DE1433107A1 - Nitride-containing, low-carbon, ductile steels and processes for their manufacture - Google Patents

Nitride-containing, low-carbon, ductile steels and processes for their manufacture

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DE1433107A1 DE19611433107 DE1433107A DE1433107A1 DE 1433107 A1 DE1433107 A1 DE 1433107A1 DE 19611433107 DE19611433107 DE 19611433107 DE 1433107 A DE1433107 A DE 1433107A DE 1433107 A1 DE1433107 A1 DE 1433107A1
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Description

PATINTANVfXLTIPATINTANVfXLTI

dr. LorrmHos - dr.-ing. lottirhosdr. LorrmHos-dr.-ing. lottirhos

PRAHKPlRT (MAIM) 1 / 0 O 1 ΠPRAHKPlRT (MAIM) 1/0 O 1 Π

UCHTINtTIlN-STRAlU 1 limK-^ UCHTINtTIlN-STRAlU 1 limK - ^ IHJO IU/IHJO IU /

rtlNSHICHIIi (0*11) 55*041rtlNSHICHIIi (0 * 11) 55 * 041 TIlieiAMMIi LANSiSZtNTi •RESDNEtIATIlieiAMMIi LANSiSZtNTi • RESDNEtIA

POSTSCHECKPOSTAL CHECK PllANKFURT CMAIN), 1o. Harz 1961PllANKFURT CMAIN), 1o. Harz 1961

ISHIKAIAJIMA-HAEIMA JUKOGYO KaBTJSHIKI KAISHA 4ι Ohtemaoni 2-ohome, Ohiyoda-ku, Tokyo (Japan)ISHIKAIAJIMA-HAEIMA JUKOGYO KaBTJSHIKI KAISHA 4ι Ohtemaoni 2-ohome, Ohiyoda-ku, Tokyo (Japan)

Nitrid enthaltende, kohlenstoffarme, duktile Stähle und Verfahren zu ihrer Herstellung«Low carbon, ductile steels containing nitride and process for their production «

Die Erfindung betrifft neue Nitrid-enthaltendt, kohlenstoffarme, duktile Stähle und Verfahren zu deren Herstellung und Wärmebehandlung.The invention relates to new nitride-containing, low-carbon, ductile steels and processes for their production and heat treatment.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf neue Nitridenthaltende, kohlenstoffarme, duktil· Stähle, die etwa 0,013 bis etwa 0,090 Gw. % stabile Nitride, die bei erhöhter Temperatur eine gewisse !löslichkeit in Stahl, der sioh im festen Zustand befindet, aufweisen, wie z.B. Berylliumnitrid und /oder Niobnitrid und / oder Aluminiumnitrid, und / oder etwa 0,01 bis etwa 0,10 Gw· % einer weiteren Art von Nitriden, die praktisch keine Löslichkeit weder in festem noch in geschmolzenem Stahl geigen, wie s.B. Titannitrid und / oder Zirkoniumnitrid» und weiterhin weniger als 1 Gw. ^ eines Legierung·elemente« wie s«B* Viok«l, Chrom, Molybdän, Vanadin, Mangan, Silicium udgl·, enthalt«.In particular, the invention relates to new nitride containing, low carbon, ductile steels such as 0.013 to about 0.090% by weight of stable nitrides which, at elevated temperatures, have a certain solubility in steel, which sioh in the solid state, such as beryllium nitride and / or niobium nitride and / or aluminum nitride, and / or about 0.01 to about 0.10 wt% of another Kind of nitrides that have practically no solubility in either solid or molten steel, such as B. Titanium nitride and / or zirconium nitride "and furthermore less than 1 weight ^ of an alloy element" such as "B * Viok" l, Chromium, molybdenum, vanadium, manganese, silicon, etc. contains.

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U331Q7U331Q7

Es wurde gefunden, daß Stahl, der mindestens ein Nitrid enthält, das teilweise in der Grundmasse gelöst ist und teilweise als freies Nitrid vorliegt, das Nitrid an seinen Korngrenzen und innerhalb seiner Kristalle "bei formbildender Bearbeitung, die bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wird, in dispergierter Form ausscheidendes wurde weiterhin gefunden, daß Stahl mit der beschriebenen Struktur mechanische Eigenschaften aufweist, die denen eines Stahls gleicher Zusammensetzung weit überlegen ist, wobei insbesondere seine Festigkeit bei niedriger Temperatur merklich verbessert und die Übergangstemperatur merklich nach niedrigeren Temperaturen hin verschoben ist.It has been found that steel that contains at least one nitride that is partially dissolved in the matrix and is partially present as free nitride, the nitride at its grain boundaries and within its crystals "at shape-forming Machining, which is carried out at elevated temperatures, has continued to precipitate in dispersed form found that steel with the structure described has mechanical properties which are those of a steel of the same composition is far superior, and in particular its strength at low temperature is markedly improved and the transition temperature is shifted noticeably towards lower temperatures.

Nachfolgend soll anhand der beigefügten Figuren und Fotos die Herstellung eines kohlenstoffarmen, duktilen Stahls gemäß Erfindung mit ausgezeichneten Eigenschaften beschrieben und erklärt werden.In the following, using the attached figures and photos, the production of a low-carbon, ductile steel according to Invention will be described and explained with excellent properties.

In Fig. 1 sind die Kerbschlagwerte und die Tr15-V/erte eines beruhigten Stahls des Handels bei verschiedenen niedrigen Temperaturen, in Fig. 2 das Scherbrueh-Verhältnis und die Tr-Werte desselben Stahls dargestellt; mit Fig. 3 A,B,G und D werden die Kerbschlagwerte, das Scherbrueh-Verhältnis, die Tr15- und Tr-Werte von duktilem Stahl gemäß Erfindung veranschaulicht; mit Fig. 4 werden die Beziehungen zwischen den Übergangstemperaturen.(Tr15- und Tr-Werte) eines kohlenstoffarmen Stahls und dessen Gehalt an Stickstoff und Aluminium dargestellt; Fig. zeigt die Beziehungen zwischen den Kerbschlagwerten des besagtenIn Fig. 1, the impact values and the Tr15 values are one settled commercial steel at various low temperatures, in Fig. 2 the shear stress ratio and the Tr values of the same steel shown; with Fig. 3 A, B, G and D the impact values, the shear stress ratio, the Tr15- and illustrates Tr values of ductile steel according to the invention; with Fig. 4, the relationships between the transition temperatures. (Tr15- and Tr values) of a low-carbon steel and its nitrogen and aluminum content; Fig. shows the relationships between the impact values of said

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H33107H33107

kohlenstoffarmen Stahls und seinem Gesamtgehalt an Nitriden, während die Fotos Nr. 1 bis 6 Elektronenmikrodiagramme von Strukturen von duktilem Stahl gemäß Erfindung betreffen.low carbon steel and its total content of nitrides, while Photos Nos. 1 to 6 are electron micrographs relate to structures of ductile steel according to the invention.

Foto Nr. 1 Btellt ein Elektronenmikrodiagramm in 1o ooo-facher Vergrösserung von kohlenstoffarmen Gußstahl B mit einem Gehalt von 0,08 i* Kohlenstoff und 0,090 # Aluminiumnitrid dar, in welchem lange und grosse Kristalle von freiem Aluminiumnitrid, die an einer Korngrenze ausgeschieden sind, gezeigt sind«Image no. 1 Btellt an electron micrograph in 1o ooo times magnification of low-carbon cast steel B having a content of 0.08 i * carbon and 0.090 # aluminum nitride is in which long and large crystals of free aluminum nitride, which are excreted at a grain boundary, are shown «

Wenn ein Stahl der gezeigten Struktur einer plastischen Verformung bei einer Temperatur oberhalb des A* - Umwandlungs* punktes durch Bearbeitungsprozesse, wie Schmieden, Walzen, udgl. unterworfen wird, zerbrechen die Kristallite dieses im Gusszustand befindlichen Stahls ebenso wie die an den Korngrenzen vorhandenen Nitride. Zum anderen neigen die erstgenannten Kristallite im allgemeinen dazu, gegen die Bruchwirkung hin grobkörniger zu werden, wenn die Temperatur erhöht wird.If a steel of the structure shown undergoes plastic deformation at a temperature above the A * transformation * point through machining processes such as forging, rolling, etc. is subjected, the crystallites break this in the as-cast state existing steel as well as the nitrides present at the grain boundaries. On the other hand, the former tend to be Crystallites generally tend to become coarser, counter to the fracture effect, as the temperature is increased.

Jedoch wird das Wachstum der Kristallite, während des beschriebenen Rekristallisationsprozesses ausserordentlich stark durch die feinen, harten Nitridteilchen behindert, die im Stahlgefüge in fein dispergierter Form vorliegen, wodurch ein feinkörniges Gefüge des Stahls entsteht. Es folgt daraus, daß bei stetiger Einschnürung des Stahls, d.h. bei Erhöhung des Walzoder Schmiedeverhältnisses durch wiederholte plastische Verformungen bei so erhöhter Temperatur, wie oben erwähnt wlrde,However, the growth of the crystallites is during the described The recrystallization process is extremely hindered by the fine, hard nitride particles in the steel structure be in a finely dispersed form, creating a fine-grain structure of the steel. It follows that at constant constriction of the steel, i.e. when the rolling or forging ratio is increased by repeated plastic Deformations at such elevated temperature as mentioned above,

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U33107U33107

die Metallhitride noch feinteiliger und damit gleichzeitig auch die Kristallite des Stahls feiner werden. Es folgt weiterhin, daß bei Erniedrigung der Endtemperatur (finishing temperature) beim Walzen oder Schmieden, insbesondere, wenn diese Laßnahmen in einem Temperaturbereich zwischen 11oo und 600 ° G durchgeführt werden, der dem maximalen Ausseheidungsbereich der oben erwähnten Nitride entspricht, das Vfaehstum der rekristallisierten Körner stärker gehindert wird, was sich in einem noch feineren Korngefüge äussert·the metal nitrides are even more finely divided and thus at the same time the crystallites of the steel also become finer. It also follows that when the final temperature is lowered (finishing temperature) during rolling or forging, especially if these allowances in a temperature range between 110 and 600 ° G, which is the maximum separation area corresponds to the above-mentioned nitrides, the growth of the recrystallized grains is more inhibited, which is expressed in an even finer grain structure

Foto Mr. 2 stellt ein Mikrodiagramm in 100-facher Vergrösserung des bereits erwähnten duktilen Stahls B dar, der von~einerPhoto Mr. 2 is a micro diagram magnified 100 times of the ductile steel B already mentioned, which is made by ~ a

Temperatur von 95o u G in Luft nach dem Schmieden abgekühlt"' worden war, um seine Kornfeinheit zu veranschaulichen, die der 9 der ASTM -Korn- Wr. entspricht.Temperature of 95o u G in air after forging had been "cooled down" in order to illustrate its grain fineness, which corresponds to the 9 of ASTM -Korn-Wr.

