DE1583394B2

DE1583394B2 - Verfahren zur verbesserung der mechanischen eigenschaften von staehlen durch warmwalzen

Info

Publication number: DE1583394B2
Application number: DE19671583394
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki; Kozasu Isao; Shimizu Teruhiko; Kawasaki Kanagawa Kubota (Japan)
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1966-07-30
Filing date: 1967-07-26
Publication date: 1972-02-17
Also published as: GB1188574A; DE1583394A1

Description

3°

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Stählen durch Warmwalzen.

Es ist bekannt, daß sich die Aufheiztemperatur und die Temperatur beim letzten Walzdurchgang auf die Beschaffenheit von warmgewalzten Stahlerzeugnissen auswirkt. Insbesondere bei Einhaltung einer niedrigen Aufheiztemperatur und einer niedrigen Temperatur beim letzten Walzdurchgang ist es möglich, eine feinkörnige Struktur zu erzielen, wodurch die Festigkeit und Steifigkeit des Produkts erhöht wird.

Es wird angenommen, daß die Wirksamkeit dieses Verfahrens darauf zurückzuführen ist, daß das Kornwachstum in der dem Walzvorgang folgenden Phase der Rekristallisation des Austenits bei der Fertigbearbeitung des Materials bei niedrigen Temperaturen gehemmt wird. Demgemäß wird der Dickenabnahme und der Temperatur beim letzten Walzdurchgang entsprechende Bedeutung beigemessen. Auch beim Warmwalzen und unmittelbar anschließenden Abschrecken von Edelstahlen wendet man eine besondere Kombination eines Walzvorganges und einer bei konstanter Temperatur erfolgenden Rekristallisation an, um eine feinkörnige Austenitstruktur zu erzielen; dadurch werden dem Walzerzeugnis bessere Eigenschaften verliehen. So werden Werkstücke beispielsweise nach dem in der japanischen Offenlegungsschrift 14 458 (1963) beschriebenen Verfahren bei einer konstanten Temperatur, die nicht viel höher als der A,-Punkt liegt, fertigbearbeitet und auf dieser Temperatur gehalten, so daß also die Temperaturregelung und die Bearbeitungsdauer bei diesem Verfahren innerhalb enger Grenzen liegt. Demzufolge ist dieses Verfahren auch nur von geringem praktischem Wert. Ein ähnliches Verfahren ist auch in der USA.-Patentschrift 3 201 288 beschrieben.

Die vorbeschriebenen Verfahren des geregelten Walzdurchgangs sind insofern vorteilhaft, als hierdurch die Steifigkeit und die mechanische Festigkeit der Walzerzeugnisse ohne Einschalten eines Arbeitsganges zur Normalisierung verbessert werden können. Ausgehend von umfangreichen Untersuchungen der bekannten Verfahren bezweckt das erfindungsgemäße Verfahren, für die Kornbildung der Austenitstruktur nicht nur den abschließenden Walzdurchgang, sondern auch die vorhergehenden Walzvorgänge nutzbar zu machen, um so die Eigenschaften der Walzerzeugnisse noch weitergehend zu verbessern.

Die Walzbedingungen der erfindungsgemäß hergestellten Stähle lassen sich in folgende vier Verfahrensstufen aufteilen:

	Walztemperatur	Verformungsgrad pro Durchgang	Durchgänge
1 Stufe	über 1100⁰C 1100 bis 700⁰C	keine Beschränkung über 25%	keine Beschränkung mehr als lmal
2 Stufe	950 bis 700⁰C	mehr als 25%	lmal
3. Stufe	Walzen nach dem ersten Durchgang	weniger als 25%	keine Beschränkung
4. Stufe

In der ersten Stufe wird die Metallplatte zur vollständigen Austenitisierung auf über 1100⁰C erhitzt und dann auf eine gewünschte Stärke unter Berücksichtigung der endgültig gewünschten Stärke gewalzt, wobei die Temperatur des Werkstücks auf 1100⁰C sinkt.

