DE1904162A1 - Verfahren zur Behandlung von Stahl - Google Patents

Description

"Verfahren zur Behandlung von Stahl."

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit imterctektoider Stähle und betrifft insbesondere ein solches Verfahren, mit dem unteretektoide Gtfihle behandelt werden können, iin in Kohlenstoff stählen und niedrig legierten Stählen ein f aserf üj.r.iiges Hai'tensit-Ferrit-Iiischgef üge zu entwickeln.

Verf ahreiisbedinguiigen, die zur Erzeugung von Feingef ügeii führen, welche in eineu Fei'ritgeiüge eingebettete Martensitteilchen aufweisen, werden gewöhnlieh vermieden, weil angenommen wurde, daß derartige metallurgische Gefüge nii;cierwertige mechanische Eigenschaften besitzen. Als Folge davon werden, von wenigen Ausnahmen abgesehen, Kohlenstoffstahlprodukte und niedrig legierte ütahlprodukte mit Hilfe von Verfahren hergestellt, bei denen Feiiigefüge entstehen, die in Ferrit eingelagerte Carbidteilchen aufweisen. Kürzlich wurde festgestellt, daß das sich ergebende faserförnige, Marensit-. Ferrit-Mischgefüge brauchbare Eigenschaften haben kann, falls die Martensitteilclien klein genug sind und alle in der gleichen !Lichtung gestreckt sind. Tatsächlich wurde gefunden, daß ein

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derartiger metallurgischer Aufbau sich durch eir.e einzigartige und vorteilhafte Kombinat io.i mechanische:· ^ ige", schäften, kennzeichnet. Der Llrf iiitiun.'jBiic.seii£jtand ist nun auf e Γι. be&ouciers virkungsvollec Verfahren :.uir Behandlung von otalil gerichtet, r.iit dem in Vielfalt! :en IOhlenstoffstahlen und "niedrig legierten Stahlen eine faserf ör;,iige Kartensit-x^;icrrit-i'iischum'·' eiit-..icliel'bar ist.

Uei dem erf ii)dungsre;:i-lliJen Verfuhren virti ein iialbierti, er SUhI größerer ".uerscinti-ttsa^nessunt; als das Produkt behanePel.t·, vobei ■ das Vei'faiireii selijs't die lolgevideu VbrXahroiisschrlttfe'"' ·^;

eutluilt: Kaltreduzierung des .uerselinittet ur.) v/enigstens'\§0~'-^ι';Ι^νι uv.x die gei.'ünschtei; Vbnessungea durc.i e fcv.'t: c.iiei. Kaltveri'orniungsprozess, i/i-ederenmrwunc' auf eine -besoiidefs genau ^OK teueite Tenper«,tvn- in;d ■-A-b-scIirecliuiu·:.' ..i-i'cingl ich kann- der Stuhl sich ii, eineui warügevra-lzten Zustand befinden oder er Lciiin varniuehciiidelt l/order. seil, u:u seine ','erfor;;;barkeit zu S₁ ei"CeITi. Die ΥεΛtverf o.ri::umc kc.i.:ii ;.ii t irgendeiner VOrrichtxtng durchgeführt werden, die den -.,uerschnitt vermindert, d.h. also die Quers lmittsflache,und dadurch die Länge des Materials vergrössert. Derartige Kai cvei lOi'uiuin-stechaiken können hei- ·■ spielsweise in eineui .alzen, Zioaoj', Extrudieren uuci iJo.'.i-iieden .jüLtelien. In eiern ?:v;ei t er Ver^.-.ircnssünri fct, der- sich entweder ^ in iinuiiterbrocfieiier r'oi ;o f.:. oie Ilaltverf ο -Τ.ηιπ^ cinschl-iesst

oder aiii ;eparate BeharKiluv. ; spü-te:· c.usgef iUirt vex^den kanal", vird der ütfUil· i:;:f ei,.;, ^ssteuertf; "Vcape VitiT iiMierhal]) des iritischen lereüies des ötaliles -vi-eder oruLi-'üL. Diese Tempe-χ-atur (T..) ist sehr vr-icL":i_; uuci ve.v'idert .-.ich r.i'c eic.· che:;iif/Ciien Zu"sanHie:::'ie"t/:ui;g dec zu Lcäuiicclruieu >-tables. T.. lasst LiCii jedoch aus der cht; ischen Zusciinniense tzun>; des utahles nit Hilfe folre^der Gleichuii·." reeaüexlscu ^estiunno,;:

T (⁰F) = 15S5 - (25 :l >iin) + (40 :c /^i) - (^;; ,.ITi) -:- (4ü χ ,.Gr)

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BAD ORIGINAL

In dem Stahl können auch roeu andere Elenente vox-handon sein, die aber nicht in der Gleichung heriicksiclitigt v/erden, weil sie die Viederer\iärnungster.ipercitux· in den Stählen, mit denen sich die Erfindung uefacrt, nicht wesentlich beeinflussen.