Uin feinkörniger Stahl, .vie oben beschrieben, weist in der Tat pro Volumeneinheit mehr kristalle auf, alle von einander verschieden kristallographisch orientiert ist. Wird daher auf einen solchen Stahl eine Druck- oder Schubspannung ausgeübt, so setzt mit einem bestimmten Korn ein Gleiten ein. Jedoch kömien auch die angrenzenden Körner aneinanaer abgleiten, bevor eine grosse Anhäufung von Versetzungen an den .^ox^ngrenzen auftritt, da nämlich auf diese Ί/eise die lokale Konzentration der Schub- oder Druckspannung abgesehwäclit ist, bevor sie zu großwird.'Daher neigt ein feinkörniges üefüce weniger zu "einem jjruch» der durch Sprünge verursacht wird, die auf eine Anhäufung von Verschiebungen zurückzuführen eind, welches leicht in einem grobkörnigen Gefii-ü vorkomiuen.In fine-grained steel, as described above, there are indeed more crystals per unit volume, all of which are crystallographically oriented differently from one another. Therefore, if a compressive or shear stress is exerted on such a steel, a certain grain begins to slide. However, the adjacent grains can also slide against one another before a large accumulation of dislocations occurs at the oxen boundaries, since in this way the local concentration of the shear or compressive stress is waived before it becomes too great a fine-grained üefü c e a less jjruch "becomes" caused by the cracks that due to accumulation of displacements eind which vorkomiuen easily in a coarse-Gefii above.

9 0 9 8 0 3/0237=' BAD ÖRK3IWAL9 0 9 8 0 3/0237 = ' BAD ÖRK3IWAL

U33107U33107

Ein solcher Stahl weist daher bei starker Einschnürung eine hohe Zugfestigkeit auf.Such a steel therefore has a high tensile strength when there is severe constriction.

Diese Nitridarten, welche sich mit einem gewissen Grad in festem Stahl lösen, weisen, wenn sie in genügendem Maße ausgefällt werden, eine Grosse von höchstens 0,1 u oder weniger auf. (Die Grosse der Nitridausscheidung liegt in derselben Grössenordnung, wie Lessungen mit dem Elektronenmikroskop oder mittels der Röntgentechnik, die an chemisch gewonnenen. Proben durchgeführt worden sind, ergeben haben.) Y/enn auf ein Gefüge, das solche Nitridausscheidungen enthält, ein Druck ausgeübt wird? dann werden die auf die Gleitebenen ausgerichteten Vers e tzuji£en_jcuÄ&--UJ&^^
wegung gegen die xiorngrenzen abgefangen. Infolgedessen tritt dort keine £.rosae Anhäufung von Versetzungen auf, woxiurch die Bruchbildung vermindert wird.
These kinds of nitrides, which dissolve to a certain extent in solid steel, if they are sufficiently precipitated, have a size of 0.1 micron or less or less. (The size of the nitride precipitate is in the same order of magnitude as measurements made with the electron microscope or by means of X-ray technology, which were carried out on chemically obtained samples.) If pressure is exerted on a structure containing such nitride precipitates ? then the Ver s e tzuji £ en_jcuÄ & - UJ & ^^
movement against the xiorn limits. As a result, there is no pink accumulation of dislocations, which reduces fracture formation.

Daher wird die festigkeit sowohl bei normaler, als auch bei erhöhter Temperatur gross, desgleichen aer ICerbschlag bei niedri, er Temperatur, und die Übergan^stemperatur wird stark nach niedrigeren Temperaturen verschoben.Therefore, the strength is both normal and high temperature, so does the breakdown at low temperature, and the transition temperature becomes high postponed to lower temperatures.

Die i'otos Kr. 3 und 4 stellen Elektronenmikrodiagranime in 1o ooo- bzw. 5o ooo-facher Verdrosserung von Strukturen von duktilem Stahl B dar, der nach dem Schmieden auf 95o ° O erwärmt worden ist, um eine Ausscheidung der feinen Nitride in vollem Ausmaß zu erzielen. In den ib'otos stellen die feinen Teilchen, die in der ürundmasse erscheinen, Aluminiumnitrid und andere nitride dar.The i'otos Kr. 3 and 4 represent electron micro diagrams in 1o,000 or 5o,000-fold thickening of structures of ductile steel B, which has been heated to 95o ° O after forging in order to precipitate the fine nitrides to achieve in full. In the ib'otos, the fine Particles that appear in the bulk, aluminum nitride and other nitrides.

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H33107H33107

In Stählen, die mit Titan und Zirkonium beruhigt worden sind, um den freien Stickstoff durch Überführen in sehr stabile Verbindungen zu vermindern, wird die Festlegung der Versetzungen durch den freien Stickstoff geschwächt, der für die Beseitigung der Versetzungen notwendige Druck vermindert, dadurch das ü-leiten erleichtert und als Folge dessen, die Dehnung und Einschnürungen merklich verbessert, sowie das Phänomen der Härtung bei Alterung ausgeschaltet· Die Fotos 5 und 6 stellen Elektronenmikrodiagramme der Stukturen eines duktilen Släales D bei einer 1o ooo- bzw. 5o ooo-fachen Vergrösserung dar. Die ausgeschiedenen Teilchen in der Fig. sind Berylliumnitrid, ffitride dieser Art üben auf Stahl eine ähnliche Wirkung, wie die oben beschriebene aus und vermögen auch die mechanischen Eigenschaften des Stahls merklich zu verbessern· In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammengestellt, durch welche die tatsächlichen und wirklichen Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften von Stählen, die gemäß Erfindung behandelt worden sind, im Vergleich mit denen eines beruhigten Stahls des Handels unter Beweis gestellt werden sollen.In steels that have been killed with titanium and zirconium are to reduce the free nitrogen by converting it into very stable compounds, the definition becomes of the dislocations weakened by the free nitrogen, the pressure necessary to remove the dislocations reduced, thereby facilitating the guiding and as a result that noticeably improves elongation and constriction, and eliminates the phenomenon of hardening with aging Photos 5 and 6 represent electron micrographs of the Structures of a ductile släale D with a 1o ooo or 50,000 times magnification. The precipitated particles in the figure are beryllium nitride, ffitride of this type on steel have a similar effect as the one described above and can also affect the mechanical properties of the To improve steel noticeably · The following table summarizes the results, through which the actual and actual improvements in the mechanical properties of steels treated according to the invention are to be proven in comparison with those of a calmed steel of the trade.

Zu diesem Zweck wurden 5 Arten von Stählen hergestellt, wie Tabelle 1 zu entnehmen ist, von denen die Stähle A und E nur Aluminiumnitrid, Stahl B Aluminiumnitrid und Zirkoniumnitrid und die Stähle 0 und D Berylliumnitrid enthalten.For this purpose, 5 types of steels were made, such as Table 1 shows, of which steels A and E are only aluminum nitride, steel B aluminum nitride and zirconium nitride and steels 0 and D contain beryllium nitride.

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H33107H33107

Tabelle 1Table 1

Stahlstole AA. O,O, σσ o,O, ChemischeChemical o,O, MnMn 00 AlNAlN Komponente "/> Component "/> SS. Al0O,Al 0 O, O,O, N2 N 2 OO AlAl ΈΈ o,O, 1010 0,0, SiSi 0,0, 5959 00 PP. ,023, 023 2 32 3 ο,ο, 023023 OO ,096, 096 Duktiler StahlDuctile steel CC. o,O, 0808 ο,ο, 3232 o,O, 5757 ,071, 071 0,016 O0.016 O ,021, 021 0,0190.019 ο,ο, 032032 OO ,085, 085 ti Itti It II. o,O, 0909 ο,ο, 2323 o,O, 6o6o ,084, 084 0,016 O 0.016 O ,025, 025 0,0210.021 O,O, Oo 9Oo 9 OO ,006, 006 I» MIN THE II. o,O, 0707 ο,ο, 3434 o,O, 6565 00 0,013 O0.013 O ,022, 022 -- ο,ο, 017017 OO ,006, 006 η - ηη - η 0,0, 0909 0,0, 3131 o,O, 5555 00 0,015 O0.015 O ,023, 023 021021 OO ,038, 038 η itη it 1313th 2727 7979 ,052, 052 0,014 O0.014 O ,031, 031 0,0200.020 ,023, 023 beruhigter"calmed down " 1818th ,009, 009 0,035 O0.035 O -----—-----— "■ —_"■ —_ ChemischeChemical Komponente %Component% Stahlstole BeBe ZrZr Be NBe N löslsol ZrNZrN AA. 3 έ 3 έ AlAl BB. 00 0,0870.087 Duktiler StahlDuctile steel CC. o,O, ,06, 06 0,0740.074 0,020.02 Il ItIl It DD. 0,0, 119119 0,0160.016 ' It Il'It Il EE. 120120 0,0240.024 H; Z HH ; ZH 0,0270.027 ti Ilti Il beruhigter "calmed down "

Die mechanischen Eigenschaften dieser Stähle, die bei 95o C behandelt unu dann zur Fällung der iiitride in Luft abgekühlt wurden, sind in 'tabelle 2 zusammengestellt. The mechanical properties of these steels, which were treated at 95 ° C and then cooled in air to precipitate the nitrides, are listed in Table 2.

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

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H33107H33107

ZugfestigTensile strength 88th Tabelle 2Table 2 55 FließverFließver .5.5 Dehnungstrain .4-37.4-37 .5.5 Ein-A- 6767 keitspeed 22 55 hältnisratio .1.1 .2-4o.2-4o .7..7. schürung._stoking._ 7777 kg/mmkg / mm 99 FließFlow 99 .9.9 .8-4o.8-4o .0.0 ί
i
ί
i
6969
Stahlstole 55 grenzeborder 33 .7.7 .o-4o.o-4o .5.5 6969 45.7.-46,45.7.-46, kg/mmkg / mm .0.0 7373 • 0• 0 3535 .5-39.5-39 .0.0 71.71. duktilermore ductile 41.9 -42.41.9 -42. 7272 3939 Stahl A 'Steel A ' 46.5 -46.46.5 -46. 53.3-54.53.3-54. 68,68, 3737 " B"B. 46.5 -47.46.5 -47. 51.5-33,51.5-33, 76,76 3535 .5-71.9.5-71.9 " G"G 45.1-47.545.1-47.5 32.5-36.32.5-36. 7ο.,7ο., 3737 .4-78.4_.4-78.4_ » D“D 36.5τ59.36.5τ59. .8-73.0-.8-73.0- "» E"" E 55.75.5255.75.52 .8-73.0.8-73.0 .0-73.0-73 .0-73.5.0-73.5 .6-79.6-79 .7-78.7-78 ,5-82, 5-82 5-745-74

Mit den Fig. 1 bis 5 werden die unter dem Wert 0 liegenden Kerbs chlagwerte ffr15- und die Tr-Y/erte von duktilen Stählen gemäß Erfindung, mit denen beruhigter Stähle des Handels sowohl in normalem, als auch in ölabgeschrecktem Zustand verglichen.1 to 5, the notch impact values f fr15- and the Tr-Y / erte of ductile steels according to the invention, which are below the value 0, are compared with those of killed steels in trade both in the normal and in the oil-quenched condition.

Die ICerbschlagwerte bei O 0G die Tr-15 und Tr-Werte. von duktilen Stählen, wie sie sich von diesen Kurven ablesen lassen, sind in Tabelle 3 zusammengestellt.The impact values at O 0 G are the Tr-15 and Tr values. of ductile steels, as can be read from these curves, are summarized in Table 3.

