DE1433690A1 - Verfahren zur Herstellung eines zaehen Tieftemperaturstahls - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines zaehen Tieftemperaturstahls

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DE1433690A1
DE1433690A1 DE19621433690 DE1433690A DE1433690A1 DE 1433690 A1 DE1433690 A1 DE 1433690A1 DE 19621433690 DE19621433690 DE 19621433690 DE 1433690 A DE1433690 A DE 1433690A DE 1433690 A1 DE1433690 A1 DE 1433690A1
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molten steel
steel
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nitrogen
siemens
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DE19621433690
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English (en)
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Takeshi Kato
Kamematsu Matsuda
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Yawata Iron and Steel Co Ltd
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Yawata Iron and Steel Co Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/10—Handling in a vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N

Description

iäv/äTA IRON & STEEL CO., LED. , Tokyo ./.Japan
Verfahren zur Herstellung'eines zähen Tief temperatur Stahls
Die Erfindung betrifft ein Verfahren,zur Herstellung eines Stahls, der gut schweißbar ist und bei tiefen Temperaturen eine hohe Zähfestigkeit aufweist.
Damit ein Stahl bei tiefen Temperaturen zäh sein kann^ muß seine Ubergangstemperaturj'tlef''geiiiig' 'li^egan:1 W?fldi/e'iöeof'ingungen, unter "denen "er verwendet" wird7' Eine"'solche~~Db"eigangstemperatur"' stellt ein Beurteilungskriterium«,f.ür die-b;proVdigke4t:5.©iaa:es Stahls bei tiefen Temperaturen dar, wird jedoch durch die Zusammensetzung, das Herstellungsverfahren und die thermische Hysterese des Stahl beträchtlich/t beeinflußt.
Unter den Wirkungen-der chemischen Komponenten ist diejenige von
809811/0260
COPY
ORlGrNAL INSPE0TED
Kohlenstoff = ani-stärksten*- -iCtt ^- die Üb'ergahgsteiäperätur 1i Phosphor* und' ΐ>tickstöff f ziisäimöfeii; ο Ebenso stellt Mangan eine wirksame Komponente
ein Mn/C-Terhältnis nicht unter 5/4- als ausreichend be tr achtet.
Enthält jeiri Stähl - so lööe--" fräse" ·%£έ: "Bauers toff jJi-!Stii©kä:1rötf f* "unÄ ^- >
Wassers toff,'■ so' Viir:d!iei: *:d'ädu"fecni--s'prÖd'e der Stahl· riieht' ehts'pröeh'enÄ^eöB^dieit'-wur^e f ^dhf "
Es* ist' zlieöiliöM eirifa(^,s"Siiien^eoLl1?i!efeif iemp'e&turö-n^feKen'^^^S Stah'i·, ''desöeii •"'öbergäÄgs-teiiper'attiir tief i'g' dem 'man- dole·! tfWen' ähgeitEniten* :Βώι^-6·β:%&fii insTäesolidere' mit ^&^'ήθύβ&'^^θΜ^^&^8^ angeblasenen 'Konverter ftMd"?m±t-~d?eifi^Valmuifi^E^igasui^svöirfö Mit einem1 derartigen BaE-ä^d-IiIngsireifahrenv K^nÄlfo^SieJe1Ai^ Themis cKen-KdmpWenten^1^^-^^^!!
der ubergangstemperätur'nfir-ien^'TD'efrä'chi'fitf^ der Sauerstoff in dem Stahl läßt sich jedoch nicht so gut entfernen 1--"""V -: "-■"■ --A--' iu;.-i-i:-> ' ί ? ·- y5?:-c- ">ii..rtel\;-ö: ;jci;*x^gfcj.l"sov VtiS
ErfindungsgeäiäB' WTiide-nSnaie^i? "gefunden^^diaß män'^de
gehalt beträchtlich verringern kann und infolgedessen sehr leicht
eirieü 'ifef "tiWfen; c#eiöp&ai^rS2-"zäfilnnS
licfieff ^ütyri^geii; iötf *"#fn€ltöä?5kälin, ^^
in eT&eiti~g£ä<^dlzeuiA;8i^v~ies^
ORIGSNAL
nicht übersteigt, wie er in einem Siemens-Martin-Ofen, elektrischen Ofen oder Konverter raffiniert wird, durch. Zugabe von zusätzlichem Stickstoff je nach dem auf etwa 0,008 bis 0,04 °/° eingestellt SKiajä:.