Erfii;dungsgen;.ß wird ,'jtahl, der in der oben beschriebenen Weise kalfcvex-fornt wxirde.aia besten so nahe wie möglich auf die Teuperatur T,. erv.^rär.it, und eine Wiedex'erwärniungstemperatur innerhalb T,_r. + VO⁰F wial im allgeneinen als zufriedenstellend angesehen. Es ist nicht notwendig, die Temperatur* 1\, länger zu halten, als ex~fordex'lich ist, damit der ganze Stahl T, -:- 20°F ex-reic;it. Obgleich eine erhebliche Verzügex'Uiig dex· Erwänaungszeit erlaubt ist, sind doch Zeiten, die IO Minuten überschreiten, unerwünscht. Es lässt sich irgendeine Enfärumngsncthode anwenden, die die maximale V/iedereri.'ärniungstenperatux' in dem ganzen Stahl innerhalb des spezifischen Teinpex-atux-beroiches T. + 20°F ex-möglicht. Als bevorzugte Enirärmungsmethoden lassen sich die elektrische induktionsheizung oder Widerstandsheizung oder das Eintauchen in Blei- oder Calz'^'düerrs :iemien. Nach dex- lr^riedex'ex-wärmung wird der Stahl vox'sugsweisc wit rfasser auf Raumtemperatur abgekühlt.

Eine Betrachtung des Feingefügewechsels in dem Stahl zeigt den Grund für die Behandlung des Stahles auf die oben beschx-iebene, erfindungsgeciäße Weise. Das nox-male Ausgangsmaterial für das Behandlungsverfahren ist gewöhnlicherweise warmgewalzt und besitzt ein Feingefüge aus gleichachsigem Ferx-it und Perlit. Dex- Ve χ-f ahrens schritt dex' Kaltreduzierung vex-foriat die Pex'lithaufen und Ferritköx'ner in einer Weise, die der Veränderung dex· Abmessungen des Materials im ganzen genommen entspx'icht. Somit sind sowohl die Perlite teilen odex* -Haufen als auch die Ferritkörner in Richtung der Hauptverforiaung ausgex-ichtet. Je größer die Kaltreduziei'ung ist, desto längex* und dünner werden die Perlithaufen und Ferritkörner. Um die gewünschte Verlängerung dex- Perlithaufen zu ex-reichen, ist eine Kaltreduktion von über 50 % erfox-derlich,

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BAD OPHOfNAt

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Diese große Reduzierung lässt sich natürlich auf irgendeine geeignete Weise herbeiführen, beispielsweise wie gewöhnlich mit Hilfe einer Anzahl Ve librmungs schritte, wie sie mehrere Durchgänge durch ein Walzwerk darstellen. Das neuartige Verfahren verlängt nicht, daß in dem Ausgangsstahl Ausscheidungsrjedingungen oder sogenannten "Streifenⁿ-Bedingungen herrschen.

Beim Wiedererwänaen auf die T -Temperatur, die etwas über dem Ac.-Punkt liegt, verwandelt sieh der langgestreckte Perlit in Austenit. Der Austenit bildet sich fast ausschliesslich in dem Perlit und nimmt deshalb eine entsprechende Größe,

™ Form und Verteilung ein. Das Ergebnis besteht darin, daß der Stahl unmittelbar vor dem Abkühlen Austenitteilehen enthält, die l'ang und dünn sind und alle gleiche Orientierung aufweisen und iu wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung besitzen wie der Perlit. Eine Steuerung der Wieder— erwärniungstemperatur T^ ist. deshalb notwendig, damit sichergestellt ist, daß Austenitteilehen dieser Art vorhanden sind. Iv'enn die Niedererwärmungstemperatur zu niedrig ist, dann wird der Perlit nicht vollständig in Austenit umgewandelt. Wenn sie zu hoch ist, wächst der Austenit in den Ferrit hinein, und demzufolge nimut sein Kunststoffgehalt ab und seine Struktur wird weniger faserig. Auch rekristallisiert bei

fc der Wiedererwärmung das kaltverformte Ferritgefüge zu geglühten, kleinaehsigen Körnern. Da die Wiedererwärmungstemperatur verliältnismässig niedrig ist und die Erwärmungszeit kurz ist, entwickelt sich in dem Ferrit eine vorteilhaft feine Korngröße.

