DE1234995B

DE1234995B - Use of steels that transform in the ferrite-pearlite stage

Info

Publication number: DE1234995B
Application number: DE1961P0027049
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Born; Dr-Ing Franz Nehl
Original assignee: Thyssen Roehrenwerke AG
Current assignee: Thyssen Roehrenwerke AG
Priority date: 1961-04-27
Filing date: 1961-04-27
Publication date: 1967-02-23
Also published as: GB938218A; AT240890B

Description

Verwendung von Stählen, die in der Ferrit-Perlit-Stufe umwandeln Bei der Entwicklung von hochfesten Baustählen mit einer höheren Streckgrenze als der bekannte Baustahl St 52 ist man von der Zusammensetzung dieses Stahles ausgegangen und hat versucht, die gewünschte höhere Streckgrenze durch eine Erhöhung des Mangangehaltes undi'oder einen Zusatz von Vanadin, Titan und gegebenenfalls Kupfer und Nickel zu erreichen. Der Kohlenstoffgehalt dieser Stähle lag also entsprechend dem des St 52 bei etwa 0,2°/0.Use of steels that transform in the ferrite-pearlite stage the development of high-strength structural steels with a higher yield strength than the known structural steel St 52, the composition of this steel is assumed and tried to achieve the desired higher yield strength by increasing the manganese content andi'or an addition of vanadium, titanium and optionally copper and nickel to it reach. The carbon content of these steels was therefore equivalent to that of the St 52 at about 0.2 ° / 0.

So ist z. B. ein Stahl mit 0,18 bis 0,22 0, 1, Kohlenstoff, 1,4 bis 1,80,/0 Mangan, 0,1 bis 0,18"/, Vanadin und etwa 0,02 % Stickstoff bekanntgeworden, bei dem eine Streckgrenze von mindestens 46 kp/mm-' garantiert wird. Ferner ist ein Stahl mit 0,18 bis 0,22 01, Kohlenstoff; 1,2 bis 1,40/0 Mangan, etwa 0,120/, Molybdän und etwa 0,15 °/o Titan bekanntgeworden, der ebenso wie der vorgenannte Stahl eine Streckgrenze von mindestens 46 kp/ mml besitzt.So is z. B. a steel with 0.18 to 0.22 0.1, carbon, 1.4 to 1.80, / 0 manganese, 0.1 to 0.18 "/, vanadium and about 0.02 % nitrogen became known, wherein a yield point of at least 46 kgf / mm guaranteed "Further, a steel having 0.18 to 0.22 01, carbon;. 1.2 to 1.40 / 0 manganese, about 0.120 /, molybdenum, and about 0 , 15% titanium has become known, which, like the aforementioned steel, has a yield strength of at least 46 kp / mml.

Diese beiden und ähnlich zusammengesetzte Stähle mit überwiegend ferritisch-perlitischem Gefüge weisen im urgeschweißten Zustand zufriedenstellende Eigenschaften auf, d. h., die Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit liegt bei relativ niedrigen Temperaturen. Auf Grund ihres relativ hohen Kohlenstoffgehaltes ist jedoch die sich an eine Schweißnaht anschließende wärmebeeinflußte Zone verhältnismäßig spröde. Es ist bereits seit Jahrzehnten bekannt, daß diese Sprödigkeit, die mit der Mgrtensitbildung und der Diffusionserschwerung für den Wasserstoff zusammenhängt, mit steigendem Kohlenstoffgehalt zunimmt. Der Einfluß sonstiger Stahlbegleitelemente bleibt hinter dieser Wirkung weit zurück. Trotzdem ist die Fachwelt bei der Entwicklung von Baustählen mit einer Streckgrenze über 45 kp;!mm2 im allgemeinen von Stählen mit einem relativ hohen Kohlenstoffgehalt ausgegangen.These two and similarly composed steels with predominantly ferritic-pearlitic In the pre-welded state, the structure has satisfactory properties, i. that is, the notched impact strength transition temperature is relatively low Temperatures. Due to their relatively high carbon content, however, the heat-affected zone adjoining a weld seam is relatively brittle. It has been known for decades that this brittleness, which is caused by the formation of granite and the diffusion difficulty for hydrogen is related to increasing Carbon content increases. The influence of other steel elements remains behind this effect far back. Nevertheless, the professional world is in the development of structural steels with a yield point over 45 kp;! mm2 generally of steels with a relative assumed high carbon content.