+) (yield point)
++) (yield ratio)
+) (yield point)
++) (yield ratio)

90 9803/023790 9803/0237

U33107U33107

Tabelle 3Table 3

Stahlstole Kerbschlagwerte (1)Impact values (1) Wärme (3)
behandelt
Warmth (3)
treated
Tr15 ° CTr15 ° C II. behan
delt
behan
delt
Er-WerteHe values 0 O 0 O
kg-m/cmkg-m / cm Normalisiert
(2)
Normalized
(2)
32.032.0 normalnormal -12o-12o normalnormal behan
delt
behan
delt
aanktileraanctile 38.038.0 -125-125 Stahl ASteel A 30.030.0 33.033.0 -95-95 -11o-11o -65-65 -90-90 » B“B 36.036.0 37.037.0 -100-100 -110-110 -80-80 -95-95 * O* O 33.033.0 37.037.0 -95-95 -75-75 -80-80 -90-90 " D"D 31.031.0 16.016.0 -100-100 -70-70 -7o-7o -90-90 η j«η j « 32.032.0 -70-70 -4o-4o -45-45 beruhigter
Stahl
calmer
stole
8.88.8 -47-47 -40-40

(1) Charpy V-Kerbe, bei O0G(1) Charpy V-notch, at O 0 G

(2) abgekühlt in Luft(2) cooled in air

(3) abgeschreckt in öl(3) quenched in oil

4 und 5 veranschauliehen die Beziehung zwischen Gesamtgehalt an Nitriden und Kerbschlagwerten Tr15- und Tr-Werten.4 and 5 illustrate the relationship between total nitride content and impact values Tr15 and Tr values.

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Es kann festgestellt werden, daß eine grossere Gesamtmenge an Hitriden immer höheren Kerbschlagwerten und niedrigeren Tr15- und Tr-Werten entspricht. Es kann auch beobachtet werden, daß die Eigenschaften eines Stahls, dessen Gesamtmenge an Nitriden mehr als 0,03 # bis zu 0,1o io beträgt, bei niedriger Temperatur merklich verbessert sind.It can be stated that a larger total amount of nitrides corresponds to higher and higher impact values and lower Tr15 and Tr values. It can also be observed that the properties of a steel whose total amount of nitrides is more than 0.03 # up to 0.1o io are markedly improved at low temperature.

Das Ergebnis des Bruchtestes, der bei 45o 0G an duktilem Stahl A durchgeführt worden ist, ergibt eine Zeitdauer von 88 bis 125 Stunden bei einer Belastung von 2o kg/mm mit einer Bruchdehnung von 7ö"Abis 8o$, während Stähle vergleichbare Zusammensetzung, die- jedpch ,kein Ifitrid enthalten, nach Beurteilung durch ASTM Standardwerte schon noch etwa 5o Stunden bei einer Bruchdehnung.von 35 bis 4o γο reissen. Dieses Ergebnis kann als Beweis für die ausgezeichneten Eigenschaften bei hoher Temperatur eines duktilen1 gemäß Erfindung angesehen werden. "*'"""The result of the breaking test, which was carried out on ductile steel A at 45o 0 G, gives a duration of 88 to 125 hours at a load of 20 kg / mm with an elongation at break of 70 " A to 80 $, while steels have a comparable composition, which, however, do not contain any i-nitride, after assessment by ASTM standard values, tear for about 50 hours at an elongation at break of 35 to 40 γο. This result can be seen as proof of the excellent properties at high temperature of a ductile 1 according to the invention. " * '"""

Diese auss ergewöhnlich gute Festigkeit bei holier Temperatur kann den Nitridteilchen zugeschrieben werden,-Säag. in feindispergierter Form von 0,1 u oder weniger atif^den^ü-leitebenen der Kristallite vorhanden sind und" die^'freie Beweglichkeit der Versetzungen beschränken, indemicdi^ letzteren um sich selbst unter Belastungen fixiert wenden..und Anhäu-This extraordinarily good strength at full temperature can be attributed to the nitride particles, -Säag. in finely dispersed Shape of 0.1 u or less atif ^ the ^ ü -leitplanen the crystallites are present and "the ^ 'free mobility of the dislocations by limiting the latter to fix oneself under stress ... and accumulate

- r ■ ■·...._ "' 'ären- r ■ ■ · ...._ "'' ären

fungen von Versetzungen an den KorngrehzenV die dort zu?. Katastrophe der Rissbildung führen würden, verhindert r werden.changes of dislocations at the KorngrehzenV which there to ?. Disaster of cracking would lead, r can be prevented.

909803/0237909803/0237

Dem beschriebenen experimentellen Ergebnis ist zu entnehmen, daß die Nitride an den Korngrenzen und innerhalb der Körner in dispergierter Porm ausgeschieden werden, und das Stähle mit einem solchen Gefüge sowohl bei normaler als auch bei erhöhter Temperatur mechanische Eigenschaften zeigen, die denen von Stählen vergleichbarer Zusammensetzung, die jedoch keine Nitride enthalten, weit überlegen sind, wobei insbesondere die Verbesserung der Eigenschaften bei niedriger Temperatur bei solchen Kitrid-enthaltenden Stählen bemerkenswert ist.From the experimental result described it can be seen that the nitrides at the grain boundaries and excreted within the grains in dispersed form and steels with such a structure both at normal and at elevated temperatures show mechanical properties that of steels of comparable composition, but that do not contain nitrides, are far superior, in particular the improvement in properties at lower Temperature is remarkable in such citride-containing steels is.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Stählen, die mindestens ein Ketallnitrid enthalten, und umfaßt das Erwärmen eines solchen Nitrid-enthaltenden, kohlenstoffarmen Stahles auf eine Temperatur oberhalb des A3- Umwandlungspunktes. Die Erfindung gibt ferner ein Verfahren zu Erwärmen des Stahles in einen solchen Temperaturbereich an, in welchem die Ausscheidung der Nitride stark gesteigert ist, und zwar für eine genügend lange Zeit, so daß die Ausscheidung eines grossen Teiles der Nitride erreicht wird. Schließlich betrifft die Erfindung eine schnelle Abkühlung des Stahls unter Anwendung von Laßnahiuen, wie z.-B. Luftkühlung, Ölkühlung oder Wasserkühlung, oder im Anschluß an diese Abkühlung nochmaliges Erwärmen des Stahles auf eine Temperatur unterhalb des Uniwandlun^spunktes zum tempern, womit eine 'wärmebehandlung für iiitrid-enthaltenäe, duktile Stähle vorgesehen wird, mit welclier nicht nur die mechanischen iSThe present invention also relates to a method for Heat treatment of steels which contain at least one ketal nitride and comprises heating of such Nitride-containing, low-carbon steel on a Temperature above the A3 transformation point. The invention also provides a method for heating the steel in such a temperature range in which the precipitation of nitrides is greatly increased, namely for a sufficiently long time so that the precipitation of a large part of the nitrides is achieved. Finally concerns the invention a rapid cooling of the steel using Laßnahiuen, such. Air cooling, oil cooling or water cooling, or following this cooling heating the steel again to a temperature below the Uniwandlun ^ point for tempering, with which a '' heat treatment intended for nitride-containing, ductile steels becomes, with welclier not only the mechanical iS

909803/0237 IAD ORiGiNAL909803/0237 IAD ORiGiNAL

" 12 "" U33107" 12 ""U33107

schäften des Stahls bei Eaum^unrl; "bei: höherer Temperaturν infolge der Verfeinerung- seiner KorngrÖsse verbessert,. „. : .....: sondern auch seine Festigkeit, insbesondere bei niedriger Temperatur erhöht" und' dieί Uniwändiungstemperätu'r nach hied- " rigeren Temperaturen hin verschoben wird.shafts of steel at Eaum ^ unrl; .....:: "on: higher Temperaturν improved due to the Verfeinerung- its grain size ,."., but also its strength, increased especially at low temperature "and" dieί Uniwändiungstemperätu'r according hied- "challenging temperatures is shifted.

Der Begriff Stähle, deren liorngrösse und mechanische Eigenschaften gemäß Erfindung verfeinert bzw. verbessert werden können, umfaßt auch reines Eisen, Kohlenstoffarme " Stähle, z.B. solche, die 0,55 bis 0,055 % Kohlenstoff, weniger als 1,00 $ Mangan, weniger als0,5 $' Silicium und wenige* als 0,055 fo Schwefel und weniger als 0,055 Phosphor enthalten, sowie kohlenst'offarme Spezialstähle, die 0,55 bis 0,055 ia Kohlenstoff und weniger als 1,00 % Nickel, Chrom, Molybdän, Mangan, Vanadin und / oder Silicium bzw.1 dergleichen, sowie weniger als 0,5 i> an mindestens einem x^etallniiirid enthalten. Als derartige u-etallnitride können die Nitride von Aluminium, Beryllium, Niob, Titan und Zirkonium genannt werden.The term steels, the size and mechanical properties of which can be refined or improved according to the invention, also includes pure iron, low-carbon steels, for example those containing 0.55 to 0.055 % carbon, less than $ 1.00 manganese, less than 0, 5 $ 'silicon and a few * fo than 0.055 sulfur and less than 0.055 1 ° phosphorus and kohlenst'offarme special steels .55 to .055 ia carbon and less than 1.00% nickel, chromium, molybdenum, manganese, vanadium and / or silicon or the like 1, as well as less than 0.5 i> contain at least one x ^ etallniiirid. as such u-etallnitride the nitrides of aluminum, beryllium, niobium, titanium and zirconium, may be mentioned.

Die Erwärmungstemperatur und iialtezeit können je nach der Zusammensetzung des zu behandelnden Stahls variiert werden, jedoch hat es sich im allgemeinen als zweckmäßig erwiesen, eine Temperatur oberhalb des A~ -Umwandlungspunktes, und zwar zwischen 8oo und iioo 0G für eine Dauer als mehr als · 5o min. aufrechterhalten. "Die Abkühlung kann durch irgend eine der kethodeh, der Luftkühlung, der ülabsehreckung, der ' V/asserabschreökung durchgeführt werden. Das Tempern wird vor— "· su^sweise bei einer Temperatur zwischen 15o und 7oo 0Cdurchgeführt. :-.■■ ■ ν-;.,: .-.■■-. 8ADOFUGiNAL ■--■-: The heating temperature and iialtezeit may vary depending on the composition of the be varied steel to be treated, but it has been found in general to be advantageous to a temperature above the A ~ transformation point, between 8oo and iioo 0 G for a period when more than · Maintained 5o min. "The slowdown may be one of kethodeh, air cooling, the ülabsehreckung, the 'V / be carried out by any asserabschreökung. The annealing is pre-" · su ^ sweise at a temperature between 15o and 7oo 0 C. : -. ■■ ■ ν -;.,: .-. ■■ -. 8ADOFUGiNAL ■ - ■ -:

90 9SO3/0 237 ■90 9SO3 / 0 237 ■

" 13 " U33107" 13 " U33107

Die Wärmebehandlung gemäß Erfindung wird nachfolgend anhand der Piguren und Fotos näher beschrieben.The heat treatment according to the invention is described in more detail below with reference to the pigments and photos.

In Pig· 6 ist die Löslichkeitskurve von AM in einem Nitrid-enthaltenden, kohlenstoffarmen duktilen Stahl gemäß Erfingung dargestellt.In Pig * 6 is the solubility curve of AM in a nitride-containing, low-carbon ductile steel shown according to the invention.

