DE2018561B2 - Verfahren zur Verbesserung der Härtbarkeit von Stählen - Google Patents
Verfahren zur Verbesserung der Härtbarkeit von StählenInfo
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Description
Faktor = —1,37587 + 1,02692 · Silicium %
+ 0,49025 · Kupfer %
+ 0,50216 · Mangan %
+ 2,38480 · Kohlenstoff %
+ 0,35889 · Chrom %
+ 1,07513-Molybdän %
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+ 0,35889 · Chrom %
+ 1,07513-Molybdän %
— 0,05591 · BS Korngrößennummer
— 2,46496 · Schwefel %
+ 0,48334 · Nickel %
+ 0,48334 · Nickel %
+ 3,37670 · Phosphor %
— 0,59522-Zinn %
worin der Faktor nicht weniger als 0,80 ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vakuumbehandelt
wird.
50
35
45
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung
der Härtbarkeit von Stählen, bestehend aus 0,36 bis 0,45% C, 1,5 bis 2,0% Mn, 0,25 bis 0,5% Si,
0,2 bis 0,3 %Cr, 0,15 bis 0,3% Ni, 0,1 bis 0,15% Mo,
0,01 bis 0,05% S1 0,01 bis 0,05% P, 0 bis 0,25% Cu, bis 0,3 % Sn, Rest Eisen und Verunreinigungen, auf
eine Härtbarkeit, weiche der eines niedrig legierten Stahls mit der Werkstoffnummer 1.6582 entspricht.
Die Härtung von Stählen erfolgt durch schnelles Abkühlen, um die Umwandlung in andere Phasen als
Martensit zu verhindern. Die Abkühlgeschwindigkeit ist jedoch durch die maximal erreichbare Wärmeabfuhr
aus dem Inneren des Stahls zu seiner Oberfläche begrenzt. Die Härtbarkeit von Stählen läßt sich durch
Zugabe von Legierungselementen steigern, die für eine
Verzögerung der Phasenumwandlungen beim Abkühlen sorgen. Bekanntlich ist eine merkbare Steigerung
der Härtbarkeit von niedrig legierten Stählen erst bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,4% erreichbar. Der
eingangs genannte Stahl mit der Werkstoffnummer 1 6582 und der Bezeichnung 34 CrNiMo 6 hat einen
Gehalt von 0,30 bis 0,38% C, 0,15 bis 0,35% Si, 0,40 bis 0,70% Mn, 1,4 bis 1,7% Cr, 0,15 bis 0,25% Mo,
1,4 bis 1,7% Ni, einen maximalen Phosphorgehalt von o)o35% und einen maximalen Schwefelgehalt von
o!o35%. Die Härtbarkeit dieses Vergütungsstahls ist
bekanntlich besser als die des Stahls der eingangs genannten Art.
Die Zusammensetzung des eingangs genannten Stahls ist bereits durch sich überschneidende Anteilsbereiche
der Komponenten bekannt. So hat der Stahl mit der SAE-Bezeichnung 9445 H eine Zusammensetzung aus
0,42 bis 0,50% C, 0,95 bis 1,35% Mn, 0,25 bis 0,35% Si, 0,25 bis 0,65% Ni, 0,25 bis 0,55% Cr, 0,08 bis
0,15% Mo, S und P je maximal 0,040%, bis 0,35% Cu, Rest Eisen (W. Crafts — I. L. Lamont »Härtbarkeit
und Auswahl von Stählen«, Springer-Verlag, BerMn/Göttingen/Heidelberg, 1954, S. 213 bis 215).
Die Härtbarkeit dieses bekannten, niedrig legierten Stahls ist vergleichsweise gering.
Bekannt ist weiterhin, daß der Zusatz von Aluminium in eine zu vergießende Stahlschmelze kornverfeinernd
und desoxydierend wirkt, daß jedoch dadurch die Härtbarkeit vermindert wird. Weiterhin ist bekannt,
daß der Gehalt an gelöstem Stickstoff und Wasserstoff, sofern er im festen Zustand erhalten bleibt, die Härtbarkeit
erhöht. Deshalb ist eine höhere Schmelztemperatur vorteilhaft hinsichtlich der Härtbarkeit. So zeigt
Elektrostahl, der heißer als Siemens-Martin-Stahl erschmolzen wird, eine höhere Härtbarkeit (H. Arend
— W- Neuhaus »Die Härtbarkeit des Stahles«, Verlag
Girardet, Essen, 1955, S. 202, 203). Bekanntlich liegt die Schmelztemperatur für Elektrostahl zwischen
1590 und 1640 C.
Bekannt ist noch, bei der Herstellung von Spezialstählen
Aluminium als Sonderdesoxydationsmittel zu verwenden. Diese SpezialStähle sind Feinkornstähle
oder alterungssichere Stähle hohen Reinheitsgrads. Zu diesen Stählen gehören ein Chrom-Mangan-Einsatzstahl,
ein unlegierter Werkzeugstahl mit 0,7% C sowie ein Mangan-Werkzeugstahl mit 0,8% C und
2,0% Mn. Diese SpezialStähle haben schon auf Grund ihres hohen Kohlenstoffgehalts eine Härtbarkeit, die
höher als die niedrig legierter Stähle ist.
Um solche gegen Kornwachstum beständige Stähle mit niedrigem Gehalt an nicht-metallischen oxydischen
Einschlüssen in dem desoxydierten Stahlbad, dessen Temperatur mindestens 1500C über der Liquidustemperatur
liegt, herzustellen, wird Aluminium in einer solchen Menge zulegiert, daß der Stahl im erstarrten
Zustand 0,05 bis 0,50% Al enthält. Der Gehalt an Aluminium im angegebenen Ausmaß soll verbessernd
auf die Durchhärtung und Durchvergütbarkeit wirken. Bekanntlich werden zur Herstellung solcher
Spezialstähle Temperaturen von 1630 bis 17000C verwendet
(schweizerische Patentschrift 3 53 025).
Gesichert gilt die Lehre, daß die Härtbarkeit durch den Kronverfeinerungseffekt reduziert wird. Die Härtbarkeit
und die Vergütbarkeit lassen sich nach dieser bekannten Lehre nicht gleichzeitig steigern, vielmehr
führt eine Steigerung der Vergütbarkeit bei einem Stahl notwendigerweise zu einer Verminderung seiner
Härtbarkeit. Die vorstehend erwähnU Verbesserung
der Durchhärtung und der Durchvergütung bedeutet also eine Steigerung der Durchvernitbarkeit, bei welcher
jedoch die damit zwangsweise verbundene Herabsetzung der Härtbarkeit in Kauf genommen werden
muß.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Verfahren der eingangs genannten
Art so auszubilden, daß mit ihm bei unlegierten oder niedrig legierten, auf wirtschaftliche Weise
herstellbaren Kohlenstoffstählen eine Härtbarkeit erreichbar ist, die höher ist als die bisher erreichbare.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Schmelze
unmittelbar vor dem Abstich für eine Zeit von 2 bis 30 min auf eine Temperatur von wenigstens 1675° C
erhitzt wird und daß vor oder während dem Gießen Aluminium und/oder Titan derart zugesetzt wird, daß
der Stahl in erstarrtem Zustand 0,03 bis 0,10% Al und/oder 0,03 % Ti enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß bei einem niedrig legierten und daher wirtschaftlich
herstellbaren Stahl eine Härtbarkeit erreicht wird, die im wesentlichen derjenigen eines viel höher legierten
und dadurch in der Herstellung bedeutend teureren Stahls entspricht. Durch die Zugabe des Alunvniums
ergibt sich die bekannte Kornverfeinerung, was eine günstige Auswirkung auf die Kerbschlagzähigkeit hat.
Diese Verfeinerung der Korngröße müßte nach der bekannten Lehre zu einer geringfügigen Reduzierung
der Härtbarkeit führen. Eine derartige Reduzierung der Härtbarkeii stellt sich jedoch nicht ein. Statt dessen
zeigt sich überraschenderweise, daß eine erheblich höhere Härtbarkeit erreicht wird. Dieser überraschende
Effekt wird neben der Zugabe der genannten Aluminium- und/oder Titanmenge darauf zurückgeführt, daß
nach Herstellung des Temperaturausgleichs der Stahlschmelze die Schmelze unmittelbar vor dem Abstich
noch für eine Zeit von 2 bis 30 min auf einer Temperatur von wenigstens 1675' C gehalten wird.
Die Steigerung der Härtbarkeit wird auch dann erreicht, wenn das Aluminium und/oder Titan zugefügt
wird, während das Metall die Temperatur von nicht weniger als 1675'C aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch auf eine bevorzugte Zusammensetzung eines Stahls anwenden,
der aus 0,42% C, 1,59% Mn, 0,43% Si, 0,25% Cr, 0,22% Ni, 0,030% P, 0,33% S, 0,11 % Mo,
0,17% Cu, 0,026% Sn, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen besteht.
Für das erfindungsgemäße Verfahren gilt auch die Maßgabe, daß die Zusammensetzung der Schmelze
mit der folgenden Formel übereinstimmt: Faktor = —1,37587 + 1,02692 · Silicium % -f 0,49025 · Kupfer
% + 0,50216 · Mangan % + 2,38480 · Kohlenstoff % + 0,35889 · Chrom % + 1,07513 · Molybdän %
—0,05591 · BS Korngrößennummer —2,46496 · Schwefel % + 0,48334 · Nickel % + 3,37670 · Phosphor %
—0,59522 · Zinn %, worin der Faktor nicht weniger als 0,80 ist. Die obere Grenze dieses Faktors ist durch
die eingangs genannte, dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde gelegte Stahlzusammensetzung festgelegt,
so daß durch die Angabe der unteren Grenze dieses Faktors eine vollständige technische Lehre vorliegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann außerdem zum Entfernen von Wasserstoff die Schmelze
vakuumbehandelt werden.
Die auf die erfindungsgemäße Weise mögliche Steigegerung
der Härtbarkeit erklärt man sich folgendermaßen: Normalerweise ist in der Schmelze Stickstoff
in Form von Nitriden vorhanden. Dieser Stickstoff kann bei der Umwandlung beim Abkühlen des Stahls
als Keim wirken und dadurch die Umwandlungsgeschwindigkeit erhöhen, wodurch die Härtbarkeit des
Stahls reduziert wird. Bei der entsprechend langenErhitzung der Schmelze auf wenigstens 1675°C wird der
ίο Stickstoff frei. Durch den Zusatz von Titan oder Aluminium
wird der Stickstoff gebunden, so daß seine keimbildende Wirkung beseitigt wird. Wenn kein
Titan oder Aluminium zugegeben wird, die Schmelze jedoch trotzdem auf die Temperatur von 16750C erhitzt
wird, wird zwar die Gesamtmenge des Keime bildenden Stickstoffs reduziert, der verbleibende Teil
genügt jedoch, die Härtbarkeit, wie sie erfindungsgemäß erreichbar ist, zu verringern. Diese Überlegungen
zeigen, daß neben Titan und Aluminium auch solche Materialien zur Lösung der Aufgabe beitragen, welche
die Stickstoffkeime in der erfindungsgemäßen Weise unwirksam machen. Das bedeutet auch, daß gegebenenfalls
auch Stähle mit mittleren Gehalten an Legierungselementen, also Stähle, die von dem eingangs
genannten Wirkungsbereich etwas abweichen, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Härtbarkeitssteigerung
aufweisen können. Der Anteil von wenigstens 0,1 Mo wirkt sich hinsichtlich der Anlaßsprödigkeit
besonders günstig aus.
An Hand des nachstehenden Beispiels wird die Erfindung näher erläutert.
Eine Stahlschmelze wird auf Grund der beim Schmelzen vorgenommenen Analyse durch Zugabe
entsprechender Komponenten unter Anwendung der vorstehend genannten Formel zur Erzielung eines
Faktors von mindestens 0,80, erschmolzen, wobei sie eine Endzusammensetzung von 0,42% C, 1,59% Mn,
0,47% Si, 0,25% Cr, 0,22% Ni, 0,030% P, 0,033% S, 0,11% Mo, 0,17% Cu, 0,026% Sn, Rest Eisen und
unvermeidbare Verunreinigungen aufweist. Der Faktor für diese Zusammensetzung aus der vorstehenden
Formel ergibt 0,825. Vor dem Vergießen wird die Temperatur der Schmelze auf etwa 17001C gebracht und
nach Ausgleich der Temperatur in der Schmelze während eines Zeitraums auf dieser Temperatur gehalten,
der zwischen 2 und 30 min liegt. Bei dieser Temperatur wird der Schmelze Aluminium in einer Menge zugefügt,
daß der Endgehalt 0,07% beträgt. Bei der Zugabe von Aluminium und Titan könnte die Menge
eines jeden dieser Elemente etwas geringer sein. Nach dem Vergießen dieses Stahls würde man auf Grund
seiner Zusammensetzung die für niedrig legierte Stähle übliche Härtbarkeit erwarten. Statt dessen
zeigt der erhaltene Stahl eine Härtbarkeit, die einem erheblich höher legierten Stahl entspricht,
der 1,5% Ni, 1,25% Cr und 0,5% Mo aufweist und mit dem Stahl der Werkstoffnummer 1.6582
vergleichbar ist.
Dies wird an Hand der Zeichnung veranschaulicht, die ein Diagramm zeigt, in welchem die Vickers-Härtewerte
(HV), die nach dem Jominy-Test ermittelt wurden, abhängig vom Abstand vom gehärteten Ende
des Prüfkörpers aufgetragen ist. Untersucht wurden Prüfkörper aus dem Stahl gemäß dem vorstehenden
Beispiel (Kurve 1), aus dem Stahl der Zusammensetzung des vorstehenden Beispiels, wobei die Schmelze
auf dieselbe Temperatur gebracht wurde, jedoch kein Aluminium und/oder Titan zugegeben wurde (Kurve 2),
Claims (4)
1. Verfahren zur Verbesserung der Härtbarkeit von Stählen, bestehend aus 0,36% bis 0,45% C,
1,5 bis 2% Mn, 0,25 bis 0,5% Si, 0,2 bis 0,3% Cr, 0,15 bis 0,3% Ni, 0,1 bis 0,15%Mo, 0,01 bis 0,05%
S, 0,01 bis 0,05% P, O bis 0,25% Cu, O bis 0,03% Sn, Rest Eisen und Verunreinigungen, auf eine
Härtbarkeit, welche der eines niedrig legierten Stahls mit der Werkstoff nummer 1.6582 entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze unmittelbar vor dem Absticl; für eine
Zeit von 2 bis 30 min auf eine Temperatur VGn wenigstens 1675° C erhitzt wird und daß vor oder
während des Gießens Aluminium und/oder Titan derart zugesetzt wird, daß der Stahl im erstarrten
Zustand 0,03 bis 0,10% Al und/oder 0,03% Ti enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ao zeichnet, daß das Aluminium und/oder Titan im
Ofen oder in der Pfanne zugeführt wird, während das Metall die Temperatur von nicht weniger als
1675° C aufweist.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl, bestehend aus 0,42% C, 1,59% Mn,
0,43% Si, 0,25% Cr, 0,22% Ni, 0,030% P, 0,033% S, 0,11 % Mo, 0,17% Cu, 0,026% Sn, Rest Eisen
und unvermeidbare Verunreinigungen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche rniit der Maßgabe, daß die Zusammensetzung
der Schmelze mit der folgenden Formel übereinstimmt:
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1970
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- 1970-04-17 JP JP3263870A patent/JPS5428369B1/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE2018561A1 (de) | 1971-10-14 |
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| GB1308607A (en) | 1973-02-21 |
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