Bei der zweiten Stufe erfolgt eine Verformung um mehr als 25% pro Durchgang, wobei die Temperatur von 1100 auf 700° C sinkt.

Bei all diesen Durchgängen werden die Körner zwecks Rekristallisation durch das Walzen in die Länge gezogen, und der folgende Durchgang wird ausgeführt, bevor ein Kornwachstum nach der Rekristallisation eintritt. Die Anzahl der Durchgänge und der Verformungsgrad hängen von der Stärke des Werkstücks zu Beginn des Walzens in der zweiten Stufe und der Stärke und Korngröße des gewünschten Produkts ab. In der dritten, dem Kornverfeinerungswalzen der zweiten Stufe nachfolgenden Stufe erfolgt eine letzte Kornverfeinerung in einem einzigen Arbeitsgang bei einer Temperatur von weniger als 950⁰C. In der vierten Stufe nach der letzten Kornverfeinerung werden durch das Walzen die endgültigen Abmessungen bei einem Verformungsgrad von weniger als 25% festgelegt.

Die überführung in Martensit, Perlit usw. erfolgt dann durch rasches oder langsames Abkühlen.

In der USA.-Patentschrift 3 201288 ist eine Verfahrensstufe beschrieben, welche der dritten Stufe der Erfindung entspricht, wobei jedoch keine der zweiten oder vierten Stufe gemäß der Erfindung analoge Stufe beschrieben ist. In der USA.-Patentschrift ist

zwar in Spalte 1, Zeile 71, ausgeführt, daß das Walzen entweder in einem einzigen Vorgang oder in rasch aufeinanderfolgenden Vorgängen erfolgen kann; in Spalte 1, Zeilen 68 bis 70, ist jedoch ausdrücklich betont,, daß die Verformung rasch unter möglichst geringem Zeitverlust erfolgen muß, so daß die Verformung beendet ist, bevor der Stahl zu rekristallisieren beginnt.

In den Beispielen A und B der USA.-Patentschrift 3 201 288 ist ferner angegeben, daß die Behandlung in einem einzigen Durchgang erfolgt. Die Wiederholung von mehr als zwei Durchgängen innerhalb der zweiten und dritten Stufe bei der Erfindung stellt eine Wiederholung der Verfahrensschritte Verformung — Rekristallisation - Verformung - Rekristallisation dar, während die Wiederholung von Verfahrensschritten bei dem Verfahren gemäß der USA.-Patentschrift gemäß den Vorgängen Verformung-Verformung-Rekristallisation erfolgt. Gemäß diesen bekannten Verfahren soll also eine Rekristallisation zwischen zwei Verformungsvorgängen ausdrücklich vermieden werden. Hieraus ergibt sich, daß dem Fachmann gemäß der USA.-Patentschrift 3 201288 ein gerade entgegengesetzter Vorschlag zum technischen Handeln wie bei der Erfindung gegeben wird.

Bei dem Verfahren gemäß der USA.-Patentschrift wird ein Austenit, welcher unmittelbar nach dem Kornverfeinern in eine Wärmekammer von weniger als 95O⁰C übergeführt und gewalzt worden war, in eine gleichmäßige Korngröße übergeführt, indem man ihn zum Rekristallisieren bei einer ausreichend niedrigen Temperatur unter der Austenitisierungstemperatur stehenläßt. Bei der Erfindung wird der Stahl bei einem Verformungsgrad von weniger als 25% nach dem letzten Durchgang gewalzt, um eine gewünschte Stärke gemäß dem im voraus festgelegten Durchgangsschema zu erzielen. Im Rahmen der Erfindung ist beschrieben, daß die so erhaltenen feinen Austenitkörner bei einer Temperatur unter der Rekristallisationstemperatur deformiert und vor der weiteren Verarbeitung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften gedehnt werden. Es ist offensichtlich, daß die Vervollständigung der Korn Verfeinerung bei nur einem einzigen Durchgang unter einem Verformungsgang von mehr als 50% bei gleichzeitiger Erzielung von genau geformten Produkten vielerlei Schwierigkeiten in sich birgt. Bei der Erfindung wird dagegen zuerst die Verformungs-Rekristallisation wiederholt, wobei man die gewünschte Korngröße erhält, und dann erfolgt eine präzise Formgebung durch Walzen bei einem Verformungsgrad von weniger als 25%.

