DE1923313A1

DE1923313A1 - Structural steel free from pearlite

Info

Publication number: DE1923313A1
Application number: DE19691923313
Authority: DE
Original assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Current assignee: Eisenwerke Gesellschaf Maximilianshuette mbH
Priority date: 1969-05-07
Filing date: 1969-05-07
Publication date: 1970-11-19

Abstract

Steel consists of max. 0.01% C and several or all of 0.6-2.5% Mn, 0.10-0.08% Nb, 0.02-0.4% V, 0.03-0.3% Ti, up to 0.08% al, up to 0.030% N, 0.001-0.010% B, the remainder being Fe. Spec., the steel is decarbonished to 0.01% under vacuum while carbon-containing ferro manganese and ore are added. The steel should be cast at low temp.

Description

Perlitfreier Baustahl Baustähle mit geringem Perlitanteil haben bezüglich ihrer Verwendung mehr und mehr an Interesse gewonnen. Insbesondere bei den mit Vanadin und Niob legierten Stählen, die sich wirtschaftlich als halbberuhigte Stähle herstellen lassen, wurden als Folge einer starken Reduzierung des Perlitanteils entscheidende Verbesserungen der Zähigkeit, in erster Linie der Kerbschlagzähigkeit, erzielt. Bis heute konnten diese Stähle trotz ihrer großen wirtschaftlichen Bedeutung jedoch noch nicht in nennenswertem Umfange Verwendung finden, da die gewünschten technologischen Eigenschaften für die großtechnische Herstellung Bedingungen voraussetzen, die auf den üblichen Walzenstraßen entweder nur schwer oder gar nicht eingehalten werden können. Die bisher nicht einzuhaltenden Voraussetzungen bestehen in einer möglichst großen Endverformung von ungefähr 3096 bei einer relativ niedrigen Endverformungstemperatur von etwa 85O0C, wobei zudem im Anschluß an den letzten Stich ein äußerst schnelles Abkühlen erfolgen muß, Unter den üblichen Produktionsbedingungen ist es bisher nicht gelungen, derartige Stähle großtechnisch herzustellen. Perlite-free structural steel Structural steels with a low pearlite content have in relation to their use gained more and more interest. Especially with those with vanadium and niobium alloy steels, which can be produced economically as semi-killed steels let become decisive as a result of a sharp reduction in the pearlite content Improvements in toughness, primarily notched impact strength, were achieved. To this day, however, these steels have been able to use them despite their great economic importance not yet used to any significant extent, as the desired technological Properties for large-scale production require conditions that the usual roller mills are either difficult or impossible to comply with can. The prerequisites that have not yet been met are as far as possible large final deformation of about 3096 at a relatively low final deformation temperature of about 85O0C, with an extremely fast following the last stitch Cooling must take place, under the usual production conditions it has not yet been done succeeded in producing such steels on an industrial scale.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zum großtechnischen Herstellen bestimmter perlitfreier Baustähle hoher Zähigkeit zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen perlitfreien Baustahl, insbesondere einen mit Vanadin und Niob legierten Stahl gelöst, der maximal 0,0196 Kohlenstoff enthält.The object of the present invention is to overcome the aforementioned disadvantages to eliminate and a process for the large-scale production of certain pearlite-free To create structural steels of high toughness. According to the invention, this object is achieved by a pearlite-free structural steel, in particular a steel alloyed with vanadium and niobium dissolved, which contains a maximum of 0.0196 carbon.

Es ist wesentlich, daß der Kohlenstoffgehalt so weit herabgesetzt wird, daß anstelle der bisherigen perlitarmen Baustähle wirklich perlitfreie erhalten werden. Zu beachten ist hierbei, daß zwar schon mit 0,03% Kohlenstoffgehalt Stähle hergestellt werden können, deren Nikrogefüge annähernd perlitfrei ist. Hier befindet sich jedoch noch ein Teil des Kohlenstoffs in übersättigter Lösung, was einerseits zu einer Verminderung der Zähigkeit, andererseits aber auch zu einer verstärkten Alterungsneigung ftL¾:rt0 Es ist eine überraschende Erkenntnis dieser Brindung, daß die genanntei Eigenschaftçn entscheidend verbessert werden können, obwohl aufgrund des Ge£ges keine Verbesserungen mehr zu erwarten waren.It is essential that the carbon content be reduced that much is that instead of the previous low-pearl structural steels really get pearlite-free will. It should be noted here that even steels with a carbon content of 0.03% can be produced, the microstructure of which is approximately free of pearlite. Located here However, some of the carbon is still in supersaturated solution, which on the one hand to a reduction in toughness, but also to an increased one on the other hand Aging tendency ftL¾: rt0 It is a surprising finding of this bond, that the named properties can be improved significantly, although due to of the whole, no further improvements were to be expected.

