DE2033002A1

DE2033002A1 - Hochfeste niednglegierte Stahle

Info

Publication number: DE2033002A1
Application number: DE19702033002
Authority: DE
Inventors: Michael Grozier John Da vid Mihehch John L Bethel Park Bell John Ray Pittsburgh Luyckx Leon Bridge ville Pa Korchynsky (VStA)
Original assignee: Jones & Laughlin Steel Corp , Pittsburgh, Pa (V St A )
Priority date: 1969-07-16
Filing date: 1970-07-03
Publication date: 1971-01-28
Also published as: JPS518093B1; GB1289373A; US3666452A; DE2033002B2; CA924540A

Description

JONES & LAUGHLIKL SiTEEL CORPORATION, Pittsburg, Pa. » V.St»A.

Hochfeste niedriglegierte Stähle·

Die vorliegende Erfindung betrifft hochfeste niedriglegierte Stähle sowie deren Herstellungsverfahren·

Um technisch abnahmefähig zu sein, muss ein hochfester niedriglegierter Stahl zusätzlich zur Hochfestigkeit auch gute Verformbarkeit, Zähigkeit, Schweissbarkeit und Dauerfestigkeit aufweisen.

Die Anmelderin hat niedriglegierte Stähle entwickeltwelche durch eine einzigartige Kombination von chemischer Zusammensetzung und Verfahrensparametern die obengenannten Eigenschaften bis zu einem Grad aufweisen welcher bisher für fertig warmge- M walztes Material nicht erreicht worden ist. Es war erforderlich die warmgewalzten niedriglegierten Stähle einer thermischen Behandlung zu unterwerfen um die Eigenschaften zu erzielen, welche die Stähle der vorliegenden Erfindung im warmgewalzten Zustand aufweisen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, niedriglegierte Stähle anzugeben, weiche Festigkeit in Verbindung mit Äi'igezelchneter Verformbarkeit, Zähigkeit, Schweissbarkeit und IlÄuerfestlgkelt aufweisen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung iet ·» solche Stähle anzugeben welche im warmgewalzten Endzustand durch eine Styeckf»etigkeit von mehr als 562o kg/cm _t

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original

eine Zerreissfestigkeit von mehr als 6680 kg/cm , eine Verformbarkeit, in Prozent Dehnung (5»08 cm)gemessen von über 18% und höhere Zähigkeit gekennzeichnet sind. Eine weitere Aufgabe desErfindung ist es solche Stähle anzugeben, welche ohne Rissbildung auf einen inneren Radius gleich oder weniger als die Dicke des Stahls gebogen werden können·

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen.

Völlig beruhigte hochfeste niedriglegierte Stähle, bestehend im wesentlichen aus 0,12% - 0,20% Kohlenstoff, l,lo% - 1,65% Mangan, 0,05% - 0,2o% Vanadin, 0,005% - 0,025% Stickstoff₉ Q,04% maxe Phosphor, 0,025% max. Schwefel, 0,60% max, Silizium₉ Eest Eisen, sind in einem fertig warmgewalzten Zustand durch Streck-

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festigkeiten von mehr als 5620 kg/cm , durch Zerreissfestigkeiten von mehr als 6680 kg/cm , Verformbarkeiten, gemessen in Prozent Dehnung (5»08 cm) von mehr als 18% und durch gute Zähigkeit gekennzeichnet. Die Stähle sind in einem Temperaturbereich von bis 899 C fertig warmgewalzt, mit einer Geschwindigkeit zwischen -6,67 C — 57 C. pro Sekunde abgekühlt und in einem Temperaturbereich von 551°C — 636 C aufgewickelt oder gestapelte Die Stähle welche durch-Einbringung von o,ol% - o₉lo% seltenen Erden modifiziert, sind weiter durch eine verbessert© Verformbarkeit gekennzeichnet.

Die Stähle der vorliegenden Erfindung sind völlig beruhigt und haben die folgende bevorzugte Zusammensetzung« Kohlenstoff: 0,12% - 0,20%; Mangans 1,10$ - 1,65%} Vanadins 0₉<p5% - 0_s20%| · Stickstoffs 0,005% - 0,025%,' Phosphors 0,0%% max» 1 Schwefel: 0,025% max.5 Siliziums 0„60%max_e? seltene Erdens 0 - 0,10%| Eisen*. Rest,

Zur Erlangung der gewünschten Charakteristika und Eigenschaf-

ten, Streckfestigkeit von mehr als 5620 kg/cm , Z©rr©issfestig-

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kalt von mehr als 6680 kg/cm , Verformbarkeit;, in Prozent Bshrnung (5,08 cm) gern©ssen, von mehr als .1.8%,--höherer Zähigkeit_r werden die Stähle in dem Temperaturbereich van S43°C - 899 C fertig warmgewalzt, und in einem Temperaturbereich von 55& 636⁰C aufgewickelt oder gestapeiti Für di® Läag® ©iw©s

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tisches eines modernen Warmwalzwerkes und übliche Walzgeschwindigkeiten, muss der Stahl, um die spezifischen Fertig- und Aufwickeltemperaturen aufrechtzuerhalten, in einem Bereich von -6,67 — 57 C pro Sekunde abgekühlt werden.

Die Bedeutung für die Behandlung der Stähle in dem Bereich der Fertigtemperaturen von 843°C - 899°C und der Aufwickeltemperaturen von 551°C - 636⁰C ist in Tafel I dargelegt.

Zusammensetang Gew.% C Mn Si V Al N .■■■■■-".

Thermische Behandl.

Endtemperatur C Aufwickeltemp <, C Streckfestigkeit kg/cm .

Zerreissfestigkeit kg/cm β Dehnung % (5,08cm)

TAFEL 1	Charge
Charge	803769
797138	0,13
0,15	1,38
1,30	0,45
0,45 ■	O,O88
O,10	0,024
0,20	0,015
0,019	0,008
0,007	Ο,ΟΙΟ
0,11	Tieftemp. Bereich
Hochtemp. Bereich	871 899
927 899	538 593
699 593

4970

5640 25,5

5640

6870 25,5

6360

8350 11

6020

7300 25,0

Das Material aus der Charge 797138 welches einer Hochtemperaturbehandlung unterworfen wurde,d.h. fertiggewaltzt bei einer Temperatur oberhalb 899 C und aufgewickelt bei einer Temperatur oberhalb 636 C zeigte eine geringere Streckfestigkeit und Zerreissfestigkeit als in den angegebenen Temperaturbereichen fertiggewaltzt e und aufgewickelte Material aus derselben Charge. Das Material aus der Charge 8Ο3769»welches bei einer in dem angegebenen Temperaturbereich liegenden Temperatur fertiggewaltzt wurde,aber welches bei einer Temperatur unterhalb 635 C aufgewickelt worden war,zeigte bei einer hohen Streckfestigkeit und Zerreissfestigkeit,eine geringe Verformbarkeit,gemessen in Prozent Dehnung ( 5,08 cm ). Material aus derselben Charge,welches

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ganz in den erfindungsgemässen Temperaturbereichen verarbeitet wurde,zeigte deutlich eine bessere Verformbarkeit„

Die Bedeutung des Beibehaltene der Stahlzusammensetzung wie oben angegeben ist in Tafel II dargelegt»

	C	TAFEL II	Charge	Charge
	Mn	Charge	439I-I	43233
•	Si	4347
Zusammensetzung	V
Gew.%	Al		0,18	0,17
N	0,16	1,19	1,50
P	1,01	0,37	0,53
S	o,o4	0,03	0,07
Endtemperatur C	0,10	0,057	0,16
Aufwickeltemp. C	0,022	0,012	0,021
Streckfestigkeit kg/cm *	o,oo4	0,007	0,007
Zerreissfestigkeit kg/cm ·	0,010	0,020	0,012
Dehnung % (5,08cm)	0,020	899	899
899	593	6o4
593	4030	6940
4680	544o	8150
6310	29	26,5
26,5

Die Chargen aus Tafel II wurden alle in den angegebenen erfindungsgemässen Temperaturbereichen behandelte Charge 4347 enthielt nur 0,004 % Stickstoff und hatte eine Streckfestigkeit und eine Zerreissfestigkeit wesentlich unter den gewünschten Festigkeiten. Charge 4391-1 enthielt Vanadin unter dem Minimumgehalt von 0,05 % wie oben angegeben und wies ebenfalls eine Streckfestigkeit und Zerreissfestigkeit auf welche bedeutend unter den gewünschten Festigkeiten lagen· Charge 43233 enthielt Vanadin in einer Menge nahe an der oberen Grenze der erfindungsgemässen Stähle und wies eine Streckfestigkeit und eine Zerreissfestigkeit auf, welche bedeutsam über dem angegebenen Minimum von 5620 kg/cm* lagen» Die Verformbarkeit des Stahls,gemessen in Prozent Dehnung (5,08 cm), war 26,5 %.

Die Auswirkung der thermischen Prozessparametern auf die Kerbschlageigenschaften der Stähle ist ebenfalls von Bedeutung,

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Dies geht aus Tafel III hervor.

	TAFEL	III	Charge	-
	Charge	806558	Charge
	797566		804982
Zusammensetzung
Gew.%		0,18
C	0,17	1,05	0,l4
Mn	1,50	o,oo4	1,16
P	0,007	0,011	0,009
S	0,012	0,045	0,011
Al	0,07	0,39	0,37
Si	O,53	0,089	0,056
V	0,16	0,021	0,072
N	0,021		0,018
Fertigtemperatur		9ö4
°C	899		893
Aufwiekeltemp.		7o4
°C	399		604
Prüfrichtung		Länge Quer
	Längs Quer		Längs Quer
Uebergangstemp.		10,0 -6,67
°G 50% Scher	1,67 -6,6.7	-51,1 -3,89	-26,1 -1.7 t 8
Uebergangstem». °C 377KWh.1O~.	-73,3 RT	-73,3 -26,1

Aufgenommene Energieo KWh.10

15,1

3,8

14,3

4,9 23,4

Die Proben für welche die Angaben in Tabelle III gemacht wurden waren 1/2 CHARPY-Proben mit Spitzkerb. Charge 797566
wurde bei einer Temperatur unterhalb der erfindungsgemässen
Minimumaufwickeltemperatur ( 551 C) aufgewickelt, während die Charge 806558 oberhalb der erfindungsgemässen Temperatur fertiggewalzt und aufgewickelt wurde. Charge 804982 wurde in den erfindungsgemässen Temperaturbereichen fertiggewalzt und aufgewickelt. In bezug auf Proben,weiche sowohl in Längs- als auch in Querrichtung zur Walzrichtung genommen wurden,hatte die
Charge 804982 geringere Uebergangstemperaturen bei 50 % Scher und 377xlO"*⁸KWh als Charge 8O6558. Charge 804982 hatte geringer· Uebergangetemperaturen bei 50 % Scher für sowohl Längs- als auch Querproben und bei 377xlO~ KWh für die Querprobe als Charge

797566» Die Längsproben der letzten beiden Chargen hatten die

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«elbe Uebergangeteniperatur bei 377*10 KWh. Die aufgenommene

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Energie bei den Proben vor dem Bruch bei Raumtemperatur (;21,1°C) war in Jedem Fall grosser für Charge 804982.

Für Anwendungen bei denen der Stahl strengen FormgebungsvorgängenL zu unterwerfen ist, werden in der Erfindung seltene Erden wie Cer, Lanthan, Praseodym, Yttrium, Scandium oder Mischmetall verwendet; Mischmetall ist natürlich eine Mischung von seltenen Erden. Die seltenen Erden können in reiner Form oder in Form von Verbindungen, wie z.B. Suizide, zugegeben werden. Um eine gute Rückgewinnung zu gewährleisten, werden die seltenen Erden vorzugsweise zum Stahl in der Blockform oder in der Pfanne zugegeben, nachdem der Stahl beruhigt worden ist. Die Verwendung von seltenen Erden führt zur Bildung von im wesentlichen kugelförmigen Einschlüssen, welche ihre Kugelform in dem warmgewalzten Produkt noch beibehalten. Die verbesserte Verformbarkeit solcher Stähle ist in Tafel IV dargestellt.

	C	TAFEL IV.	Charge
	Mn	Charge	985297
	Si	806558	6,35
Messlänge mm	S	6,35
Zusammensetzung	P
Gew.%	V		o,17
Al	0,17	1,34
N	1,11	0,4l
Ce	Q₉4o	0,008
Prüfrichtung	0,017	0,005
Shelf energy KWhxlO '.	0,008	o₉l3
50% Duktil-Spröd	o₉o93	0,077
Uebergangstemp. C	■ 0,053	0,022
Min. Biegeradius	0,019	o,oi4
ohne Rissbildung		Längs Quer
Querprobe	Längs Quer	154,6 75,4
124,4 45„2
	-23,3 -12,2
-6,67 12,2

	0,75 B .
2,5 D

Die verbesserten Biegeeigenschaftan der Charge 8O6558»w©lch® Cer enthielt, werden durch di© Tatsache bewiesen,dass Stähle aus

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dieser Charge um einen inneren Radius von min. 3/4 ihrer Dicke ohne Rissbildung gebogen werden könnten,während Stähle aus der Charge 985297»welche keine seltenen Erden enthielt,nur um einen min. inneren Radius von 2,5 mal die Dicke bevor Rissbildung gebogen werden konnten. Risslängen von weniger als 2,54 mm wurden nicht berücksichtigte Die Tabelle zeigt weiter dass die seltenen Erden zu verbesserter Zähigkeit beitragen, in bezug auf die gemessene "shelf energy".

