DE1071734B

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Publication number: DE1071734B
Application number: DENDAT1071734D
Authority: DE
Publication date: 1959-12-24

Description

DEUTSCHES

Die bekannten schweißbaren Baustähle kennzeichnen sich unter anderem dadurch, daß sie von besonderer Reinheit in bezug auf die üblichen Eisenbegleiter Phosphor und Schwefel sowie auch an Sauerstoff und Stickstoff sind. Die Summe der Phosphor- und Schwefelgehalte wird für diese Stähle im allgemeinen auf höchstens 0,07% und der Kohlenstoffgehalt der Stähle auf maximal 0,20% begrenzt. Mit dieser Zusammensetzung und Reinheit sind hochwertige schweißbare Baustähle bekanntlich nur in kostspieligen Frischverfähren herzustellen, so daß für sie Thomasstähle der üblichen Schmelzung durchweg auszuscheiden haben. Die Zähigkeit der bekannten schweißbaren Baustähle, gemessen an der, Kerbzähigkeit und insbesondere im gealterten Zustand, konnte bisher nicht gewährleistet werden. ;

Die Erfindung beruht nun auf der wichtigen Feststellung, daß die schädliche Wirkung der Eisenbegleiter Phosphor und Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff, aber auch des Kohlenstoffs auf die gefürchtete Trennbruchempfindlichkeit unterbleibt, wenn die, Baustähle mit Titan, Zirkonium oder Nickel einzeln oder gemeinsam .legiert sind. Es ergab sich, sogar — und.''darauf beruht der allgemeine E rfiri doingsgedanke ■—, daß hochwertigste schweißbare ''Baustähle dieser Art Phosphor- und Schwefelgehalre'aufweisen dürfen, die weit über den Grenzen derjenigen Gehalte liegen, die man bisher für solche Stähle für zulässig erachtete. Das gleiche, gilt für den Kohlenstoffgehalt '"■'■' der Stähle^ der nuhrneh,r, und zwar ohne wesentliche Beeinträchtigung der Schweißbarkeit uri'd ZäKigkeit, mehr als 0,15%, und bis zu 0,50% betragen kajjh.'j)ic Gehalte der Stähle' an' Phosphor und^:§chy/ef el· körihen jeweils in den Grenzen von 0,03 bis 0,08% liegen und in der Summe mehr als 0,07% und bis zu 0,16% ausmachen. ■ , .., ".'„■

Die über die Herstellung und Verwendung von Baustählen entscheidende Lehre, daß sich selbst Stähle mit vergleichsweise hohen Gehalten an schädlichen Begleitern, insbesondere an Schwefel, als schweißbare Baustähle mit Gewährleistung für Sprödsicherheit auch im gealterten Zustand und in der Kälte verwenden lassen, konnte den bekannten Legierungsanweisungen für Baustähle nicht entnommen werden. Die Feststellung, daß Titan in Gehalten von 0,02 bis 0,3% die Versprödung verhindert, sagt noch nichts über die Sicherheit eines entsprechend legierten Baustahles gegen Versprödung durch Alterung und seine hohe Kerbzähigkeit auch bei tiefen Temperaturen aus sowie über den Einfluß ζ. Β. des Schwefels auf diese Eigenschaften. Das gleiche gilt für die Vorschläge, Maschinenelemente, die hohe Sicherheit gegen Schlagbeanspruchung bei tiefen Temperaturen aufweisen müssen, aus Stählen mit 0,25%Kohlen-

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mit guten Festigkeitseigenschaften

im ungealterten und im gealterten Zustand

Anmelder:
Dr.-Ing. Adolf Fry, Lübeck, Braünstr. 6

Dr.-Ing. Adolf Fry, Lübeck, ^:
ist als Erfinder genannt worden

Stoff, 0,05 bis 3% Titan, Rest Eisen herzustellen oder als legierte Baustähle, Stähle zu verwenden, die bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0^2 %, 2 bis 6% Mangan enthalten und außerdem noch 0,05 bis 0,5%,Titan und 0,05 bis,0,5% Zirkonium aufweisen können, diese Elemente allein oder gemeinsam.

Gegenstand der Erfindung ist danach die Verwendung von Stählen, vornehrnlich in Thomasgüte, mit

mehr als 0,15 und bis 0,50% Kohlenstoff,

■■'..„■ ".,-'.· bis 1,00% Silizium,· ,.-.V.,.,'..Z,...',,:;;,..;

■.■.·■:■- bis 2,00%,Mangan,.';'.'..'" -i"/-,'■■=_rr-

0,02 bis 0,60 % Titan, ' ',"_;'.',._: _v

0,03 bis 0,08% Phosphor,
0,03 bis^: 0,Ö8"«/(> SdhWefel

unter der Maßgäbe, däß^ie'ä,umme,,d,er.lG^ehälte an Schwefel und Phosphor., größer ist.', a'1,4' Ό,Ό7%" und höchstens 0,16% beträgt,: Rest Elsen, als¹ schweißbarer Baustahl;' der''im ürtgealterten Zustand eine hohe Festigkeit, Streckgrenze und eine hohe Zähigkeit besitzt sowie selbst im gealterten Zustand auch bei tiefen Temperaturen von gewährleisteter Kerbzähigkeit sein muß.

In der Zeichnung (Abb. 1 und 2) sind die Zusammensetzung und Eigenschaften einiger Baustähle in Thomasgüte nach einer Normalisierung bei 860° C in Luft und teilweise nachträglicher Alterung beschrieben und graphisch veranschaulicht.