Es ist ein weiteres Merkmal dieser Erfindung, daß es mit einem Stahl der genannten Zusammensetzung in überraschender Weise möglich ist, die zuvor genannten, bisher für die Behandlung perlitarmer Stähle notwendigen Betriebsbedingungen derartig zu vereinfachen, daß ihre großtechnische Herstellung ohne Verminderung der Zähigkeit möglich wird. Es ist zwar möglich, daß ein erfindungsgemaßer perlitfreier Baustahl gegenüber einem unter den optimalen, großtechnisch nicht realisierbaren Bedingungen hergestellten Stahl eine niedrigere Streckgrenze aufweist. Dies ist jedoch für die meisten technischen Anwendungen insofern bedeutungslos, als aus Sicherheitsgründen das hohe Streckgrenzen-Festigkeitsverhältnis der perlitarmen Stähle gar nicht ausgenutzt werden kann.It is another feature of this invention that it is made with a steel the composition mentioned is surprisingly possible, the aforementioned, operating conditions of this kind that were previously necessary for the treatment of low-pearl steels to simplify their large-scale production without reducing the toughness becomes possible. It is possible that a pearlite-free structural steel according to the invention compared to one under the optimal, technically unrealizable conditions produced steel has a lower yield strength. However, this is for the most technical applications to that extent meaningless than out For safety reasons, the high yield strength / strength ratio of the low-pearl Steels cannot be exploited at all.

Mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Stahl geschaffen, dessen Zähigkeit bei entsprechender Behandlung derjenigen der bisher unter optimalen Bedingungen hergestellten perlitarmen Stähle überlegen ist oder der unter einfachen Produktionsbedingungen mindestens die gleiche Zähigkeit wie die bekannten perlitarmen Baustähle erreicht.However, the present invention provides a steel whose Toughness with appropriate treatment of those previously under optimal conditions produced low-pearl steels is superior or that under simple production conditions achieved at least the same toughness as the well-known low-pearl structural steels.

Der erfindungsgemäße Kohlenstoffgehalt von maximal 0,01,' ist auch bei Stählen vorteilhaft, die wegen der hohen Affinität bestimmter Legierungsbestandteile zum Sauerstoff nur beruhigt vergossen werden können. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Stähle, die zur Streckgrenzenerhöhung als Zusatz Titan oder Aluminium enthalten. Insbesondere mit Titan legierte Stähle finden wegen ihrer geringen i igkeit nur in wenigen speziellen Fällen Verwendung. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, aufgrund der höheren Zähigkeit auch diese Stähle in größerem Umfang als bisher zu verwenden. Dabei ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft, soviel Titan zuzusetzen, daß der gesamte Kohlenstoff stabil abgebunden wird. Bei dem erfindungsgemäßen maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,0196 muß der Titanzusatz daher mindestens das Fünffache des Kohlenstoffgehaltes betragen. Da durch Titan auch Stickstoff und Schwefel abgebunden werden, ist es zweckmäßig, den Titanzusatz auf ungefahr 0,1,' zu bemessen.The carbon content according to the invention of a maximum of 0.01 'is also advantageous for steels because of the high affinity of certain alloy components to oxygen can only be shed calmly. These are mainly steels that contain titanium or aluminum as an additive to increase the yield strength. Steels alloyed with titanium, in particular, are only found because of their poor quality used in a few special cases. Within the scope of the invention it is possible Due to their higher toughness, these steels also increased to a greater extent than before use. It is advantageous according to a further feature of the invention, add enough titanium that all of the carbon is stably bound. at The titanium additive must meet the maximum carbon content according to the invention of 0.0196 therefore at least five times the carbon content. Because through titanium Nitrogen and sulfur are also bound, it is advisable to add the titanium to be measured at about 0.1 '.