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Durch Abkühlung auf Raumtemperatur werden die Austenit— fasern in Martensitfasern, umgewandelt. Die Härtbarkeit der , Austenitfasern ist viel größer als die des vollständig austenitisierten Stahles, da die Fasern im wesentlichen die Zusammensetzung des Perlits haben und deshalb einen nahezu eutektoiden Kohlenstoffgehalt aufweisen. Darüberhinaus ist aufgrund der Affinität des Kohlenstoffes zu Mangan dieses Element ebenfalls in einem größeren Ausmaß in den Fasern

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vertreten als in dem Stahl als Ganzem. Diese Merkmale machen es möglich, das Verfahren auf Stähle anzuwenden, die einen erheblich niedrigeren Kohlenstoffgehalt und Legierungsgehalt hauen, als er sonst auin Abkühlen für alle Martensitgefüge erforderlich ist.

Diis durch das hier beschriebene Verfahren hergestellte Produkt weist ein Peingefiige aiii, das Martensitfaserii enthält, P in denen sich; eingebettet in einem feinkörnigen l^?orritgefUge_; bis zu etwa 0,3 >i Kohlenstoff befinden. Die Fasern sind deshalb etwa 10-iual so fest wie das Gefüge. Dieses Feingefüge ist duner ein Material erwünschter Zusammensetzung, da die festen Martensitfaserii das verformbarere Ferritgefüge verfestigen. Zur Erreichung dieses Zustandes ist eine sorgfältige Steuerung der oben genannten WiedererwärmungsteLiperatur erforderlich.

Die darauffolgende Behandlung kann der Modifziex'ung der Eigenschaften dienen. Die Verformbarkeit erhöht sich durch Tempern, beispielsweise bei etwa 20*t°C, etwas auf Kosten der Festigkeit. Höhere Festigkeit und bessere maschinelle Verarbeitbarkeit lassen sich in dem notwendigen Maß durch Kaltverformung, beispielsweise bis zu einer Querschnittsreduzierung von 20 ^c/o, erreichen.

Zu der neuartigen Verfahrensweise gehört die Behandlung von untereutektoideii Stählen und insbesondere solchen Stählen, die vorzugsweise weniger als C, 35 ^c/o Kohlenstoff entialten. Jedoch lassen sich mit Hilfe des neuartigen Verfahrens sowohl Kohlenstoffstähle als auch niedrig legierte Stähle behandeln, wenn auch die mechanischen Eigenschaften nach der Behandlung natürlich sich je nach Stahlart unterscheiden. Im folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele des hier beschriebeneu, neuartigen Verfahrens angeführt.

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ÖAD ORIGINAL

Ein warmgewalzter Stab aus AISI 1015 Stahl Eiit eimern
Durchmesser von 2,5^ cm und einem Kohlenstoffgehalt vou ■
0,l6 % und Mangangehalt von 0,51 ^cr-- wurde kalt gescäniedet.
Daraufhin wurde er durch 2 Minuten langes Eintaucheii in
ein eine Temperatur'von 7^9 Ό aufweisendes Bleibad wieder
erwärmt und dann mit T/asser abgekühlt. Diese Proue ist als
Beispiel Λ in dei~ unten folgenden Tabelle I angeführt. Zuui Vergleich dazu wurde ein identischer Stab mit einen Durchmesser von 0,6^i cn von 927 C aus normalisiert. Dieses.* Stab ist als Probe 13 in der Tabelle I enthalten. Zur Verdeutlichung weiterer erreichbarer VerbeaserunsGii wurde eine der Prohe Λ ähnliche Probe 1 Stunde lang bei CC4°C zusätzlich getecipert. Diese
Probe ist unter C in der Tabelle I w'iederge^eiien um aufzuzeigen, auf welche .eise ei ie aidere Koiibiiiafcioi. aus Streck— festigkeit und Vcrfoi.^-:.iijr.r':eit mit Hilfe der neuartigen Verfcihrensweise erreicht werden kann.

TABELLE I

Probe Zugfestigkeit Streck^estigkeit Flächen— Dehnung

(kp/iiiu") (kp/mu") reduaie- innerhalb

(>.) 2,5^jt cm (;.)

A 96,0 48,3 19 12

2 ^13,0 30,1 71 35

C 71,3 43,1 53 21

* Die in der Tabelle I v.iedergegebenen Beispiele zeigen die Festigkeit, die sich durch die neuartige Behandlung in einem niedriggekohlten Stahl ergibt.

