DE1272555B

DE1272555B - Steel alloy with high toughness at low temperatures and methods for their heat treatment

Info

Publication number: DE1272555B
Application number: DEY886A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Fujishima; Ohaza Maeda; Hiroshi Mimura; Shinichi Nagashima; Ohaza Ohkura; Takayuki Ooka
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1963-11-18
Filing date: 1964-11-17
Publication date: 1968-07-11

Description

Stahllegierung mit einer hohen Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und Verfahren zu ihrer Wärmebehandlung Die Erfindung bezieht sich auf eine Stahllegierung mit feinverteiltem Austenit in einer Ferritgrundmasse und einer hohen Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen.Steel alloy with high toughness at low temperatures and methods of heat treatment thereof. The invention relates to a steel alloy with finely divided austenite in a ferrite base and high toughness at low temperatures.

Es ist bekannt, an Stelle des nichtrostenden 18/8-Stahls den sogenannten 9 %-Ni-Stahl zu verwenden. Bei einer richtigen Wärmebehandlung zeigt dieser Stahl eine Kerbschlagzähigkeit von etwa 8 bis 11 kgm/cm2 bei dem Kerbschlagversuch nach C h a r p y bei -196° C, am Siedepunkt des flüssigen Stickstoffs und hat eine beträchtliche Festigkeit wie eine Zugfestigkeit von 75 bis 85 kg/mm2 und eine Streckgrenze von 60 bis 65 kg/mm2 bei Raumtemperatur.It is known that instead of 18/8 stainless steel, the so-called Use 9% -Ni-steel. With proper heat treatment, this steel shows a notched impact strength of about 8 to 11 kgm / cm2 in the notched impact test C h a r p y at -196 ° C, at the boiling point of liquid nitrogen and has a considerable Strength such as a tensile strength of 75 to 85 kg / mm2 and a yield strength of 60 to 65 kg / mm2 at room temperature.

Trotzdem der 9%-Ni-Stahl die oben angeführte Zähigkeit und Festigkeit hat, erscheint der Preis dieses Stahls, hoch, da dieser etwa 9% des teueren Legierungselementes Nickel enthält. Daher kann insbesondere in einem Land mit einem geringen Nickelvorkommen ein Stahl mit einem so hohen Nickelgehalt nur in beschränktem Maße zur Anwendung kommen. Die Entwicklung von wirtschaftlicheren, zähen Stählen ist daher heute dringend geboten.Even so, the 9% Ni steel has the toughness and strength listed above the price of this steel appears high, as it is about 9% of the expensive alloy element Contains nickel. Therefore, especially in a country with a low nickel deposit a steel with such a high nickel content is only used to a limited extent come. The development of more economical, tough steels is therefore urgent today commanded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegierung mit .einem austenitischen Gefüge vorzuschlagen, bei der das teuere Nickel auf eine geringere Menge herabgesetzt ist und die bei einer richtigen Wärmebehandlung eine ebenso hohe oder eine noch höhere Zähigkeit und Festigkeit bei niedrigen Temperaturen als der erwähnte 90%-Ni-Stahl hat.The invention is based on the object of a steel alloy with To propose an austenitic structure in which the expensive nickel is reduced to a lower one Amount is reduced and that with a correct heat treatment is just as high or even higher toughness and strength at low temperatures than that mentioned 90% -Ni-steel.

Erfindungsgemäß enthält die Stahllegierung 0,01 bis 0,15010 Kohlenstoff, 0,05 bis 0,40% Silicium, 4,50 bis 7,50% Nickel, 0,50 bis 3,50% Mangan, 0,001 bis 0,050% Stickstoff und 0,05% säurelösliches Aluminium, wobei das Äquivalent des Aluminiums als Nitrid in an sich bekannter Weise durch mindestens ein nitridbildendes Element Zirkonium, Titan, Beryllium, Niobium, Vanadium, Hafnium, Tantal und Bor ersetzt sein kann, und gegebenenfalls 0,05 bis 0,5% Molybdän, Rest Eisen und Verunreinigungen.According to the invention, the steel alloy contains 0.01 to 0.15010 carbon, 0.05 to 0.40% silicon, 4.50 to 7.50% nickel, 0.50 to 3.50% manganese, 0.001 to 0.050% nitrogen and 0.05% acid soluble aluminum, being the equivalent of the aluminum as nitride in a manner known per se by at least one nitride-forming element Zirconium, titanium, beryllium, niobium, vanadium, hafnium, tantalum and boron replaced can be, and optionally 0.05 to 0.5% molybdenum, the remainder iron and impurities.

Zum Erhalt optimaler Festigkeitseigenschaften wird nach einer Ausführungsform der Erfindung die Stahllegierung auf 800° C erhitzt, abgekühlt und dann bei 525 bis 650° C angelassen.In order to obtain optimal strength properties, according to one embodiment According to the invention, the steel alloy is heated to 800 ° C, cooled and then at 525 Tempered up to 650 ° C.

Durch das Erhitzen wird die Stahllegierung austenitisiert und durch die darauffolgende Abkühlung in Luft oder ein Abschrecken und das Anlassen wird ein Gefüge mit einem feinverteilten Austenit in einer Ferritgrundmasse erhalten, wobei ein Teil des Austenits in Martensit umgewandelt sein kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.The steel alloy is austenitized and penetrated by heating subsequent cooling in air or quenching and tempering get a structure with a finely divided austenite in a ferrite base mass, some of the austenite can be converted into martensite. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings.

B i 1 d 1 stellt den Einfluß der Austenitisierungstemperatur auf die Kerbschlagwerte bei -196° C dar; B i 1 d 2 zeigt die Wirkung des Mangans auf den Energieverbrauch der Kerbschlagversuche bei einem Stahl einfacher Zusammensetzung; B i 1 d 3 zeigt eine Mikroaufnahme bei direkter Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop bei einer 50 000fachen Vergrößerung, nachdem die Probe au.stenitisiert und in Luft gekühlt worden ist; B i 1 d 4 ist eine Mikroaufnahme bei direkter Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop bei einer 50 000fachen Vergrößerung, wobei die gleiche Probe wie im B i 1 d 3 angelassen wurde; B i 1 d 5 A zeigt eine Mikroaufnahme bei direkter Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop bei einer 50 000fachen Vergrößerung eines angelassenen und in einer einzigen Stufe austenitisierten Stahls; B i 1 d 5 B ist eine Mikroaufnahme der Dispersion von Aluminiumnitrid nach dem Extraktionskopierverfahren mit einem Elektronenmikroskop bei einer 5000fachen Vergrößerung; B i 1 d 6 A zeigt eine Mikroaufnahme bei direkter Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop bei einer 50 000fachen Vergrößerung eines angelassenen und in zwei Stufen austenitisierten Stahls, und B i 1 d 6B ist eine Mikroaufnahme der Dispersion von Aluminiumnitrid nach dem Extraktionskopierverfahren bei einer 50 000fachen Vergrößerung.B i 1 d 1 represents the influence of the austenitizing temperature on the Represents impact values at -196 ° C; B i 1 d 2 shows the effect of manganese on the Energy consumption of the notched impact tests for a steel of simple composition; B i 1 d 3 shows a photomicrograph when directly observed with an electron microscope at a magnification of 50,000 times after the sample has been au.stenitized and in air has been refrigerated; B i 1 d 4 is a photomicrograph with direct observation with an electron microscope at a magnification of 50,000 times, the same Sample was tempered as in B i 1 d 3; B i 1 d 5 A shows a photomicrograph at direct observation with an electron microscope at a magnification of 50,000 times a tempered and in a single stage austenitized steel; B i 1 d 5B is a photomicrograph of the dispersion of aluminum nitride after the extraction copy process with an electron microscope at a magnification of 5,000 times; B. i 1 d 6 A shows a photomicrograph when directly observed with an electron microscope at a magnification of 50,000 times a tempered and austenitized in two stages Stahls, and B i 1 d 6B is a photomicrograph of the dispersion of aluminum nitride after the extraction copying process at a magnification of 50,000 times.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention will be explained with reference to the drawings explained in more detail.

