DE1253549B - Verfahren zum Gluehen von Stahlblechen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4J07WW PATENTAMT Int. Cl.:

C23c

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 48 b -9/«- <*'*/'/

Nummer: 1 253 549

Aktenzeichen: S 80222 VI b/48 b

Anmeldetag: 3. Juli 1962

Auslegetag: 2. November 1967

Es ist gegenwärtig bekannt, sehr weiche Stahlfeinbleche, wie Tiefziehfeinbleche, alterungsbeständig zu machen, indem man sie in einer hauptsächlich feuchten Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre glüht. Dieser Wasserstoff ist imstande, dem Stahl den darin enthaltenen Kohlenstoff und Stickstoff-—jenseits der Löslichkeitsgrenzen dieser Elemente im festen Eisen bei Umgebungstemperatur — zu entziehen.

Vorbehaltlich der den heute verfügbaren Analyseverfahren zuzuschreibenden Ungenauigkeiten ist es erforderlich, Stickstoff- und Kohlenstoff geh alte zu erreichen, die nicht über Niveaus von 0,005 %> N und 0,004 °/o C hinausgehen, damit das durch den Hautwalzvorgang versprödete Stahlblech keine mit praktischen Nachteilen verbundene Alterungsneigung zeigt.

Praktische Ausführungen solcher Behandlungen mit feuchtem Wasserstoff sind gegenwärtig von verschiedenen Seiten studiert worden, z. B. unter Glühen der Bleche in lockeren Winkeln. Diese Behandlungen haben die Wirkung, nicht nur die Alterungsursache zu unterdrücken, sondern auch sehr weiche Bleche zu liefern, deren mechanische Eigenschaften besonders günstig für die Anwendungen auf dem Tiefziehgebiet sein dürften.

Es wurde indessen das Auftreten eines schwerwiegenden Mangels festgestellt, dessen Vorhandensein bisher anscheinend niemand aufgedeckt hat. Die vom Stickstoff und vom Kohlenstoff bis zu dem Ausmaß befreiten Bleche, bei dem sie alterungsbeständig werden, haben eine starke Neigung zum Verspröden während oder nach einer starken Kalthärtung. Diese Sprödigkeit zeigt sich z. B. bei der Erzeugung zylindrischer Tiefziehstücke, in deren Verlauf die Bleche eine starke Kalthärtung erfahren. Es treten Sprodigkeitsrisse entlang einer oder mehrerer Erzeugenden des tiefgezogenen Zylinders auf, wenn das Tiefziehstück beim Austritt aus der Presse eine Erschütterung erfährt, oder zuweilen sogar im Lauf des Tiefziehvorganges selbst.

Man kannte seit langem dasselbe Auftreten von Sprödigkeit in Blechen aus härterem Stahl als den normalerweise für das Tiefziehen verwendeten Stählen, z. B. Blechen aus Bessemer- und Thomas-Stahl. Bei diesen letzteren Stählen verschwindet die Sprödigkeit, wenn die Blasverfahren abgeändert werden, um den Stickstoffgehalt des Stahls herabzusetzen.

Berücksichtigt man jedoch, daß die Versprödungsneigung des Stahls im allgemeinen abnimmt und praktisch verschwindet, wenn man von den harten Sorten zu den weichen und extraweichen übergeht, so scheint es paradox, daß man ein neuerliches Auftreten von Sprödigkeit an einem durch fast voll-Verfahren zum Glühen von Stahlblechen

Anmelder:

Societe Anonyme Metallurgique

d'Esperance-Longdoz, Lüttich (Belgien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Stehmann, Patentanwalt,

Nürnberg 2, Essenweinstr. 4-6

Als Erfinder benannt:

Jean Daubersy, Seraing (Belgien)

Beanspruchte Priorität:

Luxemburg vom 17.JuIi 1961 (40 409)

ständige Abwesenheit von Stickstoff und Kohlenstoff gekennzeichneten Blech feststellt.

Wie bei jedem Sprödigkeitsproblem können verschiedene hypothetische Ursachen zur Erklärung der Erscheinung angeführt werden, und es ist nach dem Stand der Kenntnis des Erfinders keineswegs möglich, von vornherein die wirkliche Ursache zu bestimmen.