Bei einem gewöhnlichen Siemens-Martin-Stahl, Elektrostahl oder Konverterstahl wird Stickstoff nur geringfügig entfernt. Der Grund hierfür ist, daß der Stickstoffgehalt im geschmolzenen Stahl einen Wert (nicht mehr als etwa 0,008$) nahe der Gleichgewichtslöslichkeit bei einem Druck von 1 bis 40 mm Hg beim Entgasen aufweist. Erhöht man den Stickstoffgehalt über etwa 0,008$, so wird der geschmolzene Stahl bei einem Druck unter 40 mm Hg denitrifiziert, woraus sich eine Verstärkung der Heißschaumerscheinung im Vakuumkessel und eine Vergrößerung der Oberfläche des geschmolzenen Stahls im Vakuum ergibt, wodurch wiederum die CO-Reaktion und daher auch die Desoxydation beschleunigt wird. Andererseits ist der Stickstoffgehalt nach dem Raffinjß ren wieder auf denselben Wert wie vor dem Zusatz verringert.
Der vorliegenden Erfindung gelang es, einen Stahl mit sehr niederem Sauerstoffgehalt zu erhalten, indem die Desoxydation unter Nutzbarmachung dieser Erscheinung nun beschleunigt w.ird.-
ßeim Erfindungsgemäßen Verfahren wird aus den oben angeführten Gründen der Stickstoffgehalt des gescnmolzenen Stahls im ersten Schritt auf mehr als etwa O,ÖQ8>o eingestellt, wird Jedoch der
809811/0-260. .. -..r:.k
Stickstoffgehalt zu hoch, so ist das unwirtschaftlich. Daher liegt das Maximum vorzugsweise bei etwa 0,04 $.
Um den Stickstoffgehalt einzustellen, kann der Stickstoff entweder in gasförmigem Zustand oder als Stickstoffverbindung zugesetzt werden. Der auf diese vvreise eingestellte, geschmolzene Stahl muß im Vakuum entgast Werden. Srfindungsgemäß wird hierzu ein !Verfahren verwendet, bei dein der geschmolzene Stahl, der sich in einer Gußpfanne befindet, allmählich in einen Vakuumkessel abgesaugt wird, wo man ihn eine verhältnismäßig, lange Zeit stehenläßt, geradeso wie bei einem Vakuum-Gießverfahren. Bei Ausführung eines derartigen Entgasens im Vakuum kann nicht nur der gelöste Wasserstoff entfernt werden und jeder innere Fehler im Stahlmate-, rial auf diese- Weise verhütet werden, sondern es.läßt sich dadurch auch die Eeaktion C + G = CO beschleunigen und der Sauerstoff läßt sich in Form von CO-Gas entfernen. Infolgedessen erhält man so einen Stahl von bemerkenswert niedrigem Sauerstoffgehalt. ; .■"-:■
Je nach den Umständen können dem erfindungsgemäß' im Vakuum entgasten geschmolzenen Stahl alle gewünschten Legierungselemente zugesetzt werden, wooei jedoch die Zusammensetzung vorzugsweise einen Gehalt an 0,15 70 "Kohlenstoff, 0,01 bis 0,10 fö Aluminium 0,5 bis 2,0 fo Mangan, 0,01 bis 1,0 > Silizium und gegebenenfalls insgesamt 0,01 bis 0,02 76 von einem oder mehreren der-Elemente iliob, Tantal und Vanadium nicht übersteigt. liegt die Zusammen-
BAD 80 98 t 1/Q; 2-6-0 ; ■ ■ ■
Setzung in diesen Grenzen.,-· so läßt sich ein Stahl erhalten, der . "bei niedrigeren Temperaturen-zäh ist-. -■·.■;
Erfindungsgemäß stellt man außerdem, .wenn- der St-icks dfctff gehalt im geschmolzenen Stahl-, nach dem Raffinieren in einem Siemens- . . Martin-Ofen oder dergl» auf etwa 0,008 bis 0,04 i° eingestellt ist, und man gleichzeitig das Verhältnis ö/0 im geschmolzenen ..· Stahl auf etwa 3/4 durch Zusatz.solcher Einstellmittel wie eines; Besoxydationsmittels oder eines Einkohlungsmittels' einstellt, und dann der geschmolzene Stahl int Vakuum entgast wird,, so werden die Entkohlungs- undDes.oxydationsr.eaktionen ,sehr wirksam "beschleunigt,
Beim.,Vakuum-Entgasen- von; geschmolzenem Stahl·, werdeji· Köh'lensto.f;f'-\ und Sauerstoff in einem- äquivalenten >#o!verhältnis entfernt, das heißt, in einem G.ewißhtsverhältnls: C/O = 3/4. Es äst daher, vorteilhaft,, um sowohl Kohlenstoff als auch:Sauerstoff zu .verringern, . ■ den geschmolzenen ötahl zu 'entgasen, · wobei man das:G/0-Verhältnis ■ auf etwa 3/4 hält. Von diesem Gesichtspunkt aus wird bei der vorliegenden Erfindung der Stickstoffgehalt im geschmolzenen · Stahl erflndungs.gemäfr eingestellt nand gleichzeitig^ wird 'das G-/Q-' Verhältnis auf etwa' 3/4; gehalten,, so daß- die-Entkohlungs- und I)esoxydations-reaktionen:V\r.eit'er beschleunigt werden, wodurch -man einen Stahl erhält',, der- ausgezeichnete Tieftemperatureige-nsehaften aufweist.·-. ■■ . -■·.'■■. ---.^ ' - ;,: -■;" '..·.»■..·■ ''■ .. '-.· · . - '
Um das C/O-Verhältnis im. geschmolzenen Stahl,,, von ,dem ausgegangen
BAD ORIGINAL 80 981 1/0 260-^ ' <'>*£>.'