Während ein Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,12 % - 0,20 % bevorzugt wird, sind in Abhängigkeit des Mangangehaltes auch niedrigere oder höhere Kohlenstoffgehalte zulässig. Wie bekannt,tritt mit der Zunahme des Kohlenstoffs eine Abnahme der Verformbarkeit, der Zähigkeit und der Schweissbarkeit auf,so dass im Falle wo eine Beeinträchtigung dieser Eigenschaften zur Erzielung höherer Festigkeitswerte zulässig ist,höhere Kohlenstoffgehalte verwendet werden» Während ein Mangangehalt von 1,10 % - 1,65 °h bevorzugt wird,können aber auch niedrigere Mangangehalte verwendet werden. Ist die Korrosionsbeständigkeit von Bedeutung,wird dem Stahl Kupfer zur Verbesserung der atmosphärischen Korrosionsbeständigkeit zugesetzt.

Die Stähle der vorliegenden Erfindung weisen eine ausgezeichnete Schweissbarkeit auf und sind hochbeständig gegen entweder Warmrissbildung oder Kaltrissbildung. Ein Vorheizen oder Nachheizen der Schweisstelle ist nicht erforderlich. Die Stähle der vorliegenden Erfindung sind öfters beständiger gegen Dauerschwingschäden als ein vergüteter Stahl der gleichen oder sogar höherer Festigkeit,insbesondere Streckfestigkeit. Der Grund dafür ist dass die erfindungsgemässen Stähle keiner thermischen Behandlung unterworfen werden und dadurch wirklich keine Randentkohlung aufweisen»

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Claims

Patentansprüche.

1. Beruhigter, hochfester niedriglegierter Stahl, gekennzeichnet dadurch dass er in einem Temperaturbereich von 843°C 899 C fertig warmgewalzt ist, dass er in einem Bereich von -6,67 C' - 57 C pro Sekunde abgekühlt ist und in einem Temperaturbereich von 551 C - 636 C gesammelt worden ist, weiter gekennzeichnet im warmgewalzten Zustand durch eine Streckfestigkeit von niehr als 562o kg/cm _t eine Zerreissfestig-

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keit von mehr als 668O kg/cm , eine Verforinbarkeit, gemessen durch Prozent Dehnung (5,08 cm) , von mehr als 18% und durch gute Zähigkeit, und dass der Stahl aus wenigstens 0,12% Kohloiistoff, max. 1,65% Mangan, wenigstens 0,05% Vanadin, 0,005$ l.'ih O,O25$ Stickstoff, 0,04% max. Phosphor, 0,025% max. Schwefel, O,6O% max. Silizium, Hest Eisen besteht.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass er 0,12% O,2O"<i Kohlenstoff, 1,1O% - 1,65% Mangan, und 0,05% - 0,20% Vanadin enthält.

3c Stahl gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch verbesserte Hii'geei^i'uschal'ten und das- or 0,01**' - O,1O% seltene Erden oder eine Mischung von seltenen Erden enthält.

4· Verfahren zur Herstellung eines niedrig-legierten hochfestes Stahls gemäss Anspruch 1 - 3» dadurch gekennzeichnet dass der Stahl bei einer Fertigtemperatur im Bereich von 843 C 899°C verarbeitet wird, dass der warmgewalzte Stahl mit einer Geschwindigkeit im Bereich von -6,67 C - 57 C pro Sekunde abgekühlt wird und dass das abgekühlte Material bei einer Temperatur im Bereich von 551 C - 636⁰C gesammelt wird.

5· Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass der Stahl O,12% - O,2O% Kohlenstoff, 1,10% - 1,65% Mangan, und 0,05% - O,20% Vanadin enthält.

6. Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass der Stahl O,O1% - O,1O% seltene Erden oder eine Mischung von seltenen Erden enthält.

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