DE1758401A1

DE1758401A1 - Hochfester Stahl fur Drahte

Info

Publication number: DE1758401A1
Application number: DE19681758401
Authority: DE
Inventors: Robert McCullogh Turtle Creek Pa Fisher (V St A )
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1967-05-29
Filing date: 1968-05-24
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR1579586A; GB1220870A; BE715669A; US3507711A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hochfesten Stahl, der sich insbesondere zum Patentieren und zur Herstellung hochfesten Drahtes eignet. Der erf indungsgeinäße Stahl kennzeichnet sich durch eine sehr feine Perlitverteilung im patentierten Zustand.

Gegenwärtig hergestellter Stahldraht weist eine Zugfestigkeit von bis zu 366 bis 380 kp/mm bei einer Abmessung von etwa 0,18 mm oder weniger auf. Es werden jedoch Drähte mit erheblich höherer Festigkeit, beispielsweise **22 kp/mm in diesem Abmessungsbereich verlangt oder alternativ dazu

mit einer Festigkeit von 387 kp/mm , jedoch bei beträchtlich grö'sseren Abmessungen,

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1 Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.rlna A«el Hgnvnanp.^ipl.-Phys. Sebastian Herrmann ICHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 ■ T»l3bni M12tfc '■ tifegramm-Aclrene: Lipatli/MOnchwi

Patentanwälte I

8 MÖNCHEN
Bayer. Vereinsbank Mönchen, Zweigst. Oskar-von-MilUr-Rlng, Klo.-Nr. 882495 · Poitsehedt-Konto: München Nr. 143397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

Hochfester Draht wurde seit vielen Jahren aus perlitischein Stahl gezogen, wobei bekanntermaßen das feine Perlitgefüge ein Produkt mit höherer Festigkeit ergibt als grober Perlit. Die Feinheit des Perlite lasst sich teilweise durch die Wärmebehandlung, der der Stahl unterworfen wird, bestimmen. Eine allgemein übliche Wärmebehandlung für Stahl, der bei der Drahtherstellung Verwendung findet, wird mit "Patentieren" bezeichnet. Patentieren ist eine Wärmebehandlung, der Stangen Und Draht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,4 # und höher ausgesetzt werden. Die Aufgabe des Patentierens besteht darin, eine Gefügestruktur zu erzeugen, bei der hohe Zugfestigkeit zusammen mit großer Zähigkeit oder Verformbarkeit auftritt. Im Falle von Draht wird durch dieses Gefüge die Eigenschaft erzeugt, einer starken Querschnittsabnahme standzuhalten, die zur Einstellung der gewünschten Endabmessungen mit der erforderlichen hohen Zugfestigkeit und Zähigkeit vorgenommen wird.

Das Patentieren wird immer als kontinuierliches Verfahren durchgeführt und besteht in einem ersten Erwärmen des Materials auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur und einer danach stattfindenden Abkühlung von der kritischen Temperatui mit großer Geschwindigkeit auf ein vorbestimmtes Temperaturniveau, bei der eine Umformung das gewünschte Gefüge und die gewünschten mechanischen Eigenschaften ergibt.

Es sind eine große Zahl Patentierungstechniken bekannt, und bei einem allgemein üblichen Verfahren wird das Material kontinuierlich durch ein Metallschmelzenbad kontrollierter Tempe-

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tat Ur geführt. Zur Herstellung eines feinen perlitischen Gefüges wurden die Pa tent ierungs tempera tür und die Geschwindigkeit der Patentierungsstraße so eingestellt, daß eine möglichst kurze Zeit bei der Umwundlungsteiuperatur verweilt wird. Wenn die Umwandlungstemperatur jedoch zu weit gesenkt wird, das heißt in den Bainit-üereich hinein, so entsteht ein grober oberer Bainit, der nach der Verformung, das heißt 'lern Ziehen, ein etwas schwäche res metallurgisches Geflige ergibt. Somit ist das feinste perlitlache Gefttge, das durch Patentieren erzeugt werden kann, durch die isothermen Umwandlungeeigenschaften des verwendeten Stahls bestimmt.