Das grundlegende, metallurgische Gefüge der Stahllegierung nach der Erfindung besteht aus einer Ferritgrundmasse mit feinverteiltem Austenit oder zum Teil Martensit. Die Stahllegierung hat insbesondere ein Ferritgefüge, bei dem ein selbst bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs von -196° C beständiger Austenit auf einer ehemaligen Martensit , Austenit- oder Ferritkorngrenze durch eine genaue, unten beschriebene Wärmebehandlung abgeschieden ist. Wird ein Mittel zur Aushärtung, meist ein Nitrid, der Stahllegierung zur Verbesserung der Zähigkeit durch Kornverfeinerung und zur Erhöhung der Festigkeit zugefügt, so enthält das oben angeführte Grundgefüge das Härtemittel ebenfalls in feinstverteilter Form.The basic, metallurgical structure of the steel alloy according to the Invention consists of a ferrite base material with finely divided austenite or for Part martensite. The steel alloy has in particular a ferrite structure in which a Austenite is stable even at the temperature of liquid nitrogen of -196 ° C on a former martensite, austenite or ferrite grain boundary through a precise, heat treatment described below is deposited. Becomes a means of hardening, mostly a nitride, the steel alloy used to improve toughness through grain refinement and added to increase the strength, then contains the basic structure mentioned above the hardener also in finely divided form.

Die erfindungsgemäße Stahllegierung mit den oben angeführten Legierungselementen kann z. B. in einem Konverter, einem Siemens-Martin-Ofen, einem Elektroofen oder einem Hochfrequenzofen leicht erschmolzen werden. Schwierigkeiten bestehen hierbei nicht. Nach dem Vergießen wir die Stahllegierung warmgewalzt, was ebenfalls keine besonderen Schwierigkeiten bereitet. Bei diesen Verfahrensstufen kann aber je nach der Stahllegierung die Atmosphäre der Wärmebehandlung bedeutsam sein. Wird der warmgewalzte Stahl richtig wärmebehandelt, so wird das oben angeführte Grundgefüge erhalten. Diese Wärmebehandlung richtet sich aber nach dem Gehalt von Stickstoff und Aluminium, wie dies noch unten beschrieben wird. Bei einem Stahl, der in einem Stahlofen normal erschmolzen und dem kein Stickstoff zugefügt wird, wird die zur Bindung des Stickstoffs erforderliche Aluminiummenge, die durch mindestens ein nitridbildendes Element wie Zirkonium, Titan, Beryllium, Niobium, Vanadium, Hafnium, Tantal und Bor ersetzt werden kann, zugefügt, worauf der Stahl austenitisiert, abgeschreckt oder in Luft gekühlt und angelassen wird. Die Glühtemperatur beträgt dabei vorzugsweise etwa 800° C. Bei einer höheren Temperatur als der, bei der Kornvergröberung eintreten würde, sinkt die Zähigkeit bei ; niedrigen Temperaturen. Die Anlaßtemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 525 bis 650° C, in dem sich das beständige Austenit in der richtig angelassenen Ferritgrundmasse ausscheidet. Aus der Tabelle 1 und dem B i 1 d 1 ist ersichtlich, daß die oben angeführte Glühtemperatur zweckmäßig ist. Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung in 0% C ........... 0,07 Ni .......... 6,26 Si........... 0,24 Mn ......... 1,90 Al .......... 0,01 N........... 0;001 Mo ......... 0,23 Bild 1 zeigt Kerbschlagwerte nach Ch arpy bei einer Stahllegierung der in Tabelle 1 angeführten Zusammensetzung bei den jeweiligen Austenitisierungstemperaturen während einer Stunde, Abkühlung in Luft, Anlassen bei 600°C während einer Stunde und Kühlung in Wasser. Es ist ersichtlich, daß bei einem Erhitzen der Stahllegierung auf etwa 800° C der Kerbschlagwert am höchsten ist und daß beim Erhitzen über 850° C der Kerbschlagwert schnell absinkt.The steel alloy according to the invention with the alloying elements listed above can, for. B. be easily melted in a converter, a Siemens-Martin furnace, an electric furnace or a high-frequency furnace. There are no difficulties here. After casting, the steel alloy is hot-rolled, which also does not cause any particular difficulties. In these process steps, however, depending on the steel alloy, the heat treatment atmosphere can be significant. If the hot-rolled steel is properly heat-treated, the above-mentioned basic structure is obtained. This heat treatment depends on the content of nitrogen and aluminum, as will be described below. In the case of steel that is normally melted in a steel furnace and to which no nitrogen is added, the amount of aluminum required to bind the nitrogen is replaced by at least one nitride-forming element such as zirconium, titanium, beryllium, niobium, vanadium, hafnium, tantalum and boron can be added, whereupon the steel is austenitized, quenched or cooled and tempered in air. The annealing temperature is preferably about 800 ° C. At a higher temperature than that at which grain coarsening would occur, the toughness decreases at; low temperatures. The tempering temperature is preferably in the range from 525 to 650 ° C., at which the stable austenite precipitates in the correctly tempered ferrite matrix. From Table 1 and the B i 1 d 1 it can be seen that the annealing temperature given above is appropriate. Table 1 Chemical composition in 0% C ........... 0.07 Ni .......... 6.26 Si ........... 0.24 Mn ......... 1.90 Al .......... 0.01 N ........... 0; 001 Mon ......... 0.23 Fig. 1 shows notch impact values according to Ch arpy for a steel alloy of the composition listed in Table 1 at the respective austenitizing temperatures for one hour, cooling in air, tempering at 600 ° C for one hour and cooling in water. It can be seen that when the steel alloy is heated to about 800 ° C., the impact value is highest and that when the steel alloy is heated above 850 ° C., the impact value drops rapidly.

Bei einer größeren Bildung von Aluminiumnitrid als 0,005%, errechnet aus dem Stickstoffgehalt und dem Aluminiumgehalt, wobei auch der Stickstoff bereits in der Stahllegierung enthalten sein kann, kann die Wärmebehandlung ein- oder zweistufig durchgeführt werden: Bei dem einstufigen Verfahren wird die warmgewalzte Stahllegierung über den A3 Punkt erhitzt, dann abgeschreckt und bei 525 bis 650° C angelassen.If the formation of aluminum nitride is greater than 0.005%, this is calculated from the nitrogen content and the aluminum content, whereby the nitrogen is already there Can be contained in the steel alloy, the heat treatment can be one or two stages be carried out: In the one-step process, the hot-rolled steel alloy Heated above the A3 point, then quenched and tempered at 525 to 650 ° C.