Im Rahmen der sorliezenden Erfindung hat es sich weiterlLa herausgestellt, daß der Severstoffgehalt die technologie de technologischen Eigenschaften nicht unwesentlich beeinflußt. Im Gegensatz zu der bisherigen Auffassung machen höhere Sauerstoffgehalte einen Stahl weniger empfindlich sowohl gegen Schwankungen des Endverformungsgrades als auch der Endverformungstemperatur und der kritischen AbkUhlungsgeschwindigkeit. Um einen möglichst hohen SauerstoffgehaIt zu erreichen, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei der Herstellung eines perlitfreien Baustahls sowohl die Temperatur der Schmelze während und nach dem Zusatz sauerstoffaffiner Elemente als auch die Gießtemperatur möglichst niedrig zu halten. Es kann außerdem zweckmäßig sein, während des Gießens zusätzlich sauerstoffabgebende Mittel zuzusetzen oder den Gießstrahl mit Sauerstoff anzublasen.In the context of the present invention, it has also been found that the content of the sever material reflects the technology of the technological properties not insignificantly influenced. Make contrary to the previous view higher oxygen contents make a steel less sensitive to both fluctuations the degree of final deformation as well as the final deformation temperature and the critical Cooling rate. In order to achieve the highest possible oxygen content, is therefore proposed according to the invention in the production of a pearlite-free Structural steel both the temperature of the melt during and after the addition of oxygen-affine Elements as well as the casting temperature to be kept as low as possible. It can also It may be expedient to additionally add oxygen-releasing agents during casting or to blow the pouring stream with oxygen.

Die für die erfindungsgemäßen Stähle erforderlichen niedrigen Kohlenstoffgehalte werden zweckmäßigerweise durch eine Vakuumbehandlung eingestellt. Dabei geht man vorzugswelse von einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,04 bis 0,05% und einem Sauerstoffgehalt von etwa 0,08 bis 0,1% aus.The low carbon contents required for the steels according to the invention are expediently set by means of a vacuum treatment. Here you go preferably with a carbon content of about 0.04 to 0.05% and an oxygen content from about 0.08 to 0.1%.

Diese Gehalte lassen sich ohne Schwierigkeiten nach dem Sauerstoffaufblasverfahren erreichen. Durch die sich anschließende Vakuumbehandlung wird der Kohlenstoffgehalt auf maximal 0,01% und der Sauerstoffgehalt auf ungefähr 0,05% herabgesetzt.These levels can be determined without difficulty using the top-blowing oxygen method reach. The subsequent vacuum treatment increases the carbon content reduced to a maximum of 0.01% and the oxygen content reduced to approximately 0.05%.

In manchen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, besonders niedrige Kohlenstoffgehalte während der Vakuumbehandlung dadurch zu erreichen, daß eine gewisse Menge, vorzugsweise 3 bis 4 kg/t kohlenstoffhaltiges Ferro-Mangan zugesetzt wird. Durch diesen Zusatz wird die Kochbewegung der Schmelze im VakLzu1behandlungsgefäß angeregt und dadurch trotz des Zusatzes von Kohlenstoff ein niedrigerer Endkohlenstoffgehalt erreicht als ohne den Zusatz. Dabei be- -trägt der Mangangehalt der Schmelze am Ende der Vakuumbehandlung ungefähr 0,5 bis 0,7%. Da jedoch im allgemeinen ein höherer Mangangehalt der Schmelze erforderlich ist, wird anschließend an die Vakuumbehandlung durch Zulegieren von kohlenstofffreiem Ferro-Mangan oder Siliko-Mangan der gewünschte Mangangehalt eingestellt, ohne daß eine Erhöhung des am Ende der Vakuumbehandlung erreichten Kohlenstoffgehaltes eintritt. Es ist jedoch auch möglich, höhere Mengen an kohlenstoffhaltigem Ferromangan während einer Vakuumbehandlung zuzugeben, wenn gleichzeitig entsprechendeMengen an sauerstoffabgebenden Mitteln, zB.In some cases it has been found useful, especially low ones To achieve carbon content during the vacuum treatment that a certain Amount, preferably 3 to 4 kg / t of carbonaceous ferro-manganese is added. This addition increases the boiling movement of the melt in the vacuum treatment vessel stimulated and thus a lower final carbon content despite the addition of carbon achieved than without the addition. This amounts to the manganese content of the melt at the end of the vacuum treatment approximately 0.5 to 0.7%. Since, however, in general a higher manganese content of the melt is required, is then to the Vacuum treatment by adding carbon-free ferro-manganese or silicon-manganese the desired manganese content is set without increasing the at the end of the Vacuum treatment of the carbon content reached occurs. However, it is also possible higher amounts of carbonaceous ferromanganese during vacuum treatment to be added, if at the same time corresponding amounts of oxygen-releasing agents, e.g.