Auch ein kupfer-nickel-haltiger Baustahl, der inzwischen weitestgehende Anwendung gefunden hat, weist neben einem Kupfer- und Nickelgehalt von je etwa 1,0 °/o, etwa 0,20/, Vanadin und 0,8 bis 1,2"/, Mangan einen Kohlenstoffgehalt von 0,15 bis 0,180/, auf. Die Schweißeigenschaft dieses Stahles ist zwar etwas günstiger als die der beiden obergenannten Stähle. Prinzipiell besitzt dieser Stahl aber dieselben Nachteile.Also a copper-nickel-containing structural steel, which is now the most extensive Has found application, has a copper and nickel content of about 1.0 each ° / o, about 0.20 /, vanadium and 0.8 to 1.2 "/, manganese have a carbon content of 0.15 up to 0.180 /. The welding properties of this steel are somewhat more favorable than that of the two steels mentioned above. In principle, however, this steel has the same Disadvantage.

Man hat zwar auch versucht, einen hohen Kohlenstoffgehalt zu vermeiden, hat dieses jedoch bisher nicht erreicht, ohne gleichzeitig die Verformbarkeit bei niedrigen- Temperaturen unter mehrachsigen Beanspruchungen (Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit) bedeutend zu verschlechtern. Die Stähle dieser Gruppe enthalten im allgemeinen Chrom und/oder Molybdän, die eine Zwischenstufenumwandlung mit den vorstehend geschilderten Nachteilen herbeiführen. Zu diesen Stahllegierungen gehört beispielsweise ein Stahl mit 0,11 bis 0,15 °/a Kohlenstoff, 0,4 bis 0,60[, Mangan, etwa 0,5 °/o Molybdän und etwa 0,004 °/o Bor. Außer den genannten Nachteilen ist bei diesem Stahl das Bor oft ungleichmäßig verteilt, wodurch sich in einem Werkstück starke Eigenschaftsstreuungen ergeben. Weiterhin gehört zu dieser Klasse von Stahllegierungen ein Stahl mit etwa 0,10/0 Kohlenstoff, 1,00/0 Mangan, 0,6"/, Kupfer, 0,811,', Nickel, 0,25°/o Molybdän, 0,014°/o Stickstoff.Although attempts have also been made to avoid a high carbon content, this has not yet been achieved without at the same time significantly impairing the deformability at low temperatures under multiaxial loads (transition temperature of the notched impact strength). The steels of this group generally contain chromium and / or molybdenum, which bring about an intermediate stage conversion with the disadvantages described above. These steel alloys include, for example, a steel with 0.11 to 0.15% carbon, 0.4 to 0.60% manganese, about 0.5% molybdenum and about 0.004% boron. Except for those mentioned Disadvantages, the boron is often unevenly distributed in this steel, which results in a large scattering of properties in a workpiece. This class of steel alloys also includes a steel with about 0.10 / 0 carbon, 1.00 / 0 manganese, 0.6 "/, copper, 0.811, ', nickel, 0.25% molybdenum, 0.014 ° / o nitrogen.

Im Schrifttum des Jahres 1936 ist ferner angegeben, daß in Stählen mit Kohlenstoffgehalten bis zu 0,25 °; o ein Gehalt von 0,05 bis 20/, Zirkon, das ganz oder teilweise durch Vanadium ersetzt werden kann, die Schlagzähigkeit bei Temperaturen von -20 bis -80°C verbessert. Solche Stähle sollen für Druckbehälter und Maschinenteile, die solch niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, verwendet werden.In the literature of 1936 it is also stated that in steels with carbon contents up to 0.25 °; o a content of 0.05 to 20 /, zircon, that can be wholly or partially replaced by vanadium, the impact strength at Temperatures from -20 to -80 ° C improved. Such steels are said to be used for pressure vessels and machine parts exposed to such low temperatures will.

