DE2033003B2

DE2033003B2 - Verfahren zur verformung und waermebehandlung eines beruhigten, niedrig legierten stahles

Info

Publication number: DE2033003B2
Application number: DE19702033003
Authority: DE
Inventors: Michael; Grozier John David; Mihelich John L.; Bethel Park Pa. Korchynsky (V.StA.)
Original assignee: Jones and Laughlin Steel Corp
Current assignee: Jones and Laughlin Steel Corp
Priority date: 1969-07-16
Filing date: 1970-07-03
Publication date: 1976-02-05
Also published as: US3671336A; JPS4927483B1; CA922939A; DE2033003A1; GB1290659A

Description

Tabelle I

	Probe a)	Probe b)	Vergieichsprobe a)	Vergleichsprobe b)
Probenstärke (mm)	6,35	7,93	6,35	7,95
Endwalztemperatur (° C)	888	877	977	960
Stapeltemperatur (⁰C)	621	632	704	732
Kühlgeschwindigkeit (°C/s)*)	22	19,25	1,1	1.1
Streckgrenze (kp/mm²)	28,75	27,35	25,05	23,10
Zugfestigkeit (kp/mm²)	45,50	46,60	43,80	42,20
Dehnung (20,32 cm) (%)	28,0	29,5	26,5	31
Korngröße (ASTM)	9,6	10,4	8,9	7,6
Übergangstemperatur (⁰C)**)	-45,6	-47,9	-31,2	-25,8

*) Kühlpeschwindigkeit zwischen Eridwalztemperatur und StapeUemperatur.

**) 50% FATT (die Temperatur, bei der der Probenkörper bei der Charpy-Kerbschlagzähigkeitspriifung Mischbruch mit je 50% Anteilen an Verformungsbruch und Sprödbruch nebeneinander aufweist).

Tabelle II

	Probe c)	Vergleichsprobe c)	Probe d)	Vergleichsprobe d)
Probenstärke (mm)	12,7	12,7	12,7	12,7
Kühlgeschwindigkeit (°C/s)	36,3	1,1	48,2	1,1
Streckgrenze (kp/mm²)	33,60	21,40	33,50	23,50
Zugfestigkeit (kp/mm²)	44,80	36,30	46,30	38,70
Dehnung (2,54 cm) (%)	36,5	36,5	37,5	37,5
Korngröße (ASTM)	8,8	6,6	9,4	7,0
Übergangstemperatur (⁰C)*)	-28,9	+21,1	-23,3	+ 21,1

*) 50% FATT (die Temperatur, bei der der Probenkörper bei der Charpy-Kerbschlagzähigkeitsprüfung Mischbruch mit je 50% Anteilen an Verformungsbruch und Sprödbruch nebeneinander aufweist).

Für die Probe c) und die Vergleiohsprobe c) wurde ein Stahl der erfindungsgemäß zu verwendenden Art mit 0,14% C, 0,58% Mn und 0,06% Si ohne Zirkonium, und für die Probe d) und die Vergleichsprobe d) ein solcher mit 0,12% C, 0,44% Mn und 0,05% Si ohne Zirkonium verwendet. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäße schnelle Kühlgeschwindigkeit zu vergleichsweise höherer Streckgrenze und erheblich niedrigerer Übergangstemperatur, d. h. stark verbesserten Verformungseigenschaften, führt.

Die verbesserten Verformungseigenschaften von erfindungsgemäß behandelten Stählen, die Zirkonium enthalten, sind aus Tabelle III beispielsweise zu entnehmen.

Tabelle III	Probe e)	Vergleichs probe e)
	6,35	7,11
Probenstärke (mm)	28,50	30,00
Zugfestigkeit (kp/mm²)	230,0 143	203,6 64,1
Kerbschlagzähigkeit (kWh · 10-') Längs Quer	-53,7 -51,1	-45,6 -23,3
Übergangstemperatur (⁰C)*) Längs Quer	0,508 D	ID
Min. Biegeradius ohne Rißbildung — Querprobe	*■> 50°/ FATT (wie in den Tabellen I und Il	erläutert).