Allgemein läßt sich sagen, daß bei dem Verfahren gemäß der USA.-Patentschrift heftige Bedingungen für die Korngrößenverminderung sowie eine endgültige Rekristallisationsbehandlung zu Beginn des Kornverfeinerungswalzverfahrens zwecks Erzielung einer gewünschten Korngröße und zwecks Erzielung von Endprodukten mit genauen Abmessungen erforderlich sind. Aus diesem Grund ist es offensichtlich, daß die praktische Durchführung des Verfahrens gemäß der USA.-Patentschrift sehr viele Nachteile aufweist. Bei der Erfindung besteht dagegen keine Beschränkung hinsichtlich der Korngröße zu Beginn des Walzens sowie in^bezug auf die Walzbedingungen vor und nach dem Kornverfeinerungswalzen. Die Bedingungen zum Erzielen der gewünschten Korngröße von genauen Abmessungen sind sehr einfach, wobei die Zusammenstellung des Durchgangsschemas beim Walzverfahren weitgehend frei und leicht ausführbar und der Wirkungsgrad äußerst gut ist.

In der USA.-Patentschrift 3 201 288, Spalte 2, Zeilen 24 bis 31, ist ausgeführt, daß das herkömmliche Warmwalzen durch Kühlen der auf 1200 bis 1300⁰C erhitzten Walze erfolgt und daß die Deformierung allgemein bei Temperaturen über 927°C ausgeführt wird. In diesem Zustand sind die Körner verhältnismäßig grob. Aus diesem Grund wird gemäß der USA.-Patentschrift vorgeschlagen, die Kornverfeinerung durch Verformung bei Temperaturen unter 927° C auszuführen. Dies bedeutet somit, daß die Verformung bei über 927° C gemäß dem Verfahren der USA.-Patentschrift nicht als Kornverfeinerung betrachtet wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Kornverfeinerungswalzen bei einer Temperatur zwischen 950 und 1100⁰C. Durch dieses Merkmal allein unterscheidet sich die Erfindung bereits von dem bekannten Verfahren gemäß der USA.-Patentschrift. Daß das erfindungsgemäße Verfahren auf Grund dieses bekannten Verfahrens nicht nahegelegt war, ergibt sich aus der Tatsache, daß ein Fachmann auf Grund der Lehre der USA.-Patentschrift davon abgehalten worden wäre, das Kornverfeinern bei über 927° C auszuführen.

In der USA.-Patentschrift sind ASTM Nr. 11 und 14 als Austenitkorngrößen genannt; hieraus könnte man schließen, daß die ASTM-Größe Nr. 11 gemäß dem Beispiel der Erfindung schlechter als bei der Entgegenhaltung wäre. Wie jedoch schon mehrmals betont, ist die Erfindung gekennzeichnet durch die Wiederholung der Kornverfeinerung, und es ist sehr einfach, die Körner weiter zu verfeinern, indem man das Schema für die einzelnen Durchgänge entsprechend ausarbeitet. Bei einer Verformung von beispielsweise 35% beträgt die Verfeinerung der Körner bei einmaligem Durchgang etwa 2 bis 3 gemäß ASTM Korngröße, wobei die Wiederholung des Durchgangs eine weitere Kornverfeinerung zur Folge hat.

In der Literaturstelle »Stahl und Eisen«, 1962, S. 233 bis 239, ist der Einfluß von Verformung, Walzendtemperatur, Abkühlungsbedingungen und Wärmebehandlung auf die mechanischen Eigenschaften von warmgewalzten Grobflächen beschrieben. Auch aus dieser Literaturstelle kann der Fachmann keine Rückschlüsse auf die erfindungsgemäß genutzte Beziehung zwischen Verformung und Rekristallisierung ziehen.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Stähle auf eine Temperatur oberhalb des A₃-Punktes erwärmt und in mehr als zwei Walzdurchgängen verformt werden, wobei für jeden der Walzvorgänge das Verformungsverhältnis mehr als 25% beträgt und in einem stabilen oder metastabilen Austenitbereich von 1100 bis 700⁰C abgekühlt wird und der abschließende Walzdurchgang bei einer Temperatur unter 950⁰C erfolgt.