Im Fall der Maschinenteile können die Stähle mehrfach legiert sein, so daß sie 0,05 bis 20/, Zirkon, bis 0,25 °/o Kohlenstoff, bis 2 °/o Mangan, bis 10/0 Silizium, bis 1,5 % Kupfer und bis 5 °/o Nickel enthalten können. Ein Hinweis, daß diese Stähle neben hoher Tieftemperatur-Kerbschlagzähigkeit eine hohe Streckgrenze bei gleichzeitig guter Schweißbarkeit aufweisen, ist diesem Schrifttum nicht zu entnehmen.In the case of machine parts, the steels can be alloyed several times, so that they contain 0.05 to 20%, zirconium, up to 0.25% carbon, up to 2 % manganese, up to 10/0 silicon, up to 1.5% May contain copper and up to 5% nickel. An indication that these steels not only have a high low-temperature notched impact strength, but also a high yield strength and, at the same time, good weldability cannot be inferred from this literature.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, als Werkstoff für geschweißte Bauteile mit einer Streckgrenze, die nach dem Normalisieren ohne beschleunigte AbLühlung mindestens 46 kpjmm'- beträgt, die eine C-bergangstemperatur unterhalb -80C und nach dem Schmelzschweißen in der wärmebeeinflußten Zone eine hohe Verformungsfähigkeit bei sehr geringer Schweißrißempfindlichkeit besitzen, Stahllegierungen mit 0,1 bis 0,14°1'o Kohlenstoff und so bemessenen Legierungsgehalt zu verwenden, daß sie praktisch vollständig in der Ferrit-Perlit-Stufe umwandeln. Die Stähle sollen etwa 1,0 bis 1,50!. Mangan, 0,25 bis 0,80,1" Silizium, 0,4 bis 0,75 °,!o Kupfer, 0,15 bis 0,3 °;'o Vanadin, Rest Eisen mit den üblichen Begleitelementen und Verunreinigungen, wie Phosphor, Schwefel, Stickstoff und Chrom, enthalten.According to the invention, it is proposed as a material for welded components with a yield point which is at least 46 kpjmm'- after normalization without accelerated cooling, a C transition temperature below -80C and, after fusion welding in the heat-affected zone, a high deformability with very low weld crack sensitivity have to use steel alloys with 0.1 to 0.14 ° 1'o carbon and such an alloy content that they convert practically completely in the ferrite-pearlite stage. The steels should be about 1.0 to 1.50 !. Manganese, 0.25 to 0.80.1 "silicon, 0.4 to 0.75 °,! O copper, 0.15 to 0.3 °; 'o vanadium, the remainder iron with the usual accompanying elements and impurities, such as Contain phosphorus, sulfur, nitrogen and chromium.

Elemente, welche die Zwischenstufenbildung begünstigen, sollen möglichst vermieden werden. So soll z. B. der Chromgehalt 0,1 °/o nicht übersteigen. Der Gehalt an Phosphor soll ebenfalls niedrig sein und in der Regel 0,0350/, nicht überschreiten.Elements that favor the formation of intermediate stages should, if possible be avoided. So z. B. the chromium content does not exceed 0.1%. The salary phosphorus should also be low and as a rule not exceed 0.0350 /.

Vorzugsweise sollen diese Stähle 0,1 bis 0,14°/o Kohlenstoff, 1,1 bis 1,3010 Mangan, maximal 0,8 °; o Silizium, 0,5 bis 0,650/, Kupfer und 0,15 bis 0,2501', Vanadin besitzen. Sie können außer den genannten Legierungselementen noch 0,4 bis 0,750/" vorzugsweise 0,5 bis 0,650/, Nickel und/oder 0,02 bis 0,10/, Aluminium (säurelöslich) aufweisen.These steels should preferably be 0.1 to 0.14 % carbon, 1.1 to 1.3010 manganese, a maximum of 0.8 °; o silicon, 0.5 to 0.650 /, copper and 0.15 to 0.2501 ', vanadium. In addition to the alloying elements mentioned, they can also have 0.4 to 0.750 / ″, preferably 0.5 to 0.650 /, nickel and / or 0.02 to 0.10 /, aluminum (acid-soluble).

Die Zugfestigkeit des Stahles liegt im Bereich von 55 bis 70 kp/mm2. Das Streckgrenzenverhältnis beträgt im allgemeinen mehr als 75 °/o. Die angegebene f.Ibergangstemperatur ist diejenige Temperatur, bei der die mit der DVM-Probe ermittelte Kerbschlagzähigkeit 3,5 mkp/cm2 beträgt.The tensile strength of the steel is in the range from 55 to 70 kp / mm2. The yield strength ratio is generally more than 75%. The specified f.Transition temperature is the temperature at which the determined with the DVM sample Notched impact strength is 3.5 mkp / cm2.

Es war überraschend, daß Stahllegierungen mit dem genannten niedrigen Kohlenstoffgehalt trotz Umwandlung in der Perlitstufe die geforderte hohe Streckgrenze erreichen. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle weisen im Gegensatz zu den bisher benutzten hochfesten Baustählen im unvergüteten Zustand sowohl eine hohe Streckgrenze und sehr niedrige Übergangstemperatur als auch eine ausgezeichnete Verformungsfähigkeit und sehr geringe Schweißrißempfindlichkeit auf. Außerdem haben die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle gegenüber den bisher bekannten den wesentlichen Vorteil, daß ihre Festigkeitseigenschaften auch bei langsamer Abkühlung erreicht werden, so daß die genannte Streckgrenze auch für dicke Bleche garantiert werden kann.It was surprising that steel alloys with the said low Carbon content, despite conversion in the pearlite stage, the required high yield strength reach. The steels to be used according to the invention, in contrast to the previously used high-strength structural steels in the unquenched and tempered state and a high Yield strength and very low transition temperature as well as excellent Deformability and very low sensitivity to welding cracks. Also have the steels to be used according to the invention are essential compared to the previously known steels Advantage that their strength properties are achieved even with slow cooling so that the stated yield strength can also be guaranteed for thick sheets can.

