of 0.03% nitrogen (N), the remainder iron and unavoidable impurities. This results in a further improved precipitation behavior of the steel with regard to the nitride precipitations.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zusammensetzung des Stahls (in Gew.-%) 0,08 % Vanadium (V), 0,03 % Aluminium (Al) und 0,01 % Stickstoff (N). Dadurch wird der Anteil an hochfeinen Vanadiumnitridausscheidungen erhöht, welche deutlich feiner sind als Aluminiumnitridausscheidungen. Dies trägt zu einer besonders hohen Feinkörnigkeit des Gefüges bei.According to one embodiment of the invention, the composition of the steel comprises (in% by weight) 0.08% vanadium (V), 0.03% aluminum (Al) and 0.01% nitrogen (N). This increases the proportion of extremely fine vanadium nitride precipitates, which are significantly finer than aluminum nitride precipitates. This contributes to a particularly fine grain of the structure.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zusammensetzung des Stahls zusätzlich (in Gew.-%) maximal 0,08 % Molybdän (Mo), maximal 0,30 % Nickel (Ni), und maximal 0,30 % Kupfer (Cu), wobei der Stahl ein Kohlenstoffäquivalent Ce aufweist, welches bei Berechnung nach der Formel C e = C + M n 6 + C r + M o + V 5 + N i + C u 15

Figure DE102020210764B3_0002
der Forderung 0,38 < Ce < 0,43 genügt. Hierdurch wird eine gute Schweißbarkeit des Stahls sichergestellt. Neben einer sehr hohen Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen bei gleichzeitig hoher Festigkeit tritt damit noch eine gute Schweißbarkeit als positive Werkstoffeigenschaft hinzu.According to one embodiment of the invention, the composition of the steel additionally comprises (in% by weight) a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), a maximum of 0.30% nickel (Ni), and a maximum of 0.30% copper (Cu), with the steel has a carbon equivalent Ce, which when calculated according to the formula C. e = C. + M. n 6th + C. r + M. O + V 5 + N i + C. u 15th
Figure DE102020210764B3_0002
 the requirement 0.38 <Ce <0.43 is sufficient. This ensures good weldability of the steel. In addition to very high notch impact strength at low temperatures with high strength at the same time, good weldability is another positive material property.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Stahl umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

  • V1) Herstellung einer Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung, die (in Gew.-%) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si), mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al), optional maximal 0,08 % Molybdän (Mo), optional maximal 0,30 % Nickel (Ni), optional maximal 0,30 % Kupfer (Cu) umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
  • V2) sekundärmetallurgische Behandlung der Stahlschmelze durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der sekundärmetallurgischen Behandlung eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist,
  • V3) Abgießen der sekundärmetallurgisch behandelten Stahlschmelze als Blockguss oder Strangguss zur Erzeugung eines Gussmaterials,
  • V4) Erzeugung eines Rohlings aus dem Gussmaterial und abkühlen lassen des Rohlings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger,
  • V5) Verarbeitung des Rohlings zu einem nahtlos gewalzten Ring, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Umformtemperatur, Umformen des Rohlings zu dem nahtlos gewalzten Ring und Abkühlen des Bauteils auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst,
  • V6) Wiedererwärmung des Bauteils zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung nach einer Ausführungsform der Erfindung.
The method according to the invention for producing a component from steel comprises the following method steps:
  • V1) Production of a steel melt with a composition which (in% by weight) at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0, 05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al), optionally a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), optionally a maximum of 0.30% nickel (Ni), optionally a maximum of 0.30% copper (Cu), remainder iron and unavoidable impurities,
  • V2) secondary metallurgical treatment of the steel melt by introducing gaseous nitrogen into the steel melt in such a way that the steel melt has a nitrogen concentration of at least 0.008% by weight and a maximum of 0.04% by weight after the secondary metallurgical treatment,
  • V3) Pouring off the steel melt treated by secondary metallurgy as ingot casting or continuous casting to produce a cast material,
  • V4) production of a blank from the casting material and allowing the blank to cool to a temperature of 400 ° C or less,
  • V5) processing of the blank into a seamlessly rolled ring, the processing comprising the steps of reheating the blank to at least a forming temperature, forming the blank into the seamlessly rolled ring and cooling the component to a temperature of 400 ° C or less,
  • V6) reheating of the component in order to carry out a normalizing heat treatment according to one embodiment of the invention.

Das Umformverfahren im Verfahrensschritt V5) kann ein Walzverfahren oder ein Freiformschmiedeverfahren sein. Die Umformtemperatur sollte mindestens 1150 °C betragen. In der Praxis wird der Rohling dazu auf Temperaturen von mindestens 1200 °C erwärmt. Damit werden Wärmeverluste berücksichtigt, die beim Transport des Rohlings von der Erwärmungseinheit zur Umformeinheit auftreten.The forming process in process step V5) can be a rolling process or an open-die forging process. The forming temperature should be at least 1150 ° C. In practice, the blank is heated to temperatures of at least 1200 ° C for this purpose. This takes into account heat losses that occur when the blank is transported from the heating unit to the forming unit.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das herzustellende Bauteil ein nahtlos gewalzter Ring. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines nahtlos gewalzten Rings aus Stahl umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