Vor dem abschließenden Walzvorgang können zwei Walzdurchgänge vorgesehen sein. Nach den vorgesehenen Walzdurchgängen kann ferner ein Nachwalzvorgang erfolgen. Nach den Walzdurchgängen kann ferner ein Härten oder eine Luftkühlung erfolgen.

<\s Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen weiter erläutert, in den Zeichnungen bedeutet

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Schwan-

kungeh der Kriställkorngröße von Scheiben, die erhalten wurden, indem ein hochzugfester, niedriglegierter Stahl mit einer Zugfestigkeit von etwa 100 kg/ mm² bei einer Temperatur von 125O⁰C in Austenit übergeführt und das Material dann auf eine Dickenabnähme von 35% gewalzt wurde,

F i g. 2 und 3 mikroskopische Aufnahmen von Austenitstrukturen der in F i g. 1 dargestellten Stahlproben, die bei 1250° C bzw. bei 900° C in Austenit übergeführt worden sind, und

F i g. 4 und 5 mikroskopische Aufnahmen, welche die Austenitstrukturen von Stählen zeigen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet worden waren.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun eingehender beschrieben werden. Beim Warmwalzen von Stählen wird das Material bei einer Temperatur oberhalb des A₃-Punkts in Austenit übergeführt, das Walzprogramm wird bei Temperaturen, die über HOO⁰C liegen, in beliebiger Weise durchgeführt, und es ,wird eine Reihe von der Kornbildung dienenden Walzvorgängen vorgenommen, während das Werkstück kontinuierlich von 1100 auf 700⁰C heruntergekühlt wird. Das Verhältnis der Querschnittsverringerung beläuft sich bei jedem der Kornbildung dienenden Walzdurchgang auf mehr als 25%, und die Anzahl der aufeinanderfolgenden Durchgänge beträgt mehr als zwei. Es sei hervorgehoben, daß das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Walzdurchgängen mindestens gleich der Zeitspanne sein muß, deren es zur Beendigung der durch den voraufgegangenen Walzdurchgang bewirkten Rekristallisation der Austenitstruktur bedarf, und daß der letzte der zur Kornbildung dienenden Walzdurchgänge bei einer Temperatur von weniger als 950° C vorgenommen wird. In denjenigen Fällen, in denen das Zeitintervall zwischen den einzelnen Walzdurchgängen entweder zu lang oder aber zu kurz ausfällt und in denen sich somit betriebliche Schwierigkeiten ergeben, ist es zur Aufrechterhaltung der vorbezeichneten Verfahrensbedingungen angezeigt, sich eines verhältnismäßig rasch wirkenden Kühlbehelfs zu bedienen, beispielsweise mit Kühlwasser zu arbeiten, bzw. eines geeigneten langsam wirkenden Kühlbehelfs, wie beispielsweise eines langsam kühlenden Ofens. Nach Beendigung des zur Kornbildung dienenden Walzdurchgangs kann das Werkstück einem abschließenden Walzvorgang unterworfen werden, um ihm die erwünschten Abmessungen zu geben. Sind dann sämtliche Walzdurchgänge beendet, so wird das Werkstück unverzüglich gehärtet, nachdem es eine geeignete Zeitspanne gestanden hat oder luftgekühlt worden ist, um so je nach der betreffenden Stahlsorte die Umbildung zu einer Ferrit- oder Perlitstruktur zu gestatten. Durch diese Walzvorgänge werden Produkte erhalten, deren Körper unmittelbar vor der Umbildung eine in der Walzrichtung langgestreckte Ausbildung erhalten haben oder die eine isotrope feinkörnige Austenitstruktur mit einer Korngrößenzahl von mindestens mehr als 9 aufweisen. Zur Durchführung dieses Arbeitsverfahrens ist für jede Stahlsorte eine Kenntnis der Austenit-Rekristallisationsvorgänge während des auf die Heißbearbeitung folgenden Verfahrensschritts der kontinuierlichen Abkühlung erforderlich. Diese kann auf einem der beiden folgenden Wege oder auch durch deren Kombination erlangt werden.