— β' -■ ~ '■-'.-
wir'd, einzusteilen,:" kann j edes' :bekärmteιΓT)esoxydätions^l οder JSin- :**·- *koliltmgsmit1;ei verwendet'werden. --Als"De^Böxyt2ätiön.sfi£%tei; köήίίen";■-ί" AlumIniύπl, Siliziuca "oder' Eolilenöto'ff'zugesetzt Werdeal^F'älis^EöE^·^ lenstoff verwendet' wird-,1'-ergibt si:cli "als 'weit erär'"vTtJrteilV' "daß'5' ·"-kein' '^esOXydatiOnsprodiikt im Ötalil" ztirüekbiei'"bt„.''-Is';iäßt-: sich aßer auch' eine Terbihduhg wie'· Si-C-Fe" ebenfalls' verwenden'ν;ji"'c ■' tsh .Ai-Xiii^
Der oben' erwäilnte'fconlenstoif züsätz'"hat: Bei^normaiem^DrB.^ eine "rv Einkohlung" zur iolge und<: hat'unter verringe^iä' -firück" eiiief'diö-:-A-w oxydieffende' iVifkuhg." i)ahei?l''wird=-:bei äe& kein Unterschied gemacht i'h ■db'^
"Desoxydationsmittel" und "Einkohlungsmittel".
Aiihand äe's' föigenden Bel'spieis' Müll·'·" die vorliegende^lriiiiaM'g 's '""" eingehender" erklärt'!wötdeh':' Di^' Tabelle M^^*
sämm'enöe'tzüng^ei£er' Probe' -^>;"die'^einin^Stäli5 StrSt eihem:-üb'lichen'?erEähreh'!l£L"eiriem
raffiniert wurde, Probe B stellt■ einön:'
ringerung des Sauerstoffgehalts durch Absaugen im Vakuum und Entgasen' eines "geschmolzenen Btahis "in"einer GuBpTahne*""naOh'%d'em''' >:-'!:"' Abstich' und 'abschließendem'Zusatz eine's Zuge-lemehtes*' wie 'Si'iiziüm' oder "Aluminium "hergestellt wurde und" Probe C ist' ein beiJ rtie"cterer' Temperatür^zaiier* Stahl' gemäß vorliegender 'Erfindung,' der "durc'n" * ' übliches"Haffihieren eines "'geschmolzenen Ötahls" in einem' basischeil Siemens-Martin-Ofen,' anschließendem* Zusatz von iVIangännitrief zu dem geschmolzenen Stahl in einer Gußpfanne im Moment des Abstichs .
BAD ORIGINAL.
so daß der Stickstoffgehalt etwa 0,013 c/° beträgt und anschließendes Entgasen des geschmolzenen Stahls im Vakuum, um den Sauerstoffgehalt erheblich zu verringern, hergestellt wurde» Jeder dieser Stähle wurde zu einer Stahlplatte von 25 mm Dicke gewalzt und dann eine otunde normal^geglüht. Beim Stahl der vorliegenden Erfindung sank der Stickstoffgehalt auf 0,005 .$ ab infolge des Entgasens, wobei 0,008 $ entfernt worden waren, bis zum gleichen Gehalt wie vor dem Zusatz. Die Desoxydation war beschleunigt worden durch das verstärkte Schäumen infolge der Stickstoffaustreibung. Obwohl die Probe C genauso lange entgast worden war wie die irobe B, sank ihr Sauerstoffgehalt auf 0,002 ^.
