DE1958384B1 - Verfahren zur Herstellung von Stahlblechen mit guten mechanischen Eigenschaften - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Stahlblechen mit guten mechanischen Eigenschaften

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DE1958384B1
DE1958384B1 DE19691958384D DE1958384DA DE1958384B1 DE 1958384 B1 DE1958384 B1 DE 1958384B1 DE 19691958384 D DE19691958384 D DE 19691958384D DE 1958384D A DE1958384D A DE 1958384DA DE 1958384 B1 DE1958384 B1 DE 1958384B1
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steel
steels
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DE19691958384D
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Katao Miyano
Masahide Shimazaki
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Japan Steel Works Ltd
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Japan Steel Works Ltd
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226Hot rolling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

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Description

1 2
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur prozent Ti, bis zu 0,20 Gewichtsprozent Zr und bis
Herstellung von Stahlblechen mit guten mechanischen zu 0,30 Gewichtsprozent Ta; Walzen oder Schmieden
Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen durch der Bramme in einer Plattine; gleichmäßiges Wieder-
Walzen oder Schmieden einer Bramme aus einem erwärmen der Plattine auf eine Temperatur bis zu
Stahl, der 0,03 bis 0,13 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 5 150° C über den Aj-Umwandlungspunkt des Kohlen-
0,10 bis 0,60 Gewichtsprozent Silizium, 0,20 bis Stoffstahls von einer Temperatur unterhalb des A1-
2,00 Gewichtsprozent Mangan, bis zu 0,035 Ge- Umwandlungspunkts; Bearbeiten, wie z. B. durch
wichtsprozent Aluminium enthält und im übrigen aus Walzen oder Schmieden, der Plattine bis zu einer
Eisen mit den üblichen Verunreinigungen besteht, Querschnittsverringerung von mehr als 10 % in Luft,
der aber noch bis zu 0,20 Gewichtsprozent Niob, bis io derart, daß die Bearbeitung bei einer Temperatur in
zu 0,20 Gewichtsprozent Vanadin, bis zu 0,15 Ge- der Nähe des Ar3-Umwandlungspunkts beendet wird;
wichtsprozent Titan, bis zu 0,20 Gewichtsprozent Zir- und Abkühlenlassen der Plattine in Luft oder lang-
kon und bis zu 0,30 Gewichtsprozent Tantal enthal- sames Abkühlen der Plattine,
ten kann. In der Folge sind die Gründe für die Beschrän-
Um dem wachsenden Bedarf an Stählen, die auf 15 kung der verschiedenen Komponenten der Zusamdem Gebiet der Lagertanks für flüssiges Gas, der mensetzung der Stähle angegeben,
chemischen Anlagen usw. bei niedrigen Temperatu- Zwar erhöht Kohlenstoff die Festigkeit von Ferritren verwendet werden können, zu begegnen, wurden Austenit-Stählen und verfeinert leicht deren Kristalldie verschiedensten Anstrengungen gemacht, in wirt- korn, aber ein übermäßiger Zusatz erhöht die Menge schaftlicher Weise und reichlich Stähle zur Verfü- 20 des Austenits, wodurch die Schlagfestigkeit bei niedrigung zu stellen, welche die nötigen Tief temperatur- gen Temperaturen beeinträchtigt und die Schweißeigenschaften aufweisen, wie z. B. eine hohe Kerb- barkeit stark verschlechtert wird. Aus diesem Grund Schlagzähigkeit, eine vorzügliche Duktilität usw. wird die Kohlenstoffmenge auf 0,03 bis 0,13 Ge-
In diesen Gebieten wird gegenwärtig ein legierter wichtsprozent beschränkt.
Stahl mit hohem Nickelgehalt oder ein Stahl mit 25 Silizium und Mangan sind nötig, um gute beruhigte
hohem AIN-Gehalt verwendet. Jedoch ist der legierte Stähle herzustellen und um deren Festigkeit zu erhö-
Stahl mit hohem Nickelgehalt teuer, da er große hen. Wenn die Gehalte derselben jedoch zu groß sind,
Mengen Nickel enthält. Der Stahl mit hohem AlN- dann verschlechtern sich die Duktilitätseigenschaften
Gehalt ist ebenfalls teuer, da er, um die nötigen Eigen- und auch die Schweißbarkeit des Stahls. Dies ist der
schäften hervorzurufen, im Anschluß an seine End- 30 Grund, warum Silizium und Mangan auf die Bereiche
bearbeitung einer Wärmebehandlung unterworfen von 0,10 bis 0,60 Gewichtsprozent bzw. 0,20 bis
werden muß. 2,00 Gewichtsprozent beschränkt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- Aluminium wirkt auf Stähle als desoxydierendes gründe, ein Verfahren zur Herstellung eines billigen Element, beeinträchtigt aber die Warmbearbeitbar-Stahls zur Verfügung zu stellen, der weder Nickel 35 keit und ist der Hauptgrund für Fehler in Stählen, enthält noch im Anschluß an seine Bearbeitung eine die ihre Ursache in nichtmetallischen Einschlüssen Wärmebehandlung erfordert und der die nötigen me- haben, die von Restoxydaten in Stählen stammen, chanischen Eigenschaften bei tiefen Temperaturen Aus ■ diesem Grund ist sein Gehalt auf das nötige besitzt. Minimum beschränkt, um gute beruhigte Stähle zu
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein- 40 erhalten.
gangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß bis unter- Niob, Vanadium, Titan, Zirkon und Tantal besit-
halb des Acj-Punktes verformt, auf eine Temperatur zen alle eine Desoxydationswirkung und sind außer-
bis 150° C über den Ac3-Punkt erwärmt, bis nahe dem sehr starke Bindemittel für Kohlenstoff und
dem Ac3-Punkt mit einer Querschnittsverringerung Stickstoff, die in Stählen enthalten sind, so daß sie
von mehr als 10 % verformt und anschließend in Luft 45 eine Verfeinerung des Austenitkristallkorns bei Stäh-
abgekühlt wird. len bewirken. Sie verfeinern jedoch auch das Ferrit-
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher kristallkorn, das während der anschließenden Abküh-
erläutert werden; in diesen zeigt lung der Stähle gebildet worden ist. Weiterhin fallen
Fig. 1 ein Diagramm, welches den Zusammen- Karbide und Nitride dieser Elemente, die in den Stähhang zwischen der Charpy-Absorptionsenergie bei 5° len in einem teilweise gelösten Zustand vorliegen, bei 2 mm V-Kerben und den Prüftemperaturen bei einem Austenitisierungstemperaituren während einer verhälterfindungsgemäß hergestellten Stahl und bei einem nismäßig kurzen Abkühlung aus, so daß sie das Wachsherkömmlichen Stahl darstellt, und tum des Kristallkorns unterdrücken und somit einen
Fig. 2 A und 2,B, die Mikrostrukturen (X 400) Verfeinerungseffekt auf das Kristallkorn ausüben. Da
eines erfindungsgemäß hergestellten Stahls und eines 55 jedoch übermäßige Zusätze die Menge der Elemente
in üblicher Weise hergestellten Stahls. erhöht, die in anderer Form als Karbide und Nitride
Ein Verfahren zur Herstellung eines sehr harten vorliegen, und da sie außerdem die Schweißbarkeit
Stahls gemäß der Erfindung, bei dem der Stahl keiner wie auch die Härte und Duktilität abträglich beein-
Wärmebehandlung unterworfen wird, umfaßt die M- flüssen und da sie schließlich teure Elemente sind,
genden Stufen: Herstellung einer Bramme, indem 60 werden ihre optimalen Bereiche unter Berücksichti-
man zu einem gewöhnlichen niedriggekohlten Stahl, gung der Wirtschaftlichkeit bestimmt,
der aus 0,03 bis 0,13 Gewichtsprozent C, 0,10 bis Wie bereits erwähnt, wird beim erfindungsgemäßen
0,60 Gewichtsprozent Si, 0,20 bis 2,00 Gewichtspro- Verfahren der feinkörnige, niedriggekohlte Stahl mit
zent Mn, bis zu 0,035 Gewichtsprozent Al und im der oben angegebenen chemischen Zusammensetzung
übrigen aus Fe und Verunreinigungen besteht, min- 65 wieder auf eine Temperatur bis zu 150° C über dem
destens eines der folgenden Elemente in den folgen- A3-Umwandlungspunkt erwärmt und im Verlauf der
den Mengen zugibt: bis zu 0,20 Gewichtsprozent Nb, Abkühlung in Luft einer Bearbeitung zur Querschnitts-
bis zu 0,20 Gewichtsprozent V, bis zu 0,15 Gewichts- verringerung von mehr als 10 % unterworfen, wobei
die Bearbeitung bei einer Temperatur in der Nähe des Ar3-Umwandlungspunktes zu Ende gebracht wird, so daß eine Kristallkornverfeinerung stattfindet.
Die Gründe, warum die Erwärmungstemperatur des Stahls, die Stärke der Bearbeitung und die Temperatur, bei der die Bearbeitung zu Ende gebracht wird, auf die obigen Werte beschränkt wird, werden nunmehr erläutert. Bei Stählen, welche die oben angegebenen chemischen Bestandteile in den oben angegebenen Bereichen enthalten, sind die Austenitkristallkörner feiner als bei gewöhnlichen niedriggekohlten Stählen. Dieser Effekt hat seinen Grund hauptsächlich darin, daß die Karbide und Nitride von Niob, Vanadium, Titan, Zirkon, Tantal usw. bei hohen Temperaturen als stabile Verbindungen existieren, so daß sie das Wachstum des Austenitkristallkorns unterdrücken. Jedoch verursacht eine übermäßige Erwärmung, daß diese Verbindungen zusammenbacken und gröber werden und außerdem in Form von festen Lösungen sich im Stahl auflösen, so daß der Verfeinerungseffekt des Austenitkristallkorns ebenfalls nicht auftritt. Weiterhin werden die Mengen der Verbindungen während der abschließenden Abkühlung erhöht, wodurch eine Verringerung der Duktilität und der Härte der Stähle stattfindet, weil sie teilweise im Stahl in dieser Form verbleiben, da sie nicht perfekt in die Stähle ausgefällt worden sind. Aus diesem Grunde wird die Erhitzungstemperatur auf einen Bereich beschränkt, der sich vom A3-Umwandlungspunkt bis zu einer Temperatur von 150° C über diesen Punkt erstreckt.
Die deformierten Kristalle des Stahls, die dadurch entstehen, daß dieser während der Abkühlung von der Wiedererwärmungstemperatur einer Bearbeitung unterworfen wird, ergeben eine Rekristallisation, so daß ein Wachstum des Kristallkorns stattfindet. Eine zu geringe Bearbeitung ergibt jedoch ein erhöhtes Wachstum des Kristallkorns nach der Rekristallisation, und eine zu geringeBearbeitungsendtemperatur erhöht die restlichen Bearbeitungsspannungen und die heterogenen Eigenschaften des Stahls. Deshalb wird gemäß der Erfindung die den Stählen erteilte Bearbeitung, ausgedrückt als Querschnittsverringerung, auf mehr als 10 % festgelegt, und die BearbeituBgsendtemperaitur in der Nähe des Arg-Umwandlungspunkts gehalten, da festgestellt wurde, daß hierdurch ein feinkörniger Stahl erhalten wird, der bereits nach der Bearbeitung und ohne anschließende Wärmebehandlung eine ausreichende Duktilität und Zähigkeit besitzt.
Es ist klar, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf Stähle der verschiedensten Formen angewendet werden kann, wie z. B. auf Stähle in Form von Platten, Rohren, Profilen, Schienen usw.
Tabelle 1 zeigt die Analysen verschiedener' Stähle.
In Tabelle 1 besitzen die Stähle B bis G erfindungsgemäße Zusammensetzungen, während der Stahl A ein bekannter niedriggekohlter Si-Mn-Stahl ist, der sich als Vergleichsstahl eignet. Gemäß der Erfindung wird der Stahl auf Raumtemperatur abgekühlt, hierauf wieder gleichmäßig auf eine Temperatur von 920° C erwärmt, unter Abkühlung in Luft auf eine Dicke von 15 mm gewalzt, wobei das Walzen bei einer Temperatur von 760° C oder in der Nähe des Ar3-Umwandlungspunktes beendet wird. (In den vorliegenden Beispielen beträgt die Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeit 3° C/Min., und die Ac3- und Ar3-Umwandlungspunkte liegen bei 842 bis 870° C bzw. 750 bis 780 0C.)
Tabelle
C Si Mn Chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent p 1 s 0,008 21Al Nb V Ti Zr Te
Stahl 0,09 0,34 1,45 (Plattendicke 15 mm) 0,010 0,008 0,024
0,07 0,37 1,48 0,009 0,009 0,020 0,09
A 0,07 0,38 1,55 0,011 0,008 0,020 0,05 0,08
B 0,07 0,41 1,58 0,009 0,010 0,024 0,06
C 0,10 0,39 1,51 0,014 0,010 0,029 0,03
D 0,09 0,36 1,48 0,009 0,012 0,027 0,02
E 0,06 0,40 1,37 0,016 0,022 0,07
F
G
Tabelle
Streckgrenze Zugfestigkeitseigenschaften Dehnung Querschnitts
verringerung
Schlagfestigkeitseigenschaften vTrS vTr30 ~Pf*rrit
Stahl kg/mm2 Zugfestigkeit Vo Vo VE-70°C 0C 0C ir erriL
ASTM-Nr.
32,0 kg/mm2 44,2 79,5 mkg -50 -83
A 34,5 47,6 43,1 81,6 6,5 -105 -130 7,7
B 41,8 52,1 39,3 76,0 33,7 -125 -153 9,2
C 37,7 53,2 41,3 78,0 21,0 -128 -165 11,6
D 32,9 51,4 43,8 76,2 32,6 -100 -120 10,7
E 33,4 51,9 42,6 75,7 26,5 -86 -115 8,2
F 34,0 52,4 41,5 74,8 17,4 -98 -124 9,6
G 50,2 24,8 9,8
Die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Stähle im Zustand nach der Bearbeitung sind in Tabelle 2 angegeben.
Die mechanischen Eigenschaften der gleichen Stähle, die gemäß der Erfindung bearbeitet worden sind, d. h. Stähle, die nicht aus den gewalzten Bram-
men in Platten mit einer Dicke von 15 mm gewalzt worden sind (d. h., sie wurden durch rohes Warmwalzen der gewalzten Stähle mit einer Dicke von 80 mm bei einer Temperatur von 1250° C erhalten), sind in Tabelle 3 gezeigt.
Die mechanischen Eigenschaften, die in den Tabellen 2 und 3 gezeigt sind, wurden alle im soeben gewalzten Zustand gemessen. Die verbesserte Härte ist ohne weiteres ersichtlich, sogar bei dem bereits
bekannten niedriggekohlten Si-Mn-Stahl (Stahl A). Bei den Stählen B bis G, welche die karbid- und nitridbildenden Elemente, wie z. B. Nb, V, Ti, Zr, Ta usw., enthalten, ist die Verbesserung der Härte so bemerkenswert, daß sie eine Kerbschlagzähigkeit aufweisen, daß sie im lediglich gewalzten Zustand bei einer extrem niedrigen Temperatur verwendet werden können.
Tabelle
Streckgrenze Zugfestigkeitseigenschaften Dehnung Querschnitts-
verringerung
Schlagfestigkeitseigenschaften vTrS vTr 30 remt
ASTM-Nr.
Stahl kg/mm2 Zugfestigkeit °/o % VE-70°C 0C 0C
34,2 kg/mm2 35,7 68,5 mkg +2 -25 5,2
A 54,8 52,6 31,2 63,5 1,8 + 68 + 34 6,5
B 56,9 68,5 30,6 58,5 2,1 +50 +25 7,7
C 48,7 69,1 28,5 59,0 2,0 + 10 -24 7,2
D 38,4 63,8 34,5 63,8 1,0 + 3 -41 6,0
E 39,0 56,8 36,2 64,0 2,6 0 -53 7,0
F 43,6 57,0 33,2 61,5 3,2 + 38 -16 7,1
G 59,4 0,4
Die Kurve A in F i g. 1 ist eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen der Charpy-Absorptionsenergie bei 2 mm V-Kerben und der Testtemperatur des Stahls D zeigt, während die Kurven B und C graphische Darstellungen sind, welche die entsprechenden Werte von normalisierten und gewalzten Stählen zeigen, die eine identische chemische Zusammensetzung aufweisen, aber nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Stahl eine beträchtliche Kerbschlagzähigkeit besitzt.
Die Fig.2A und 2B zeigen die Mikrostrukturen von erfindungsgemäß hergestellten Stählen und von Stählen mit identischen chemischen Zus-ammensetzungen, die jedoch durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt worden sind. Die Vergrößerung ist 400f ach. Der erstere Stahl war lediglich gewalzt, während der letztere normalisiert worden war. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die MikroStruktur des Stahls A eine sehr feine Ferrit-Austenit-Struktur ist.
So können also gemäß der Erfindung Stähle mit einer vorzüglichen Kerbschlagzähigkeit erhalten werden, wenn man die Zusammensetzung und die Bearbeitung gemäß der Erfindung auswählt.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Stähle eignen sich äußerst gut als Baumaterialien für verschiedene Bauteile, insbesondere für solche, die bei niedrigen Temperaturen verwendet werden.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von Stahlblechen mit guten mechanischen Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen durch Walzen oder Schmieden einer Bramme aus einem Stahl, der 0,03 bis 0,13 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,10 bis 0,60 Gewichtsprozent Silizium, 0,20 bis 2,00 Gewichtsprozent Mangan, bis zu 0,035 Gewichtsprozent Aluminium enthält und im übrigen aus Eisen mit den üblichen Verunreinigungen besteht, der aber noch bis zu 0,20 Gewichtsprozent Niob, bis zu 0,20 Gewichtsprozent Vanadin, bis zu 0,15 Gewichtsprozent Titan, bis zu 0,20 Gewichtsprozent Zirkon und bis zu 0,30 Gewichtsprozent Titan enthalten kann, dadurch gekennzeichnet, daß bis unterhalb des Ac^Punktes verformt, auf eine Temperatur bis 150° C über den Ac3-Punkt erwärmt, bis nahe dem Ac3-Punkt mit einer Querschnittsverringerung von mehr als 10 °/o verformt und anschließend in Luft abgekühlt wird.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19691958384D 1968-11-29 1969-11-20 Verfahren zur Herstellung von Stahlblechen mit guten mechanischen Eigenschaften Pending DE1958384B1 (de)

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