DE1106355B

DE1106355B - Schwachlegierter, hochfester, nickelfreier Stahl

Info

Publication number: DE1106355B
Application number: DE?A
Authority: DE
Inventors: Joseph Francis Boyce; Harold Melvin Reichhold
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1956-05-04
Filing date: 1957-05-04
Publication date: 1961-05-10

Description

Schwachlegierter, hochfester, nickelfreier Stahl Die Erfindung betrifft einen nickelfreien, schwachlegierten, hochfesten Stahl, der im abgeschreckten und vergüteten Zustand gekennzeichnet ist durch die Kombination guter Kerbzähigkeit, wie sie sich in einer niedrigen Übergangstemperatur äußert, sowie einer hohen Fließgrenze und einer guten Schweißbarkeit.

Bei Bergbaugeräten, Erdbewegungsmaschinen u. dgl. besteht ein Bedarf nach einem schwachlegierten, preisgünstigen Stahl, der hohe Fließgrenze, gute Kerbzähigkeit zusammen mit leichter Schweißbarkeit bei Stärken bis zu 25 mm in sich vereinigt. Es ist wünschenswert, daß solche Eigenschaften mit einem sehr geringen Anteil an kostspieligen Legierungselementen, wie Molybdän, und gänzlich ohne das in dieser Hinsicht entscheidende Element Nickel erreicht werden. Es wurde festgestellt, daß eine Fließgrenze oberhalb 63,3 kg/mmz und' eine Übergangstemperatur unterhalb -73° C bei Platten bis zu 25 mm Stärke aus Stahl im abgeschreckten und vergüteten Zustand innerhalb der folgenden Zusammensetzungsbereiche erhalten werden kann:

0,12 bis 0,21% Kohlenstoff,

0,50 bis 1,00°/o Mangan,

max. 0,04% Phosphor,

max. 0,04% Schwefel,

0,10 bis 0,750/0 Silizium,

0 bis 0,50°% Kupfer,

0,30 bis 0,751/o Chrom,

0,15 bis 0,45% Molybdän,

0,03 bis 0,10% Vanadium,

0,01 bis 0,0301o Titan,

0,0005 bis 0,0051/o Bor und

Rest Eisen mit den üblichen

Verunreinigungen.

Vorzugsweise soll der Stahl auf folgende Zusammensetzungsgrenzen beschränkt werden:

0,14 bis 0,18% Kohlenstoff,

0,60 bis 1,00% Mangan,

max. 0,025 % Phosphor,

max. 0,025 % Schwefel,

0,15 bis 0,35 0% Silizium,

0,40 bis 0,60% Chrom,

0,15 bis 0,25% Molybdän,

0,03 bis 0,07% Vanadium,

0,015 bis 0,02% Titan,

0,0015 bis 0,003% Bor und

Rest Eisen mit den üblichen

Verunreinigungen, mit

0,25 bis 0,3501o Kupfer,

wenn höchste Korrosionsbeständigkeit

erwünscht ist.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Eigenschaften, die mit dem Stahl gemäß der Erfindung zu erreichen sind.

Eine 25 mm dicke Platte mit der folgenden chemischen Zusammensetzung in Prozenten wurde in Wasser von 915° C abgeschreckt und dann 1 Stunde lang bei 635° C vergütet:

Charge

Nr. C Mn P s si Cu Cr Mo V Ti B

1 1 0,19 1 0,63 I 0,031 0,034 ( 0,17 ` 0,30 1 0,46 1 0,21 1 0,06 1 0,03 ` 0,0030

Nach der vorhererwähnten Wärmebehandlung ergaben sich folgende Eigenschaften in der Mitte der Plattendicke:

Kerbschlagprobestücke mit Rundkerbe Aus diesen Angaben erhellt, daß der Stahl gemäß der Erfindung eine hohe Fließgrenze, und zwar beträchtlich oberhalb 63,3 kg/mm2 besitzt, und zwar in Verbindung mit guter Kerbzähigkeit, wie die beträchtlich unterhalb -73° C liegende Übergangstemperatur erweist. Die folgende Charge veranschaulicht, daß Stahl innerhalb der oben aufgeführten weiten Zusammensetzungsgrenzen die gewünschten Eigenschaften entwickelt, wenn er einer zweckentsprechenden Wärmebehandlung unterzogen wurde, jedoch nicht in so hohem Grade wie Stahl innerhalb der bevorzugten Zusammensetzungsgrenzen