Zugfestigkeitseigenschaften einiger Bandstahlsorten, die ge.iiäß dein neuartigen Verfdireu behandelt worden sind und danach alle bei 204⁰C 2 Stunder; laa^ getempert i-mrden, sind
in der Tabelle II wiedergegeben. Hei jedem Stahl der genannten Beispiele war das Ausgangsnaterial ein 1,27 ca diel:es, warmgewalztes Blech. Die Bleche wurden auf 0,38 ein warmgewalzt, wiedererwärnt auf T_v +_ 2C^QF und mit ϊ/asser gekühlt.

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BAD

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Die Festigkeiten, die in den verschiedenen, repräsentativen übereutektoiden Kohlenstoffstählen und niedrig legierten Stählen der Tabelle II anzutreffen sind, ergeben sich aus der neuartigen Behandlung .zur Schaffung eines faserförwigen Martensit-Ferrit-Feingefüges,-Durch Tempern bei 2Gk⁰C, wie .dies bei den in der Tabelle II angeführten Proben geschehen ist, wird die EigenschaftsLoinbination aus Verformbarkeit und Streckfestigkeit verbessert. Wenn der Temperungsschritt weggelassen würde, könnten erheblich höhere Zugfestigkeiten erhalten werden, wobei jedoch die Verformbarkeit oder das Formänderungsvermögen geringer wäre. "Wie bereits angedeutet wurde, lässt sich eine zusätzliche Festigkeit und eine Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit dem Material durch Kaltverformung in dem erforderlichen Umfang erteilen, beispielsweise bis zu einer Querschnittsreduzierung von etwa 20 ^c,l.

Das faserförmige Martensit-Ferrit-Mischgefüge ist eine Feingefügeart, die sich nicht durch übliche Bearbeitung oder Wärmebehandlung entwickeln lässt, und zu den sich aus dieser Gefügeart ergebenden vorteilhaften Eigenschaften gehören beispielsweise ungewöhnlich hohe Kaltverfestigungsgeschwindigkeit, verhältiiismässig gute Zerspanbarkeit und Widerstand gegen bestimmte Korrosionserscheinungen.

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BAD ORIQINAL

Claims (8)

Pci te nt aiiMie 1 d uhr ; "Verfahren zur Behandlung von Stahl." PATENT ANS PRUCIIl]

1. Verfahren zur Behandlung von Kohlenstoffötählen und niedrig legierten Stählen zur Entwicklung eines faserfö'rmigen Martensit-Ferrit-Miscligefüges, gekennzeichnet durch Kaltreduzierung eines aus diesem Stahl bestehenden Gegenstandes, so daß mindestens eine '^uorschnittsflüchonreduzierung gegenüber der ursprünglichen ^ucrsclinittailache von ^:jQ ',o erfolgt, um dadurch den Gegenstand zu strecken, Erwärmung des kaltreduzierten Gegenstandes auf eine temperatur im De reich· von T„ +_ 2O°P, wobei sich T durch die folger.de Gleichung bestimmt:

T.(⁰F) = 1385 - (25 s #Mn) -:- (^O χ JJSi) - (26 xf.ITi) + (Ί2 x £

und dui'ch Abkühlung, um die Austenitfasern in Martensitfasern uniz uwand ein.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ausgangsmatcrial in warmgewalzten Zustand befindet.

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8 MÖNCHEN 2, TH E RESI ENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 · Telegramm-Adresse: Lipatli /München Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Rine, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 163397

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BAD ORIGINAL

3. Verfcdiroi; iiacli Anspruch i, dadui'Ch gekennzeichnet, daß das Ausgangsuaterial sich zur Erhöhung des FormänderungsVermögens ira. warnbehaiiäelteii Zustand befindet.

h. Verfahren nach .uispi'Ucli i, d ει durch ,0;.emizeichnet, duJ das auf diese ./eise hergestellte Produkt :.al tverlornit vird,
ui'i die Festirkeit zu erhöh on und die Zeil ,'^.iiiiarkci t hz\-:.
\erarbeitbarkcit zu verbes^ern.

5. Verfahren nach Anspruch ¹I, dadiu'cli ^elcotinzeichiiot, da-3 das Produkt bis zu etwa 20 ^cjo kciltverfortnt T.^rird.

6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dai3 das Produkt nach den Abkühlen zur Verbesserung des Formlinderungsvermögeriü getempert wird.

7. Verfahren r.uch Anspruch 6, diitiurch gekeiuizeichnet, daß das Tempern Lei 20²i°C ei'i'olgt.

S. Verfalircii r.rc'a Anspruch f, cliidurch gekennzeichnet, daß dei" Gtaiil nach de;;i Teripern zur Erhöhung der Festigkeit und
Verbesserung der Ze-'spaiibai'keit ü:'a:. Verarbeitbarkeit Icaltvtrforuit vird.

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