I. Die Probe wird unter den gleichen Bedingungen wie in der Praxis des eigentlichen Walzvorgangs bearbeitet, und das Material wird nach jedem der Kornbildung dienenden Walzdurchgang einer Abschreckung oder Kontrollabschreckung von unterschiedlicher Dauer unterworfen. Hiernach wird die Austenitstruktur unter Verwendung eines geeigneten Reagens, beispielsweise einer gesättigten wäßrigen Lösung von Pikrinsäure in Verbindung mit einem geeigneten oberflächenaktiven Mittel, sichtbar gemacht und das geeignetste Walzdurchgangsintervall durch Beobachtung des Rekristallisationsgrades ermittelt.

II. Im Rahmen einer Laboratoriumsmethode werden die Probestücke jeweils bei verschiedenen Austenitbildungstemperaturen (oder bei entsprechenden Austenitkorngrößen) bis zu einem bestimmten Grad einer Bearbeitung unterworfen, und es wird für jede Temperatur die Art der thermostatischen Rekristallisation untersucht.

In F i g. 1 der Zeichnungen ist ein Beispiel für ein gemäß der zweiten Methode erhaltenes Ergebnis wiedergegeben. Im einzelnen zeigt F i g. 1 die Änderungen des Korndurchmessers, die erzielt wurden, indem ein hochzugfester, niedriglegierter Stahl mit einer Zugfestigkeit in der Größenordnung von 100 kg/ mm² bei einer Temperatur von 1250⁰C in Auslenit übergeführt, das Probestück einer 35%igen Stärkenreduzierung unterworfen und dann der Korndurchmesser der rekristallisierten Probe nach der Scheibenmethode bestimmt wurde. Die Rekristallisation ist in den Punkten A, A' und A" im wesentlichen beendet. Zwar müssen natürlich die in F i g. 1 dargestellten Korngrößenwerte noch in solche umgewandelt werden, wie man sie bei kontinuierlicher Kühlung erhält, doch läßt sich dies rechnerisch leicht bewerkstelligen, indem man in gleicher Weise wie bei der Umwandlung eines TTT-Diagramms in ein CCT-Diagramm verfährt. Da fernerhin die Rekristallisationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur starken Schwankungen unterliegt, wie dies auch aus F i g. 1 hervorgeht, würde es nicht möglich sein, den Endpunkt des Rekristallisationsvorganges zu ermitteln, falls man nicht nach einem gut durchdachten Walzprogramm vorginge. Wenngleich bei unterschiedlichen Reduzierverhältnissen, beispielsweise etwa bei einem Reduzierverhältnis von 35%, abweichende Werte zu verzeichnen sind, so kann aber festgestellt werden, daß die Korngröße bis zur vollständigen Rekristallisation des Materials um zwei oder drei Einheiten in der Skala der Korngrößenzahlen abnimmt, so daß man zur Bildung des erwünschten Korns schrittweise verfahren kann. Natürlich erhöht sich der je Walzdurchgang erzielbare Grad der Kornverfeinerung mit steigendem Reduzierverhältnis. Insbesondere ist zu beobachten, daß die Rekristallisation bei sonst gleichen Bedingungen um so schneller vonstatten geht, je feiner das Austenitkorn vor der Bearbeitung ist. Diesem Sachverhalt ist also Rechnung zu tragen.