Es wurden daher eine Reihe von Versuchen mit Behandlungsweisen unternommen, die sich zur Bekämpfung der hypothetisch auf verschiedene Ursachen zurückgeführten Versprödung eignen.

Die auf die Änderung des Oberflächcnzustandes durch eine Oberflächendiffusion gerichteten Behandlungsweisen haben sich als unmittelbar wirksam erwiesen. Diese Behandlungsweisen bilden den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Das Verfahren nach der Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der bekannten, zum Entzug des Stickstoffs und des Kohlenstoffs bis auf hinreichend niedrige Gehalte, um den Stahl alterungsbeständig zu machen, geeigneten Behandlung mit feuchtem Wasserstoff eine Behandlung zur Oberflächendiffusion eines oder mehrerer metallischer oder metalloidischer Elemente überlagert wird.

Auf den ersten Blick würde es scheinen, als müßte man auf die Verwendung von Kohlenstoff als oberflächlich zu diffundierendes Element verzichten, denn es ist seit den Versuchen von Gensamer wohlbekannt und bestätigt, daß sehr niedrige KohlenstofF-gehalte erreicht werden müssen, um alterungsbeständige Bleche zu erhalten, und daß die Alterung

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wieder auftritt, wenn man ein solches alterungsbeständiges Blech einer Glühung in aufkohlender Atmosphäre unterwirft.

Es wurde indessen gefunden, daß ein Bereich mäßiger und sehr dünner Oberfiächenaufkohlung besteht, bei dem die Aufkohlung hinreicht, um den Fehler der Sprödigkeit zum Verschwinden zu bringen, während sie ungenügend ist, um auf die Alterung einen wesentlichen Einfluß auszuüben. Man kann indessen diese beiden Wirkungen nicht gleichzeitig durch eine einzige Behandlung in einer Atmosphäre erreichen, deren Entkohlungsvermögen z. B. durch Kohlenoxydgehalt beschränkt ist. Man muß gemäß der Erfindung eine Behandlung in zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten vornehmen, wobei dem ersten, die Entstickung und Entkohlung auf das zur Beseitigung der Alterungsneigung erforderliche Niveau herbeiführenden Behandlungsabschnitt ein zweiter, eine leichte Oberfiächenaufkohlung einschließender Behandlungsabschnitt folgt.

Es wurde z. B. gefunden, daß bei Verwendung feuchten Wasserstoffs von industrieller Qualität der erste Verfahrensabschnitt mit einem Gas beendet werden mußte, das nicht mehr als 0,4 % oder noch besser 0,2% Kohlenoxyd enthält, um ein alterungsbeständiges Blech zu gewinnen. Bringt man, nachdem dieses Ergebnis erhalten wurde, im selben feuchten Wasserstoff den Kohlenoxydgehalt auf 0,8 % und setzt man das Glühen bei denselben Temperaturen fort, findet man nach 10 Stunden Glühen wieder einen alternden Stahl, während nach nur 5 Stunden Glühen der Stahl seine Sprödigkeitsneigung verloren hat, ohne wieder alterungsfähig geworden zu sein.

Die mittlere Kohlenstoffvermehrung durch eine solche Behandlung ist sehr gering; sie ist bei mikroskopischer Prüfung nicht wahrnehmbar. Bei chemischer Analyse wurde eine mittlere Zunahme in der Größenordnung von V₁₀₀₀Vo gefunden, was bei den Genauigkeitsgrenzen der benutzten Analysemethoden wenig Bedeutung hat.

Es war dagegen möglich, durch Spektralanalyse in verschiedenen Tiefen das Niveau der Oberflächenaufkohlung zu bestimmen, das in einem durch Behandlung mit feuchtem Wasserstoff alterungsbeständig gemachten Blech erreicht werden muß, um die Sprödigkeit ohne merkliche Wiederkehr der Alterungsneigung zum Verschwinden zu bringen.