Der zirkoniumhaltige Stahl für die Probe e) enthielt neben 0,14% C, 0,5% Mn, 0,01% Si 0,08 Zr sowie 0,019% S, 0,01% P und 0,035% Al; der zirkoniumfreie Stahl für die Vergleichsprobe e) enthielt 0,19 % C, 0,39% Mn, 0,042% Si, 0,020% S, 0_:007% P und 0,030% Al.

Die verbesserten Biegeeigenschaften des erfindungsgemäß gewonnenen Stahls der Probe e) sind ersichtlich, denn der Stahl dieser Probe konnte um einen so geringen Radius wie etwa 72 der eigenen Dicke ohne Rißbildung gebogen werden, während der Vergleichs-Stahl der Vergleichsprobe e) nur um den der eigenen Dicke entsprechenden Radius gebogen werden konnte, bevor Rißbildung eintrat.

Rißlängen von weniger als 2,5 mm wurden nicht berücksichtigt. Die Tabelle III zeigt weiter, daß bei der erfindungsgemäßen Behandlung das in dem Stahl vorhandene Zirkonium dazu beiträgt, die Zähigkeit des erfindungsgemäß gewonnenen Stahls zu verbessern, insbesondere in der Querrichtung.
Gleichwertig verbesserte Verformbarkeit und Zähigkeit wird erreicht, wenn seltene Erden oder Mischmetall an Stelle von Zirkonium in einer erfindungsgemäß behandelten Stahl-Zusammensetzung vorhanden sind. Seltene Erden, die in den erfindungsgemäß zu behandelnden Stählen enthalten sein können, sind beispielsweise Cer, Lanthan, Praseodym, Neodym, Yttrium und Scandium. Diese und Zirkonium wirken als Mittel zur Beeinflussung der Ausbildungsform der sulfidischen Einschlüsse in den Stählen. Sie steigern die Formänderungsfestigkeit der sulfidischen Ein-Schlüsse, und dies führt dazu, daß die sulfidischen Einschlüsse, die im zirkoniumfreien Vergleichsstahl langgestreckt vorliegen und sich beim Warmwalzen parallel zur Walzrichtung ausrichten, was die Verform-

barkeit nachteilig beeinflußt, im erfindungsgemäß behandelten zirkoniumhaltigen Stahl nahezu unverformt sind.

Erfindungsgemäß zu behandelnde Stähle müssen einen ausreichend hohen Gehalt an solchen Mitteln zur Regelung der Ausbildungsform der su'Sdischen Einschlüsse aufweisen. In einem solchen Stahl sollte der Zirkoniumgehalt um mindestens 0,02% höher sein als der zur Abbindung des Stickstoffs im Stahl zu Zirkoniumnitrid erforderliche Anteil. So muß ein erfindungsgemäß zu behandelnder typischer hochfester niedrig legierter Stahl mit 0,006% Stickstoff ein Minimum von 0,06% Zirkonium aufweisen. Der erforderliche Minimalgehalt an Zirkonium läßt sich durch folgende Formel angeben:

Gewichtsprozent Zr

= 0,02 + 6,5 · Gewichtsprozent N .

Der Zirkonium-Zusatz erfolgt vorteilhaft in der Kokille; zweckmäßig beginnt man mit dem Zirkonium-Zusatz, wenn die Form ungefähr zu einem Drittel gefüllt ist, und beendet diesen Zusatz, wenn die Füllung zu zwei Drittel durchgeführt ist. Die Menge an Zirkonium, die in dem verfestigten Gußstück verbleibt, ist geringer als die dem schme'zflüssigen Stahl zugebene Menge. Die Effizienz, d. h. der in dem fertigen Gußstück verbleibende prozentuale Anteil der dem schmelzflüssigen Stahl zugegebenen Menge, beträgt

ίο bei dieser Zugabemethode ungefähr 60%. Die Zirkonium-Zugabe kann auch in der Pfanne durchgeführt werden, nachdem die Charge abgestochen ist. Jedoch muß der Stahl in der Pfanne völlig beruhigt sein, um ein gutes Zirkonium-Ausbringen zu gewährleisten.

Zweckmäßig ist, bei dieser Arbeitsweise eine gute Gießtechnik anzuwenden, um Sauerstoff- und Stickstoff-Aufnahme soweit wie möglich zu reduzieren, denn aufgenommener Sauerstoff und Stickstoff beeinflussen die Effizienz nachteilig.

Claims

/j und zäh sind und neben guter Zug- und Biegefestigkeit und Streckgrenze ausgezeichnete Verformungseigen- Patentanspriiche: schäften und gegeaüber bekannten Stählen erheblich verbesserte Dehnungswerte und Übergangstempera-

1. Verfahren zur Verformung und Wärmebe- 5 türen haben.

handlung eines beruhigten, niedrig legierten, gut Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der

verformbaren, schweißbaren und biegefesten Stahls, eingangs angegebenen Art zur Verformung und Wärme-

der aus 0,06 bis 0,20% Kohlenstoff, 0,4 bis 1,20% behandlung eines beruhigten, niedrig legierten, gut

Mangan, 0,005 bis 0,30% Silizium, 0,05 bis 0,20% verformbaren, schweißbaren und biegefesten Stahl,

Zirkonium oder 0,01 bis 0,10% seltene Erdmetalle, io der aus 0,06 bis 0,20% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,12

einzeln oder zu mehreren, bis zu 0,04% Schwefel, bis 0,16% C, 0,4 bis 1,20% Mangan, vorzugsweise

bis zu 0,04% Phosphor, Rest Eisen und herstel- 0,5 bis 0,7% Mn, 0,005 bis 0,30% Silizium, vorzugs-

lungsbedingten Verunreinigungen besteht, da- weise bis zu 0,1% Si, 0,05 bis 0,20% Zirkonium,

durch gekennzeichnet, daß der Stahl vorzugsweise 0,08 bis 0,12% Zr oder 0,01 bis 0,10%

in einem Temperaturbereich von 843 bis 899⁰C 15 seltene Erdmetalle, einzeln oder zu mehreren, bis zu

fertig zu einem Blech oder Band warmgewalzt, 0,04% Schwefel, vorzugsweise bis zu 0,02% S, bis zu

mit einer Geschwindigkeit von 6,67 bis 57 grd/s 0,04 % Phosphor, vorzugsweise bis zu 0,03 % P, Rest

auf 607 bis 636⁰C abgekühlt und in diesem Tem- Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen

peraturbereich aufgehaspelt oder gestapelt wird. besteht, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeich-

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 20 net ist, daß der Stahl in einem Temperaturbereich von auf einen Stahl, der aus 0,12 bis 0,16% Kohlen- 843 bis 899°C fertig zu einem Blech oder Band warmstoff, 0,5 bis 0,7 % Mangan, bis zu 0,1 % Silizium, gewalzt, mit einer Geschwindigkeit von 6,67 bis 57 grd/s 0,08 bis 0,12% Zirkonium oder 0,01 bis 0,10% auf 607 bis 636° C abgekühlt und in diesem Tempeseltene Erdmetalle, einzeln oder zu mehreren, bis raturbereich aufgehaspelt oder gestapelt wird.

zu 0,02% Schujfel, bis zu 0,03% Phosphor, Rest 35 Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geEisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen wonnene Stahl hat ausgezeichnete Verformungseigenbesteht. schäften; er weist neben guter Zug- und Biegefestigkeit

und guter Streckgrenze eine hervorragende Dehnung

und ausgezeichnet niedrige Übergangstemperatur auf.

30 Der erfindungsgemäße Stahl hat warmgewalzt im

Endzustand eine Streckfestigkeit von mehr als 24,60 kp/

mm², eine Zerreißfestigkeit von mehr als 38,70 kp/mm²,

eine Verformbarkeit, gemessen in Prozent Dehnung

(5,08 cm), von über 30% und eine sehr gute Zähigkeit.