  • V1) Herstellung einer Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung, die (in Gew.-%) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si), mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al), optional maximal 0,08 % Molybdän (Mo), optional maximal 0,30 % Nickel (Ni), optional maximal 0,30 % Kupfer (Cu), umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
  • V2) sekundärmetallurgische Behandlung der Stahlschmelze durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der sekundärmetallurgischen Behandlung eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist,
  • V3) Abgießen der sekundärmetallurgisch behandelten Stahlschmelze als Blockguss oder Strangguss zur Erzeugung eines Gussmaterials,
  • V4) Erzeugung eines Rohlings in Form eines Rundblocks aus dem Gussmaterial und abkühlen lassen des Rohlings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger,
  • V5) Verarbeitung des Rohlings zu einem nahtlos gewalzten Ring, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Walztemperatur, Auswalzen des Rohlings auf einem Ringwalzwerk zu einem nahtlos gewalzten Ring und Abkühlen des nahtlos gewalzten Rings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst,
  • V6) Wiedererwärmung des nahtlos gewalzten Rings zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung.
According to one embodiment of the method according to the invention, the component to be produced is a seamlessly rolled ring. The method according to the invention for producing a seamlessly rolled ring made of steel comprises the following method steps:
  • V1) Production of a steel melt with a composition which (in% by weight) at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0, 05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al), optionally a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), optionally a maximum of 0.30% nickel (Ni), optionally a maximum of 0.30% copper (Cu), the remainder iron and unavoidable impurities,
  • V2) secondary metallurgical treatment of the steel melt by introducing gaseous nitrogen into the steel melt in such a way that the steel melt has a nitrogen concentration of at least 0.008% by weight and a maximum of 0.04% by weight after the secondary metallurgical treatment,
  • V3) Pouring off the steel melt treated by secondary metallurgy as ingot casting or continuous casting to produce a cast material,
  • V4) Production of a blank in the form of a round block from the casting material and allowing the blank to cool to a temperature of 400 ° C or less,
  • V5) processing of the blank into a seamlessly rolled ring, the processing comprising the steps of reheating the blank to at least one rolling temperature, rolling the blank on a ring rolling mill to form a seamlessly rolled ring and cooling the seamlessly rolled ring to a temperature of 400 ° C or less includes,
  • V6) reheating of the seamlessly rolled ring to carry out a normalizing heat treatment.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rohling in dem Verfahrensschritt V5) auf eine Walztemperatur von mindestens 1200 °C erwärmt wird.According to the invention, it is provided that the blank is heated to a rolling temperature of at least 1200 ° C. in method step V5).

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die normalisierende Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt V6) folgende Verfahrensschritte:

  • N1) Erwärmen des Bauteils in einem Ofen auf eine Normalisierungstemperatur in einem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C,
  • N2) Halten des Bauteils bei einer Normalisierungstemperatur in einem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C für eine an die Abmessungen des Bauteils angepasste Haltedauer, und
  • N3) Abkühlen des Bauteils an ruhender Luft auf Raumtemperatur.
According to one embodiment of the method according to the invention, the normalizing heat treatment according to method step V6) comprises the following method steps:
  • N1) heating the component in an oven to a normalization temperature in a temperature range of 930 ° C to 1100 ° C,
  • N2) holding the component at a normalization temperature in a temperature range of 930 ° C to 1100 ° C for a holding time adapted to the dimensions of the component, and
  • N3) Cooling of the component in still air to room temperature.

Im Rahmen des Haltens des Bauteils bei einer Normalisierungstemperatur gemäß Verfahrensschritt N2) muss die Haltedauer an die Abmessungen des Bauteils, insbesondere an die Dicke des Bauteilquerschnitts angepasst sein. Es wurde gefunden, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung einer Mindesthaltedauer die Funktion y = 0,0065 * x + 0,5 verwendet werden kann. Hierbei ist x die eingesetzte Bauteildicke in mm. Bei einem Ring ist dies die Differenz von Außen- und Innenradius. Als Wert y ergibt sich dann die Mindesthaltedauer in Stunden.In the context of holding the component at a normalization temperature according to method step N2), the holding time must be adapted to the dimensions of the component, in particular to the thickness of the component cross-section. It has been found that, within the scope of the present invention, the function y = 0.0065 * x + 0.5 can be used to determine a minimum holding period. Here x is the component thickness used in mm. In the case of a ring, this is the difference between the outer and inner radius. The minimum holding time in hours then results as the value y.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Verfahrensschritten V1) und V2) eine Stahlschmelze erzeugt, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) mindestens 0,07 % bis maximal 0,11 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,30 % bis maximal 0,40 % Silizium (Si), mindestens 1,50 % bis maximal 1,60 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,20 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,10 % Vanadium (V), mindestens 0,02 % bis maximal 0,045 % Aluminium (Al), und mindestens 0,008 % bis maximal 0,03 % Stickstoff (N) umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.According to one embodiment of the method according to the invention, a steel melt is produced in method steps V1) and V2) whose composition (in% by weight) is at least 0.07% to a maximum of 0.11% carbon (C), at least 0.30% to a maximum of 0.40% silicon (Si), at least 1.50% to a maximum of 1.60% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.20% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0 , 10% vanadium (V), at least 0.02% to a maximum of 0.045% aluminum (Al), and at least 0.008% to a maximum of 0.03% nitrogen (N), the remainder iron and unavoidable impurities.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Verfahrensschritten V1) und V2) eine Stahlschmelze erzeugt, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) 0,08 % Vanadium (V), 0,03 % Aluminium (Al) und 0,01 % Stickstoff (N) umfasst.According to one embodiment of the method according to the invention, a steel melt is produced in method steps V1) and V2), the composition of which (in% by weight) is 0.08% vanadium (V), 0.03% aluminum (Al) and 0.01% Includes nitrogen (N).