Danach ergibt sich, daß ζ. B. ein Stahl (Schmelze Nr. 3) mit 0,12% Phosphor + Schwefel und einem Titangehalt von 0,23% normalisiert eine Festigkeit von etwa 65 kg/mm², eine Streckgrenze von 49 kg/mm², eine Dehnung von 29% und ein Streckgrenzenverhältnis von 74% aufweist. Die Kerbzähigkeit des Stahles beträgt bei +20° C im ungealterten Zustand 13 mkg/cm² und im gealterten Zustand 8,7 mkg/cm².

Ein Baustahl mit 0,11°/» Pposphor + Schwefel und einem Titangehalt von 0,10°/» (Schmelze Nr. 1) hat

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normalisiert eine Festigkeit von 70 kg/mm², ein Streckgrenzenverhältnis von 76% und eine Kerbzähigkeit bei +20° C im ungealterten Zustand von 11 mkg/cm², die gealtert mir auf 7 mkg/cm² zurückging.

Aus diesen Daten ergibt sich deutlich, daß man bei der Herstellung des Baustahles nach dieser Erfindung in bezug auf die Phosphor- und Schwefelgehalte der Stähle wesentlich freier ist als bisher und daß sich diese Stähle deshalb auch ohne weiteres in Thomas-Stahlgüte verwenden lassen. Damit öffnet die Erfindung einen völlig neuen Weg für die Herstellung von hochwertigsten schweißbaren Baustählen.

Der Zusatz von Titan zu den Stählen erfolgt am zweckmäßigsten erst nach deren Desoxydation durch die dafür an sich bekannten Stoffe, wie z. B. durch Mangan, Silizium und Aluminium.

Bei dem Baustahl nach der Erfindung kann das Titan ganz oder zum Teil durch Zirkon ersetzt sein. Auch können das Titan oder das Zirkonium oder ao beide ganz oder teilweise durch Nickel ausgetauscht werden und die Stähle dabei einen'Nickegehalt von 0,60 bis 4% aufweisen. Schließlich können die erfindungsgemäßen Baustähle noch mit 0,2 bis 1,5% Chrom, 0,1 bis 1,5% Kupfer, bis 0,5% Aluminium, 0,01 bis 0,25% Vanadin, 0,03 bis 0,50% Molybdän, 0,01 bis 0,30% Niob, 0,01 bis 0,30% Tantal und 0,0005 bis 0,20% Bor, diesen Stoffen einzeln oder gemeinsam legiert sein.

Zur Verbesserung seiner Festigkeitseigenschaften kann man den Baustahl nach der Erfindung einer für Baustähle bekannten Wärmebehandlung, insbesondere einer Abschreckung oder Vergütung oder einer Verformung bei Temperaturen unterhalb A₃ unterziehen.

Die hervorragendste Eigenschaft des erfindungsgemäßen Baustahles besteht in seiner hohen Trennbruchsicherheit, die sich insbesondere als hohe Sicherheit und Zähigkeit, sei es in großen Dimensionen mit starkem, dreiachsigem Spannungszustand und gegebenenfalls auch bei tiefer Temperatur, äußert. Damit sind dem Baustahl nach der Erfindung Anwendungsgebiete erschlossen, die selbst den bisher bekannten reinsten Baustählen nicht zugänglich waren.

Claims

Patentansprüche:

1. Die Verwendung von Stählen, vornehmlich in Thomasstahlgüte, mit
mehr als 0,15 und bis 0,50% Kohlenstoff,
bis 1,00% Silizium,

bis 2,00% Mangan,
0,02 bis 0,60% Titan,
0,03 bis 0,08 % Phosphor,
0,03 bis 0,08% Schwefel

unter der Maßgabe, daß die Summe der Gehalte an Schwefel und Phosphor größer ist als 0,07% und höchstens 0,16% beträgt, Rest Eisen, als schweißbarer Baustahl, der im ungealterten Zustand eine hohe Festigkeit, Streckgrenze und eine hohe Zähigkeit besitzt sowie selbst im gealterten Zustand auch bei tiefen Temperaturen von gewährleisteter guter Kerbzähigkeit sein muß.

2. Die Verwendung von Stählen der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, in denen das Titan ganz oder zum Teil clutch Zirkonium ersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Die Verwendung von Stählen der Zusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, bei denen' das Titan oder, das Zirkonium oder beide ganz oder teilweise durch Nickel ersetzt sind und der Nickelgehalt der Stähle 0,60 bis 4,00% beträgt für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Die Verwendung von Stählen der Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 3, die jedoch noch

0,2 bis 1,50% Chrom,
0,1 bis 1,50% Kupfer,

bis 0,50 % Aluminium,
0,1 bis 0,25% Vanadin,
0,03 bis 0,50% Molybdän,
0,01 bis 0,30% Niob,
0,01 bis 0,30% Tantal,
0,0005 bis 0,20% Bor,

diese Elemente einzeln oder zu mehreren enthalten für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Die Verwendung der Stähle gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 nach einer für Baustähle üblichen Wärmebehandlung oder einer Verformung bei Temperaturen unterhalb A₃ für den Zweck nach Anspruch 1.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 768 468:

USA.-Patentschrift Nr. 2 046168;

Chemisches Zentralblatt, 1950, II, S. 1871, betr.

kanadische Patentschrift Nr. 462 428;

E. Houdremont, »Handbuch der Sonderstahlkünde«, 1943, S. 286.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen