DE19708352A1

DE19708352A1 - Nitrogen-containing stainless steel rope wire

Info

Publication number: DE19708352A1
Application number: DE1997108352
Authority: DE
Inventors: Valentin G Gavriljuk; Hans Berns
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-01
Filing date: 1997-03-01
Publication date: 1997-10-16

Abstract

A process for producing high strength stainless steel rope wire involves subjecting a rolled wire, which has 0.15-0.30 wt.% nitrogen content and a structure of austenite and 10-30 vol.% acicular delta ferrite, to cold drawing to form martensite and achieve a tensile strength of \-1650 MPa, a reduction of area on fracture of \-35% and a torsion value (twists to fracture) of \-15. Preferably, the steel contains (by wt.) 15-25% Cr, less than 15% Ni, less than 20% Mn, less than 5% Mo, less than 3% Co and less than 3% Si, together with nitrogen taken up during melting under atmospheric pressure. After rolling, the wire is preferably subjected to accelerated cooling or solution annealing, followed by multi-stage cold drawing.

Description

Zur Herstellung von hochfestem nichtrostendem Seildraht werden in der Regel austenitische Stähle verwendet, die nach dem Walzen und Lösungsglühen beim Kaltziehen verfestigen. Dabei kann je nach Stabilität des Austenits Umformmartensit gebildet werden. Der hohen Streckgrenze und Zugfestigkeit dieser kaltgezogenen Drähte steht in der Regel eine niedrige Verwindezahl entgegen. Sie wird durch lokalisierte Gleitung beim Tordieren hervorgerufen, so daß schon nach wenigen Verwindungen der Bruch eintreten kann. Das kann zu Ausfällen bei der Seilherstellung führen, wo eine Verwindung von Drähten im allgemeinen nicht zu vermeiden ist. Aus diesem Grunde besteht ein technisches Interesse daran, diese hochfesten nichtrostenden Stähle mit einer ausreichenden Verwindezahl, d. h. Anzahl von Verwindungen bis zum Bruch, auszustatten.Austenitic are usually used to manufacture high-strength stainless rope wire Steels are used that solidify after cold rolling and solution annealing. Here Forming martensite can be formed depending on the stability of the austenite. The high yield strength and tensile strength of these cold drawn wires is usually low twist opposite. It is caused by localized sliding when twisting, so that after few twists the break can occur. This can lead to failures in rope production lead where twisting of wires is generally unavoidable. For this There is basically a technical interest in using these high-strength stainless steels sufficient number of twists, d. H. Number of twists to break to equip.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, austenitische nichtrostende Stähle so zu modifizieren, daß sie nach der Verarbeitung zu Seildraht eine ausreichende Verwindezahl aufweisen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verfahrenseinzelheiten sind in den Ansprüchen 2 bis 5, vorteilhafte Verwendungen in den Ansprüchen 6 bis 8 angegeben. 10 bis 30% δ-Ferrit im austenitischen Stahl führen nach dem Walzen zu feinverteilten schmalen Ferritzeilen, die der Lokalisierung der Gleitung entgegenwirken. Da sie beim Kaltziehen weniger verfestigen als der austenitische Gefügeanteil und da sie darüber hinaus zu dynamischer Erholung neigen, werden bei einem Gehalt von über 30% δ-Ferrit die Festigkeitskennwerte beeinträchtigt. Unterhalb von 10% δ-Ferrit setzt wieder lokalisierte Gleitung und damit eine Verringerung der Verwindezahl ein. Durch Zulegieren von 0,15 bis 0,30 Gew.-% Stickstoff wird der beim Kaltziehen aus dem Austenit entstehende Umformmartensit stärker verfestigt als der Austenit. Dadurch entstehen im Austenit steigerungsbedingt harte Martensitzeilen, die einer Lokalisierung der Verformung beim Verwinden ebenso wie die Ferritzeilen entgegenwirken. Stickstoff führt im Gegensatz zu Kohlen stoff zur Verbesserung des Korrosionswiderstandes im Martensit. Erfindungsgemäß entstehen beim Kaltziehen 20 bis 50% Martensit. Ein höherer Gehalt beeinträchtigt die Brucheinschnü rung, ein niedrigerer Gehalt die Streckgrenze.It is therefore the object of the present invention to austenitic stainless steels modify that they have a sufficient number of twists after processing into rope wire exhibit. This object is achieved with the features specified in claim 1. Advantageous further developments and process details are in claims 2 to 5, advantageous uses specified in claims 6 to 8. 10 to 30% δ ferrite in After rolling, austenitic steel leads to finely divided narrow ferrite lines, which the Counteract the localization of the glide. Since they harden less than the cold draw austenitic structure and because they also tend to dynamic recovery with a content of more than 30% δ-ferrite, the strength values are impaired. Below 10% δ-ferrite sets localized sliding again and thus a reduction in the number of twists a. By adding 0.15 to 0.30% by weight of nitrogen, the is removed from the Austenite forming martensite solidified more than austenite. This creates in Austenite, due to the increase in hard marten seat lines, which localizes the deformation in the Twist as well as counteract the ferrite lines. In contrast to coal, nitrogen leads material to improve the corrosion resistance in martensite. According to the invention 20 to 50% martensite when cold drawn. A higher content affects the break lines tion, a lower content the yield strength.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Merkmale Ferritzeilen, Martensitzeilen und gelöster Stickstoff. Es wird so geführt, daß nach dem Walzen ein Gefüge mit 10 bis 30% δ- Ferritzeilen in einer austenitischen Grundmasse entsteht und sich beim Kaltziehen 20 bis 50% Martensit bilden. Die Einstellung des Gehaltes an δ-Ferit erfolgt nach allgemein bekannten technischen Regeln, wie sie z. B. in dem für nichtrostende Stähle wichtigen Schaeffler/Delong-Diagramm festgehalten sind /1, 2/. Der Martensitgehalt hängt sowohl von der Legierungszusam mensetzung als auch vom Kaltumformgrad ab. Er wird daher wie allgemein üblich für eine gegebene Legierung in Abhängigkeit von der Ziehabnahme ermittelt und ist damit bekannt.The method according to the invention comprises the features of ferrite lines, martenseat lines and dissolved nitrogen. It is carried out in such a way that a structure with 10 to 30% δ- Ferrite lines in an austenitic matrix are formed and 20 to 50% Form martensite. The δ-ferite content is adjusted in accordance with generally known technical rules, such as B. in the Schaeffler / Delong diagram, which is important for stainless steels are recorded / 1, 2 /. The martensite content depends on the alloy composition as well as on the degree of cold forming. It is therefore, as is common for one given alloy determined depending on the drawing acceptance and is therefore known.

Wie erfolgreich durch die Ausbildung von Ferrit- und Martensitzeilen in einem austenitischen stickstofflegierten Stahl die Verwindezahl bei hoher Festigkeit und guter Brucheinschnürung gesteigert werden kann, wird anhand der Ausführungsbeispiele A und B gezeigt. Zum Vergleich werden ein ferritfreier austenitischer Stahl C und ein austenitisch/ferritischer Duplexstahl D mit stabilem Austenitanteil herangezogen. Die chemische Zusammensetzung ist in Tafel 1 aufgeführt, die Gefügezusammensetzung in Tafel 2. Der Umformgrad E wird aus den Querschnittsflächen A_v und A_n des Runddrahtes vor und nach dem Kaltziehen zu ε = 100 (A_v-A_n/A_v bestimmt. Die Brucheinschnürung liegt bei allen vier Stählen auf annähernd gleicher Höhe. Wegen des hohen Ferritanteils fallen Zugfestigkeit und Streckgrenze des Stahles D deutlich niedriger aus als für die Stähle A bis C. Die erfindungsgemäßen Stähle A und B erreichen mit 20 bzw. 32 eine drei- bis fünffache Verwindezahl im Vergleich zum bekannten ferritfreien Stahlgefüge C mit vergleich barer Festigkeit. Im Schrifttum werden für nichtrostende austenitische Stähle nach dem Kaltzie hen Verwindezahlen von 2 bis 6 genannt /3/. Sie wird nach DIN 51 212 unter einer axialen Vorspannung von 0,02 R_m geprüft. Die Aufnahme von Stromdichte/Potential-Kurven in wäßriger 1 n H₂SO₄ Lösung bei Raumtemperatur zeigt, daß alle Stähle nach dem Kaltziehen (ε = 75%) passivieren und eine Passivstromdichte von <5 m A/cm² erreichen, so daß sie als nichtrostend bezeichnet werden können. Molybdän erhöht die Beständigkeit gegen Lochkorrosion durch Chloridionen und Kupfer dämpft die durch Bewuchs hervorgerufene Korrosion.
/1/ Schaeffler, A. L.: Constitutional Diagram for Stainless Steel Weld Metal, Metal Progress 56 (1949), S. 680;
/2/ Delong, W.T.: Ferrite in Austenitic Stainless Steel Weld Metal, Weld. Research (1974) S. 273s-286s;
/3/ Schmidt, W., Domalski, H.H., Schaffrath, W., Thyss.Edelst.Techn.Ber. 12 (1986) S. 101-112. Examples A and B show how successfully the formation of ferrite and marten seat lines in an austenitic nitrogen-alloyed steel can increase the number of twists with high strength and good fracture constriction. For comparison, a ferrite-free austenitic steel C and an austenitic / ferritic duplex steel D with a stable austenite content are used. The chemical composition is shown in Table 1, the structural composition in Table 2. The degree of deformation E is determined from the cross-sectional areas A _v and A _{n of} the round wire before and after cold drawing to ε = 100 (A _v -A _n / A _v Constriction of fracture is approximately the same for all four steels, and because of the high ferrite content, the tensile strength and yield strength of steel D are significantly lower than for steels A to C. Steels A and B according to the invention are three to five times higher at 20 and 32 respectively Twist ratio with comparable strength compared to the well-known ferrite-free steel structure C. In the literature, twist numbers from 2 to 6 are given for stainless austenitic steels after cold drawing / 3 /. It is according to DIN 51 212 under an axial prestress of 0.02 R _m The recording of current density / potential curves in aqueous 1 N H₂SO₄ solution at room temperature shows that all steels after cold drawing passivate (ε = 75%) and achieve a passive current density of <5 m A / cm², so that they can be described as rustproof. Molybdenum increases the resistance to pitting corrosion by chloride ions and copper dampens the corrosion caused by growth.
/ 1 / Schaeffler, AL: Constitutional Diagram for Stainless Steel Weld Metal, Metal Progress 56 (1949), p. 680;
/ 2 / Delong, WT: Ferrite in Austenitic Stainless Steel Weld Metal, Weld. Research (1974) pp. 273s-286s;
/ 3 / Schmidt, W., Domalski, HH, Schaffrath, W., Thyss.Edelst.Techn.Ber. 12 (1986) pp. 101-112.

Tafel 1 Plate 1

Chemische Zusammensetzung der Ausführungsbeispiele A bis D in Gew.-% Chemical composition of working examples A to D in% by weight

Tafel 2 Plate 2

Gefügezusammensetzung der Ausführungsbeispiele A bis D in % Structure composition of working examples A to D in%

Tafel 3 Table 3

Mechanische Eigenschaften der Ausführungsbeispiele A bis D nach dem Kaltziehen mit einem Umformgrad von ε = 75% Mechanical properties of working examples A to D after cold drawing with a degree of deformation of ε = 75%

Claims

1. A process for the production of high-strength rope wire made of stainless steel, characterized in that a wire rod with 0.15 to 0.30% by weight of nitrogen and a structure of austenite and 10 to 30% by volume of δ-ferrite stretched in rows by cold drawing 20 forms up to 50 vol.% martensite and achieves a tensile strength of 1650 MPa, a constriction of fracture of 35% and a twist number of 15.

2. The method according to claim 1, characterized in that the stainless steel 15 to 25% by weight of Cr and less than 15% by weight of Ni, 20% by weight of Mn, 5% by weight of Mo, Contains 3% by weight of Cu and 3% by weight of Si.

3. The method according to claim 1 and 2 characterized in that the steel Nitrogen content when melting under atmospheric pressure.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the wire after accelerated cooling or solution annealing after the rolling.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the cold drawing in several forming stages is carried out.

6. Use of a rope wire according to claim 1 to 5 for the production of ropes for marine technology.

7. Use of a rope wire according to claim 1 to 5 for the production of ropes for traffic engineering.

8. Use of a rope wire according to claim 1 to 5 for the production of ropes for mining.