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Verfahrensschritten V1) und V2) eine Stahlschmelze erzeugt, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) zusätzlich zu den Legierungselementen C, Si, Mn, Cr, V, Al und N maximal 0,08 % Molybdän (Mo), maximal 0,30 % Nickel (Ni), und maximal 0,30 % Kupfer (Cu) umfasst, wobei die Konzentrationen von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Nickel und Kupfer so aufeinander abgestimmt werden, dass der Stahl, aus dem das hergestellte Bauteil besteht, ein Kohlenstoffäquivalent Ce aufweist, welches bei Berechnung nach der Formel C e = C + M n 6 + C r + M o + V 5 + N i + C u 15

Figure DE102020210764B3_0003
der Forderung 0,38 < Ce < 0,43 genügt. Durch die Abstimmung der Konzentrationen dieser Legierungselemente aufeinander, so dass die Maßgabe für das Kohlenstoffäquivalent eingehalten wird, wird eine gute Schweißbarkeit des Stahls sichergestellt.According to one embodiment of the method according to the invention, a steel melt is produced in method steps V1) and V2), the composition of which (in% by weight) in addition to the alloying elements C, Si, Mn, Cr, V, Al and N is a maximum of 0.08% Molybdenum (Mo), a maximum of 0.30% nickel (Ni), and a maximum of 0.30% copper (Cu), the concentrations of carbon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, nickel and copper being matched to one another so that the steel from which the manufactured component is made has a carbon equivalent Ce, which when calculated using the formula C. e = C. + M. n 6th + C. r + M. O + V 5 + N i + C. u 15th
Figure DE102020210764B3_0003
 the requirement 0.38 <Ce <0.43 is sufficient. By coordinating the concentrations of these alloying elements with one another so that the requirement for the carbon equivalent is adhered to, good weldability of the steel is ensured.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Stahls, dessen Zusammensetzung (in Gew.-%) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si), mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al), mindestens 0,008 % bis maximal 0,04 % Stickstoff (N), maximal 0,08 % Molybdän (Mo), maximal 0,30 % Nickel (Ni), und maximal 0,30 % Kupfer (Cu) umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von nahtlosen Ringen durch Ringwalzen oder Freiformschmieden.The invention also relates to the use of a steel whose composition (in% by weight) is at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0 , 05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al), a minimum of 0.008% to a maximum of 0.04% nitrogen (N), a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), a maximum of 0.30% nickel (Ni), and a maximum 0.30% copper (Cu), the remainder iron and unavoidable impurities, as a material for the production of seamless rings by ring rolling or open die forging.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreiben. Es zeigen

  • 1 einen Vergleich der Korngröße des erfindungsgemäßen Stahlwerkstoffs mit einem Vergleichswerkstoff;
  • 2 die Ergebnisse aus Kerbschlagbiegeversuchen gemäß DIN EN ISO 148-1 mit dem erfindungsgemäßen Stahlwerkstoff bei einer Temperatur von - 50 °C;
  • 3 die Ergebnisse von 12 Einzelproben im Kerbschlagbiegeversuch an gealterten Proben (Alterungsversuch).
The invention is explained in more detail below with reference to the figures, which describe an exemplary embodiment of the invention. Show it
  • 1 a comparison of the grain size of the steel material according to the invention with a comparison material;
  • 2 the results from notched impact tests according to DIN EN ISO 148-1 with the steel material according to the invention at a temperature of - 50 ° C;
  • 3 the results of 12 individual samples in the notched impact test on aged samples (aging test).

1 zeigt auf der linken Seite das Gefüge eines Stahlwerkstoffs, das die gemäß DIN EN ISO 643 feinste Korngröße 10 aufweist. Rechts im Vergleich ist das Gefüge des erfindungsgemäßen Stahlwerkstoffs dargestellt. Die besonders stark ausgeprägte Feinkörnigkeit des Gefüges des erfindungsgemäßen Stahlwerkstoffs ist gut zu erkennen. 1 shows on the left the structure of a steel material that has the finest grain size 10 according to DIN EN ISO 643. The structure of the steel material according to the invention is shown in comparison on the right. The particularly pronounced fine-grain structure of the steel material according to the invention can be clearly seen.

Es weist sogar kleinere Korngrößen auf als das auf der linken Seite dargestellte feinkörnige Vergleichsgefüge.It even has smaller grain sizes than the fine-grain comparative structure shown on the left.

Das in 1 auf der rechten Seite dargestellte Gefügeschliffbild wurde anhand einer Probe eines erfindungsgemäß hergestellten Stahls erstellt. Die Probe wurde einem nahtlos gewalzten Ring entnommen, der in einem Ringwalzwerk ausgewalzt wurde. Aufgrund der Verformungsrichtung beim Ringwalzen erkennt man eine zeilenartige Ausrichtung des Gefüges. Diese zeilenartige Ausrichtung kann als normal für das Ringwalzverfahren angesehen werden.This in 1 The micrograph shown on the right-hand side was created using a sample of a steel produced according to the invention. The sample was taken from a seamlessly rolled ring which was rolled out in a ring rolling mill. Due to the direction of deformation during ring rolling, a line-like alignment of the can be seen Structure. This line-like alignment can be considered normal for the ring rolling process.