Bei den F i g. 2 und 3 handelt es sich um mikroskopische Aufnahmen mit lOOfacher Vergrößerung, die Austenitstrukturen von Proben zeigen, die unter den gleichen Bedingungen bearbeitet und der Rekristallisation unterworfen wurden, wobei allerdings die in F i g. 2 wiedergegebene Probe bei 1250⁰C in Austenit übergeführt worden war, die in F i g. 3 dargestellte Probe hingegen bei 900⁰C. Bei der in Fig. 3 gezeigten Probe ist der Rekristallisationsvorgang bereits abgeschlossen, und das Korn ist bis zu einem gewissen Grad vergröbert, während sich der Rekristalli-

sationsgrad bei der Probe der F i g. 2 noch auf weniger als 50% beläuft. Die Hauptfaktoren, die den Ablauf des Rekristallisationsvorgangs wesentlich beeinflussen, sind einmal die zur Desoxydation in Anwendung kommende Verfahrensweise und zum andern Art und Anteilsgehalt der zur Bildung von Karbiden und Nitriden befähigten Elemente. Sofern hinsichtlich dieser Faktoren keine Änderung eintritt, kann also mit gleichartig verlaufenden Rekristallisationsvorgängen gerechnet werden.

Die gemäß dem vorbeschriebenen Walzverfahren durch Umwandlung aus einem feinkörnigen Austenit erhaltene Ferrit-Perlitstruktur ist eine äußerst feinkörnige und zeigt eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit, wie dies auch die Petchesche Gleichung nahelegt, welche die Beziehung zwischen der Korngröße, Streckgrenze und Ubergangstemperatur gibt. Hierbei ist im übrigen das Ferrit-Perlit in jedem Fall isotrop, wobei es belanglos bleibt, ob die Austenitkörner langgestreckt oder isotrop ausgebildet waren. Es ist auch eine bekannte Tatsache, daß bei Stählen gute Härteeigenschaften erzielt sowie die Festigkeit und Steifigkeit der angelassenen Martensitstruktur verbessert werden können, wenn diese durch Umwandlung aus einer feinkörnigen Austenitstruktur gebildet worden ist. Insbesondere läßt sich eine gegenüber einem isotropen Strukturgefüge weiterhin verbesserte Kerbschlagzähigkeit des angelassenen Martensits erzielen, falls gemäß dem hier beschriebenen Verfahren ein Austenit von feinkörniger Struktur und langgestrecktem Korn erzeugt wird. Unter gewissen Bedingungen kann der feinkörnige isotrope Austenit mitunter in mehr oder weniger langgestreckte Strukturgefüge eingeschlossen sein, doch kann sich dies aus dem vorerwähnten Grund hinsichtlich der Verbesserung der Eigenschaften keinesfalls nachteilig auswirken.

Wenn im Rahmen der Erfindung der zur Kornbildung dienende Walzdurchgang zwischen 1100 und 700° C vorgenommen wird, so ist dies darin begründet, daß die Rekristallisationsgeschwindigkeit bei Temperaturen über 1100⁰C äußerst hoch ist, wie.dies ja auch aus F i g. 1 hervorgeht, so daß es praktisch unmöglich ist, auf dieser Basis ein Walzprogramm festzulegen, und daß andererseits das Walzen unterhalb 700⁰C infolge der Erhöhung des Verformungswiderstandes im wesentlichen nicht möglich ist. Der Grund dafür, daß der abschließende Walzdurchgang zur Kornbildung bei einer Temperatur unter 950° C vorgenommen wird, ist darin zu sehen, daß unterhalb dieses Punkts eine Vergröberung der Austenitstruktur, deren Kornbildung bereits vollzogen ist, auch für den Fall, daß das Werkstück um weniger als 25% in seiner Stärke reduziert wird, nicht zu befürchten steht. Der Grund für die Festlegung des Querschnittsverringerungsverhältnisses je Durchgang auf einen Wert von mehr als 25% schließlich ist der, daß bei einem geringeren Reduzierverhältnis weniger Kristallisationskerne für den Rekristallisationsvorgang zur Verfügung stehen, wodurch die Rekristallisationsgeschwindigkeit herabgesetzt und die Kornbildungsvorgänge gehemmt werden.