Pig. 7 (A), (B), (C) und (D) stellen Diagramme dar, die die Kerbschlagwerte bei niedriger Temperatur und den Tr15-Wert des gemäß Erfindung hitzebehandelten duktilen Stahls veranschaulichen. Pig. 8 $A), (B), (C) und (D) betreffen Diagramme, die das Scherbruchverhältnis und die Tr-Werte desselben, bereits erwähnten Stahls veranschaulichen. Pig. 9 stellt ein Diagramm dar, das die Änderung der Zugfestigkeit, der Pließgrenze, der Dehnung, der Einschnürung und der Kerbschlagwerte desselben Stahls, der oben erwähnt wurde, betrifft.Pig. 7 (A), (B), (C) and (D) are graphs showing the impact value at low temperature and the Tr15 value of the ductile steel heat-treated according to the invention. Pig. 8 $ A), (B), (C) and (D) concern Diagrams showing the shear fracture ratio and the Tr values of the same steel already mentioned. Pig. 9 shows a diagram showing the change in tensile strength, the yield point, the elongation, the necking and the impact values of the same steel mentioned above.

Die Potos 7 bis 26 betreffen Mikrofotographien von Gefügen des oben erwähnten, wärmebehande^ten Stahles.Potos 7 to 26 relate to microphotographs of the structure of the above-mentioned heat-treated steel.

So kann z.B. auf reines Eisen, kohlenstoffarmen Stahl oder kohlenstoffarmen Spezialstahl, der 0,020 bis 0,045 # Stickstoff, 0,040 bis 0,5 ^ Aluminium, 0,05 bis 0,3 # Zirkonium oder 0,030 bis 0,1 $ Titan oder beide enthält, folgendes Verfahren mit Erfolg angewandt werden. Das Metall wird 3o min. auf eine Temperatur zwischen 8oo und 1ooo 0C erhitz, und nachdem der größtmögliche Teil der l.letallnitride ausgeschieden iat, wird das lüetall von einer Temperatur oberhalbFor example, pure iron, low carbon steel, or special low carbon steel containing 0.020 to 0.045 # nitrogen, 0.040 to 0.5 ^ aluminum, 0.05 to 0.3 # zirconium, or 0.030 to 0.1 $ titanium, or both Procedures are applied with success. The metal is 3o min. HEATER to a temperature between 8oo and 1ooo 0 C, and after the largest possible part of the iat l.letallnitride excreted, the lüetall from a temperature above

909803/0237909803/0237

U33107U33107

des A*-Umwandlungspunktes in iiuft, in Ul oder in ./asset abgeschreckt und gewünschtenfalls anschließend bei einer Temperatur innerhalb eines Bereiches zwischen 15o und 7oo 0G getempert wirdeWirde the transformation point A * quenched in iiuft, in Ul or in ./asset and optionally then annealed at a temperature within a range between 15o and 7oo 0 G

Pur einen Stahl der 0,005 - 0,045 Stickstoff, 0,01 - 0,20*6 .Beryllium, und 0,05 - 0,20 % Zirkonium oder 0,03 - 0,20 # Titan enthält, kann das Verfahren die Maßnahmen umfassen, den Stahl weniger als eine Stunde auf eine Temperatur zwischen 8oo und 11oo 0C zu erwärmen, ihn dann von einer Temperatur oberhalb des A~ -Umwandlungspunktes in Luft, in ül oder in wasser abzuschrecken und ihn gewünschtenfalls bei einer χ ^ lupe rat ur zwischen 15o und 7oo 0O zu tempern.The procedure can take the measures purely for a steel containing 0.005-0.045 "Ä nitrogen, 0.01-0.20 * 6 .beryllium, and 0.05-0.20 % zirconium or 0.03-0.20 # titanium include heating the steel to a temperature between 8oo and 11oo 0 C for less than an hour, then quenching it from a temperature above the A ~ transformation point in air, in oil or in water and if desired with a χ ^ lupe rat ur to be tempered between 15o and 7oo 0 O.

Die Tatsache, daß die mechanischen Eigenschaften durch die Wärmebehandlung, die ein Abschrecken des riitridrenthaltenden duktilen Stahls aus einem Temperaturbereich mit einer stark erhöhten Kitridausscheidung oberhalb des A^- Ümwandlungspunktes umfaßt gemäß der Erfindung verbessert werden, wird aus den bei löslichkeitsuntersuchungen von liitriden in festem Stahl erhaltenen Ergebnissen und den Beispielen ersichtlich, die die Wärmebehandlung üblicher, Nitrid-enthaltender, duktiler Stähle betreffen. Es wurde nämlich ein Kitrid-enthaltender, duktiler Stahl, der .0,032 Stickstoff enthielt, zwei Stunden lang auf 12oo 0O erwärmt, um die Nitride völlig in der0Grundmasse zu lösen. Sodann wurden die Nitride wieder ausgeschieden, in dem man den Stahl eine Stunde lang auf verschiedene Temperaturen zwischen 2oo und 11oo C erwärmte.The fact that the mechanical properties are improved by the heat treatment, which comprises quenching the nitride-containing ductile steel from a temperature range with a greatly increased nitride precipitation above the A ^ transformation point, according to the invention, is obtained from the solubility studies of nitrides in solid steel Results and the examples can be seen which relate to the heat treatment of common, nitride-containing, ductile steels. Namely, a Kitrid-containing, ductile steel .0,032 nitrogen contained, for two hours at 12oo 0 O heated to the nitrides to dissolve completely in the 0 matrix. The nitrides were then precipitated again by heating the steel to various temperatures between 200 and 1100 C for one hour.

■- ■"■■■':' BADORfGiMAL■ - ■ "■■■ ':' BADORfGiMAL

909903/0237909903/0237

" 15 - U33107" 15 - U33107

Danach wurde die Lenge an iiitriden, die sich chemisch von der Grundmasse abgetrennt hatten, gemessen. Der so erhaltene Wert ist als eine Summe gröberer Nitride zu interpretieren, die schon im festen Zustand ausgeschieden worden sind, nämlich diejenigen, die bei 12oo 0C unlöslich sind und die feineren Nitride, die neu in den Körnern ausgeschieden wurden. Daher zeigt ein grösserer Wert eine gross ere ..enge von Nitriden an, die in den Kristallen neu ausgefällt worden ist» Pig. 6 veranschaulicht VersuchSBrgebnisse, die bei einem Stahl mit AlN erhalten worden sind. Oaraus ist zu ersehen, daß die Nitridausscheidung bei etwa 7oo 0C ein Maximum erreicht, das bis zu 11oo 0C aufrechterhalten wird und bei höheren Temperaturen ziemlich schnell abnimmt, was auf die Ί/iederauflösung der ausgeschiedenen Nitride in der Grundmasse zurückzuführen ist.The length of nitrides which had separated chemically from the matrix was then measured. The value thus obtained is to be interpreted as a sum of coarse nitrides, which have been eliminated already in the solid state, namely those which are insoluble in 12oo 0 C and the finer nitrides, which were newly excreted in the grains. Therefore, a larger value indicates a greater amount of nitrides that have been newly precipitated in the crystals »Pig. 6 illustrates experimental results obtained on a steel with AlN. Oaraus it can be seen that the Nitridausscheidung at about 7oo 0 C reaches a maximum that is maintained for up to 11oo 0 C and quite rapidly decreases at higher temperatures, which is on the Ί / iederauflösung of the precipitated nitrides in the matrix due.

Ähnliche Verhältnisse vmrden auch bei Stählen mit Berylliumnitrid beobachtet.Similar conditions are also found for steels with beryllium nitride observed.

V/enn daher die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Stählen allein durch die Ausscheidung der Nitride verwirklicht werden soll, kann dieses Ziel ebensogut durch ein genügend langes Erhitzen der Stähle auf eine Temperatur unterhalb des Umwandlun^spunktes erreicht werden. Da jedoch das Korngefüge des Stahls durch schnelles Abkühlen von einer Temperatur unmittelbar oberhalb des A3-Umwandlungspunktes verfeinert werden kann, so folgt daraus, daß es günstiger ist, einen feinkörnigen Stahl mit ausgezeichneten mechanischen jiigenschaften herzustellen, wenn man beide der erwähntenHence the improvement of the mechanical properties of steels is to be achieved through the precipitation of nitrides alone, this goal can just as well be achieved through a sufficiently long heating of the steels to a temperature below the transition point can be achieved. However, since that Grain structure of the steel through rapid cooling from a temperature just above the A3 transformation point can be refined, it follows that it is cheaper to use fine-grained steel with excellent mechanical properties ji properties if one has both of the mentioned

9 0 9903/02 379 0 9903/02 37

Verfahren als eines allein anwendete Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Wärmebehandlung für Nitrid-enthaltende Stähle, bei welchem eine gleichzeitige Anwendung der beiden abgegebenen Verfahren vorgesehen ist·Method Applied as One The invention relates to So a method of heat treatment for nitride-containing steels, in which a simultaneous application of the provided for both procedures submitted

Nachfolgend wird mit praktischen Beispielen die Anwendung der beschriebenen Methoden auf 4 typische, duktile Stähle im einzelnen beschrieben, um zu zeigen, wie ein Nitrid-enthaltender, kohlenstoffarmer Stahl verändert wird, indem sein Gefüge, (Grosse der Ferrit-Kristalle) seine mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur, (Zugfestigkeit, Pließgrenze, Dehnung, Einschnürung, Härte, Eerbschlagwerte odgl«) seine Kerbschlagwerte unterhalb von O 0C, Tr15- und Tr-Werte verbessert werden."" In der nachfolgenden Tabelle 4 ist die ehemische Zusammensetzung dieser Stähle angegeben.In the following, the application of the described methods to 4 typical ductile steels is described in detail with practical examples to show how a nitride-containing, low-carbon steel is changed by its structure (size of the ferrite crystals) its mechanical properties Room temperature, (tensile strength, peel strength, elongation, constriction, hardness, inheritance values or the like) its notched impact values below 0 ° C., Tr15 and Tr values are improved. "" In the following table 4 the previous composition of these steels is given.

