DE2034790A1 - Hochfeste niednglegierte Stahle mit verbesserter Verformbarkeit - Google Patents
Hochfeste niednglegierte Stahle mit verbesserter VerformbarkeitInfo
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Description
JONES & LAUGHLIN STEEL CORPORATION, Pittsburgh,Pa., V.St.v.A.
Hochfeste niedriglegierte Stähle mit verbesserter Verformbarkeit·
Die vorliegende Erfindung betrifft hqchfeste niedriglegierte
Stähle welche durch einen wünschenswerten Ausgleich und Gleichmässigkeit der physikalischen Eigenschaften gekennzeichnet sind
und sich durch ihre Verformbarkeit und verringerte Richtungsabhängigkeit auszeichnen·
Die Erfindung betrifft völlig beruhigte hochfeste niedriglegierte Stähle,bestehend aus 0,06% - 0,20% Kohlenstoff, 0,50% 1,4%
Mangan, 0,01% - 0,08% Niob oder 0,04% max. Schwefel,
0,04% max. Phosphor und einem Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse begreifend entweder 0,06% - 0,20% Zirkon, 0,01% 0,10%
seltene Erde oder 0,01% - 0,10% Mischmetall,gekennzeichnet in einem fertigwarmgewalzten Zustand,durch eine Streckfes-
o -
tigkeit von mehr als 3160 kg/cm , eine Zerreissfestigkeit von
mehr als 4644 kg/cm , eine Dehnbarkeit,gemessen in Prozent Dehnung
( 5,08 cm ),von mehr als 20%,gute Zähigkeit,bessere Verformbarkeit
und verringerte Richtungsabhängigkeit. Die Stähle sind in dem Temperaturbereich von 843°C - 899°C fertigwarmgewalzt,
mit einer Geschwindigkeit zwischen -6,67 C und 57 C pro Sekunde abgekühlt und durch Aufwickeln oder Stapeln in einem Temperaturbereich
von 552°C - 6360C gesammelt»
Die Anmelderin hat eine Klasse von hochfesten niedriglegierten
Stählen entwickelt,welche in einem fertigwarmgewalzten Zustand
gute Zähigkeit,Dehnbarkeit und Festigkeit aufweisen. Zusätzlich
weisen die Stähle eine bessere Verformbarkeit und eine
verringerte Richtungsabhängigkeit auf,d.h., die Eigenschaften in
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Längsrichtung (parallel zur Walzrichtung) und in Querrichtung
(quer zur Walzrichtung),in bezug auf Kerbschlagzähigkeit und Dehnbarkeit,sind nahezu gleich. Die verbesserte Verformbarkeit
und die verringerte Richtungsabhängigkeit werden durch die Verwendung
eines Mittels zur Regelung der Form der Einschlüsse hervorgerufen welches entweder Zirkon,seltene Erde oder ein Mischmetall,
was natürlich eine Mischung aus seltenen Erdein ist, begreift.
Die Verwendung dieses Mittels führt zur Bildung von im wesentlichen kugelförmigen Einschlüssen welche ihre Ku^elform
auch noch in dem fertigen Material beibehalten. Diese Einschlusemorphologie
führt zu einer Verringerung der Richtungsabhängigkeit
der Stähle indem der Verformungsbruchwiderstand in Querrichtung
verbessert wird und die Dehnbarkeit in Quer- und Längsrichtung nahezu dieselbe wird. Zusätlich ist die Verformbarkeit der Stähle
verbessert.
Die Stähle gemäss der Erfindung enthalten als Verfestigungsmittel entweder Vanadin oder Niob und werden zur Erzielung der
gewünschten Stahleigenschaften direkt nach dem Walzenaustritt, in
gegebenen Fertig- und Sammeltemperaturbereichen verarbeitet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es miedriglegierte
Stähle anzugeben welche hohe Festigkeiten in Verbindung mit guter Zähigkeit und Dehnbarkeit,besserer Verformbarkeit und
verringerter Richtungsabhängigkeit aufweisen· Eine weitere Auf—
gäbe der Erfindung ist es solche Stähle anzugeben welche in einem fertiggtwalzten Zustand dureh eine Streckfestigkeit von mehr
2
als 316O kg/cm , eine Zerreissfestigkeit von mehr als 4622 kg/cm,
Dehnbarkeiten in Prozent Dehnung gemessen (5»08 c^) von mehr als
20$ und gute Zähigkeit gekennzeichnet sind. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist es solche Stähle anzugeben welche einen verbesserten
Verformungsbruchwiderstand in Querrichtung aufweisen·
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen hervorgehen in denen Fig«! - Fig®IQ phot©graphische
Bilder von Stahlproben darstellen weiche Biegeversuchen unterworfen
worden sind;sie zeigen die verbesserte Verformbarkeit der
Stähle der Erfindung»
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Die Stähle der vorliegenden Erfindung sind völlig beruhigt und haben die folgende allgemeine Zusammensetzung: Kohlenstoff»
O,O6cc - O,2O%} Silizium» O,5% max. j Phosphor» O,O^max.[
Schwefel: O1O^ max. ·, ein Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse
hegreifend entweder 0,06% - 0,20% Zirkon, O,O1% - 0,10%
seltene Erde, oder 0,01% - 0,10% Mischmetall: Rest» Eisen·
Die bevorzugten Stähle der Erfindung bestehen im wesentlichen aus ü,1O% - O,15% Kohlenstoff, 0,9% - 1,2% Mangan, O,O2% 0,0'r'j
Xioh oder O,O4% - O,OJ% Vanadin, 0,05% max. Silizium,
ο,025% im»χ. Schwefel, O,O3% max. Phosphor, 0,08% - 0,12% Zirkon
oder 0,011J - O,1O% seltene Erde oder Mischmetall, Rest Eisen«
Seltene Erden welche in den Stählen der Erfindung verwendet werden
sind beispielsweise Cer, Lanthan,Praseodym,Neodym,Yttrium
und Scandium»
Zur Erlangung der gewünschten Charakteristika und Eigen-
2 schalten,eine Streckfestigkeit von mehr als 316Ο kg/cm ,eine
Zerreissfesstigkeit von mehr als 4622 kg/cm ,eine Dehnbarkeit,
gemessen in Prozent Dehnung (5fO8 cm),von mehr als 2O % und eine
bessere Zähigkeit, werden die Stühle in dem Temperaturbereich von 8*»3°C - 899°C fertigwarmgewalzt und in einem Temperaturbereich
von 522°C- 6360C aufgewickelt oder gestapelt. Für die
Länge eines Auslauftiches eines modernen Karnwalzwerkes und übliche
WalKgcschwindigkeiten.muss der Stahl-um die spezifischen
Fertig- und Aufwickelteaiperaturen in den angegebenen Bereichen
aiirechtzuerhaltentnit einer Geschwindigkeit in dem Bereich von
-6,670C bis 57°C abgekühlt werden. Stähle welche oberhalb der
obenangegebenen Temperaturen fertiggewalzt und/oder gesammelt
werden,weisen"gewöhnlich Festigkeiten auf welche unter einer
2
Streckfestigkeit von 316Ο kg/cm und einer Zerreissfestigkeit
Streckfestigkeit von 316Ο kg/cm und einer Zerreissfestigkeit
von 4622 kg/cm liegen. Auch haben die Stähle keine so gute
Schlageigenschaften wie Stähle welche in den obengenannten Temperaturbereichen warmgewalzt worden sind. Stähle welche unterhalb
den gewünschten Temperaturbereichen fertigwarmgewalzt oder
aufgewickelt werden,weisen geringere Dehnbarkeiten auf,in Prozent
Dehnung gemessen, als die Stähle der Erfindung· Niedrige Fertigtemperaturen
führen zu Heötellungsbeeinträchtigungen insofern
die Walzgeschwindigkeiten geringer sein müssen um die niedrigere
Fertigtemperaturen zu erzielen·
009886/15U
BAD ORIQINAt
Wie oben angegeben,Bewirkt das Mittel zur Regelung der Form
der Einschlüsse dass die Sulfideinschlüsse in dem Stahl ihre Kugelform
bewahren,wodurch eine bedeutende Verbesserung der Ver-
formbarkeit des Materials und eine Verringerung der Richtungsabhängigkeit hervorgerufen wird. In Abwesenheit eines Mittels
zur Regelung der Form der Einschlüsse,nehmen die Einschlüsse während des Walzens eine längliche Form an und richten sich parallel
zur Walzrichtung aus und tragen so zu den Unterschieden in der Dehnbarkeit und der Absorption der Schlagenergie ( 100%
Verformungsbruch) zwischen Längs- und Querversuchsteilen der Stähle bei.