Die konkrete Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahlwerkstoffs, aus dem die Probe für das Schliffbild gemäß 1 entnommen wurde, entspricht der Zusammensetzung des Stahls, der der Versuchsreihe 4 zugrunde lag (siehe unten).The specific composition of the steel material according to the invention from which the sample for the micrograph according to FIG 1 was taken, corresponds to the composition of the steel on which test series 4 was based (see below).

2 zeigt die Ergebnisse von fünf Versuchsreihen mit dem erfindungsgemäßen Stahlwerkstoff (Versuchsreihen 1 bis 5) und zwei Versuchsreihen mit einem Vergleichswerkstoff (Versuchsreihen 6 und 7), der bei seiner Herstellung im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Stahlwerkstoff nicht mit gasförmigem Stickstoff gespült wurde, sondern bei dem der Stickstoff über ein Trägermaterial in Form eines Feststoffes zulegiert wurde. In jeder Versuchsreihe wurde mittels des Kerbschlagbiegeversuchs gemäß DIN EN ISO 148-1 die Kerbschlagarbeit (in Joule (J)) ermittelt. In allen Versuchsreihen wurde ein Schlagwerk verwendet, welches ein maximales Arbeitsvermögen von 300 J aufwies. 2 shows the results of five test series with the steel material according to the invention (test series 1 to 5) and two test series with a comparative material (test series 6 and 7) which, in contrast to the steel material according to the invention, was not purged with gaseous nitrogen during its production, but in which the Nitrogen was added via a carrier material in the form of a solid. In each series of tests, the notched bar impact test according to DIN EN ISO 148-1 the impact energy (in joules (J)) is determined. A hammer mechanism with a maximum working capacity of 300 J was used in all test series.

In den Versuchsreihen 1 bis 5 wurden durchweg hohe bis sehr hohe Werte für die Kerbschlagarbeit ermittelt, die um Größenordnungen über den Werten der Kerbschlagarbeit lagen, die für den Vergleichswerkstoff ermittelt wurden (Versuchsreihen 6 und 7). In den Versuchsreihen 3 und 4 lag die für die Zerstörung der Probe erforderliche Kerbschlagarbeit sogar über dem Arbeitsvermögen des verwendeten Schlagwerks, d.h. die Proben wurden in diesen Versuchsreihen nicht zerstört. Von daher lag die Kerbschlagarbeit bei diesen Versuchsreihen 3 und 4 irgendwo oberhalb von 300 J.In the test series 1 to 5 consistently high to very high values were determined for the impact energy, which were orders of magnitude above the values of the impact energy determined for the comparison material (test series 6 and 7). In test series 3 and 4, the notched impact energy required to destroy the specimen was even greater than the work capacity of the hammer mechanism used, i.e. the specimens were not destroyed in these test series. Therefore, the impact energy in these test series 3 and 4 was somewhere above 300 J.

Die Versuchsreihen 1 bis 5 wurden jeweils anhand eines erfindungsgemäßen Stahlwerkstoffs mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) durchgeführt:

  • Versuchsreihe 1:
    • Kohlenstoff (C) = 0,096 %
    • Silizium (Si) = 0,34 %
    • Mangan (Mn) = 1,51 %
    • Chrom (Cr) = 0,15 %
    • Vanadium (V) = 0,058 %
    • Aluminium (Al) = 0,024 %
    • Stickstoff (N) = 0,0118 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
  • Versuchsreihe 2:
    • Kohlenstoff (C) = 0,094 %
    • Silizium (Si) = 0,34 %
    • Mangan (Mn) = 1,50 %
    • Chrom (Cr) = 0,13 %
    • Vanadium (V) = 0,061 %
    • Aluminium (Al) = 0,022 %
    • Stickstoff (N) = 0,0114 %,
    • Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
  • Versuchsreihe 3:
    • Kohlenstoff (C) = 0,110 %
    • Silizium (Si) = 0,31 %
    • Mangan (Mn) = 1,51 %
    • Chrom (Cr) = 0,12 %
    • Vanadium (V) = 0,064 %
    • Aluminium (Al) = 0,020 %
    • Stickstoff (N) = 0,0118 %,
    • Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
  • Versuchsreihe 4:
    • Kohlenstoff (C) = 0,101 %
    • Silizium (Si) = 0,37 %
    • Mangan (Mn) = 1,53 %
    • Chrom (Cr) = 0,13 %
    • Vanadium (V) = 0,064 %
    • Aluminium (Al) = 0,030 %
    • Stickstoff (N) = 0,0120 %,
    • Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
  • Versuchsreihe 5:
    • Kohlenstoff (C) = 0,096 %
    • Silizium (Si) = 0,34 %
    • Mangan (Mn) = 1,51 %
    • Chrom (Cr) = 0,15 %
    • Vanadium (V) = 0,058 %
    • Aluminium (Al) = 0,024 %
    • Stickstoff (N) = 0,0118 %,
    • Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
The test series 1 to 5 were each carried out using a steel material according to the invention with the following composition (in% by weight):
  • Test series 1:
    • Carbon (C) = 0.096%
    • Silicon (Si) = 0.34%
    • Manganese (Mn) = 1.51%
    • Chromium (Cr) = 0.15%
    • Vanadium (V) = 0.058%
    • Aluminum (Al) = 0.024%
    • Nitrogen (N) = 0.0118%, remainder iron and unavoidable impurities
  • Test series 2:
    • Carbon (C) = 0.094%
    • Silicon (Si) = 0.34%
    • Manganese (Mn) = 1.50%
    • Chromium (Cr) = 0.13%
    • Vanadium (V) = 0.061%
    • Aluminum (Al) = 0.022%
    • Nitrogen (N) = 0.0114%,
    • Remainder iron and unavoidable impurities
  • Test series 3:
    • Carbon (C) = 0.110%
    • Silicon (Si) = 0.31%
    • Manganese (Mn) = 1.51%
    • Chromium (Cr) = 0.12%
    • Vanadium (V) = 0.064%
    • Aluminum (Al) = 0.020%
    • Nitrogen (N) = 0.0118%,
    • Remainder iron and unavoidable impurities
  • Test series 4:
    • Carbon (C) = 0.101%
    • Silicon (Si) = 0.37%
    • Manganese (Mn) = 1.53%
    • Chromium (Cr) = 0.13%
    • Vanadium (V) = 0.064%
    • Aluminum (Al) = 0.030%
    • Nitrogen (N) = 0.0120%,
    • Remainder iron and unavoidable impurities
  • Test series 5:
    • Carbon (C) = 0.096%
    • Silicon (Si) = 0.34%
    • Manganese (Mn) = 1.51%
    • Chromium (Cr) = 0.15%
    • Vanadium (V) = 0.058%
    • Aluminum (Al) = 0.024%
    • Nitrogen (N) = 0.0118%,
    • Remainder iron and unavoidable impurities.

Die Versuchsreihen 6 und 7 wurden anhand eines Vergleichswerkstoffs ermittelt, der nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Insbesondere wurde der Vergleichswerkstoff ohne die erfindungsgemäße sekundärmetallurgische Behandlung gemäß Verfahrensschritt V2) hergestellt. Der Vergleichswerkstoff wies eine mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen der Versuchsreihe 1 bis 5 vergleichbare Zusammensetzung auf, allerdings wurde der Stickstoff nicht durch Spülen mit gasförmigem Stickstoff zulegiert, sondern durch Hinzugabe eines stickstoffhaltigen Feststoffes in die Schmelze.The test series 6 and 7 were determined on the basis of a comparison material which was not produced by the method according to the invention. In particular, the comparison material was produced without the secondary metallurgical treatment according to the invention according to method step V2). The comparison material had a composition comparable to the compositions according to the invention of test series 1 to 5, but the nitrogen was not added by purging with gaseous nitrogen, but by adding a nitrogen-containing solid to the melt.

3 zeigt die Ergebnisse von Alterungsversuchen an Proben mit dem erfindungsgemäßen Stahlwerkstoff. Wiedergegeben sind die Ergebnisse von Kerbschlagbiegeversuchen an 12 gealterten Einzelproben. Die Proben wurden durch Glühen bei einer Temperatur von ca. 120 °C bei einer Glühdauer von 24 Stunden gealtert. 3 shows the results of aging tests on samples with the steel material according to the invention. The results of notched impact tests on 12 aged individual samples are shown. The samples were aged by annealing at a temperature of approx. 120 ° C. for an annealing time of 24 hours.

Es ist bekannt, dass nicht abgebundener Stickstoff in Stählen zu Alterungserscheinungen führt. Dabei kommt es zu Sprödbrüchen des Materials. Bei dem erfindungsgemäßen Stahlwerkstoff sind genügend stickstoffaffine Elemente in ausreichender Konzentration vorhanden, die Stickstoff abbinden. Daher weisen die Versuchsergebnisse des Alterungsversuchs gemäß 3 keine Alterungserscheinungen auf. An allen zwölf gealterten Einzelproben wurde eine hohe Kerbschlagarbeit um 200 J ermittelt. Für alle gealterten Proben lag die ermittelte Kerbschlagarbeit in dem Bereich zwischen 190 J und 210 J. Dies zeigt, dass der erfindungsgemäße Stahlwerkstoff auch eine sehr gute Alterungsbeständigkeit aufweist.It is known that non-set nitrogen in steels leads to signs of aging. This leads to brittle fractures in the material. In the steel material according to the invention, sufficient nitrogen-affine elements are present in sufficient concentration to bind nitrogen. Therefore, the test results of the aging test according to 3 no signs of aging. A high notch impact energy of 200 J was determined on all twelve aged individual samples. For all aged samples, the impact energy determined was in the range between 190 J and 210 J. This shows that the steel material according to the invention also has very good aging resistance.