Bei diesem Verfahren erfolgt keine Lösungsglühung, und das Aluminiumnitrid scheidet sich in feinverteilter Form aus, wobei der Austenit zugleich feinkörnig wird.In this process there is no solution heat treatment, and the aluminum nitride separates out in finely divided form, whereby the austenite is also fine-grained will.

Bei dem zweistufigen Verfahren wird die warmgewalzte Stahllegierung bei einer Temperatur über 850° C, aber unter einer Temperatur, bei der Kornvergröberung eintreten würde, einer teilweisen Lösungsglühung unterworfen, dann über dem A3-Punkt erhitzt, abgeschreckt und bei 525 bis 650° C angelassen.In the two-step process, the hot-rolled steel alloy at a temperature above 850 ° C, but below a temperature when the grain is coarsened would occur, subjected to a partial solution heat treatment, then above the A3 point heated, quenched and tempered at 525 to 650 ° C.

Bei dem Abschrecken oder Kühlen in Luft der Stahllegierung wird Martensit oder ein im Mischgefüge aus Martensit und Bainit .erhalten, und das Anlassen bei 525 bis 650° C bewirkt die Ausscheidung eines feinen Austenits, worauf die Stahllegierung abgeschreckt oder in Luft gekühlt wird.When quenching or cooling in air, the steel alloy becomes martensite or one in a mixed structure of martensite and bainite. received, and the tempering at 525 to 650 ° C causes the precipitation of a fine austenite, whereupon the steel alloy quenched or air-cooled.

Bei einer größeren Bildung von Aluminiumnitrid als 0,005% kann nach einer Ausführungsform der Erfindung auch folgende Wärmebehandlung durchgeführt werden: Die warmgewalzte Stahllegierung wird einer vollständigen Lösungsglühung bei einer Temperatur über l200° C unterworfen, dann abgeschreckt, während einer geeigneten Zeit bei einer Temperatur um den A3 Punkt erhitzt, wobei sich das Aluminiumnitrid in feinverteilter Form ausscheidet, abgekühlt und dann auf eine Temperatur gerade über dem A3-Punkt erhitzt, so daß der Austenit feinkörnig wird, dann zum Erhalt von Martensit oder eines Mischgefüges aus einem Martensit und Bainit abgeschreckt oder in Luft gekühlt und bei 525 bis 650° C angelassen, damit sich ein feiner Austenit ausscheidet, und wird schließlich abgeschreckt oder in Luft abgekühlt. Die Austenitisierung erfolgt hierbei demnach in drei Stufen.If the formation of aluminum nitride is greater than 0.005%, after In one embodiment of the invention, the following heat treatment can also be carried out: The hot rolled steel alloy undergoes a full solution heat treatment at a Subjected to temperature above l200 ° C, then quenched during a suitable Time heated at a temperature around the A3 point, whereby the aluminum nitride precipitates in finely divided form, cooled and then to a temperature straight heated above the A3 point so that the austenite becomes fine-grained, then to obtain quenched by martensite or a mixed structure of a martensite and bainite or cooled in air and tempered at 525 to 650 ° C to produce a fine austenite precipitates and is eventually quenched or air-cooled. Austenitizing therefore takes place in three stages.

Die Stahllegierung der angeführten Zusammensetzung wird entsprechend ihrer Zusammensetzung erfindungsgemäß wärmebehandelt, wobei ein sehr feines Gefüge erhalten und die Zähigkeit und Festigkeit bei niedrigen Temperaturen erhöht werden. Hierbei reichern sich in dem ausgeschiedenen Austenit die Legierungselemente wie Nickel, Mangan, Stickstoff und Kohlenstoff mehr an als in den übrigen Legierungsbestandteilen. ES bildet sich ein für Austenit stabilisierter Zustand bei oder unter der Raumtemperatur aus, wobei die angeführten Legierungselemente in der Ferritgrundmasse weniger, als ihrer durchschnittlichen Zusammensetzung entsprechen würde, vorhanden sind. Die in der Ferritgrundmasse in fester Lösung vorhandenen Mengen an Kohlenstoff und Stickstoff sind dabei besonders gering. Die Wirkungen dieser beiden oben beschriebenen Tatsachen verbessern die Zähigkeit der Stahllegierung bei niedrigen Temperaturen.The steel alloy of the listed composition is made accordingly its composition according to the invention heat-treated, with a very fine structure and toughness and strength at low temperatures can be increased. Here, the alloying elements such as accumulate in the precipitated austenite Nickel, manganese, nitrogen and carbon than in the other alloy components. ES forms a state stabilized for austenite at or below room temperature from, with the listed alloying elements in the ferrite matrix less than of their average composition would exist. The one in the Ferrite base in solid solution amounts of carbon and nitrogen are particularly low. The effects of these two facts described above improve the toughness of the steel alloy at low temperatures.