Charge

Nr. C Mn P s si Cr Mo V Ti B

2 , 0,12 , 0,67 I 0,022 I 0,022 I 0,23 I 0,37 I 0,14 I 0,03 I 0,02 I 0.0015

Eine 12,5 und eine 25 mm starke Platte aus dieser Charge wurden «-arm gewalzt, aus 915' C abgeschreckt und dann die 12,5 mm starke Platte 1 Stunde lang bei 635' C und die 25 mm starke Platte 1 Stunde lang bei 595' C angelassen. Eine niedrigere Vergütungstemperatur wurde bei der 25 mm starken Platte angewendet, da infolge des schwachen Legierungsgehaltes die 25 mm starke Platte nicht so viel Martensit in der Mitte entwickelte wie die 12,5 mm starke Platte, und bei dem niedrigen Kohlenstoff- und Vanadiumgehalt war der Stahl gegen Vergütung weniger beständig als Stähle mit höherem Kohlenstoff- und Vanadiumgehalt. Die für die Mitten dieser beiden Platten bezeichnenden mechanischen Eigenschaften waren folgende:

Diese Angaben zeigen also, daß auch bei niedrigen Legierungsgehalten der neuartige Stahl warmbehandelt werden kann, um hohe Festigkeit und gute Kerbzähigkeit zu entwickeln, wie es die Übergangstemperaturen dartun, die weit unterhalb jeder Raumtemperatur liegen, wie sie in Anwendungsfällen vorkommen könnten, für die der neuartige Stahl bestimmt ist.
Es ist zu bemerken, daß in der Charge Nr. 2 kein Kupfer enthalten ist, doch zeigt der Stahl mechanische Eigenschaften, die denjenigen des Stahles der Charge Nr. 1 gleicht, der 0,30% Kupfer enthielt. Kupfer, das wegen seines bekannten Beitrags zur Korrosionsfestigkeit zugesetzt wurde, hat wenig oder keinen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des neuen Stahls und kann je nach dem Grad der erwünschten Korrosionsbeständigkeit dem Stahl zugesetzt oder auch weggelassen werden.
Bekannt ist zwar ein borhaltiger Molybdänstahl, dessen Legierungsbestandteile zum Teil die gleichen sind wie bei dem Stahl nach der Erfindung, während die wesentlichen Bestandteile V und Ti fehlen und der Cr-Gehalt ein Mehrfaches desjenigen bei der Erfindung ist. Obgleich bei dem bekannten Stahl hohe Fließgrenze angestrebt war, konnte nur ein Wert von etwa 42,0 kg/mm2 erreicht werden, während der Stahl nach der Erfindung eine Fließgrenze oberhalb etwa 63,0 kg/mm2 aufweist und, was ihn weiterhin gegenüber dem bekannten Stahl in Hinsicht auf das Erfindungsziel auszeichnet, die hohe Fließgrenze vereinigt mit der Eigenschaft guter Kernzähigkeit bei Raumtemperatur und bei tiefen Temperaturen.
Bekannt ist ferner ein Stahl, bei dem durch Abstimmung des Borzusatzes, der vorzugsweise erheblich höher ist als jener bei der Erfindung, die Hochtemperatureigenschaften verbessert werden sollen. Dieser Stahl weicht in den Gehaltsgrenzen für Cr, V, Ti und Mo wesentlich von der Vorschrift der Erfindung ab. Bei gänzlich anderer Zielsetzung vereinigt auch dieser Stahl nicht die Eigenschaften guter Kerbzähigkeit und hoher Fließgrenze bei Raumtemperatur und tiefen Temperaturen und erreicht ebensowenig wie der oben besprochene Stahl die günstige Preisklasse, in welche der Stahl nach der Erfindung durch sorgfältige Abstimmung der Legierungsbestandteile in Hinsicht auf ihren Preis gelangt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schwachlegierter, hochfester, nickelfreier Stahl, gekennzeichnet im vergüteten martensitischen Zustand bei Stärken bis zu 25 mm durch eine Fließgrenze oberhalb 63,3 kg/mm2 zusammen mit einer guten Kerbzähigkeit, die sich durch die Lage der Übergangstemperatur unterhalb -73° C erweist und gute Schweißbarkeit, wobei der Stahl 0,12 bis 0,21% Kohlenstoff, 0,50 bis 1,00% Mangan, 0,10. bis 0,75% Silizium, 0 bis 0,50% Kupfer, 0,30 bis 0,75% Chrom, 0,15 bis 0,45% Molybdän, 0,03 bis 0,10% Vanadium, 0,01 bis 0,03 % Titan, 0,0005 bis 0,005% Bor und Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen enthält.

2. Schwachlegierter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,14 bis 0,18% Kohlenstoff, 0,60 bis 1,00% Mangan, 0,15 bis 0,35% Silizium, 0,40 bis 0,60% Chrom, 0,15 bis 0,25% Molybdän, 0,03 bis 0,071/o Vanadium, 0,015 bis 0,02% Titan, 0,0015 bis 0,003% Bor und Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen enthält.

3. Schwachlegierter Stahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,25 bis 0,35% Kupfer. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 611598; USA.-Patentschrift Nr. 2 572 191.