Tabelle 4Table 4

Stahlstole AA. CC. SiSi MnMn 00 PP. SS. o,O, AlAl duktilermore ductile IlIl BB. 0,100.10 0,520.52 0,590.59 00 ,016, 016 0,0250.025 o,O, 096096 IlIl HH CC. 0,080.08 0,250.25 0,570.57 OO ,016, 016 0,0210.021 0,0, 085085 IlIl ηη DD. 0,090.09 0,540.54 0,600.60 00 ,015, 015 0,0250.025 0,0, 006006 ItIt 0,070.07 0,510.51 0,650.65 ,015, 015 0,0220.022 006006 (beruhigter
Stahl)
(calmed down
Stole)

9 0 9 SM/ 9 0 9 SM /

H33.107H33.107

Tabelle 4Table 4

BB. O,O, BeBe ZrZr 0,0230.023 00 AlNAlN 00 Be3N2 z Be 3 N 2 e.g. GG o,O, 0,0320.032 00 ,071, 071 00 duktiler Stahl Aductile steel A DD. 0,060.06 0,0090.009 ,087, 087 . 0,02. 0.02 π ηπ η beruhigter Stahlkilled steel 119119 0,0170.017 ,016, 016 η ηη η 120120 ,024, 024 It NIt N

Die Fotos 7 bis 26 zeigen ffiikrodiagramnie dieser Stähle nach Luftkühlung, Ölabsehreckung und Wasserabschreckung, womit für alle diese Stähle gezeigt wird, daß bei Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit die Perritkorngrösse kleiner wird und zwar in der Beihenfolge: !luftkühlung, Ölabsehreekung und Wasserabschreckung· The photos 7 to 26 show ffiikrodiagramnie these Steels after air cooling, oil quenching and water quenching, which shows for all these steels that when the cooling rate is increased the perrit grain size becomes smaller in the following order:! air cooling, oil removal and water quenching

909903/0237909903/0237

U33107U33107

In der nachfolgenden labeile 5 ist die Kristallgrässe dieser Stähle in der ASiCM Korn-Nr. angegeben. Daraus ist zu ersehen, daß ausserordentlich feine Korngrössen erzielt worden sind, was vorher bei einem Flußstahl nicht möglich war· .In the following labeile 5 is the crystal size these steels in the ASiCM grain no. specified. From it is to see that extremely fine grain sizes are achieved what was previously not possible with a mild steel ·.

Tabelle Tabel 55

Stahlstole

ASTM Ferrit-Korn-MummerASTM Ferrite Grain Mummer

normalisiertnormalized

Öl-abgeschreekt Wasser-abgeschrecktOil-quenched Water-quenched

duktiler Stahl A duktiler Stahl B duktiler Stahl C 'duktiler Stahl Dductile steel A ductile steel B ductile steel C 'ductile steel D

10 10,510 10.5

10,5 11,0 11,5 11,010.5 11.0 11.5 11.0

Es soll darauf hingewiesen werden, daß in allen diesen Stählen die Perritkornzahl in der Reihenfolge: Luftkühlung, ülabschreckung und Wasseräbschreekung grosser wird·It should be pointed out that in all these steels the perrit grain number is in the following order: air cooling, oil quenching and water restriction becomes bigger

In der nachfolgenden Tabelle 6 sind die Zugfestigkeit, die Fliessgrenze, die Dehnung, die Einschnürung und die Charpy V-Kerb schlagwerte bei -4o 0C, die an diesen luftgekühlten Stählen erhalten worden sind, zusammengestellt·In the following table 6 the tensile strength, the yield point, the elongation, the constriction and the Charpy V-notch impact values at -4o 0 C, which have been obtained on these air-cooled steels, are compiled.

90 9803/02390 9803/023

19 - H33107 19 - H33107

Tabelle 6Table 6

Stahl -'■'-'■ ■ Zugfestig- iließ- Dehnung Einschnürung KerbbTanj. keit grenze schlag-Steel - '■' - '■ ■ Tensile strength- ile- elongation Constriction KerbbTanj. speed limit impact

kg/mm2 kg/mm2 *" ' * werte-+) kg / mm 2 kg / mm 2 * "' * values- +)

kg-m/emkg-m / em

duktilermore ductile Stahlstole AA. 45.7-
46.Θ
45.7-
46.Θ
33.3-
34.3
33.3-
34.3
37.5-
35.5
37.5-
35.5
71.9-
69.5
71.9-
69.5
25.525.5
duktilermore ductile Stahlstole BB. 42.2-
41.9
42.2-
41.9
31.5-
33.5
31.5-
33.5
39.2-
40.7
39.2-
40.7
78.4-
79.4
78.4-
79.4
33.133.1
duktilermore ductile Stahlstole CC. 46.5-
46.9
46.5-
46.9
36.5-
37.0
36.5-
37.0
39.0-
4o.O
39.0-
4o.O.
7o.0-
74.0
7o.0-
74.0
33.033.0
duktilermore ductile Stahlstole DD. 46.3-
47.5
46.3-
47.5
56.5-
39.3
56.5-
39.3
38.5-
4o.O
38.5-
4o.O.
69.8-
73.0
69.8-
73.0
30.730.7

+) Charpy V-Kerbei bei -4o 0G+) Charpy V-notch at -4o 0 G

Yon diesen Stählen erleiden solche mit weniger als 0,01 io Kohlenstoff, nämlich sehr kohlenstoff arme Flusstahle fast gar keine Änderung durch die luftkühlung oder Ülabschreekung und es ist nicht nötig, sie zu tempern.Of these steels, those with less than 0.01 io carbon, namely very low-carbon river steels, undergo almost no change at all due to the air cooling or cooling and it is not necessary to temper them.

Jedoch auch ein solcher Stahl kann durch das Vex-fahren gemäß Erfindung duktil gemacht werden, so daß er einen Baustahl darstellt, der auch bei niedriger l'emperatur 'verwendungsfähig ist·However, even such a steel can drive through the Vex be made ductile according to the invention, so that it is a structural steel that can be used even at low temperatures 'is usable

909SQ3/Ö237909SQ3 / Ö237

- 2ο -- 2ο -

U3-3107U3-3107

Liit ]?ig. 7.» 8 und 9,. werden die. ;&er/bs;cMagw.er.t.e unterhalb,- -, .^-. von O 0G, ,.die; ϊγ-1;5-und Ir-Vierte^^ ;zw^scJä.eA ^yp^is,c.h.en>· duk·^-.:
tilen Stählen,, wie ,sie ober), ,beachriebeii -worden sind-, -in -.-," . / f> -;■; luftgekühlten und .olafrgeeehreektem Zustand miteinander y©r- -,;;··.' glichen und, es wird gezeigt, daß in allen Fällen die-ölab-. ..·;.--gesclirecfet.en Stähle:.bessere Eigenschaften als die luftgBlcühl^
ten aufweisen· Es soll nicht bssondern betont, gedoeh „fes-t-,..··. gestellt ,werden, daß diese Stähle nur. im. -luftgekühltem.·--Zustand .■ Jenen, die. in. getempert em,, gewalztem -oder geschniiedetem Zustand.. vorliege!!., überlegen, sind. Biese 3rgab.nis.pe. sind in .der-.naoh-v
folgenden 'fabeile zusammengestellt.,--.,: ; ·;■ . · .-· . ■ ■-■"-■--.■
Liit]? Ig. 7. » 8 and 9 ,. will the. ; & er / bs; cMagw.er.te below, - -,. ^ -. from O 0 G,, .die ; ϊγ-1; 5-and Ir-fourth ^^; zw ^ scJä.eA ^ yp ^ is, chen> · duk · ^ - .:
tilen steels ,, how, they are above),, beachriebeii -has-, -in -.-, " . / f>-;■; air-cooled and .olafrgee eeche state together y © r- -, ;; ··. ' and, it is shown that in all cases the oil-drained steels : .better properties than the air-cooled steel
· It should not be emphasized, doeh "fes-t -, .. ··. put, that these steels only. in the. -air-cooled. · --state. ■ Those who. in. tempered, rolled or forged state .. present !!., are superior. Tuck 3rgab.nis.pe. are in .der-naoh-v
following 'fabeile compiled., -.,: ; ·; ■. · .- ·. ■ ■ - ■ "- ■ -. ■

tabelle' 7"table '7 "

Stahlstole StählSteel ■■'-:·' :-■■■ '-: ·': - ■ Kerbsehlag
wert.
Notched
value.
n- - n- - ""!ΐϊ·1'5"" ! ΐϊ · 1'5 O.A.O.A. TrTr O.A.O.A.
'"■·■ u· -"'' '"■ · ■ u · -"'' kg-m/emkg-m / em 0G 0 G -120-120 0C 0 C -90-90 ;-r II,";.--; - r II, "; .-- L.K. 2) O.SC 2) O. A. ^ A. ^ L.K.L.K. -125-125 L.K.L.K. ~ ' -95~ '-95 duktilermore ductile IlIl AA. 30.0 3230.0 32 .0.0 0-950-95 -110--110- -65"-65 " •'■--90• '■ --90 „■/ '-■ ,-·: -· .:-"■ / '- ■ , - ·: - ·. : - B!i'■■'■-■B ! I '■■' ■ - ■ .o ■.o ■ '"-1CKT "'"■''"-1CKT"' "■ ' '"-8O- '"-8O - G. -:...-■G. -: ...- ■ 30*0 3330 * 0 33 '--^80-'- ^ 80- IlIl P, ,, -P, ,, - 31.0 3731.0 37 -, -1.00, .;.-, -1.00,. ; . .,r7P;.., r7P ; .

1) max. Wert, Charpy V-Kerbe, bei 2), -.!lu-f-t^^l^hl/b.fQder...Normalisiert ~ 3) olal?geschreckt1) max.value, Charpy V-notch, at 2), -.! Lu-f-t ^^ l ^ hl / b.fQder ... normalized ~ 3) olal? Startled

O "CO "C

;iAp. ; iAp.

90980 w 90980 w

Stähle die mehr als 0,10 Kohlenstoff enthalten, neigen dazu, beim Absehrecken etwas zu härten mit dem Ergebnis, daß die Zugfestigkeit, die 3?ließgrenze, die Härte, leicht erhöht, während die Dehnung, die Einschnürung und die Kerbschlagwerte vermindert werden. Das hat zur Folge, daß das Tempern für solche Stähle nach der Wasserabschreckung notwendig wird. Pig. 9 zeigt die Änderung in der Zugfestigkeit, der Fließgrenze, der Härte, der Dehnung, der Einschnürung und der Kerbschlagwerte von duktilem Stahl A, wenn dieser bei verschiedenen Temperaturen oberhalb von 200 °0 nach dem Abschrecken von 1100 0C getempert wird*Steels containing more than 0.10 i "contain carbon, tend the Absehrecken something to cure with the result that the tensile strength, the three left border?, Hardness, slightly increased, while the elongation, the constriction and impact values are reduced . As a result, tempering becomes necessary for such steels after water quenching. Pig. 9 shows the change in tensile strength, yield strength, hardness, elongation, the constriction and the impact values of ductile steel A when it is annealed at various temperatures above 200 ° 0 after quenching of 1100 0 C *

Es zeigt sich, daß die Zugfestigkeit und die fließgrenze bei 400 0C ziemlich scharf abnehmen, die Dehnung bei etwa 300 0C ziemlich wieder erhalten und noch etwas stärker bei weiterer Erhöhung der Tempertemperatur verbessert wird, während die Einschnürung und der Kerbschlagwert bei etwa 300 G vollständig wiedererhalten werden und bei höherer Temperatur kein merklicher weiterer Vorteil beobachtet wird·It is found that the tensile strength and the yield strength at 400 0 C decrease rather sharply, the elongation is fairly obtained again at about 300 0 C and a little more improved by further increasing the annealing temperature, while the constriction and the impact value at about 300 G can be completely recovered and no noticeable further benefit is observed at a higher temperature

Mit Bezug auf diese experimentellen Ergebnisse kann festgestellt werden, daß die mechanischen Eigenschaften von duktilem Stahl verbessert werden können, wenn man.diesen Stahl von einer Temperatur innerhalb des Bereiches maximaler Nitridausscheidung und oberhalb des A^-Umwandlungspunktes schnell abkühlt. Ein solcher Stahl mit seinen Tr15- und Tr-Werten, von denen beide eng mit der Sprödigkeit bei niedriger Temperatur zusammenhängen,With reference to these experimental results it can be established that the mechanical properties of ductile steel can be improved if this steel is removed from a Temperature quickly cools within the range of maximum nitride precipitation and above the A ^ transformation point. A such steel with its Tr15 and Tr values, both of which closely related to brittleness at low temperature,

909803/0237909803/0237

- 22 - H33107- 22 - H33107

die merklich nach der Seite der niedrigeren Temperatur hin ■ verschoben ist, ergibt einen ausgezeichneten Baustahl.which noticeably towards the side of the lower temperature ■ is shifted, makes excellent structural steel.