Beim Anlassen der Stahllegierung wird in dem durch Abschrecken oder Abkühlung in Luft von einer geeigneten Temperatur erhaltenen martensitischen Gefüge oder dem martensitisch-bainitischen Mischgefüge unter der Wirkung der Beschleunigung der Diffusion durch die Gegenwart vieler Störungsgruppen ein feiner Austenit, in dem solche Legierungselemente wie Stickstoff, Kohlenstoff, Nickel und Mangan angereichert sind, in den Martensit-, Austenit- oder Ferritkorngrenzen ausgeschieden. Daher vermindern sich die Mengen dieser Elemente in der Ferritgrundmasse, und mit der Beseitigung und der Wiederherstellung der Versetzungen in der Martensitgrundmasse bildet sich eine Ferritgrundmasse mit feinkörnigen Gruppen, in denen die Mengen an Kohlenstoff und Stickstoff sehr klein sind. Auf diese Weise wird der freie, in fester Lösung befindliche Stickstoff und Kohlenstoff, der für die Zähigkeit des Stahls unerwünscht ist, von der Ferritgrundmasse in den ausgeschiedenen Austenit übergeführt. Als Folge hiervon wird der ausgeschiedene Austenit beständiger. Der in den Korngrenzen ausgeschiedene Austenit ist an Stickstoff, Kohlenstoff, Nickel und Mangan angereichert und ist selbst bei -196° C beständig. Sein feinverteilter Zustand und die Beständigkeit werden aber durch die Anlaßtemperatur und -zeit entsprechend der Zusammensetzung der Legierung bestimmt. Die bevorzugte Temperatur hierfür ist 525 bis 650° C. Ist eine verhältnismäßig große Menge Mangan in der Stahllegierung vorhanden, so ist die Rolle des freien Stickstoffs bei dem Anlassen besonders für die Beständigkeit des ausgeschiedenen Austenits und damit für die Zähigkeit und Festigkeit des Stahls bei niedrigen Temperaturen bedeutsam. Ferner dient das aus chemisch leicht mit Stickstoff reagierenden Elementen wie Aluminium, Zirkonium, Titan, Beryllium, Niobium, Vanadium, Hafnium, Tantal oder Bor gebildete Nitrid als ein Kornverfeinerungs- und Aushärtungsmittel für die erfindungsgemäße Stahllegierung. Es ist bekannt, daß solche Aushärtungsmittel für die Kornverfeinerung des Austenits und das Verzähen des Stahls wirksam sind. Erfindungsgemäß wird aber auch durch die Wärmebehandlung ein möglichst feines Nitrid gebildet und abgeschieden, d. h., es wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, bei der ein großes, bei dem Abkühlen oder Warmwalzen eines Gußblocks gebildetes Aluminiumnitrid teilweise oder vollständig in dem Austenit gelöst und aus einem übersättigten Zustand bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur abgeschieden wird.When tempering the steel alloy is in the by quenching or Cooling in air from a suitable temperature obtained martensitic structure or the martensitic-bainitic mixed structure under the effect of acceleration the diffusion through the presence of many fault groups a fine austenite, in in which such alloying elements as nitrogen, carbon, nickel and manganese are enriched are precipitated in the martensite, austenite or ferrite grain boundaries. Therefore decrease the amounts of these elements in the ferrite matrix, and with the elimination and the restoration of the dislocations in the martensite matrix is formed a ferrite matrix with fine-grained groups in which the amounts of carbon and nitrogen are very small. In this way the free one becomes in solid solution contained nitrogen and carbon, which are undesirable for the toughness of the steel is converted from the ferrite matrix into the precipitated austenite. As a result from this the precipitated austenite becomes more stable. The one precipitated in the grain boundaries Austenite is enriched in nitrogen, carbon, nickel and manganese and is resistant even at -196 ° C. Its finely divided state and its persistence but are determined by the tempering temperature and time according to the composition determined by the alloy. The preferred temperature for this is 525 to 650 ° C a relatively large amount of manganese is present in the steel alloy the role of free nitrogen in tempering especially for durability of the precipitated austenite and thus for the toughness and strength of the steel significant at low temperatures. Furthermore, the chemically easy to use with nitrogen reactive elements such as aluminum, zirconium, titanium, beryllium, niobium, vanadium, Hafnium, tantalum or boron formed nitride as a grain refining and hardening agent for the steel alloy according to the invention. It is known that such curing agents are effective for the grain refinement of the austenite and the toothing of the steel. According to the invention, however, the finest possible nitride is also obtained by the heat treatment formed and deposited, d. that is, a heat treatment is carried out at that is, a large aluminum nitride formed when an ingot is cooled or hot rolled partially or completely dissolved in the austenite and from a supersaturated state is deposited at a relatively low temperature.

Die Mengen der Legierungszusätze in der erfindungsgemäßen Stahllegierung werden aus den folgenden Gründen in den oben angeführten Grenzen gehalten: Kohlenstoff ist zur Verbesserung des Abschreckbarkeit der Stahllegierung nützlich, d. h., er ist nötig, um durch Abschrecken von der Austenitisierungstemperatur das martensitische Gefüge zu erhalten. Ferner diffundiert der Kohlenstoff und wird in den beim Anlassen abgeschiedenen Austenit absorbiert und erhöht die Beständigkeit des Austenits bei niedrigen Temperaturen. Ein Kohlenstoffgehalt von 0,01 bis 0,15% ist hierfür geeignet. Steigt der Kohlenstoffgehalt über 0,15%, so erhöht sich die Menge des in fester Lösung befindlichen Kohlenstoffs in der ferritischen Grundmasse beim Anlassen und verschlechtert die Zähigkeit.The amounts of alloy additives in the steel alloy according to the invention are kept within the above limits for the following reasons: Carbon is useful for improving the quenchability of the steel alloy; h., he is necessary to quench the martensitic from the austenitizing temperature To preserve the structure. Furthermore, the carbon diffuses and becomes in the during tempering deposited austenite absorbs and increases the resistance of the austenite low temperatures. A carbon content of 0.01 to 0.15% is suitable for this. If the carbon content rises above 0.15%, the amount of the in solid increases Solution of carbon in the ferritic matrix during tempering and deteriorates toughness.

Die Zugabe von Silicium zu der erfindungsgemäßen Stahllegierung verbessert ihre Zähigkeit und Festigkeit und ist ein für die Herstellung der Stahllegierung notwendiges Element. Es wurde festgestellt, daß hierfür 0,05 bis 0,40 % Silicium geeignet sind. Beträgt der Siliciumgehalt weniger als 0,05 %, so wird der oben erwähnte Zweck nicht erreicht. Wird mehr als 0,4% Silicium zugefügt, so sinkt die Zähigkeit.The addition of silicon to the steel alloy according to the invention is improved their toughness and strength and is one for making the steel alloy necessary element. It was found to have 0.05-0.40% silicon are suitable. When the silicon content is less than 0.05%, it becomes that mentioned above Purpose not achieved. If more than 0.4% silicon is added, the toughness decreases.

Der Legierungszusatz an Nickel bezweckt die Verbesserung der Zähigkeit, insbesondere beim Siedepunkt des flüssigen Stickstoffs und der Festigkeit der Stahllegierung. Ferner diffundiert das Nickel in den abgeschiedenen Austenit, wird verhältnismäßig schnell in diesem absorbiert und stabilisiert den Austenit bei niedrigen Temperaturen. Es wurde dabei festgestellt, daß ein Nickelgehalt von 4,5 bis 7,5 0/0 hierfür vorteilhaft ist. Ein zu hoher Nickelgehalt würde die Stahllegierung verteuern.The purpose of adding nickel to the alloy is to improve the toughness, especially the boiling point of liquid nitrogen and the strength of the steel alloy. Furthermore, the nickel diffuses into the deposited austenite and becomes proportionate absorbs quickly in this and stabilizes the austenite at low temperatures. It was found that a nickel content of 4.5 to 7.5% is advantageous for this is. Too high a nickel content would make the steel alloy more expensive.