Die me is teil Legierungeelemente steigen mit der Perlitverteilung an, umd bisher ist kein bewuseter Versuch unternommen «orden, eine Legierung Mit optimales Eigenschaften durch Schafften* finer sehr feinest Periltvertellung herzustellen, die sich durch flehen · in hochfeeten Draht verformen laset·

Erfindungsgemifi wird ein· neuartige Stahlsaeammensetsung geschaffen, mit der sieh durch Vttrmebeeandluttf, das helftt durch Patentierung, ·ine sehr feine PerlitTerteiluag erreichen liest· Der erfindungsgemässe Stahl setzt sich im wesentlichen in β·- wicht8anteilen wie folgt zusammen: 0,85 hie 1,0 % Kohlenstoff, 1,0 bis 4,0$,vorzugsweise 2,0 bis %,OJtKobalt, bis zu 0,5 % und vorzugsweise 0,2 bis 0,5 % von wenigstens einem Element aus der aus Molybdän, Chrom und VoIfram bestehenden Gruppe, bis zu 0,7 1» und vorzugsweise 0,2 bis 0,4 % Mangan und dem Rest Eisen mit normalen, bei der Stahlherstellung auftretenden Verunreini-

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gungen. Bei der Herstellung der erfindungsgemässen Legierung lässt sich ein beliebiges Stahlerzeugungsverfahren verwenden, mit dem eine reine, qualitativ hochwertige Schmelze erzeugt werden kann.

Eine Eigenschaft der neuartigen, oben beschriebenen Stahllegierung besteht darin, daß sich mit ihr Iv patentierten Zustand eine Perlitverteilung erreichen läset, bei der die Abstände in einem metallurgischen Gefüge, das aus mindestens 90 f« Perlit und vorzugsweise, soweit sich das praktisch verwirklichen lässt, möglichst 100 % Perlit besteht, nicht größer als etwa 400 Angström sind. Die hier verwendete Angabe "feine Perlitverteilung" bezieht sich auf den obengenannten maximalen Abstund von etwa 400 Angström zwischen den in dem Perlit vorhandenen CarMdplättchen.

Aus den folgenden Beispielen wird deutlich, wie der er— findungsgemässe Stahl behandelt werden kann,damit aus ihn hochfester Stahldraht sehr kleinen Durchmessers herstellbar

Eine Reihe Stahlchargen mit der Zusammensetzung der in der Tabelle I angeführten Stähle A und B und mit einem Gewicht von 136 kg wurden vakutimgeschmolzen und in Kokillen gegossen, aus denen dann 4-zollige StahlknUppel geschaiedet wurden. Die StahlknUppel wurden dann zu 28/81 cm Stangen gewalzt. Die warmgewalzte Stange wurde in vier Stufen zu O_f127 m» dicken Draht gezogen· Vor Jedem Ziehvorgang wurde dl· Stange

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oder der Draht in einer kontinuierlichen Straße patentiert. Der erste Patentierungsvorgang erfolgte mit der 28/81 cm Stange und bestand darin, daß die Stange 360 Sekunden lang bei 982⁰C erwärmt, dann in 37 Sekunden auf 288⁰C abgeschreckt und schliesslich in 27 Sekunden wieder auf 482°C erwärmt wurde. Die Stange wurde daraufhin zu Draht mit einer Dicke von 5,59 mm trocken gezogen, woraufhin der Draht durch 150 Sekunden langes Erwärmen bei 902⁰C 24 Sekunden langes Abschrecken auf 289°C und 17 Sekunden langes Wiedererwärmen auf 482 C patentiert wurde. Nach diesem zweiten Patentierungsvorgang wurde der 5159 nun dicke Draht dann duroh Trockenziehen auf einen Durciimesser von 2,59 mm gebracht und zum dritten Mal pataitiert. Im dritten Patentierungsschritt erfolgte eine 75 Sekunden lange Erwärmung bei 982 C, eine Abkühlung in 12 Sekunden auf 288⁰C und eine Wiedererwärmung auf 482⁰C in 8,5 Sekunden. Der 2,59 mm Draht wurde auf 0,81 mm trockengezogen und einer abschliessenden Patentierungsbehandlung unterworfen, in der er 18 Sekunden lang bei 982 C erwärmt, 2 Sekunden bei 288°C abgekühlt und 2,75 Sekunden auf 538⁰C wiedererwärmt wurde. Der patentierte 0,81 mm Draht wurde dann mit einem Kupferüberzug versehen und naß (mit Wasser) auf 0,13 mm gezogen.

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TABELLE I	A	0,89	B
0,65	0,90
0,001	0,62
Ο^ΟΟΊ	0,001
0,07	0,004
0,03	0,07
0,23	0,03
<o,oi	0,23
0,004	<o,oi
2,30	0,001
0,045	4,45
	0,051

Eine Bewertung des auf diese Weise hergestellten Drahtes zeigt, daß in beiden Fällen die Perlitverteilung weniger als 400 Angstrom betrug. Der 2,0 #-ige Kobaltdraht besaß eine Streckgrenze von etwa 837 kp/mm und der 4,0 $-ige Kobaltdraht eine solche von etwa 422 kp/mm . Venn der Draht auf einen Durchmesser von 0,076 nun gezogen wurde, betrug seine

.2 Streckgrenze 492 kp/nm . Dem steht der unlegierte Draht gleichen

Durchmesser und auf dieselbe Weise behandelt gegenüber, dessen Streckgrenze etwa 366 kp/mm beträgt und der sich dadurch kennzeichnet, daß seine Perlitverteilung grosser als 400 Angström ist.

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Es wurde festgestellt, daß dann, wenn dem hochlegierten Kohlenstoff stahl wenigstens etwa 1,0 % Kobalt zugesetzt wird, ο ine beträchtliche Verminderung dee Perlitabstandes bzw. der Peril tverte.i lung erreicht werden kann. Wenn jedoch mehr als Ί,Ο ',I Kobalt zugesetzt werden, lässt sich die gewünschte feine Perl i tvertei 1 uiiA nicht erreichen, ohne daß unerwünschte massive Karbide entstehen. In gleicher Weise muß der Kohlenstoffgehalt sorgfältig innerhalb des Bereiches von 0,85 bis 1,0 ',', eingestellt werden, wenn eine feine Perutverteilung erhalten und gleichzeitig das Entstehen massiver Karbide vermieden werden sollen. Das vorhandene Kobalt beschleunigt die Perlitumwandlung, und zur Anpassung des Stahls an die gegenwart igen Behandlungsmethoden soll möglichst eine kleine jedoch wirksame MenfMi von wenigstens einem der Elemente, Molybdän, Chrom und Wolfram zugefügt werden, urn dadurch die Peril t umwand lungsreaktion in ausreichendem Maße zu bremsen und das Kobalt zu kompensieren, ohne dall die Perl i tverteilung beeinträchtigt wird. Durch die Wärmebehandlung einer Legierung der obengenannten Zusammensetzung bestellt die Möglichkeit der Herstellung eines Drahtes mit einer Streckgrenze von wenigstens 3&7 bis 422 kp/mm*" bei Drahtdurchmessern von 0,2 mm und geringer und von wenigstens k9'2 kp/mm" bei einem Drahtdurchmesser von 0,07 mm.

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Claims

Patentanmeldung: "Hochfester'Stahl für Drähte11 PATENTANSPRÜCHE

1. Stahl, aus dem durch Ziehen hochfester Draht herstellbar ist und der durch Wärmebehandlung ein metallurgisches Gefüge mit einer Feinperlitverteilung erhält, die nicht grosser ist als etwa kOO Angström, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsanteilen: Q85 bis 1,0 % Kohlenstoff, 1,0 bis 4,0 % Kobalt, bis zu 0,5 % von wenigstens einem Element aus der aus Molybdän, Chrom und Wolfram bestehenden Gruppe, bis zu 0,7 /fe Mangan, Rest Eisen und normale bei der Stahlherstellung auftretende Verunreinigungen.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, du/J er

0,2 bis 0,5 Ί· einos Elementes dej· aus MoJj'bcJän, L'hrom und VoI fmr bestehenden Gruppe cntliiil t.

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COPY

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,2 bis 0,5 # Chrom enthält.

4. Stahl nach einem der Ansprüche i bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß er 2,0 bis 4,0 % Kobalt enthält.

5. Stahl nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,2 bis 0,4 % Mangan enthält.

6. Stahldraht aus einem Stahl nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen Durchmesser von nicht mehr als 0,18 mm aufweist, eine Streckgrenze von mindestens 387 kp/mm besitzt und einen Perlitabstand hat, der nicht grosser als 400 Angström ist.

7. Stahldraht nach Anspruch 6₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen Durchmesser von 0,07 mm und eine Streckgrenze von 492 kp/mm besitzt.

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