Gemäß der Erfindung muß ein Kohlenstoffgehalt von 0,020 bis 0,060% mit einem Optium in der Größenordnung von 0,040% über eine Oberflächendicke von 20 Mikron erreicht werden. Dieser Kohlenstoffgehalt muß sehr schnell abnehmen, wenn man sich von der Oberfläche entfernt, und in einer Tiefe von maximal einem Zehntel der Blechdicke die sehr tiefen, in der Blechmitte bestehenden Werte erreichen, d.h. die Werte, bei denen der Stahl alterungsbeständig wird (maximal 0,005%).

Es ist für jeden Fachmann klar, daß es eine Unzahl von Verfahren zum Bewirken der den zweiten Glühungsabschnitt gemäß der Erfindung kennzeichnenden Oberfiächenaufkohlung gibt, indem die Temperatur und die Diffusionszeiten, die Zusammensetzung des bei dem Glühen verwendeten Gases hinsichtlich seiner Gehalte an Wasserstoff, Wasserdampf, Kohlendioxyd, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen sowie die Umlaufgeschwindigkeit der Gase entlang der behandelten Oberflächen verändert werden.

Eines dieser Verfahren besteht darin, daß nach dem Glühabschnitt mit feuchtem Wasserstoff eine Atmosphäre mit trockenem Wasserstoff oder einfach eine Schutzgasatmosphäre oder irgendein neutrales Gas benutzt wird, in dem ein zur Erreichung des Aufkohlungseffektes hinreichender Prozentsatz aufkohlender Bestandteile enthalten ist. Bei den genannten Schutzgasen kann es sich beispielsweise um solche Gase handeln, die durch teilweise Verbrennung brennbarer Gase, wie Kokerei- oder Ferngas, Methan, Propan od. dgl. mit Luft erzeugt und dem Verbrennungsprodukt CO, CO₂ und Feuchtigkeit so weit entzogen werden, daß im wesentlichen Stickstoff mit 8 bis 25°/o Wasserstoff geh alt übrigbleibt; solche Schutzgase sind z. B. unter der Bezeichnung Monogas II und Monogas III bekannt, wobei Monogas II nur noch Spuren der Verunreinigungen CO und CO₂ und einen Taupunkt zwischen —18 und -8O⁰C aufweist, während bei Monogas III etwas höhere Gehalte an diesen Verunreinigungen zugelassen werden. Nach diesem Verfahren wird die Oberfiächenaufkohlung innerhalb einer 3 Stunden nicht überschreitenden Zeit erreicht.

Als Beispiel ohne einschränkende Bedeutung sei angegeben, daß in einem halbindustriellen Ofen die zur Entkohlung und Entstickung bestimmte Glühung mit feuchtem Wasserstoff eine Zeit von 6 Stunden bei 720° C benötigte. Zur Gewinnung alterungsbeständiger Stähle konnte die Aufkohlung gemäß der Erfindung bei 720° C in 2Va Stunden durch Einwirkung von trockenem, durch 2O°/o Kohlenoxyd ergänztem Wasserstoff ohne Änderung des durch den Gasumlauf dargestellten Verfahrensfaktors erreicht werden.

Claims (2)

P atentansprüche:

1. Verfahren zum Glühen von Stahlblechen, um diese durch Kohlenstoff- und Stickstoffentzug mittels Einwirkung einer Atmosphäre auf der Grundlage von feuchtem Wasserstoff alterungsbeständig zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach der alterungsbeständigmachenden Entkohlungs- und Entstickungsphase in einem sekundären Gaszementationsverfahren derart oberflächlich aufgekohlt wird, daß der Kohlenstoffgehalt in einer Oberflächenschicht bis etwa 20 Mikron Tiefe etwa 0,02 bis 0,06 beträgt und in einer Tiefe von höchstens einem Zehntel der Blechstärke einen Wert von 0,005% nicht übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Aufkohlung mit einer an sich bekannten Gasatmosphäre aus trockenem Wasserstoff, Schutzgas oder irgendeinem neutralen Gas mit Zusätzen von Kohlenoxyd oder anderen aufkohlend wirkenden Mitteln durchgeführt wird, wobei die Mengenverhältnisse so eingestellt sind, daß die gewünschte Aufkohlung in einer Zeit von weniger als 3 Stunden erreicht wird.

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