DE2033003A1

DE2033003A1 - Hochfeste unlegierte Kohlenstoffstahle mit verbesserter Verformbarkeit

Info

Publication number: DE2033003A1
Application number: DE19702033003
Authority: DE
Inventors: Michael Grozier John Da vid Mihelich John L Bethel Park Pa Korchynsky (V St A)
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: JPS4927483B1; DE2033003B2; GB1290659A; CA922939A; US3671336A

Description

JONES & LAUGHLIH STEEL CORPORATIOMi, Pittsburgh, Pa., V.St.A.

Hochfeste unlegierte Kohlenstoffstähle mit verbesserter Verformbarkeit.

Die vorliegende Erfindung betrifft im-'-allgemeinem hochfeste Stähle, insbesondere hochfeste unlegierte Kohlenetoffstähle Λ mit besserer Verformbarkeit·

Von der Anmelderia sind hochfeste unlegierte Kohlenstoffstähle entwickelt worden welohe nach beendetem Warmwalzen eine gute Verformbarkeit und eine 2ähigkeit sowie Festigkeit aufweisen, welche vorher nur bei Stählen welche ein Verfestigungsmittel enthielten oder bei Stählen welche nach dem Warmwalzen vergütet worden sind, zn. finden sind· Die verbesserten Eigenschaften werden durch Warmwalzen der Stähle unter kritischen Temperaturbedingungen hervorgerufeni. Die erfindungsgemässen Stähle aeigen" auch eine bessere Verformbarkeit welche durch die Verwendung eines Mittels aur Regelung der Fora der Einschlüsse herrorgefnfen f wird. Dieses Mittel enthält entweder Zirkon, oder selten· Irden oder Mischmetall, was natürlich eine Mischung aus seltenen Erden ist. Die Verwendung eines Mittel» zur Regelung der Form der Einschluss· führt zur Bisdung von la wesentlichen kngelfuraig·» Einschlüssen welch· ihr· kugelförmig» Fora in d«a warag«wal«t·»

Material beibehalten, '

i. i ·

Eine Aufgab» der verliegenden Erfladung ist ·« unlegiert· Kohlenstoffstahl· alt h#*«r r#iti«k«jE.* im Verliindmng alt ***φν Zähigkeit urid 7erB*nd#rung»v#p«#gen «cwi· besserer Verfetaeark*lt anzug«|ba« ^r . _;

Bin· weiter· A*fiftt« der Iffi«liif *·* ·· »oUh* 8t4Hi·

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geben welche im warmgewalzten Endzustand durch Streckfestigkeiten von mehr als 2460 kg/cm , Zerreissf estigkeiten. von mehr als 3870 kg/cm , Verformbarkeiten in Prozent Behnung (5»08 cm) gemessen, von mehr als 30% und gute Zähigkeit gekennzeichnet sind· Eineweitere Aufgabe der Erfindung ist ·α solche Stähle anzugeben welche ohne Rissbildung auf einen inneren Radius gleich oder weniger als die Hälfte der Dicke des Stahls gebogen werden könne»

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

Die Stähle der vorliegenden Erfindung sind völlig beruhigt und haben im allgemeinen die folgende Zusammensetzung: Kohleastoff 1 o,06 - 0,20%; Mangant 0,4. - 1*2$} Silizium» 0,005 - o,3%j Schwefel: 0,04 ^ max.^ Phosphors Ο,θ4% max.} ein Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse begreifend entweder 0,05 -0,2% Zirkon} oder 0,01 - 0,1 % seltene Erden, oder Θ,ΘΙ - 0,1 % Mischmetall } Rest Eisen*

Bevorzugte erfindungsgemäss® Stähle bestallen Im wesentlichen aus 0,12 - 0,16 $ Kohlenstoff, 0,5 - 0,7 % Mangan, 0,1 % max. Silizium, 0,02 $ max. Schwefel, 0,03 %'max."Phosphor, 0,08 - 0,12 % Zirkon oder 0,01 - 0,10 % selten· Erden oder Mischmetall, Rest Eisen· Seltene Erden, weiche in den erfinAungsgemässen Stählen verwendet werden, sind beispielsweise, Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym, Yttrium und Scanduim.

Zur Erlangung der gewünschten Charakteristik», und Eigensohaf-

' Ά

tea, Streckfestigkeit von mehr als 2460 kg/em , 2«rr®ie»£estig-

2
keit von mehr als 3&7Ο kg/em , Verformbarkeit in Prozent Dehnung (5,09 cm) gemessen, von mehr als 30 %. gut® Zähigkeit, werden die Stähle in einem Temperaturbereich vom 143°C -■ 899°C fertig warmgewalzt, mit einer Geschwindigkeit zwischen ·=Μδ,©"7®6 w&a 57°C .pro Sekunde abgekühlt und in einem T®aä$@F&töJfb®r®ie& von €©7°C bis fe36°C aufgewickelt oder gestapelt · Bei Mi»<§reii als geiienen Temperaturen feriigg»^»lsta od«r geemnnelt· oSer «it einer geringer·» Geschwindigkeit als -6,6^C pr« S^kwuä« ktthlt· Stähl· zeigen im allgemeinen Festigkeiten unterhalb