Nitrid-enthaltende, kohlenstoffarme Stähle gemäß Erfindung werden nach einem der folgenden drei Verfahren hergestellt· Das Verfahren der Erfindung betrifft nämlich auch die Herstellung von Uitrid-enthaltenden, kohlenstoffarmeη Stählen, wonach zunächst in geschmolzenen Stahl Stickstoff oder ein Mischgas aus Stickstoff und einem inerfen Gas eingeblasen wird oder geschmolzenem Stahl mindestens ein Nitrid zugesetzt wird, das darin unter Bildung von gasförmigen Stickstoff dissoziiert, oder der Schlacke, während der Heduktionsperiode der Stahlherstellung Calciumcyanamid zugefügt wird, um dem geschmolzenen Stahl Stickstoff einzuverleiben. Uanach wird dem erhaltenen Stahl mindestens eines der iiietalle, die, wie z.B. Aluminium, Beryllium, Jfiob- oder dergleichen, mit Stickstoff unter Bildung von Metallnitriden zu reagieren vermögen, welche in festem Stahl ein gewisses Mass von löslichkeit besitzen, zugesetzt, um durch den im geschmolzenen Stahl enthaltenen Stickstoff in Mitrid übergeführt zu werden. Schließlich werden dem Stahl Zirkonium und/ oder Titan, die noch stabilere Nitride bilden, zugesetzt werden, um den überschüssigen Stickstoff in Nitride dieser Metalle zu überführen, und gewünschtenfalls der so hergestellte Stahl nach einer genauen Vorschrift einer Wärmebehandlung . unterzogen wird, um einen Teil der Mitride auszufällen, und ihn dann einer plastischen Verformung bei erhöhter Temperatur durch Maßnahmen, wie Walzen oder Schmieden zu unterwerfen.Nitride-containing, low-carbon steels according to the invention are produced by one of the following three processes. Namely, the process of the invention also relates to production of nitride-containing, low-carbon steels, after which first nitrogen or a mixed gas of nitrogen and a hot gas is blown into molten steel or at least one nitride is added to molten steel, which dissociates therein to form gaseous nitrogen, or the slag, calcium cyanamide is added to the molten one during the reduction period of steelmaking To incorporate nitrogen into steel. The steel obtained is then at least one of the metals, such as aluminum, Beryllium, Jfiob- or the like, with nitrogen to form able to react from metal nitrides, which have a certain degree of solubility in solid steel, added to by to convert the nitrogen contained in the molten steel into mitride. Finally, the steel will be zirconium and / or titanium, which form even more stable nitrides, can be added to the excess nitrogen in these nitrides To convert metals, and, if desired, the steel produced in this way according to a precise specification of a heat treatment. is subjected to precipitate part of the mitride and then subjected to plastic deformation at an elevated temperature subjugate by measures such as rolling or forging.

. BAD ORiGINAL. BAD ORiGINAL

9098037Ό2379098037-237

ir -zi- ir -zi-

Gemäss ^rf^^ung. kann dies.es Verfahren, angewendet werden auf reines Eisen,, kohlenstoffarme Stähle mit. nahezu 0,35 $> . oder weniger Kohlenstoff oder kohlenstoffarme Spezial-Stähle, die ausser Kohlenstoff noch Legierungselemente und zwar in einer χ enge von weniger als 1,0 56 einzelnes Legierungselement enthalten. According to ^ rf ^^ ung. This method, can be applied to pure iron, using low carbon steels. nearly $ 0.35>. or less carbon or low-carbon special steels which, in addition to carbon, also contain alloying elements in a narrow range of less than 1.0 56 individual alloying elements.

Es wurde gefunden, dass "bei Anwesenheit von 0,010 $ bis 0,10 % mindestens eines Nitrides der Letalle, wie Aluminium, Beryllium, Mob oder dergleichen, der Stahl bessere mechanische Eigenschaften 'bei- normaler und erhöhter Temperatur erhält und insbesondere seine Kerbschlagzähigkeit bei hiedrigex Temperatur stark verbessert1 und die Übergangstemperatur merklich nach der niedrigeren Temperatur hin verschoben wird, als bei Jenen Stählen zu erwarten ist, die mit Ausnahme der Kitride äieselb?n Komponenten aufweisen.It has been found that "in the presence of 0.010% to 0.10% of at least one nitride of the lethal, such as aluminum, beryllium, mob or the like, the steel receives better mechanical properties" at normal and elevated temperatures and, in particular, its notched impact strength at low temperatures The temperature is greatly improved 1 and the transition temperature is shifted noticeably towards the lower temperature than is to be expected for those steels which, with the exception of the citrides, have identical components.

Der Nitrid-enthaltende Stähl kann mit Erfolg unter Benutzung irgendeiner der Vorrichtungen, wieBessemer-Konverter (overblowing; converter), Sieniens-^artin-Ofen, elektrischer Lichtbogenöfen., elektrischer Hochfrequenzofen udgl. hergestellt werden» Die -Uerstellun^sVerfahren können in drei Kategorien, eingeteilt werden, wie weiter unten beschrieben lsi;· ,The nitride-containing steel can be used with success any of the devices such as Bessemer converter (overblowing; converter), Sieniens- ^ artin furnace, electric arc furnace., electric high frequency furnace, and the like. manufactured The process can be divided into three categories, be classified as described below lsi; ·,

Die erste methode besteht darin, in geschmolzenen Stahl ..;■■:■:·.. Stickstoff oder ein.Misch^as. aus Staatstoff und einem oder: . -;;> mehreren.-inerten Gauen-(z.B. eine GasiRisciiun^ von..,Stickst.off;..·,;/ und Ar^on ouer iielium udgl.) einzublasen und anschließendThe first method is in molten steel ..; ■■: ■: · .. nitrogen or a mixture of ^ as. made of state material and one or:. - ; ;> several.-inert Gau- (e.g. a GasiRisciiun ^ of .., nitrogen.off ; .. ·,; / and Ar ^ on ouer iielium etc.) and then

BAD ORlGIMAL 9 0 9 8 0 3 / D 2 3 7 : ■ ■ BAD ORlGIMAL 9 0 9 8 0 3 / D 2 3 7: ■ ■

mindestens eines der Metalle zuzufügen, die mit Stickstoff unter Bildung eines harten Mtrids reagieren, das in festem Stahl einen gewissen Grad von Löslichkeit aufweist, wie ζ.Β, Aluminium, Beryllium, Niob, und diese Metalle mit dem Stickstoff reagieren zu lassen, wobei sich ein Fitrid-enthaltender duktiler Stahl bildet. Anschließend ist in einem Beispiel die Herstellung von duktilem Stahl in einem elektrischen Lichtbogenofen nach einem der erwähnten Verfahren im einzelnen beschreiben. Add at least one of the metals to nitrogen react to form a hard Mtride which has some degree of solubility in solid steel, such as ζ.Β, Aluminum, beryllium, niobium, and these metals with nitrogen to react, being a nitride-containing ductile steel forms. Next, in one example, is the manufacture of ductile steel in an electric arc furnace describe in detail according to one of the methods mentioned.

Beispiel 1example 1

Zunächst wird Schrottstahl in einen Lichtbogenofen geschmolzen und unter oxydierenden Bedingungen raffiniert. Sodann werden 0,35 % Perrosilizium und 0,70 fo Ferromangan zur Des oxydierung zugefügt, nach diesem Stadium Stickstoff durch ein Leitungs-First, scrap steel is melted in an electric arc furnace and refined under oxidizing conditions. Then, 0.35% and 0.70 Perrosilizium fo ferromanganese to Des oxidation are added to this stage through a nitrogen conduction

rohr etwa 6 min. bei einem Druck von etwa 5 kg/cm in den geschmolzenen Stahl eingeblasen und schließlich 0,20 °fo Aluminium oder im anaeren Pail 0,10 $ Beryllium vor dem Vergießen zu Blöcken gegeben. In Tabelle 8 ist die chemische Zusammensetzung der beiüen typischen Stähle, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, aufgezeichnet.The tube was blown into the molten steel for about 6 minutes at a pressure of about 5 kg / cm and finally 0.20 ° fo aluminum or in the anaeric pail 0.10 $ beryllium were added to blocks before casting. Table 8 shows the chemical composition of the typical steels produced by the process described.

Tabelle 8 ■Table 8 ■

Stahl 0 Si IVIn P S F0 Al AlN Al0O, BeSteel 0 Si IVIn PSF 0 Al AlN Al 0 O, Be

ΒβHΒβH 2 22 2

. 0,07 0,25 0,61 0,015 0,022 0,035 0,15 0,088 0,020 0,02*0,07 0,31 0,65 0,015 0,022 0,015 0,006 — — 0,120. 0.07 0.25 0.61 0.015 0.022 0.035 0.15 0.088 0.020 0.02 * 0.07 0.31 0.65 0.015 0.022 0.015 0.006 - - 0.120

V/ie dieser Tabelle zu entnehmen ist, hat sich ein 'i'eil des As can be seen from this table, a part of the

'903803/0237 . iÄD '903803/0237. iÄD

zugefügten Aluminiums mit dem in dem geschmolzenem Stahl vorhandenen Sauerstoff zu Aluminiumoxyd umgesetzt, während der Hest Aluminiumnitrid bildet. Auch das Berylliumnitrid Be-zNp wird von der chemischen Analyse klar erfaßt.added aluminum reacted with the oxygen present in the molten steel to aluminum oxide, while which forms aluminum nitride. The beryllium nitride Be-zNp is also clearly recorded by the chemical analysis.

ifie so hergestellten Clußblöcke wurden danach auf eine Temperatur von 1150 und 1250 °0 gebracht, die einem Zustand entspricht, in welchem die Nitride teilweise in gelöster und teilweise in fester Phase vorliegen, und bei einer Indtemperatur von 850 0 geschmiedet. Dann wurde auf normale Temperatur abkühlen gelassen und anschließend daran der Stahl noch einmal eine Stunde lang auf 950 00 ernitzt «"* in der iuft abgekühlt. In Tabelle 9 sind die mechanischen Eigenschaften von Stählen» die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, mit einem handelsüblichen, hochberuhigten Flußstahl mit vergleichbarer, chemischer Zusammensetzung verglichen.The cluss blocks produced in this way were then brought to a temperature of 1150 and 1250.degree. It was then allowed to cool to normal temperature and then the steel was heated again for one hour to 950,000 in the air commercial, high-killed mild steel with comparable, chemical composition compared.