Es soll nun ein Ausführungsbeispiel des neuartigen Verfahrens beschrieben werden. Ein hochzugfester, niedriglegierter Stahl mit einer Zugfestigkeit in der Größenordnung von 80 kg/mm² und der Legierungszusammensetzung 0,18% C, 0,34% Si, 0,87% Mn, 0,025% P, 0,011% S, 0,28% Cu, 0,93% Cr, 0,08% V, 0,33% Mo, 0,015% Zr, 0,0037% B wurde einer Behandlung gemäß den in Tabelle 1 aufgeführten Verfahrensschritten unterworfen, wobei die erhaltenen Ergebnisse in dieser Tabelle als Austenitkorngrößen ausgedrückt sind.

Tabelle 1

IO	Ver such	C	25	D	Temperatur	f	Walzprogramm	Austenit-	1	7,5	J
¹⁵ A			der Über führung in Austenit		zum Vergleich wieder	Kom- größenzahl	}
		1	erhitzt und bei 920° C	8,5	\ 11,0
		Γ	gehärtet		J
		1150°Ci	45% (1080°C) 25 Sek.		j
20 ^B	I	52% (105O⁰C) 58 Sek.
*	f	88O⁰C wassergekühlt	J
	950⁰C <	45% (100O⁰C) 25 Sek.
I	52%(940°C)40Sek.
	750° C wassergekühlt
45% (90O⁰C) 65 Sek.
52%(760°C)45Sek.
700° C wassergekühlt

Der in diese Tabelle 1 aufgenommene Versuch A wurde vergleichshalber durchgeführt, wobei das Material wie üblich durch Erhitzen auf 920° C gehärtet wurde, während demgegenüber bei dem gleichfalls zu Vergleichszwecken durchgeführten Versuch B das Material ohne einen zur Kornverfeinerung vorgesehenen Walzdurchgang ausgewalzt wurde, der Versuch C in der gleichen Weise wie der Versuch B, dabei jedoch mit einem gemäß der Erfindung im Sinne der Kornverfeinerung wirksamen Walzdurchgang vorgenommen wurde, und der Versuch D zum Zweck der Festigung eines aus einem feinkörnigen Austenit mit langgestrecktem Korn umgebildeten Martensits durchgeführt wurde.

Die in der obigen Tabelle aufgeführten Austenitkorngrößen wurden sämtlich durch Sichtbarmachen des Austenitkorns mit Hilfe einer gesättigten wäßrigen Lösung von Pikrinsäure, die ein oberflächenaktives Mittel enthielt, ermittelt. Die angegebenen Prozentzahlen beziehen sich auf das jeweilige Quer-Schnittsverringerungsverhältnis, die eingeklammerten Zahlen auf die Walzdurchgangstemperaturen und die Zeitangaben in Sekunden auf die betreffenden Durchgangsintervalle. Hinsichtlich der in Tabelle 1 angeführten Ergebnisse ist zu erwähnen, daß die Austenitstruktur des Versuchs C neben einem hohen Anteil feiner Körner der Korngrößenzahl 11 auch einen geringeren Anteil von Körnern mit langgestreckter Ausbildung in Beimischung zu diesem feinkörnigen Strukturanteil aufweist. Bei der überführung des Stahls des Versuchs C in Austenit bei einer Temperatur von 1150⁰C war die Austenitkorngröße 5,5 erhalten worden. Hieraus geht also hervor, daß sich eine weitgehende Verfeinerung der Kornstruktur vollzogen hat. F i g. 4 ist eine mikroskopische Aufnahme mit lOOfacher Vergrößerung, welche die Austenitstruktur des Stahls des Versuchs C wiedergibt. Es ist klar, daß ein derartiger Grad der Feinkörnigkeit mittels der bekannten Verfahren nicht erzielbar ist. F i g. 5

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ist eine mikroskopische Aufnahme mit lOOfacher Vergrößerung, welche die Austenitstruktur des Stahls des Versuchs D zeigt. Die Korngrößenzahl liegt in diesem Fall bei annähernd 11.