Der Legierungszusatz an Mangan bezweckt die Verbesserung der Abschreckbarkeit der Stahllegierung, die Stabilisierung des feinen, beim Anlassen abgeschiedenen Austenits ebenso wie der Stickstoff, der Kohlenstoff und das Nickel und die Erhöhung der Zähigkeit der Ferritgrundmasse sowie die Verbesserung der Festigkeit. Es wurde festgestellt, daß sich ein Zusatz von 0,5 bis 3,5 % Mangan hierfür eignet. Bei einem größeren Zusatz an Mangan als 3,5% verschlechtert sich die Zähigkeit der Stahllegierung. So wird z. B. bei einer einfachen Stahllegierung mit 0,05 bis 0,1% Kohlenstoff, 6% Nickel und 3,5% Mangan die Anlaßhärte bei 500 bis 600° C so groß, daß die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen stark herabgesetzt wird. Dies ist aus B i 1 d 2 ersichtlich, daß die Einwirkung von Mangan auf die Kerbschlagwerte eines einfach zusammengesetzten Stahls der in Tabelle 2 angeführten Zusammensetzung zeigt. In dem B i 1 d 2 stellt die ausgezogene Linie einen Stahl dar, der bei 800° C 1 Stunde erhitzt, dann in Wasser gekühlt, bei 600' C 1 Stunde angelassen und dann in Wasser gekühlt wurde. Die punktierte Linie zeigt einen Stahl, der auf 800' C 1 Stunde erhitzt, dann in Luft gekühlt, bei 600' C 1 Stunde angelassen und dann in Wasser gekühlt wurde. Tabelle 2 Chemische Zusammensetzung in 0/0 C ...... 0,09 bis 0,1 Ni ...... 6,00 bis 6,20 Si ...... 0,25 Mn ..... 0,7 bis 3,5 A1 ...... 0,01 N ...... 0,001 Bei einem größeren Zusatz an Mangan als 3,5% ist das (Fe:Mn)3C bis zu hohen Temperaturen beständig, und daher wird der Kohlenstoff in dem Ferrit zurückgehalten. Dieser Umstand beeinträchtigt, wie bereits erwähnt, die Zähigkeit der Ferritgrundmasse und die Beständigkeit des beim Anlassen des Stahls abgeschiedenen Austenits. Dagegen wird bei einem geringeren Zusatz an Mangan als 0,5% die gewünschte Wirkung nicht erreicht.The purpose of adding manganese to the alloy is to improve the quenchability of the steel alloy, to stabilize the fine austenite deposited during tempering, as well as nitrogen, carbon and nickel, and to increase the toughness of the ferrite matrix and improve strength. It has been found that an addition of 0.5 to 3.5% manganese is suitable for this. If the addition of manganese is more than 3.5%, the toughness of the steel alloy deteriorates. So z. B. in a simple steel alloy with 0.05 to 0.1% carbon, 6% nickel and 3.5% manganese, the tempering hardness at 500 to 600 ° C so great that the toughness is greatly reduced at low temperatures. This can be seen from B i 1 d 2 that the effect of manganese on the impact values of a simply composed steel of the composition shown in Table 2 shows. In the B i 1 d 2, the solid line represents a steel which was heated at 800 ° C. for 1 hour, then cooled in water, tempered at 600 ° C. for 1 hour and then cooled in water. The dotted line shows steel that has been heated to 800 ° C for 1 hour, then cooled in air, tempered at 600 ° C for 1 hour and then cooled in water. Table 2 Chemical composition in 0/0 C ...... 0.09 to 0.1 Ni ...... 6.00 to 6.20 Si ...... 0.25 Mn ..... 0.7 to 3.5 A1 ...... 0.01 N ...... 0.001 If the addition of manganese is more than 3.5%, the (Fe: Mn) 3C is stable up to high temperatures, and therefore the carbon is retained in the ferrite. As already mentioned, this affects the toughness of the ferrite matrix and the resistance of the austenite deposited when the steel is tempered. On the other hand, if the addition of manganese is less than 0.5%, the desired effect is not achieved.

Der etwaige Legierungszusatz an Molybdän bezweckt die Verminderung der Anlaßhärte bei einfachen Nickel, Mangan und kohlenstoffenthaltenden Stahllegierungen und verzögert die Rückbildung des Martensits in der Stahllegierung. Er erhöht daher die feine Verteilung des in den Korngrößen abgeschiedenen Austenits, verbessert die Diffusion des Nickels, Mangans, Kohlenstoffs und Stickstoffs und dehnt die optimale Anlaßtemperatur zu einer höheren Temperatur. Es wurde gefunden, daß zum Erhalt dieser Wirkungen ein Zusatz von 0,05 bis 0,5% zweckmäßig ist.Any addition of molybdenum to an alloy is intended to reduce it the tempering hardness of simple nickel, manganese and carbon-containing steel alloys and retards the regression of martensite in the steel alloy. He therefore increases the fine distribution of the austenite deposited in the grain sizes is improved the diffusion of nickel, manganese, carbon and nitrogen and stretches the optimal Tempering temperature to a higher temperature. It has been found that to obtain this Effects an addition of 0.05 to 0.5% is appropriate.

Der als Nitrid an Aluminium, Zirkonium, Titan, Beryllium, Niobium, Vanadium, Hafnium, Tantal oder Bor gebundene Stickstoff dient zur Kornverfeinerung und Aushärtung. Dagegen stabilisiert der freie, nicht an Nitrid gebundene Stickstoff den ausgeschiedenen Austenit. Dies ist besonders der Fall bei dem Anlassen von verhältnismäßig großen Mengen Mangan enthaltenden Legierungen. Es wurde festgestellt, daß für den obengenannten Zweck ein Zusatz an Stickstoff von 0,001 bis 0,05% ausreichend ist.The nitride on aluminum, zirconium, titanium, beryllium, niobium, Vanadium, hafnium, tantalum or boron bound nitrogen is used for grain refinement and curing. In contrast, the free nitrogen that is not bound to nitride stabilizes the precipitated austenite. This is especially the case with the tempering of relative alloys containing large amounts of manganese. It was found that for the Above purpose, an addition of nitrogen from 0.001 to 0.05% is sufficient.

Die Zugabe an Aluminium zu der Stahllegierung bezweckt ihre Desoxydation und die Bindung des Stickstoffs. Die Zusatzmenge des Aluminiums richtet sich je nach dem gewünschten Verhältnis des als Aluminiumnitrid zu bindenden Stickstoffs zu freiem Stickstoff. Bei einem höheren Gesamtstickstoffgehalt als 0,025% beträgt die maximale Zusatzmenge des Aluminiums als Säure lösliches Aluminium 0,05%. An Stelle von oder als Zusatz zu Aluminium kann mindestens ein Nitrid bildendes Element wie Zirkonium, Titan, Beryllium, Niobium, Vanadium, Hafnium, Tantal und Bor verwendet werden.The purpose of adding aluminum to the steel alloy is to deoxidize it and the binding of nitrogen. The amount of aluminum added depends on the individual according to the desired ratio of nitrogen to be bound as aluminum nitride to free nitrogen. If the total nitrogen content is higher than 0.025% the maximum amount of aluminum added as acid-soluble aluminum 0.05%. At Instead of or as an additive to aluminum, at least one nitride-forming element can be used such as zirconium, titanium, beryllium, niobium, vanadium, hafnium, tantalum and boron are used will.

Beispiel 1 Eine Stahllegierung der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde warmgewalzt, auf 800° C 1 Stunde erhitzt und in Wasser oder Luft abgekühlt. Das bei der Kühlung in Luft erhaltene Gefüge zeigt B i 1 d 3, das eine Mikroaufnahme bei einer 50 000-fachen Vergrößerung bei einer direkten Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop ist. Das Bild zeigt ein Mischgefüge aus einem Martensit A mit einer hohen Versetzungsdichte und einem Bainit B, wobei die verstreuten schwarzen Punkte Zementit sind. C ist eine alte Austenitkorngrenze. Die Stahllegierung wurde dann bei jeweils 500 bis 600° C und 625° C 1 Stunde angelassen und dann in Wasser abgekühlt. Die in B i 1 d 3 gezeigte Probe wurde ferner bei 600' C 1 Stunde angelassen. Dabei wurde das in B i 1 d 4 gezeigte Gefüge erhalten, das eine Mikroaufnahme bei 50 000facher Vergrößerung bei einer direkten Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop ist. Bei diesem Gefüge sind FerritkristalleA und feine, in der alten Martensitkomgrenze abgeschiedene Austenitkristalle B vorhanden. Die Stahllegierung mit einem solchen Gefüge hat eine sehr hohe Festigkeit und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, deren mechanische Eigenschaften in Tabellen 4-1 und 4-2 zusammengestellt sind. Zum Vergleich sind die Eigenschaften eines üblichen 9 %-Ni-Stahls nach den ASTM-Angaben angeführt. Dieser 9 %-Ni-Stahl wurde in genau der gleichen Weise wie in diesem Beispiel wärmebehandelt. Tabelle 3 Chemische Zusammensetzung in 0/0 Bestandteile C Si Mn Ni Mo A1 N Geprüfte Stähle Stahl nach der Erfindung . . . . . . . . . .. . . . 0,07 0,24 1,90 6,26 0,22 0,005 0,0013 9 %-Ni-Stahl nach den ASTM-Angaben (üblicher Stahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,10 0,25 0,8 9,0 - 0,01 0,001 Tabelle 4-1 Zugfestigkeit beim Anlassen bei 600' C während 1 Stunde Meßverfahren Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Geprüfte Stähle in kg/mm2 in kg/mm2 in °/o Raum- _ 196°C Raum- (-1961 C Raum- temperatur temperatur temperatur Stahl A nach der Erfindung . . . . . . . . . . . . . . 85,0 120,3 81,4 114,1 17,7 25,5 Stahl B nach der Erfindung . . . . . . . . . . . . . . 87,4 126,6 80,1 107,2 19,4 30,3 9%-Ni-Stahl nach den ASTM-Angaben (üblicher Stahl) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80;1 120,5 64,7 86,0 26,6 28,3 Tabelle 4-2 2-mm-Spitzkerb-Kerbschlagwerte nach C h a r p y in kg m/cm2 Anlaßtemperatur 500° C in 1 Stunde I 600° C in 1 Stunde I 625° C in 1 Stunde Geprüfte Stähle Meßtemperatur Raum- I-150°CI-196°CI Raum- -150°C -196°C Raum- @_150°CI-196°C tem Bratur tem Bratur tem Bratur Stahl A nach der Erfindung . . 18,6 2,4 0,84 26,5 18,5 8,6 18,2 10,1 8,10 Stahl B nach der Erfindung . . 18,6 3,2 1,80 24,5 19,2 12,8 18,8 10,5 8,70 9 %-Ni-Stahl nach den ASTM- Angaben(üblicherStahl).. - - ; 4,28 26,1 , 15,19 10,7 - , - 5,32 Von den in Tabelle 4-2 angeführten Stählen nach der Erfindung wurde A bei 800° C 1 Stunde erhitzt, in Wasser abgekühlt, dann bei der jeweiligen Temperatur angelassen und gekühlt. Die Probe B wurde bei 800° C 1 Stunde erhitzt, in Luft gekühlt, dann bei der jeweiligen Temperatur angelassen und gekühlt.Example 1 A steel alloy having the composition shown in Table 1 was hot rolled, heated at 800 ° C for 1 hour, and cooled in water or air. The structure obtained by cooling in air shows B i 1 d 3, which is a photomicrograph at a magnification of 50,000 times when directly observed with an electron microscope. The picture shows a mixed structure of a martensite A with a high dislocation density and a bainite B, the scattered black points being cementite. C is an old austenite grain boundary. The steel alloy was then tempered at 500 to 600 ° C and 625 ° C, respectively, for 1 hour and then cooled in water. The sample shown in B i 1 d 3 was further tempered at 600 ° C. for 1 hour. The structure shown in B i 1 d 4 was obtained, which is a micrograph at 50,000 times magnification on direct observation with an electron microscope. In this structure, ferrite crystals A and fine austenite crystals B deposited in the old martensite grain boundary are present. The steel alloy with such a structure has a very high strength and toughness at low temperatures, the mechanical properties of which are summarized in Tables 4-1 and 4-2. For comparison, the properties of a standard 9% Ni steel according to ASTM specifications are given. This 9% Ni steel was heat treated in exactly the same way as in this example. Table 3 Chemical composition in 0/0 Components C Si Mn Ni Mo A1 N Tested steels Steel according to the invention. . . . . . . . . ... . . 0.07 0.24 1.90 6.26 0.22 0.005 0.0013 9% Ni steel according to ASTM specifications (common steel). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10 0.25 0.8 9.0 - 0.01 0.001 Table 4-1 Tensile strength when tempered at 600 ° C for 1 hour Measuring method Tensile strength yield point elongation Tested steels in kg / mm2 in kg / mm2 in ° / o Room- _ 196 ° C room- ( -1961 C room- temperature temperature temperature Steel A according to the invention. . . . . . . . . . . . . . 85.0 120.3 81.4 114.1 17.7 25.5 Steel B according to the invention. . . . . . . . . . . . . . 87.4 126.6 80.1 107.2 19.4 30.3 9% Ni steel according to ASTM specifications (common steel). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80; 1 120.5 64.7 86.0 26.6 28.3 Table 4-2 2 mm notched notch impact values according to C harpy in kg m / cm2 Tempering temperature 500 ° C in 1 hour I 600 ° C in 1 hour I 625 ° C in 1 hour Tested steels measuring temperature Room- I-150 ° CI-196 ° C I room- -150 ° C -196 ° C room- @ _150 ° CI-196 ° C tem bratur tem bratur tem bratur Steel A according to the invention. . 18.6 2.4 0.84 26.5 18.5 8.6 18.2 10.1 8.10 Steel B according to the invention. . 18.6 3.2 1.80 24.5 19.2 12.8 18.8 10.5 8.70 9% -Ni-steel according to the ASTM- Details (common steel) .. - -; 4.28 26.1, 15.19 10.7 -, - 5.32 Of the steels according to the invention listed in Table 4-2, A was heated at 800 ° C. for 1 hour, cooled in water, then tempered at the respective temperature and cooled. Sample B was heated at 800 ° C. for 1 hour, cooled in air, then tempered at the respective temperature and cooled.

Obgleich die optimale Anlaßtemperatur erfindungsgemäß 600° C beträgt, sind die mechanischen Eigenschaften der Stahllegierung nach der Erfindung besser als die des 9 1/o-Ni-Stahls. Die Erfindung bietet den Vorteil, daß selbst bei der Anlaßbehandlung bei höheren Temperaturen die Zähigkeit nicht sehr abnimmt. Ferner ergibt die Abkühlung in Luft von der Austenitisierungstemperatur bessere Eigenschaften als die Abkühlung in Wasser, unabhängig von der darauffolgenden Anlaßtemperatur. Die erfindungsgemäße Stahllegierung ist daher für praktische Zwecke besonders geeignet.Although the optimal tempering temperature according to the invention is 600 ° C, the mechanical properties of the steel alloy according to the invention are better than that of 9 1 / o Ni steel. The invention has the advantage that even in the Tempering treatment at higher temperatures does not decrease the toughness very much. Further cooling in air from the austenitizing temperature gives better properties than cooling in water, regardless of the subsequent tempering temperature. The steel alloy of the present invention is therefore particularly suitable for practical purposes.

Beispiel 2 Die Stahllegierung mit der in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzung mit einem größeren Stickstoffgehalt, als er durch das Aluminium gebunden wird, wurde warmgewalzt, dann bei 1200°C 2 Stunden erhitzt, abgeschreckt, dann bei 760°C 1 Stunde geglüht und im Wasser abgekühlt. Sie wurde dann bei 600° C 1 Stunde angelassen und im Wasser gekühlt. Die mechanischen Eigenschaften der so behandelten Stahllegierung sind in Tabelle 6 angeführt. Tabelle 5 Chemische Zusammensetzung in 0/0 Zusammensetzung des Stahls nach der Erfindung C ................. 0,10 Si................. 0,23 Mn ............... 0,81 Ni ................ 5,80 Al ................ 0,042 N ................. 0,035 Tabelle 6 Mechanische Eigenschaften Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Kerbschlagwert nach C h a r p y in kg/mm2 in kg/mm2 in % bei -190° C in kgm/em2 Raumtemperatur! -196°C Raumtemperatur -196°C Raumtemperatur) -1960C 74,0 109,8 67,4 98,8 I 15,9 32,8 I 7,55 In diesem Falle wurden etwa 150 %o überschüssiger Stickstoff als feste Lösung in der Stahllegierung errechnet. Aber die Menge des Stickstoffs, die in der bei 600° C während einer Stunde angelassenen Ferritgrundmasse hinterblieb, betrug nach der Dämpfungsbestimmung nur etwa 3 %o. Der größere Teil des Stickstoffs war somit in den beim Anlassen abgeschiedenen Austenit hineingeflossen, hatte zur Stabilisierung des Austenits beigetragen und hatte die Zähigkeit der Stahllegierung verbessert. Da der Kerbschlagwert der in B i 1 d 2 gezeigten erfindungsgemäßen 6% Ni-Grundlegierung etwa 3 kgm/cm2 bei -196° C beträgt, ist die Wirkung des freien, in der Stahllegierung vorhandenen Stickstoffs klar ersichtlich.Example 2 The steel alloy having the composition shown in Table 5 and having a nitrogen content greater than that bound by the aluminum was hot rolled, then heated at 1200 ° C for 2 hours, quenched, then annealed at 760 ° C for 1 hour and cooled in water . It was then tempered at 600 ° C. for 1 hour and cooled in water. The mechanical properties of the steel alloy treated in this way are shown in Table 6. Table 5 Chemical composition in 0/0 Composition of the steel according to the invention C ................. 0.10 Si ................. 0.23 Mn ............... 0.81 Ni ................ 5.80 Al ................ 0.042 N ................. 0.035 Table 6 Mechanical properties Tensile strength Yield point Elongation Notched impact value according to Charpy in kg / mm2 in kg / mm2 in% at -190 ° C in kgm / em2 Room temperature! -196 ° C room temperature -196 ° C room temperature) -1960C 74.0 109.8 67.4 98.8 I 15.9 32.8 I 7.55 In this case, about 150% excess nitrogen was calculated as a solid solution in the steel alloy. But the amount of nitrogen that remained in the ferrite base material, which was tempered at 600 ° C for one hour, was only about 3% o according to the attenuation determination. The greater part of the nitrogen had thus flowed into the austenite deposited during the tempering, had contributed to the stabilization of the austenite and had improved the toughness of the steel alloy. Since the notched impact value of the 6% Ni base alloy according to the invention shown in B i 1 d 2 is about 3 kgm / cm2 at -196 ° C., the effect of the free nitrogen present in the steel alloy is clearly evident.

Beispiel 3 Wurde eine Stahllegierung der in Tabelle 7 gezeigten Zusammensetzung der jeweiligen in Tabelle 8 angeführten Wärmebehandlung unterworfen, so wurden die in der gleichen Tabelle angeführten Kerbschlagwerte erhalten. Tabelle 7 Chemische Zusammensetzung in % Zusammensetzung des Stahls nach der Erfindung C ................. 0,1 Ni ................ 6,24 Si ................ 0,23 Mn ............... 0,77 Al ................ 0,059 N ................. 0,025 Tabelle 8 Wärmebehandlung und Kerbschlagwerte Behandlungs- Charpy-Kerbschlagwerte Wärmebehandlung mit 2-mm-Spitzkerb Bemerkungen nummer bei -196° C2 in kgm/cmQ 1 erhitzt bei 800° C 1 Stunde und wassergekühlt 4,95 Austenit einstufiges erhitzt bei 600° C 1 Stunde und wassergekühlt Behandlungsverfahren 2 erhitzt bei 900° C 1 Stunde und wassergekühlt 6,39 Austenit einstufiges erhitzt bei 600° C 1 Stunde und wassergekühlt Behandlungsverfahren 3 erhitzt bei 1200° C 1 Stunde und wassergekühlt 3,58 Austenit einstufiges erhitzt bei 600° C 1 Stunde und wassergekühlt Behandlungsverfahren 4 erhitzt bei 1200° C 1 Stunde und wassergekühlt 5,14 Austenit zweistufiges erhitzt bei 900° C 1 Stunde und wassergekühlt Behandlungsverfahren erhitzt bei 600° C 1 Stunde und wassergekühlt 5 erhitzt bei 1350° C 1 Stunde und wassergekühlt 3,93 Austenit zweistufiges erhitzt bei 900° C 1 Stunde und wassergekühlt Behandlungsverfahren erhitzt bei 600° C 1 Stunde und wassergekühlt 6 erhitzt bei 1350° C 1 Stunde und wassergekühlt 5,75 Austenit dreistufiges erhitzt bei 700° C 2 Stundenundwassergekühlt Behandlungsverfahren erhitzt bei 900°C 1/2 Stunde und wassergekühlt erhitzt bei 600° C 1 Stunde und wassergekühlt In Tabelle 8 entsprechen die Behandlungen Nr. 1 bis 3 dem einstufigen, die Behandlungen Nr. 4 und 5 den zweistufigen und die Behandlung Nr. 6 dem dreistufigen Austenitisierungsverfahren. Ist bei der einstufigen Behandlung die Glühtemperatur hoch, wie dies aus der Behandlung Nr. 3 hervorgeht, so ist die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen etwas herabgesetzt. In diesem Falle :erhöht sich aber die Zähigkeit bei der zweistufigen Behandlung, wie dies aus der Behandlung Nr. 4 ersichtlich ist. Wird bei der zweistufigen Behandlung die. erste. Behandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt, wie dies aus dem Versuch Nr. 5 bei 1350° C der Fall ist, so sinkt die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Wie aber die Behandlung Nr. 6: zeigt, hatte die Stahllegierung eine gute Zähigkeit, wenn die Behandlungstemperatur in der mittleren Verfahrensstufe in der Nähe des A3-Punkts betrug.Example 3 When a steel alloy having the composition shown in Table 7 was subjected to the respective heat treatments shown in Table 8, the impact values shown in the same table were obtained. Table 7 Chemical composition in% Composition of the steel according to the invention C ................. 0.1 Ni ................ 6.24 Si ................ 0.23 Mn ............... 0.77 Al ................ 0.059 N ................. 0.025 Table 8 Heat treatment and impact values Treatment Charpy impact values Heat treatment with 2 mm pointed notch Remarks number at -196 ° C2 in kgm / cmQ 1 heated at 800 ° C for 1 hour and water-cooled 4.95 austenite single-stage heated at 600 ° C for 1 hour and water-cooled treatment process 2 heated at 900 ° C for 1 hour and water-cooled 6.39 austenite single-stage heated at 600 ° C for 1 hour and water-cooled treatment process 3 heated at 1200 ° C for 1 hour and water-cooled 3.58 austenite single-stage heated at 600 ° C for 1 hour and water-cooled treatment process 4 heated at 1200 ° C for 1 hour and water-cooled 5.14 austenite two-stage heated at 900 ° C for 1 hour and water-cooled treatment process heated at 600 ° C for 1 hour and water-cooled 5 heated at 1350 ° C for 1 hour and water-cooled 3.93 austenite two-stage heated at 900 ° C for 1 hour and water-cooled treatment process heated at 600 ° C for 1 hour and water-cooled 6 heated at 1350 ° C for 1 hour and water-cooled 5.75 austenite three-stage heated at 700 ° C for 2 hours and water-cooled treatment process heated at 900 ° C for 1/2 hour and water-cooled heated at 600 ° C for 1 hour and water-cooled In Table 8, treatments No. 1 to 3 correspond to the one-step austenitizing process, treatments No. 4 and 5 to the two-step, and treatment No. 6 to the three-step austenitizing process. If the annealing temperature is high in the single-stage treatment, as can be seen from treatment No. 3, the toughness is somewhat reduced at low temperatures. In this case: however, the toughness increases with the two-stage treatment, as can be seen from treatment no. In the two-stage treatment, the. first. Treatment carried out at a high temperature, as is the case in Experiment No. 5 at 1350 ° C., the toughness decreases at low temperatures. However, as Treatment No. 6: shows, the steel alloy had good toughness when the treatment temperature in the intermediate process was near the A3 point.