Tabelle 9Table 9

0.15 $ $ 0.15 Zugfestig
keit
p
kg/mm
Tensile strength
speed
p
kg / mm
II. Fließ
grenze
p
kg/mm
Flow
border
p
kg / mm
90989098 Deh
nung
t>
Deh
tion
t>
Ein
schnürung
A
lacing
Kerb- Tr15
sehlag-
werte (2)
■ kgp-m/ 0C
cm
Notched Tr15
blow
values (2)
■ kgp-m / 0 C
cm
TEs
0O
TEs
0 O
bei..··at..·· 42.042.0 52.052.0 40.040.0 79.079.0 55.5 -10555.5 -105 -85-85 46.746.7 58.058.0 59.059.0 79.079.0 51.0 -100 51.0 -100 -7o-7o Stahlstole 4444 5050 2828 5757 8.0 - 478.0 - 47 -5o-5o BB. G, beruhigtG, calm down DD. 0C 0 C 03/003/0 237237 E'luss
Stahl (1)
E'luss
Steel (1)
(D(D (2)(2)

14331971433197

Es ist danach festzustellen, daß das Verfahren der Erfindung die Herstellung eines Stickstoff-enthaltenden duktilen Stahles ermöglicht. Das Verfahren der Erfindung ist nicht nur mittels eines elektrischen Lichtbogeneofens, sonuern auch bei Verwendung eines Bessemer-Konverters, Siemens-Lartinofens, elektrischen Hochfrequenzofens odgl. mit gleichem Ergebnis durchführbar« It is then found that the process of the invention is the manufacture of nitrogen-containing ductile steel enables. The method of the invention is not only by means of an electric arc furnace, but also in use a Bessemer converter, Siemens Lartin furnace, electrical High frequency furnace or the like. feasible with the same result «

Die Maßnahme Stickstoff einzublasen, ist ferner mit dem weiteren Vorteil verbunden, daß ein reinerer Stahl erhalten wird. Die Rührwirkung, die durch das, in das geschmolzene ;..,etall eingeführte Stickstoff gas erzeugt wird, hat zur IPojLge, dajfc verschiedene Desoxydationsprodukte, die darin von der Reduktionsperiode her vorhanden sind, koagulieren.The measure of blowing in nitrogen is also associated with the further advantage that a cleaner steel is obtained. The stirring action by this, in the molten;, etal introduced nitrogen gas is generated .. has to IPojLge, dajfc different Desoxydationsprodukte which coagulate therein duktionsperiode of the Re forth are available.

Wenn, ein Kitrid-enthaltender Stahl allein nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt wird, ist der Cfußblock nicht stabilisiert oder beruhigt, sondern stellt einen sogenannten "unberu^gten" Gußblock (rimmed ingot) dar, der blasen enthält, da ein. Teil des nicht reagierten Stickstoffgases beim Festwerden des Metalls zu entweichen versucht.If so, a citride-containing steel alone according to the above Process is produced, the Cfußblock is not stabilized or calmed down, but represents a so-called "unaffected" ingot (rimmed ingot) containing bubbles, there a. Part of the unreacted nitrogen gas when solidifying of the metal tries to escape.

Jedoch selbst diese Art von Gußblöcken zeigt im Hinblick auf die Qualität des Stahles keine Machteile, da diese Blasen in einfacher Weise beim Schmieden und falzen zusammengeschweißt werden können»However, even this type of ingot shows no disadvantages in terms of the quality of the steel, since these bubbles in can be easily welded together during forging and folding »

Jedoch werden beruhigte Stähle häufig vorgezogen, wenn Gußblöcke höherer Qualität gewünscht werden. Um dieses Ziel zu erreichen, muß im allgemeinen an Aluminium, wenn es alleinHowever, killed steels are often preferred when higher quality ingots are desired. To achieve this goal must generally reach aluminum when it is alone

90 9 903/02*7^90 9 903/02 * 7 ^

angewendet wird, eine Menge von etwa 1 0Jo angewendet werden, um eine Änderung der Eigenschaften des STahles hervorzurufen, so daß. er nicht nur den Eindruck, duktil zu sein, erweckt.is applied, an amount of about 1 0 Jo can be used to cause a change in the properties of the steel, so that. it not only gives the impression of being ductile.

Es wurde gefunden, daß es möglich ist, zur Stabilisierung oder Beruhigung Nitrid-enthaltender, duktiler Stähle das überschüssige Stickstoffgas, das bei der Verfestigung entweichen willj mit mindestens einem Metall, das befähigt ist, stabilere Nitride als die des Aluminiums oder Berylliums zu bilden, und die nicht bei der Erstarrungstemperatur des Stahls dissoziieren, zu binden· Unter den Metallen, die diese Eigenschaften haben, haben sich Titan und Zirkonium als besonders geeignet erwiesen und ein Zusatz von etwa 0,03 bis 0,3 $> ist ausreichend, um diesen Zweck zu erreichen. Die dabei erhaltenen Titan- und Zirkoniumnitride sind in dem geschmolzenem Stahl unlöslich. Ein Teil von ihnen wird daraus eliminiert, während der Rest darin schwimmend verbleibt und in fein dispergiertem Zustand darin suspendiert wird, während der Stahl erstarrt. Die Teilchen dieser ^etallnitride in der oben beschriebenen Form üben auf jeden Fall eine normale Wirkung auf den Stahl aus, und es kann sogar ein günstiger Einfluss auf den Stahl erwartet werden.It has been found that it is possible to stabilize or calm nitride-containing, ductile steels, the excess nitrogen gas, which wants to escape during solidification, with at least one metal which is capable of forming more stable nitrides than those of aluminum or beryllium, and which do not dissociate at the solidification temperature of the steel. Among the metals that have these properties, titanium and zirconium have proven to be particularly suitable and an addition of about 0.03 to 0.3 $ is sufficient for this purpose to reach. The resulting titanium and zirconium nitrides are insoluble in the molten steel. A part of them is eliminated therefrom, while the rest remains floating in it and is suspended in it in a finely dispersed state while the steel solidifies. The particles of these metal nitrides in the form described above exert a normal effect on the steel in any case, and even a favorable influence on the steel can be expected.

In Tabelle 1o sind Angaben über die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften eines Stahls zusammengestellt, der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist·Table 1o contains information on the chemical composition and the mechanical properties of a steel that has been manufactured according to the process described

09803/023709803/0237

~ 28 *" U33107~ 28 * " U33107

Tabelle toTable to

Stahlstole 00 SiSi Mn PMn P S N2 SN 2 Al Zr AlNAl Zr AlN Al2O3 Al 2 O 3 ZrNZrN B+)B + ) 0,080.08 0.23 0.0.23 0. 57 0.016 057 0.016 0 .021 0.032 0..021 0.032 0. 085 0.06 0.084085 0.06 0.084 0.021 00.021 0 .02.02 Zugfestig
keit
ρ
kg/mm
Tensile strength
speed
ρ
kg / mm
Streck
grenze
ρ
kg/mm
Stretch
border
ρ
kg / mm
Dehung
■ * " "
Stretching
■ * ""
Eins chnürungA lacing Kerbschlag-
wert ++) ·
kg-m/sq.cm
Notched bar
worth ++)
kg-m / sq.cm
Tr15
0C
Tr15
0 C
Trs
0C
Trs
0 C
41.0-42.241.0-42.2 31.5-3531.5-35 .5 39.2-40.5 39.2-40 .7 77.4-78.4.7 77.4-78.4 36.036.0 -100-100 -80-80

+) duktiler Stahl
++) bei 0 0C
+) ductile steel
++) at 0 0 C

Es ist daraus zu ersehen, daß die üinaung des freien Stickstoffes durch Zusatz metallischer Elemente, wie Zirkonium oder Sitan, für die Hierstellung von beruhigtem Stahl ausserordentlich wirksam ist·It can be seen from this that the concentration of free nitrogen due to the addition of metallic elements such as zirconium or sitan, for the production of killed steel it is extraordinary is effective

Die zweite Methode besteht darin, daß man in geschmolzenen Stahl mindestens ein instabiles Nitrid, das darin in seine Komponenten Stickstoff und metall dissoziiert, z.B« Iviangannitrid, lithiumnitrid, Molybdännitrid, ^hromnitrid odgl. oder Eisenlegierungen ^ dies er Nitridkomponenten, in einer li.enge, die dem, gewünschten stickstoffgehalt, wie er sich aus dem Stickstoffgehalt der Nitride errechnet, zusetzt und danach einThe second method is to get in melted Steel has at least one unstable nitride that dissociates into its components nitrogen and metal, e.g. Iviangane nitride, lithium nitride, molybdenum nitride, ^ hromnitrid or the like. or Iron alloys ^ this he nitride components, in a length that the desired nitrogen content, as derived from the nitrogen content the nitride is calculated, added and then a

909903/0237909903/0237

«, OQ «, OQ -

metallisches Element, wie Aluminium oder Beryllium oder dgl. zugibt, um den darin gebildeten Stickstof in ein Nitrid der letztgenannten Elemente überzuführen und so Nitrid-enthaltenden duktilen Stahl, wie angestrebt, herzustellen. Diese Methode wurde auch durch einen Yersuehsanzatz geprüft, der nachfolgend in einem Beispiel in Einzelheiten beschrieben iä.metallic element such as aluminum or beryllium or the like. Adds to the nitrogen formed therein into a nitride of transferring the latter elements and thus nitride-containing produce ductile steel as desired. This method was also tested by a Yersuehsan approach, which follows described in detail in an example.

Beispiel 2Example 2

Zunächst wird Schrottstahl in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen und nach dem Oxydations-Raffinierungs-Verfahren 0,35 $> Ferrosilizium und 0,60 i> Ferromangan zur IJesoxydierung, sowie Mangannitrid mit 14 56 Stickstoff, das zuvor durch Erhitzen von metallischem Mangan in Ammoniak-Atmosphäre hergestellt worden war, in einer Menge bis zu 0,20 zugefügt, worauf in einem Pail 0,20 % Aluminium und im anderen Fall 0,1 9& Beryllium, das sich mit dem Stickstoff unter Bildung stabiler Nitride verbindet, zugefügt.First, scrap steel is melted in an electric arc furnace and after the oxidation refining process $ 0.35> ferrosilicon and 0.60 > ferromanganese for deoxidization, as well as manganese nitride with 14 56 nitrogen, which was previously obtained by heating metallic manganese in an ammonia atmosphere was prepared, added in an amount up to 0.20 i », whereupon in a Pail 0.20% aluminum, and in another case 0.1 9 & beryllium, which combines with the nitrogen to form stable nitrides added.