35 Die Biegefestigkeit ist so gut, daß er ohne Rißbildung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur um einen Dorn gebogen werden kann, dessen innerer Verformung und Wärmebehandlung eines beruhigten, Radius gleich oder geringer als die Hälfte der Dicke niedrig legierten, gut verformbaren, schweißbaren und des Stahls ist.

biegefesten Stahls, der aus 0,06 bis 0,20% Kohlen- Bei den erfindungsgemäßen bearbeiteten Stählen

Itoff, 0,4 bis 1,20% Mangan, 0,005 bis 0,30% Silizium, 40 handelt es sich um völlig beruhigte Stähle. Sie lassen 0,05 bis 0,20% Zirkonium oder 0,01 bis 0,10% seltene sich überall da mit besonderem Vorteil verwenden, wo Erdmetalle, einzeln oder zu mehreren, bis zu 0,04% hochfester unlegierter Stahl strengen Formgebungs-Schwefel, bis zu 0,04 % Phosphor, Rest Eisen und vorgängen unterworfen ist.

herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht. Die verbesserten Verformungseigenschaften von

Es ist bekannt, niedrig legierte Stähle, z. B. einen 45 erfindungsgemäß gewonnenen Stählen sind aus den Stahl mit bis zu 0,50% Kohlenstoff, bis zu 2% Man- nachstehenden Tabellen I bis III zu ersehen.
|an, bis zu 0,5% Silizium und bis zu 0,5% Titan, Die Bedeutung der Einhaltung eines Endtemperatur-

Heren Schwefelgehalte durch Zugabe von geringen bereiches von 843 bis 899°C, der Kühlgeschwindigkeit Kiengen Cer, Zirkonium, Selen, Magnesium, Calcium, im angegebenen Bereich zwischen 6,67 und 57⁰C tinzeln oder zu mehreren, abgebunden sind, zur Her- 50 pro Sekunde und des Stapeins in einem Temperaturttellung von Walzerzeugnissen, die bei ihrer Verfor- bereich von 607 bis 636⁰C ist in Tabelle I veranschaufciung vorwiegend in einer Richtung gestreckt werden licht.

Und quer zu dieser Verformungsrichtung gute Kerb- Die Proben a) und b) sowie die Vergleichsproben a)

lchlagzähigkeitswerte aufweisen, auch bei tiefen Tem- und b) bestanden aus einem Stahl der erfindungsgemäß beraturen, zu verwenden. Nachteilig ist, daß diese 55 zu behandelnden Zusammensetzung mit 0,14% C, bekannten Stähle empfindlich gegenüber Überhitzen 0,6% Mn und 0,06% Si ohne Zr. Es ist ersichtlich, und Überzeiten sind und nach Normalglühung oder daß die erfindungsgemäß anzuwendende vergleichs-Hochtemperaturglühung die Gefahr örtlicher Grob- weise niedrigere Walz- und Stapel- bzw. Aufwickelkornbildung und Streckgrenzabfall bestehen. Außerdem temperatur und die erfindungsgemäßen vergleichsneigen diese Stähle mit steigendem Zirkoniumgehalt 60 weise schnelleren Kühlgeschwindigkeiten zu kleineren zur Kaltversprödung, die Übergangstemperaturen Korngrößen und höheren Festigkeitswerten führen, liegen bei relativ hohem Zirkoniumgehalt ab 0,06% und daß die Neigung zum Sprödbruch bei den erfin-Zr vergleichsweise hoch. Ein solcher Stahl besitzt dungsgemäß behandelten Proben a) und b) erheblich demzufolge nicht die für viele Einsatzzwecke erwünsch- verringert ist, wie die vergleichsweise niedrigen Überten optimalen Verformungseigenschaften. 65 gangstemperaturen ausweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein In Tabelle II ist der verbessernde Einfluß der er-

Verfahren zu schaffen, mit dem sich beruhigte, niedrig höhten Kühlgeschwindigkeit, wie sie beim erfindungslegierte Stähle gewinnen lassen, die gut verformbar gemäßen Verfahren eingesetzt wird, veranschaulicht.