Erz, zugegeben werden. Durch das Zulegieren wird gleichzeitig eine Erniedrigung der Temperatur der Schmelze erreicht, was im Hinblick auf die für den gewünschten relativ hohen Sauerstoffgehalt notwendige, möglichst niedrige Temperatur beim Zusatz von sauerstoffaffinen Elementen vorteilhaft ist.Ore, to be added. Alloying also creates a Lowering the temperature of the melt achieved what in terms of for the desired, relatively high oxygen content, the lowest possible temperature necessary when adding elements with an affinity for oxygen is advantageous.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich weiterhin als möglich erwiesen, eine Streckgrenzenerhöhung durch Zusatz mehrerer Nitrid- und Karbidbildner zu erreichen. Ohne den niedrigen Kohlenstoffgehalt würde der Zusatz derartiger Elemente, wie beispielsweise 0,03% Niob in Kombination mit 0,05% Titan zu einer äußerst schlechten Zähigkeit führen0 Die Wirkung der einzelnen Legierungsmittel ist dann besonders stark, wenn mit erhöhtem Stickstoffgehalt in der Schmelze gearbeitet wird, der vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,02% liegt. Jedoch sind auch noch höhere Stickstoffgehalte möglich, da bei dem erfindungsgemäßen Stahl auch ohne Aluminium die versprödende Wirkung des Stickstoffs unterbunden wird.In the context of the present invention, it has also proven to be possible proven to increase the yield strength through the addition of several nitride and carbide formers to reach. Without the low carbon content, the addition of such elements, such as 0.03% niobium in combination with 0.05% titanium to an extremely poor one Leading toughness0 The effect of the individual alloying agents is then special strong when working with an increased nitrogen content in the melt, preferably is between 0.01 and 0.02%. However, higher nitrogen contents are also possible, because the steel according to the invention has the embrittling effect even without aluminum the nitrogen is prevented.

Um bei dem Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung die bei Baustählen erforderlichen, je nach Anwendung unterschiedlichen Festigkeiten zu erreichen, können allgemein folgende Elemente, einzeln oder in Kombination, zugegeben werden: 0,6 bis 2,5 % Mangan 0,01 bis 0,08 96 Niob 0,01 bis 0,4 96 Vanadin 0,02 bis 0,3 % Titan bis 0,08 % Aluminium bis 0,030 % Stickstoff 0,001 bis 0,010 % Bor.To the steel according to the present invention that of structural steels required to achieve different strengths depending on the application generally the following elements, individually or in combination, are added: 0.6 up to 2.5% manganese 0.01 to 0.08 96 niobium 0.01 to 0.4 96 vanadium 0.02 to 0.3% titanium up to 0.08% aluminum up to 0.030% nitrogen 0.001 to 0.010% boron.

Schließlich ist es auch möglich, zur Kornverfeinerung Desoxydationsmittel, wie beispielsweise FeSiMg zuzusetzen, ohne damit die Zähigkeit zu verschlechtern; im Hinblick auf einen möglichst hohen Sauerstoffgehalt soll hier jedoch kein Aluminium zur Des oxydation benutzt werden.Finally, it is also possible to use deoxidizing agents to refine the grain, such as adding FeSiMg without impairing the toughness; in view of the highest possible oxygen content, however, no aluminum should be used here can be used for deoxidation.

Claims

Patent claims:

1. Pearlite-free structural steel consisting of a maximum of 0.01% carbon and individually or next to each other 0.6 to 2.5% manganese 0.010 to 0.08% niobium 0.02 up to 0.4% vanadium, 0.03 to 0.3% titanium, up to 0.08% aluminum, up to 0.030% nitrogen 0.001 to 0.010% boron, the remainder iron.

2. Steel according to claim 1, but having a final deformation of 10 to 30% at a deformation temperature of 820 to 9500C and a subsequent accelerated Has been subjected to cooling.

3. Steel according to claim 1 and 2, but containing 0.05 to 0.1% titanium.

4. Steel according to one or more of claims 1 to 3, its content of oxygen is about 0t05X.

So steel according to one or more of claims 1 to 4, which however Contains 0.03% niobium and 0.05% titanium.

6. Steel according to one or more of claims 1 to 5, the nitrogen content of which but is 0.01 to 0.02%,

7. Method of making a Steel according to claims 1 to 6, d u r g e k e n n n z e i c h n e t that a steel with a carbon content of 0.03 to 0.07% and an oxygen content is decarburized from approx. 0.08% in a vacuum to a carbon content of 0.01%.

8. The method according to claim 7, d a d, u r c h g e k e n nz e i c h n e t that carbonaceous ferrous iron and ore during the vacuum treatment be added at the same time.

9. The method according to claim 7 or 8, d a d u r c-h g e -k e n n z E i c h n e t that the temperature of the melt during the addition has a higher affinity for oxygen Elements and the casting temperature are kept as low as possible.