Beispielsweise wurde bei einem Stahl mit 0,120/, Kohlenstoff, 1,19 °/o Mangan; 0,48 % Silizium, 0,62 % Kupfer, 0,65 °/o Nickel, 0,12"/, Vanadin und 0,0440/, Aluminium eine Streckgrenze von 49 kp/mm2 erreicht. Die Kerbschlagzähigkeit (DVMerobe) - betrug bei -100°C 8,5 mkp/em2.. Die Übergangstemperatur lag bei -115°C. Aufschweißbiegeproben an 40-mm-Blechen (Kommerell-Probe ö. Norm) ergaben einen Winkel von 180°.For example, for a steel with 0.120% carbon, 1.19% manganese; 0.48 % silicon, 0.62 % copper, 0.65% nickel, 0.12 "/, vanadium and 0.0440 /, aluminum achieved a yield strength of 49 kp / mm2. The notched impact strength (DVMerobe) was - at -100 ° C 8.5 mkp / em2 .. The transition temperature was -115 ° C. Weld-on bending samples on 40 mm metal sheets (Kommerell sample Austrian standard) gave an angle of 180 °.

Der Stahl ist für den Brücken-, Behälter-, Druckrohrleitungs- und Schiffbau vorgesehen. Er ist besonders für solche Konstruktionen geeignet, die auf der Baustelle unter klimatisch ungünstigen Bedingungen errichtet werden. Er ist sehr unempfindlich gegenüber der Kaltschweißung. Auf ein Spannungsfreiglühen kann verzichtet werden, sofern nicht anders lautende Vorschriften bestehen. Der Stahl gewährleistet ein Höchstmaß an Sprödbruchsicherheit, so daß auch bei Konstruktionen, die Spannungsanhäufungen aufweisen, oder bei nicht ganz schweißgerechter Verarbeitung im Vergleich zu den bisher bekannten Stählen das Gefahrenmoment gering ist.The steel is for bridges, tanks, penstocks and pipelines Shipbuilding planned. It is particularly suitable for constructions that are based on the construction site are erected under unfavorable climatic conditions. He is very insensitive to cold welding. On a stress-relieving glow may be waived, unless otherwise stated. The Steel ensures a high degree of brittle fracture resistance, so that even in constructions, which show accumulations of stress, or if the workmanship is not entirely suitable for welding compared to the steels known up to now, the risk of danger is low.

Claims

Claims: 1. Use of steels with 0.1 to 0.1-1 ° a carbon and an alloy content such that they convert practically completely in the ferrite-pearlite stage, namely about 1.0 to 1.50 '. Manganese, 0.25 to 0.80 /, silicon, 0.4 to 0.756, i. Copper, 0.15 to 0.3 ° / a vanadium, the remainder iron with the usual contents of accompanying elements and impurities such as phosphorus, sulfur, nitrogen and chromium as a material for welded components with a yield point that, after normalization without accelerated cooling, is at least 46 kp; mml, which have a transition temperature below -80'C and, after fusion welding in the heat-affected zone, have a high deformability with very little sensitivity to welding cracks.

2. Use of steels according to claim 1 with 0.1 to 0.14% carbon, 1.1 to 1.3 °; o manganese, 0.25 to 0.8 ° / o silicon, 0.5 to 0.65 °, F, copper, 0.15 up to 0.25% vanadium, the remainder iron with the usual contents of accompanying elements and Impurities, such as phosphorus, sulfur, nitrogen and chromium, for the purpose after Claim 1.

3. Use of steels specified in claims 1 or 2 Composition, but with the modification that a nickel content of 0.4 to 0.75 ° / a exists for the purpose of claim 1.

4. Use of steels according to Claim 3 with a nickel content of 0.5 to 0.65% for the purpose of claim 1.

5. Use of steels of the composition specified in one of claims 1 to 4, but with the modification that an aluminum content of 0.02 to 0.10 / is present is, for the purpose of claim 1. Contemplated publications: United States patent specification No. 2,046,168; "The heat: magazine for steam boilers and machine operations", 1931, Pp. 894 to 897.