2
24tO kg/em und

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2
Streckfestlgkeit von 24tO kg/em und einer Z©rreissf©stigk«it

2 von 3870 kg/cm * Zusätzlich zeigen die Stähle keine so gute Schlagfestigkeitseigenschaften als. Stähle welche in den obengenannten Temperaturbereichen warmgewalzt worden sind* Stähle "* welche unterhalb der bevorzugten Temperaturbereichen fertiggewalzt oder aufgewickelt worden sind, zeigen geringere Verformbarkeiten als die erfindungsgemässen Stähle· Zusätzlich führen niediige Endtemperaturen zu Herstellungsanfälligkeiten dadurch dass die Walzgeschwindigkeiten zur Erzielung geringerer Endtemperaturen herabgesetzt werden müssen·

Wie oben schon dargestellt, bewirkt das Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse, dass die Sulfideinschlüsse in den Stählen ihre kugelförmige Form bewahren was zu einer bedeutenden Verbesserung der Verformbarkeit des Materials führt. In Abwesenheit des Mittels zur Regelung der Form der Einschlüsse, strecken sich verschiedene Einschlüsse während des Warmwalzens und richten sich parallelzur Wal«richtung aus und beeinflussen die Verformbarkeit nachteilig.

Genügend Zirkon wird den erfindamgsgemässen Stählen zugegebe» so dass in dem Stahl ein Minimum von 0,02% Zirkon zusätzlich zu dem Zirkon welches sich mit dem Stickstoff in dem Stahl zur Bildung von Nitriden verbindet, vorhanden ist. Für einen typischen hochfesten niedriglegierten Stahl mit O,OO6 % Stickstoff wird dem Stahl ungefähr ein Minimum von O,06% Zirkon zugesetzt. Die erforderliche Minimalmenge an Zirkon wird durch die folgende Formel gegeben: % Zirkon m 0,02% Zirkon* 6,5 Gew % N. Der Zirkon wird vorzugsweise dem Stahl in der Blockform während des Giessens zugegeben. Die Zirkonzusätze erfolgen wenn die Form ungefähr ein Drittel gefüllt ist, Der Zusatz wird gestoppt wenn die Form ungefähr zwei Drittel gefüllt ist. Typische Zirkon-Rückgewinnungen mit dieser Zugabemethode betrügen ungefähr 60%. Die Zirkonzugaben können auch in der Pfanne durchgeführt werden nachdem die Charge abgestochen ist. Jedoch muss der Stahl in der Pfanne völlig beruhigt sein um eine gute Zirkonrückgewinnung zu gewährleisten. Bei dieser Technik ist es wichtig eine gute Giesstechnik anzuwenden um die Sauerstoff— oder Stickstoffaufnähme auf ein Minumum zu reduzieren, denn die Sauerstoff — oder Stickstoffaufnahme beeinflusst die Zirkonrückgewinnung nächteilig.

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Die Bedeutung der Behandlung der Stähle in einem Endtemperaturbereich von 843°C - 899°C, des Kühlens mit einer Geschwindigkeit zwischen -6,67 C und 57 ^c pro Sekunde und des Stapeins des Stahls in einem bevorzugten Temperaturbereich von 607⁰C - 636⁰C ist in Tabelle I dargestellt.

TABELLE

Bund

Platte . Platte

Länge
Endwalztemperatur

6,35

888

7,93
710

6,35
977

7,95 960

Stapeltemperatur

566

577

704

732

Kühlgeschwindigkeit* 4,44 °C/Sekunde

Streckfeatigkeit 2875

kg/cm²

Zerreissfestigkeit 455° kg/cm²

% Dehnung 28,0

2jo,32 cm

Korngrösse (ιASTM) 9,6

Längsschlag-

Ubergangstemperatur oC -45t6 (50 % FATT)

1,67 -16,7 -16,7 2735 2505 23IO 4660 4380 4220 29,5 26,5 31

10,4 8,9 7,6

-53,8 -31,6 -26,2

Kühlgeschwindigkeit zwischen den End- und Stapeltemperaturen·

Die Charge der Produkt· aus Tabelle X hatte eine Analyse von 0,l4 % C, 0,16. % Mn und 0,06# Si; Die geringere Fertig- und Aufwickeltemperaturen der aufgewickelten Produkt· zusammen mit den schnelleren Kühlgeschwindigkeiten führten zu kleineren Korngrössen und grösseren Festigkeitswerten und zu verbesserter Kerbsähigkeit, wie im Vergleich zu den Platten durch ihre geringer· Bruchauftritt- Ueb«rgangst«mp«ratur«n ((FATT) gezeigt wird· Di· ίιν·Γ-besserten Eigenschaften welch· durch die erhöhten Abkühlgeschwindigkeiten gemäss dieser Erfindung hervorgerufen werden, sind in *

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Tabelle II dargestellt.