O0 In Tabelle 11 ist die chemische Zusammensetzung der so erhal-O 0 Table 11 shows the chemical composition of the

o ■o ■

ω tenen duktilen Stähle angegeben. Sodann wurden Gußblöcke dieser J^ Stähle in ähnlicher Weise, wie weiter oben beschrieben, ge-ω ten ductile steels specified. Then ingots became these J ^ steels in a manner similar to that described above,

CO OCO O

^4 schmiedet und dann auf 950 G erhitzt. In Tabelle 12 sin die mechanischen Eigenschaften dieser Stähle zusammengestellt·^ 4 forges and then heated to 950 G. The mechanical properties of these steels are summarized in Table 12

Tabelle 11Table 11

Si Mn P S Np Al AlN Al2O3 Be3N2 Be Si Mn P S Np Al AlN Al 2 O 3 Be 3 N 2 Be

0.10 0.32 0.59 0.016 0.023 0.023 0.096 0.071 0.019 pjtyß 0.10 0.32 0.59 0.016 0.023 0.023 0.096 0.071 0.019 pjtyß

0.09 0.34 0.60 0.013 0.025 0.0o9 O.OO6 Θ— — 0.016 0.119 0.09 0.34 0.60 0.013 0.025 0.0o9 O.OO6 Θ— - 0.016 0.119

Tabelle 12Table 12

Zugfestigkeit ü'ließ- Dehnung Einschnürung Kerb- "TrI5 Trs ;tahl ρ grenze schlag-Tensile strength elongation constriction notch- "TrI5 Trs; steel ρ limit impact-

kg/mm kg/mm # # wert ρ ^ C kg / mm kg / mm # # value ρ ^ C

45.7—46.8 53.3—34.3 35.4—37-5 67.5—71.9 30 -95 -65 46.5—46.9 32.3..36.9 37.8—4o.O-69.8—73.0 33 -95 -80 45.7—46.8 53.3—34.3 35.4—37-5 67.5—71.9 30 -95 -65 46.5—46.9 32.3..36.9 37.8—4o.O-69.8—73.0 33 -95 -80

San Tabellen 11 und 12 ist zu entnehmen, daß man mit dem beschriebenen Verfahren Uitrid-enthaltende, duktile Stähle erhalten kann.It can be seen from Tables 11 and 12 that the process described can be used to produce nitride-containing, ductile steels can get.

Dem beschriebenen Stahl kann eine kleine ivlenge Titan und/ oder Zirkonium zugefügt worden, um den weiter oben erwähnten beruhigten Stahl zu erhalten» Dieses Verfahren kann, wie weiter oben bemerkt, nicht nur mit einem elktrischen lichtbogenofen, sondern auch mit ein^m Bessemer-Konverter, elektrischen hochfrequenzofen, Siemens-Ii artin-Ofen odgl. durchgeführt werden»The steel described can contain a small amount of titanium and / or Zirconium was added to obtain the killed steel mentioned above noted above, not only with an electric arc furnace, but also with a ^ m Bessemer converter, high frequency electric furnace, Siemens Ii artin furnace or the like. be performed"

Die (L. tte i-ethode betrifft den Zusatz von Calciumcyanamid zu Schlacke während der Reduktionsperiode im Stahlherstellungsprozess, so daß der Stickstoff in den geschmolzenen Stahl mit der Zersetzung dieses Agens eingeführt wird, oder das Einblasen von Calciumcyanamid in den geschmolzenen Stahl zusammen mit einem Inertgas (z.B. Argon) oder Stickstoff oder einem Mischgas aus Stickstoff und Inertgas, so daß der eingeführte Stickstoff aus der Zersetzung dieses Agens und/ oder der direkten Zufuhr von gasförmigem Stickstoff stammt und im jüischluß daran die Zugabe von mindestens einem Metallischen Clement, das die gewünschten Nitride zu bilden vermag, in einer -^enge, daß derThe (L. tte i-ethode concerns the addition of calcium cyanamide to slag during the reduction period in the steel making process, so that the nitrogen in the molten steel with it the decomposition of this agent is introduced, or the blowing of calcium cyanamide into the molten steel along with an inert gas (e.g. argon) or nitrogen or a mixed gas of nitrogen and inert gas so that the introduced nitrogen from the decomposition of this agent and / or the direct Supply of gaseous nitrogen comes from and in the jüischluß it the addition of at least one metallic clement that the is able to form the desired nitrides, in such a way that the

Stahl Nitrid-enthaltend und duktil wird·Steel contains nitride and becomes ductile

Bei Verwendung von Bessemer-Konvertern, elektrischen Lichtbogen-Öfen, Siemens-luartin-üfen, elektrischen Hochfrequenzofen udgl. können Nitrid-enthaltende, duktile Stähle in einfacherweise ohne grossen Aufwand der beschriebenen Lethoden hergestellt werden.When using Bessemer converters, electric arc furnaces, Siemens-luartin-üfen, electric high-frequency furnace etc. nitride-containing, ductile steels can be produced in a simple manner can be produced without great effort of the methods described.

909803/0237909803/0237

Claims (1)

PatentansprücheClaims 1· Kohlenstoffarme, duktile, legierte oder unlegierte Stähle "bzw. Eisen, wie z.B. einfacher Stahl, SpezialStähle mit weniger als 1 Gw# Nickel, 1 Gw# Ohrom, 1 Gw# Molybdän, 1 Gw# Vanadin, 1 Gw# Mangan, 1 Gw?S Silicium udgl., oder Stahl mit weniger als 1 Mangan, weniger als O9 5 Gw# Silicium, weniger als 0,035 Gw# Schwefel und Phosphor und weniger als etwa 0,35$ vorzugsweise 0,035 bis etwa 0,35 Gw# Kohlenstoff, gekennzeichnet durch einen Gehalt von weniger als 0,5 Gw# an Metallnitriden, die in festem Stahl stabil und bis zu einem gewissen Grad löslich sind, wie z.B. Aluminiumnitrid, Berylliumnitrid und/oder Niobnitrid, und gegebenenfalls an weiteren in festem Stahl stabileren Nitriden, wie ζ·Β· Titannitrid und/oder Zirkoniumnitrid. 1 · Low-carbon, ductile, alloyed or unalloyed steels "or iron, such as simple steel, special steels with less than 1 Gw # nickel, 1 Gw # Ohrom, 1 Gw # molybdenum, 1 Gw # vanadium, 1 Gw # manganese, 1 gw? S silicon udgl., or steel with less than 1 manganese, less than 5 O 9 Gw # silicon, less than 0.035 Gw # sulfur and phosphorus and less than about $ 0.35, preferably 0.035 to about 0.35 Gw carbon # , characterized by a content of less than 0.5 Gw # of metal nitrides that are stable in solid steel and soluble to a certain extent, such as aluminum nitride, beryllium nitride and / or niobium nitride, and possibly other nitrides that are more stable in solid steel, like ζ · Β · titanium nitride and / or zirconium nitride. 2· Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sein Gehalt an in festem Stahl bis zu einem gewissen Grad löslichen Metallnitriden, etwa 0,015 bis etwa 0,090 Gw# beträgt*2 · Steel according to claim 1, characterized in that its content in solid steel up to a certain Degree of soluble metal nitrides, about 0.015 to about 0.090 Gw # is * 909803/0237909803/0237 U33107U33107 3· Stahl nach Anspruch 1· oder 2, dadurch gekennzeichnet) dass sein Gehalt an weiteren in festem Stahl noch stabileren Nitriden etwa 0,01 bis 0,10 Gw.# beträgt.3 · Steel according to claim 1 · or 2, characterized) that its content of further in solid steel, even more stable nitrides, is about 0.01 to 0.10 wt. #. 4. Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmen, Nitrid-enthaltenden, duktilen Regierten oder unlegierten Stählen bzw· Eisen gemäss Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zunächst Stickstof f-enthaltender, geschmolzener Stahl bzw. Eisen hergestellt wird, sodann dem Stahl ein oder mehrere Metalle, die befähigt sind, mit dem Stickstoff unter Bildung von Metallnitriden zu reagieren, die in festem Stahl bzw. Eisen, eine gewisse Löslichkeit aufweisen, wie z.B. Aluminium, Beryllium und/oder Niob udgl.jzugesetzt werden und gegebenenfalls durch Zusatz weiterer Metalle, die mit Stickstoff unter Bildung von Nitriden reagieren, die in festem Stahl noch stabiler sind, wie z.B. Zirkonium und/oder Titan im Stahl vorhandener überschüssig«? Stickstoff gebunden wird.4. Process for the production of low carbon, Nitride-containing, ductile governed or unalloyed Steels or · iron according to claims 1 to 3, characterized in that initially nitrogen f-containing molten steel resp. Iron is made, then the steel one or more metals that are capable of using to react with nitrogen to form metal nitrides, which in solid steel or iron, have a certain solubility, such as aluminum, beryllium and / or niobium and the like added and optionally by adding other metals with nitrogen under Formation of nitrides react, which are even more stable in solid steel, such as zirconium and / or excess titanium present in the steel «? Nitrogen is bound. 909803/0237909803/0237 5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Stickstoff-enthaltenden Stahl«s bzw. Eisen geschmolzenemJStahl zer.s etzliche Nitride, wie z.B. Mangannitrid Lithiumnitrid,
Molybdännitrid, Chromnitrid j zugesetzt werden.
5. The method according to claim 4, characterized in that for the production of a nitrogen-containing steel or iron molten steel, decomposable nitrides, such as manganese nitride, lithium nitride,
Molybdenum nitride, chromium nitride j can be added.
6. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Stickstoff-enthaltenden Stahls bzw. Eisens in geschmolzenen Stahl gasförmiger Stickstoff, gegebenenfalls in Mischung mit inerten Gasen, wie z.B. Argon, Helium und/oder eine ^rsetzliche, Stickstoff entwickelnde Verbindung,
wie z.B. Calciumcyanamid^eingeführt wird.
6. The method according to claim 4, characterized in that for the production of a nitrogen-containing steel or iron in molten steel gaseous nitrogen, optionally mixed with inert gases such as argon, helium and / or a ^ replaceable, nitrogen-evolving compound ,
such as calcium cyanamide ^ is introduced.
7» Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Stickstoff enthaltenden Stahls bzw. Eisens der Schlacke auf dem geschmolzenen Stahl während der Re dukt ions stufe im Stahlherstellungsprozess Calciumcyanamid zugeführt wird.7 »The method according to claim 4, characterized in that that for the production of a nitrogen-containing steel or iron, the slag on the molten Calcium cyanamide is added to the steel during the reduction stage in the steel production process. 8. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass der Nitrid-enthaltende Stahl bzw. Eisen einer Hitzebehandlung unterworfen wird, wodurch ein Teil der Nitride in die feste Phase ausgefällt und der erhaltene Stahl dann bei erhöhter Temperatur einer deformierend wirkenden Bearbeitung, wie Walzen,
Schmieden udgl. unterworfen wird.
8. The method according to claim 4, characterized in that the nitride-containing steel or iron is subjected to a heat treatment, whereby some of the nitrides precipitate in the solid phase and the steel obtained is then subjected to deforming processing, such as rolling, at an elevated temperature ,
Forging and the like is subjected.
9Q9SÖ3/02379Q9SÖ3 / 0237 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nitrid enthaltende Stahl bzw. Eisen auf eine Temperatur oberhalb des Αχ-Umwandlungspunktes, insbesondere zwischen etwa 400 und etwa 11 0000O, vorzugsweise zwischen etwa 800 und 10000O, genügend lange erhitzt, sodann schnell.z.B. in Luft, OeI oder Wasser abgekühlt und gegebenenfalls danach unterhalb des A^-Umwandlungspunktesinsbesondere in einem Temperaturbereich zwischen etwa 150 und 700°C getempert wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the nitride-containing steel or iron is heated to a temperature above the Αχ-transformation point, in particular between about 400 and about 11,000 0 O, preferably between about 800 and 1000 0 O, for a sufficiently long time , then quickly.zB cooled in air, oil or water and, if necessary, then tempered below the A ^ transformation point, in particular in a temperature range between about 150 and 700 ° C. 909803/0237909803/0237
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