Tabelle 2 zeigt die Übergangstemperatur für den Kerbfestigkeitswert nach Charpy bei 15 ft-lb (V-notch Charpy 15 ft-lb transition temperature) abgekürzt als vTr 15 und die Übergangstemperatur für die Oharpy-Kertfestigkeit bei eingepreßter Kerbe (pressed notch Charpy coated surface transition temperature) abgekürzt als pTc, von jedem der angeführten Stähle.
Nach den Ergebnissen der Gharpy-Tests war die Probe C der vorliegenden Erfindung den Proben A und B infolge des Desoxydationseffekts überlegen. Andererseits ist bei der DoppelZugprüfung zur Feststellung der Temperatur, bei der die Hißbildung aufhört (double-tension test crack stopping temperature) abgekürzt als Tra, die Wirkung der Sauerstoffentfernung viel deutlicher zu erkennen.
80981 1/0280
So zeigten die erfindungsgemäß hergestellten Proben einen besonders hohen Tra-»Vert. Obwohl im Beispiel Sieiaens-Martin-Stähle gezeigt werden, erhält man die gleichentfirkungeii mit Elektroofen-Ötählen und Konverter-Stählen.
iKfa M/0 2 60
Tabelle 1
Beis-piele der chemischen Zusammensetzungen
Proben Kohlenstoff Silizium Mangan Phosphor Schwefel Stickstoff Sauerstoff Bemerkungen
oo ο to
cn . ο
A 0,14
B 0,14
O 0,15
erfindungsgemäßer St aiii
0,26
ß,
0,25
1,03 0,016 0,023
0,004
0,99 0,015 0,022 0,003
1,01 0,018 0,025
0,005
0,006
0,004
0,002
Entgast durch Absaugen im Vakuum
Entgast durch Absaugen im Vakuum nach Stickstoffzusatz
Co CD CO O
Tabelle 2
Verschiedene Übergangstemperaturen Proben VTr 15(0C) PTC(0C) Tra (0C)
Die verwendete Be-
. lastung war gleich
der halben J?ließ-
grenz,spannung
A ■ -32 . -11 -13
B -33 -19 -25
C
(erfindungs
gemäßer Stahl)		 -36 -40 -52
8 0 9811/026Ö

Claims (3)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines zähen Tieftemperaturstahls, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffgehalt eines geschmolzenen Stahls, dessen Kohlenstoffgehalt nicht mehr als etwa 0,15 i° beträgt, wie er in einem Siemens-Martin-Ofen,- Elektroofen oder Konverter raffiniert wird, so eingestellt wird, daß er etwa 0,008 bis 0,04 $ beträgt, indem zusätzlicher Stickstoff gasförmig oder in Form einer Verbindung, je nach den -Umständen, zugesetzt wird und dann der geschmolzene Stahl im Vakuum entgast wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffgehalt in einem geschmolzenen Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt nicht mehr als etwa 0,15 1° beträgt, wie er in einem Siemens-Martin-Ofen, Elektroofen oder Konverter raffiniert wird, so eingestellt wird, daß er etwa 0,008 bis 0,04 7° beträgt, indem zusätzlicher Stickstoff gasförmig oder als Verbindung, je nach den Umständen, zugesetzt wird/und gleichzeitig das Verhältnis C/0 im geschmolzenen stahl so eingestellt wird, daß das Gewiclitsverhältnis etwa 5/4 beträgt und dann der geschmolzane Stahl der Vakuum-Entgasungs-Behandlung unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem geschmojizenen Stahl nach dem Vakuum-üntgasen -jedes gewünsente
göf§11/0260
Ijegierungeelement zugesetzt wird, so daß die Zusammensetzung dea Stahls einen Sehalt an 0,015 % Kohlenstoff, 0,01 bis 0,10 $> Aluminium, 0,5 bis 2,0 £ Mangan, 0,01 bis 1,0 # Silizium und,
' gegebenenfalls, insgesamt 0,01 bis 0,20 $> von einem oder mehreren
, . / , nicht ilbers-teigt
. ier Elemente Niob, Tantal und Vanadium.«artäbfiKWc, wobei der Rest
uftd den unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
I *
UP®1*
BAD ORiGINAL
80981 1/0260
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