Bild 5 A ist eine Mikroaufnahme und zeigt das Ferritgefüge einer bei 600° C angelassenen Stahllegierung bei der direkten Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop bei einer 50000fachen Vergrößerung bei dem einstufigen Verfahren gemäß der Behandlung Nr. 2 der Tabelle B. C stellt abgeschiedenes Aluminiumnitrid in der Ferritkorngrenze dar. D sind beständige, in der Korngrenze abgeschiedene Aus.tenitkristalle. E ist ein Versetzungsnetzwerk innerhalb der Ferritkristalle. Das Bild zeigt kleine Ferritkristalle und eine stabile Anordnung der Versetzung. Die Stahllegierung hat daher eine gute Zähigkeit.Figure 5 A is a micrograph and shows the ferrite structure of a 600 ° C tempered steel alloy on direct observation with an electron microscope at a magnification of 50,000 times in the one-step process according to the treatment No. 2 of Table B. C represents deposited aluminum nitride in the ferrite grain boundary D are permanent aus.tenite crystals deposited in the grain boundary. E is a dislocation network within the ferrite crystals. The picture shows small ferrite crystals and a stable disposition of the dislocation. The steel alloy therefore has a good one Toughness.

Bild 5 B ist eine Mikroaufnahme nach dem Extraktionskopierverfahren mit einem Elektronenmikroskop bei einer geringeren (5000fachen) Vergrößerung und zeigt das feinverteilte Aluminiumnitrid als schwarze Punkte.Image 5 B is a photomicrograph after the extraction copying process with an electron microscope at a lower (5000x) magnification and shows the finely divided aluminum nitride as black dots.

Bild 6 A ist eine Mikroaufnahme und zeigt das Feingefüge einer bei 600° C angelassenen Stahllegierung bei der direkten Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop bei einer 50000fachen Vergrößerung nach dem zweistufigen Verfahren nach der Behandlung Nr. 4 der Tabelle B. C ist ausgeschiedenes Aluminiumnitrid. D sind beständige, in den Korngrenzen abgeschiedene Austenitkristalle. E ist eine Versetzung innerhalb des Ferritkristalls. Die Ferritkristalle erscheinen klein; demgegenüber ist aber die Versetzungsdichte innerhalb der Ferritkristalle groß.Figure 6 A is a micrograph and shows the fine structure of a 600 ° C tempered steel alloy on direct observation with an electron microscope at a magnification of 50,000 times by the two-step process after the treatment No. 4 of Table B. C is precipitated aluminum nitride. D are persistent, in Austenite crystals deposited at the grain boundaries. E is a dislocation within of the ferrite crystal. The ferrite crystals appear small; on the other hand is the dislocation density within the ferrite crystals is large.

Bild 6 B ist eine Mikroaufnahme nach dem Extraktionskopierverfahren mit einem Elektronenmikroskop bei einer geringeren (5000fachen) Vergrößerung und zeigt das feinverteilte Alummiumnitrid als schwarze Punkte. Bei dieser zweistufigen Behandlung ist das Aluminiumnitrid feiner verteilt, und die Gefügebestandteile sind im, allgemeinen kleiner als bei dem einstufigen Verfahren in dem Bild 5B. Die Wirkung der teilweisen Lösungsbehandlung ist daher klar ersichtlich. Diese Wirkungen wurden insbesondere durch die Normalisierung und die Dispersion des Aluminiumnitrids sowie durch die Änderung der Austenitkristalle infolge der Änderung der Lösungsbehandlung des Aluminiumnitrids erzielt.Image 6 B is a photomicrograph after the extraction copying process with an electron microscope at a lower (5000x) magnification and shows the finely divided aluminum nitride as black dots. In this two-stage Treatment, the aluminum nitride is finely divided, and the structural components are generally smaller than the one-step process in Figure 5B. The effect the partial solution treatment is therefore clearly evident. These effects were in particular through the normalization and dispersion of aluminum nitride as well by the change in the austenite crystals due to the change in the solution treatment of aluminum nitride achieved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Stahllegierung bei einem verhältnismäßig niedrigen Nickelgehalt unter Anwendung genauer Wärmebehandlungen eine ebenso hohe oder eine noch höhere Festigkeit und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweist als der bekannte 9 o/o-Ni-Stahl.The advantages achieved with the invention are in particular: that the steel alloy is using at a relatively low nickel content more precise heat treatments an equally high or an even higher strength and Has toughness at low temperatures than the known 9 o / o Ni steel.

Claims

Claims: 1. Steel alloy with finely divided austenite in a ferrite matrix and high toughness at low Temperatures containing 0.01 to 0.15% carbon, 0.05 to 0.40% silicon, 4.50 up to 7.50% nickel, 0.50 to 3.50% manganese, 0.001 to 0.050% nitrogen and 0.05% acid-soluble aluminum, the equivalent of aluminum being the nitride in itself known way through at least one nitride-forming element zirconium, titanium, beryllium, Niobium, vanadium, hafnium, tantalum and boron can be replaced, and optionally 0.05 to 0.5% molybdenum, the remainder iron and impurities.

2. Heat treatment method the steel alloy according to claim 1, characterized in that it is heated to 800 ° C, cooled and then tempered at 525 to 650 ° C.

3. Heat treatment method the steel alloy according to claim 1, characterized in that it is at a larger Formation of aluminum nitride as 0.005% heated above the A. point, then quenched and tempered at 525 to 650 ° C.

4. Method of heat treatment of the steel alloy according to claim 1, characterized in that it with a larger formation of Aluminum nitride as 0.005% at a temperature above 850 ° C but below a temperature would occur in the grain coarsening, subjected to a solution heat treatment, then heated above the A3 point, then quenched and tempered at 525 to 650 ° C.