In Tabelle 2 sind die mechanischen Eigenschaften verschiedener gehärteter Proben in der Walzrichtung sowie die entsprechenden Eigenschaften der gleichen Proben nach dem Härten und Anlassen wiedergegeben.

Tabelle 2

Versuch

60,2 ig/mm²	aß kg/mm²	ή
97,6 86,8	138,7 95,7	18,6 25,3
108,6 84,7	138,2 99,4	18,8 20,6
112,0 91,5	143,6 101,3	17,8 21,8
95,3 95,9	136,0 102,6	11,2 22,8

Kerbschlagzähigkeit (2-mm-V-Kerb)

Φ	*VE₀*	ν Tr s	vTr/5
%	mkg/cm	°c	°C
39,5	4,1	+ 19	-48
53,4	5,5	+ 2	-38
42,3	4,5	+ 10	-52
52,7	3,6	+ 18	-14
40,6	4,0	+ 16	-67
51,4	7,7	-97	-95
25,6	4,2	-120	-120
50,0	8,6	-140	-140

A Q
T

B Q
T

C Q
T

D Q
T

Das Symbol Q in dieser Tabelle bedeutet, daß das Probenmaterial gehärtet ist, während das Symbol T zu erkennen gibt, daß es sich hierbei um die gleiche Probe handelt, die jedoch angelassen worden ist, und zwar bei einer Temperatur von 610⁰C. Da die Proben etwas niedrig angelassen sind, treten die dem Stahl innewohnenden Eigenschaften nicht sonderlich hervor, wie dies aus den Ergebnissen des Versuchs A ersichtlich ist. Wie sich an den Ergebnissen des Versuchs B zeigt, wurden die Eigenschaften selbst beim Auslassen eines die Korn Verfeinerung bezweckenden Walzdurchgangs schon in besonderem Maße verbessert, falls die Probe auch nur einer direkten Härtung unterworfen wurde.

Der Versuch C, bei dem ein Walzdurchgang zur Kornverfeinerung vorgenommen wurde, lieferte unbeschadet des vorbezeichneten Anlaßzustandes eine stark verbesserte Steifigkeit (insbesondere war hierbei auch die Ubergangstemperatur verbessert) sowie eine entsprechende Dauerfestigkeit. Beim Versuch D war die Verbesserung hinsichtlich der Ubergangstemperatur noch ausgeprägter. So lag die Temperatur des Übergangs tiefer als — 140⁰C, worin sich deutlich die Auswirkung der ein langgestrecktes Korn aufweisenden Austenitstruktur zu erkennen gibt. Hierauf ist die geringe Neigung zur Weiterverbreitung von Spröd-

bruchrissen in dem aus einem derartigen Strukturgefüge umgebildeten Martensit zurückzuführen.

Die Leistungsfähigkeit des neuartigen Verfahrens ist somit durch die Ergebnisse praktischer Versuche bestätigt worden. Darüber hinaus ist auf Grund der dem Fachmann geläufigen Vorteile, die eine feinkörnige Struktur mit sich bringt, mit Sicherheit anzunehmen, daß das neuartige Verfahren gleichermaßen auch für Stähle anwendbar sein wird, die im walzfertigen Zustand Verwendung finden sollen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Stählen durch Warmwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stähle auf eine Temperatur oberhalb des A₃-Punktes erwärmt und in mehr als zwei Walzdurchgängen verformt werden, wobei für jeden der Walzvorgänge das Verformungsverhältnis mehr als 25% beträgt und in einem stabilen oder metastabilen Austenitbereich von 1100 bis 700° C abgekühlt wird und der abschließende Walzdurchgang bei einer Temperatur unter 950°C erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem abschließenden Walzdurchgang zwei Walzdurchgänge vorgesehen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach den vorgesehenen Walzdurchgängen ein Nachwalzvorgang erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach den Walzdurchgängen gehärtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach den Walzdurchgängen eine Luftabkühlung erfolgt.

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