Claims (14)

Bauteil aus Stahl, erhältlich durch ein Verfahren, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: V1) Herstellung einer Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung, die (in Gew.- %) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si), mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al), optional maximal 0,08 % Molybdän (Mo), optional maximal 0,30 % Nickel (Ni), optional maximal 0,30 % Kupfer (Cu), umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, V2) sekundärmetallurgische Behandlung der Stahlschmelze durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff (N) in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der sekundärmetallurgischen Behandlung eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist, V3) Abgießen der sekundärmetallurgisch behandelten Stahlschmelze als Blockguss oder Strangguss zur Erzeugung eines Gussmaterials, V4) Erzeugung eines Rohlings aus dem Gussmaterial und abkühlen lassen des Rohlings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger, V5) Verarbeitung des Rohlings zu dem Bauteil, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Umformtemperatur, Umformen des Rohlings zu dem Bauteil und Abkühlen des Bauteils auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst, V6) Wiedererwärmung des Bauteils zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung. Steel component, obtainable by a process which comprises the following process steps: V1) Production of a steel melt with a composition that (in% by weight) at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0.05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al), optionally a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), optional maximum 0.30% nickel (Ni), optionally a maximum of 0.30% copper (Cu), includes, remainder iron and unavoidable impurities, V2) secondary metallurgical treatment of the steel melt by introducing gaseous nitrogen (N) into the steel melt in such a way that the steel melt after the secondary metallurgical treatment has a nitrogen concentration of at least 0.008% by weight and a maximum of 0.04% by weight, V3) Pouring off the steel melt treated by secondary metallurgy as ingot casting or continuous casting to produce a cast material, V4) production of a blank from the casting material and allowing the blank to cool to a temperature of 400 ° C or less, V5) processing of the blank into the component, the processing comprising the steps of reheating the blank to at least a forming temperature, forming the blank into the component and cooling the component to a temperature of 400 ° C or less, V6) Reheating of the component in order to carry out a normalizing heat treatment. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformverfahren im Verfahrensschritt V5) ein Ringwalzverfahren oder ein Freiformschmiedeverfahren ist.Component after Claim 1 , characterized in that the forming process in process step V5) is a ring rolling process or an open-die forging process. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein nahtlos gewalzter Ring ist, wobei im Verfahrensschritt V4) der aus dem Gussmaterial erzeugte Rohling ein Rundblock für ein Ringwalzverfahren zur Erzeugung des nahtlos gewalzten Rings ist, wobei im Verfahrensschritt V5) die Verarbeitung des Rohlings zu einem nahtlos gewalzten Ring erfolgt, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Walztemperatur, Stauchen des Rohlings, Lochen des Rohlings, Auswalzen des Rohlings auf einem Ringwalzwerk zu einem nahtlos gewalzten Ring und Abkühlen des nahtlos gewalzten Rings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst, wobei im Verfahrensschritt V6) eine Wiedererwärmung des nahtlos gewalzten Rings zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung erfolgt.Component after Claim 1 or 2 , characterized in that the component is a seamlessly rolled ring, wherein in process step V4) the blank produced from the casting material is a round block for a ring rolling process to produce the seamlessly rolled ring, wherein in process step V5) the processing of the blank into a seamlessly rolled one Ring takes place, with the processing of the steps of reheating the blank at least to a rolling temperature, upsetting the blank, perforating the blank, rolling the blank on a ring rolling mill to form a seamlessly rolled ring and cooling the seamlessly rolled ring to a temperature of 400 ° C or less comprises, wherein in method step V6) the seamlessly rolled ring is reheated to carry out a normalizing heat treatment. Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die normalisierende Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt V6) folgende Verfahrensschritte umfasst: N1) Erwärmen des Bauteils in einem Ofen auf eine Normalisierungstemperatur in einem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C, N2) Halten des Bauteils bei einer Normalisierungstemperatur in dem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C für eine an die Abmessungen des Bauteils angepasste Haltedauer, und N3) Abkühlen des Bauteils an ruhender Luft auf Raumtemperatur.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the normalizing heat treatment according to method step V6) comprises the following method steps: N1) heating the component in an oven to a normalization temperature in a temperature range of 930 ° C to 1100 ° C, N2) holding the component at a normalization temperature in the temperature range from 930 ° C. to 1100 ° C. for a holding period adapted to the dimensions of the component, and N3) cooling the component to room temperature in still air. Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Stahls (in Gew.-%) mindestens 0,07 % bis maximal 0,11 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,30 % bis maximal 0,40 % Silizium (Si), mindestens 1,50 % bis maximal 1,60 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,20 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,10 % Vanadium (V), mindestens 0,02 % bis maximal 0,045 % Aluminium (Al), und mindestens 0,008 % bis maximal 0,03 % Stickstoff (N) umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the composition of the steel (in wt .-%) at least 0.07% to a maximum of 0.11% carbon (C), at least 0.30% to a maximum of 0.40% silicon (Si), at least 1.50% to a maximum of 1.60% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.20% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.10% vanadium (V), at least 0 , 02% to a maximum of 0.045% aluminum (Al), and at least 0.008% to a maximum of 0.03% nitrogen (N), the remainder iron and unavoidable impurities. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Stahls (in Gew.-%) 0,08 % Vanadium (V), 0,03 % Aluminium (Al) und 0,01 % Stickstoff (N) umfasst.Component after Claim 5 , characterized in that the composition of the steel (in% by weight) comprises 0.08% vanadium (V), 0.03% aluminum (Al) and 0.01% nitrogen (N). Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Stahls (in Gew.-%) zusätzlich zu den Legierungselementen C, Si, Mn, Cr, V, Al und N maximal 0,08 % Molybdän (Mo), maximal 0,30 % Nickel (Ni), und maximal 0,30 % Kupfer (Cu) umfasst, wobei der Stahl ein Kohlenstoffäquivalent Ce aufweist, welches bei Berechnung nach der Formel C e = C + M n 6 + C r + M o + V 5 + N i + C u 15