TABELLE II,

Charge No.427829

Charge No COM-2

Länge

Kühlgeschwindigkeit C/see.

Streckfestigkeit kg/cm²

Zerreissfestigkeit 2

% Dehnung

2,54 cm

Korngrösse ((ASTM))

Längsschlag-Übergangstemperatur ° ((i FATT)

12,7 } 12,7

-16,7 5 18,9

2l4O ι 3360

1 4480

36,5 i 36,5

6,6 j 8,8

>21,1 1 -28,9

7·} 12,7 -16,7 } 22,8

2350 5 335O 3870 1 4630

37r5 I 37,5 7,0 ; 9,4 21,1 1 -23,3

Charge No. 427829 war ein unlegierter Kohlenstoffstahl mit 0,l4% Kohlenstoff, 0,28% Mangan und 0,06% Silizium. Charge No. COM-St war ein unlegierter Kohlenstoffstahl mit 0,12% Kohlenstoff, 0,44% Mangan und 0,05% Silizium. Die schnelleren Abkühlgeschwindigkeiten führten zu verringerten Ferrit-Kerngrössen welche die grösseren Streckfestigkeiten und bessere Zähigkeit hervorrufen.

Die verbesserte Verformbarkeit der erfindungsgemässen Stähle ist in Tabelle III dargelegt.

TABELH III.

Charge No. 957220 Charge No. 957ο*7

Länge Gew.* C

Oiw^ Ma

a«w.% si

7,11 0,19

o,39

o,o42

ο,·2ο

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6,35 o,i4

0,5 ο, öl o,ol9

-^&- 2033t) 03

Charge No. 957220 Charge No, 957007

Gew.$ P	o,oo7
Gew.% Zr	—
Gew.i Al	o,o3o
ZvrreiBsfestigkeit kg/cm²	3ooo
Shelf Energy KWh 10"' Y-Kerbe Charpy-Probe
Längs ι	2o3,6
Quer ι	64,1
50% Duktil-Spröd Uebergangstemperatur ^Cj
Längs t	-45,6
Quer t	-23,3

o_fol 0,08 o,o35

285o

23o,o 143

-53,7 -51,1

Min· Biegeradius ohne Rissbildung Querprobet IT 2 T .

Die verbesserten Biegeeigenschaften des Materials aus Charge No* 957007 welches Zirkon als Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse enthält, wird durch die Tatsache bewiesen, dass die aus dieser Charge herrührenden Stähle um einen inneren Radius von minimum o,5o8 om der Dicke ohne Rissbildung gebogen werden konnten, während Stähle aus der Charge No. 95722ο, welche kein Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse enthielten, nur um ein minimum inneren Radius gleich der Dicke gebogen werden konnten bis die Rissbildung auftrat· Risslängen von weniger als o,25 cm wurden nicht berücksichtigt. Die Tabelle zeigt weiter dass das Zirkon dazu beiträgt die Zähigkeit zu verbessern, insbesondere in querlaufender Richtung. Gleichwertig verbessert· Verformbarkeit und Zähigkeit wird eher durch die Verwendung von seltenen Erden oder von Mischmetall als mit Zirkon als Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse erzielt.

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Claims

Patentansprüche.

1« Beruhigter hochfester unlegierter Kohlenstoffstahl dadurch gekennzeichnet dass er in einem Temperaturbereich von 843°C — 899 C fertig warmgewalzt ist, dass er mit einer Geschwindigkeit zwischen -6,67⁰C und 57°G pro Sekunde abgekühlt ist und dass er in einem bevorzugten Temperaturbereich von 6o? C — 636. G gestapelt ist, dass der Stahl in warmgewalztem Zustand gekennzeichnet ist durch eine Streckfestigkeit von mehr als f 2460 kg/cm , durch eine Zerreissfestigkeit von mehr als 3870 kg/cm ,durch eine Verformbarkeit, in Prozent Dehnung (5t08cm) gemessen, von mehr als 30$, durch gute Zähigkeit und Formämderungsvermögen, und dass der Stahl im wesentlichen aus 0,06-0,2% Kohlenstoff, 0,4 - 1,2% Mangan, 0,005 -0,3% Silizium, O,O4% max· Schwefel, 0,04% max. Phosphor, aus einem Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse aus der Gruppe bestehend aus O,O5 - 0,20% Zirkon, oder 0,Ol - 0,1% seltene Erden oder 0,01 - 0,1% Mischmetall, Rest Eisen, besteht.

2« Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse 0,05 - 0,2% Zirkon ent- j hält. ',■■■"

3· Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse 0,01 — 0,1% seltene Erden enthält.

4· Beruhigter hochfester unlegierter Kohlenstoffstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass er aus 0,12 - 0,15% Kohlenstoff, 0,5 - 0,7% Mangan, 0,3 max. Silizium, 0,02% max. Schwefel, 0,03% max· Phosphor, aus einem Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse aus der Gruppe bestehend aus 0,08-0,12% Zirkon, 0,01 - 0,1% seltene Erden oder 0,01 - 0,1% Mischmetall, Rest Eisen besteht·

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