Figure DE102020210764B3_0004
der Forderung 0,38 < Ce < 0,43 genügt.Component according to one of the preceding claims, characterized in that the composition of the steel (in% by weight) in addition to the alloying elements C, Si, Mn, Cr, V, Al and N is a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), maximum 0.30% nickel (Ni), and a maximum of 0.30% copper (Cu), the steel having a carbon equivalent Ce, which when calculated according to the formula C. e = C. + M. n 6th + C. r + M. O + V 5 + N i + C. u 15th
Figure DE102020210764B3_0004
 the requirement 0.38 <Ce <0.43 is sufficient. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Stahl, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: V1) Herstellung einer Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung, die (in Gew.-%) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si), mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al), optional maximal 0,08 % Molybdän (Mo), optional maximal 0,30 % Nickel (Ni), optional maximal 0,30 % Kupfer (Cu), umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, V2) sekundärmetallurgische Behandlung der Stahlschmelze durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der sekundärmetallurgischen Behandlung eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist, V3) Abgießen der sekundärmetallurgisch behandelten Stahlschmelze als Blockguss oder Strangguss zur Erzeugung eines Gussmaterials, V4) Erzeugung eines Rohlings aus dem Gussmaterial und abkühlen lassen des Rohlings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger, V5) Verarbeitung des Rohlings zu einem nahtlos gewalzten Ring, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Umformtemperatur, Umformen des Rohlings zu dem nahtlos gewalzten Ring und Abkühlen des Bauteils auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst, V6) Wiedererwärmung des Bauteils zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung.Method for producing a component from steel, comprising the following method steps: V1) Production of a steel melt with a composition that contains (in% by weight) at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0.05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al), optionally a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), optional maximum 0.30% nickel (Ni), optionally a maximum of 0.30% copper (Cu), includes, remainder iron and unavoidable impurities, V2) secondary metallurgical treatment of the steel melt by introducing gaseous nitrogen into the steel melt in such a way that the steel melt has a nitrogen concentration of at least 0.008% by weight and a maximum of 0.04% by weight after the secondary metallurgical treatment, V3) Pouring off the steel melt treated by secondary metallurgy as ingot casting or continuous casting to produce a cast material, V4) production of a blank from the casting material and allowing the blank to cool to a temperature of 400 ° C or less, V5) processing of the blank into a seamlessly rolled ring, the processing comprising the steps of reheating the blank at least to a forming temperature, forming the blank into the seamlessly rolled ring and Includes cooling the component to a temperature of 400 ° C or less, V6) Reheating of the component in order to carry out a normalizing heat treatment. Verfahren zur Herstellung eines nahtlos gewalzten Rings aus Stahl, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: V1) Herstellung einer Stahlschmelze mit einer Zusammensetzung, die (in Gew.-%) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si), mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al), optional maximal 0,08 % Molybdän (Mo), optional maximal 0,30 % Nickel (Ni), optional maximal 0,30 % Kupfer (Cu), umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, V2) sekundärmetallurgische Behandlung der Stahlschmelze durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff in die Stahlschmelze derart, dass die Stahlschmelze nach der sekundärmetallurgischen Behandlung eine Stickstoffkonzentration von mindestens 0,008 Gew.-% und maximal 0,04 Gew.-% aufweist, V3) Abgießen der sekundärmetallurgisch behandelten Stahlschmelze als Blockguss oder Strangguss zur Erzeugung eines Gussmaterials, V4) Erzeugung eines Rohlings in Form eines Rundblocks aus dem Gussmaterial und abkühlen lassen des Rohlings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger, V5) Verarbeitung des Rohlings zu einem nahtlos gewalzten Ring, wobei die Verarbeitung die Arbeitsschritte Wiedererwärmen des Rohlings zumindest auf eine Walztemperatur, Auswalzen des Rohlings auf einem Ringwalzwerk zu einem nahtlos gewalzten Ring und Abkühlen des nahtlos gewalzten Rings auf eine Temperatur von 400 °C oder weniger umfasst, V6) Wiedererwärmung des nahtlos gewalzten Rings zur Durchführung einer normalisierenden Wärmebehandlung.A method of manufacturing a seamless rolled ring made of steel, comprising the following process steps: V1) Production of a steel melt with a composition that contains (in% by weight) at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0.05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al), optionally a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), optional maximum 0.30% nickel (Ni), optionally a maximum of 0.30% copper (Cu), includes, remainder iron and unavoidable impurities, V2) secondary metallurgical treatment of the steel melt by introducing gaseous nitrogen into the steel melt in such a way that the steel melt has a nitrogen concentration of at least 0.008% by weight and a maximum of 0.04% by weight after the secondary metallurgical treatment, V3) Pouring off the steel melt treated by secondary metallurgy as ingot casting or continuous casting to produce a cast material, V4) Production of a blank in the form of a round block from the casting material and allowing the blank to cool to a temperature of 400 ° C or less, V5) processing of the blank into a seamlessly rolled ring, the processing comprising the steps of reheating the blank to at least one rolling temperature, rolling the blank on a ring rolling mill to form a seamlessly rolled ring and cooling the seamlessly rolled ring to a temperature of 400 ° C or less includes, V6) reheating of the seamlessly rolled ring to carry out a normalizing heat treatment. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die normalisierende Wärmebehandlung gemäß Verfahrensschritt V6) folgende Verfahrensschritte umfasst: N1) Erwärmen des Bauteils in einem Ofen auf eine Normalisierungstemperatur in einem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C, N2) Halten des Bauteils bei einer Normalisierungstemperatur in einem Temperaturintervall von 930 °C bis 1100 °C für eine an die Abmessungen des Bauteils angepasste Haltedauer, und N3) Abkühlen des Bauteils an ruhender Luft auf Raumtemperatur.Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the normalizing heat treatment according to method step V6) comprises the following method steps: N1) heating the component in an oven to a normalization temperature in a temperature range from 930 ° C to 1100 ° C, N2) holding the component at a normalization temperature in a temperature range from 930 ° C to 1100 ° C for a holding time adapted to the dimensions of the component, and N3) cooling the component in still air to room temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verfahrensschritten V1) und V2) eine Stahlschmelze erzeugt wird, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) mindestens 0,07 % bis maximal 0,11 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,30 % bis maximal 0,40 % Silizium (Si), mindestens 1,50 % bis maximal 1,60 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,20 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,10 % Vanadium (V), mindestens 0,02 % bis maximal 0,045 % Aluminium (Al), und mindestens 0,008 % bis maximal 0,03 % Stickstoff (N) umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.Method according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that in process steps V1) and V2) a steel melt is produced whose composition (in wt .-%) at least 0.07% to a maximum of 0.11% carbon (C), at least 0.30% to a maximum 0.40% silicon (Si), at least 1.50% to a maximum of 1.60% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.20% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0, Contains 10% vanadium (V), at least 0.02% to a maximum of 0.045% aluminum (Al), and at least 0.008% to a maximum of 0.03% nitrogen (N), the remainder iron and unavoidable impurities. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verfahrensschritten V1) und V2) eine Stahlschmelze erzeugt wird, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) 0,08 % Vanadium (V), 0,03 % Aluminium (Al) und 0,01 % Stickstoff (N) umfasst.Procedure according to Claim 11 , characterized in that in process steps V1) and V2) a steel melt is produced, the composition of which (in% by weight) is 0.08% vanadium (V), 0.03% aluminum (Al) and 0.01% nitrogen (N) includes. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verfahrensschritten V1) und V2) eine Stahlschmelze erzeugt wird, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) zusätzlich zu den Legierungselementen C, Si, Mn, Cr, V, Al und N maximal 0,08 % Molybdän (Mo), maximal 0,30 % Nickel (Ni), und maximal 0,30 % Kupfer (Cu) umfasst, wobei die Konzentrationen von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Nickel und Kupfer so aufeinander abgestimmt werden, dass der Stahl, aus dem das hergestellte Bauteil besteht, ein Kohlenstoffäquivalent Ce aufweist, welches bei Berechnung nach der Formel C e = C + M n 6 + C r + M o + V 5 + N i + C u 15
Figure DE102020210764B3_0005
der Forderung 0,38 < Ce < 0,43 genügt.Method according to one of the Claims 8 until 12th , characterized in that in process steps V1) and V2) a steel melt is produced whose composition (in wt .-%) in addition to the alloying elements C, Si, Mn, Cr, V, Al and N a maximum of 0.08% molybdenum (Mo), a maximum of 0.30% nickel (Ni), and a maximum of 0.30% copper (Cu), the concentrations of carbon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, nickel and copper being coordinated so that the Steel, from which the manufactured component is made, has a carbon equivalent Ce, which when calculated according to the formula C. e = C. + M. n 6th + C. r + M. O + V 5 + N i + C. u 15th
Figure DE102020210764B3_0005
 the requirement 0.38 <Ce <0.43 is sufficient. Verwendung eines Stahls, dessen Zusammensetzung (in Gew.-%) mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Kohlenstoff (C), mindestens 0,20 % bis maximal 0,45 % Silizium (Si), mindestens 1,00 % bis maximal 2,00 % Mangan (Mn), mindestens 0,05 % bis maximal 0,45 % Chrom (Cr), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Vanadium (V), mindestens 0,05 % bis maximal 0,25 % Aluminium (Al), mindestens 0,008 % bis maximal 0,04 % Stickstoff (N), maximal 0,08 % Molybdän (Mo), maximal 0,30 % Nickel (Ni), und maximal 0,30 % Kupfer (Cu) umfasst, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von nahtlosen Ringen durch Ringwalzen oder Freiformschmieden.Use of a steel whose composition (in% by weight) is at least 0.05% to a maximum of 0.25% carbon (C), at least 0.20% to a maximum of 0.45% silicon (Si), at least 1.00% to a maximum of 2.00% manganese (Mn), at least 0.05% to a maximum of 0.45% chromium (Cr), at least 0.05% to a maximum of 0.25% vanadium (V), at least 0.05% to a maximum of 0.25% aluminum (Al), at least 0.008% to a maximum of 0.04% nitrogen (N), maximum 0.08% molybdenum (Mo), maximum 0.30% nickel (Ni), and maximum 0.30% copper (Cu) includes, the remainder iron and unavoidable impurities, as a material for the production of seamless rings by ring rolling or open die forging.
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