Genügend Zirkon wird den Stählen der Erfindung zugegeben so fc 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 befindet* Für einen typischen hochfesten niedriglegierten Stahl mit 0,006% Stickstoff,wird dem Stahl ungefähr ein
Minimum von 0,06% Zirkon zugesetzt· Die erforderliche Minimalmenge
an Zirkon wird durch die folgende Formel gegeben: % Zirkon - 0,02% Zirkon + 6,5 Gew,%N. Das Zirkon wird dem Stahl
vorzugsweise in der Blockform während des Abgiessens zugegeben« Die Zirkonzusätze erfolgen wenn die Form ungefähr ein Drittel gefüllt
ist* Der Zusatz wird beendet,wenn die Form ungefähr zwei
Drittel gefüllt ist. Typische ZirkonrUckgewinnungen mit dieser
Zugabemethode betrugen ungefähr 6O%. Die Zirkonzugaben können
auch in der Pfanne durchgeführt werden,nachdem die Charge abge- -
ψ stechen ist« Jedoch muse der Stahl in der Pfanne zuerst völlig
beruhigt sein um eine gute Zirkonrückgewinnung zu gewährleisten·
Bei dieser Technik ist es wichtig eine gute Giesstechnik anzuwenden
tun die Sauerstoff-oder Stickstoffaufnahme auf ein Minimum zu reduzierenfdenn die Sauerstoff-oder Stickstoffaufnähme beeinflusst die Zirkonrückgewinnung nachteilig,
Die verringerte Richtungsabhängigkeit der Stähle der Erfindung in bezug auf die erhöhte Querschlagenergieeh und gleichere ■
Quer- und Längsdehnbarkeiten ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt« Alle in der Tabelle genannten Stähle waren zwischen
843°C und 899°C fertigwarmgewalzt und zwischen 552°C und 6360C
gesammelt worden· Während Stahl 1· 0,01% Zirkon enthielt,ist er
doch als nicht mit Zirkon behandelt anzusehen da der Zirkongehalt
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nicht ausreicht um die gewünschte Einschlussmorphologie hervorzurufen.
Die Proben für welche die Angaben in der Tabelle gelten, waren 1/2 Charpy-Proben mit Spitzkerb,mit Ausnahme des Stahls 15
für welchen 1/3—Proben verwendet wurden. Die Schlagarbeiten welche
in der Tabelle dargelegt sind gelten für 100% Verformungsbruch der Proben.
TABELLE· | f Stahl |
6,35 | Stahl | 11 | Stahl | ,93 | Stahl | 12 | Stahl | |
1 | 2 | 07 | 3 | 6 | 07 | 4 | ||||
3990 | 047 | 4020 | 27 | |||||||
Zusammensetzung | 073 | 068 | ||||||||
Gew.% | 0,10 | 5020 | o, | 05 | 0, | 5420 | 0,11 | 034 | 0,12 | |
C | 0,90 | 1, | - | 1, | 1,11 | -— | 1,10 | |||
Mn | 0*52 | 28 | 0, | 10 | 0, | 30 | 0, 24 | —— | 0,27 | |
Si | 0,075 | 0, | 007 | 0, | 0,073 | 007 | 0,072 | |||
Al | 0,047 | 68 | 0, | Zr | 0, | — | o,o4i | o,o4 | ||
V | —.- | Stahl | — | — | ||||||
Nb | 0,01 | 5. | 0, | Längs - | o,io4 | - Quer | 0,091 | |||
Zr | 0,007 | 0, | 6,35 | 0, | 0,006 | 7,93 | 0,007 | |||
N. | — | Zr | Zr | |||||||
Behandlung | 0,13 | ' 3460 | 4200 | |||||||
Versuchs | richtung Längs- Quer | 1,04 | Quer Längs | Längs-Quer | ||||||
Dicke(mm) 6,35 | 0,27 | 4870 | 6,35 7 | 5500 | 6,35 6,35 | |||||
Streckfest. | 0,065 | |||||||||
kg/cm2 3910 | 0,033 | 30 | 3530 | 24,5 | 4l6o 4310 | |||||
Zerreissfest· | ||||||||||
kg/cm2. 5010 | —— | 226,2 | 4840 | 68 | 5420 5500 | |||||
Dehnung % | 0,007 | |||||||||
( 5,08 cm ) 3O,5 | — | 31 | 26,5 23 | |||||||
Schlagarbeit | ||||||||||
KWhxlO~7e 2640 | 150,8 | 238 150,8 | ||||||||
Stahl | ||||||||||
7 | ||||||||||
Zusammensetzung | ||||||||||
Gew.% | ||||||||||
C | 0,16 | |||||||||
Mn | 0,83 | |||||||||
Si | 0,037 | |||||||||
Al | 0,005 | |||||||||
V | -- | |||||||||
Nb | 0,054 | |||||||||
Zr | ||||||||||
.· N | — | |||||||||
Behandlung | — |
003886/1514
Stahl 5 |
4,31 | 4,31 | Stahl 8 |
6,35 | 6,35 | . Stahl 6 |
7,94 | Stahl 9 |
6,95 | 2034790 | Quer | |
Versuchsrichtung!Längs Quer | 3980 | 4270 | Zusammensetzung Gew.% C 0,12 Mn 1,09 Si 0,27 Al 0071 V 0,039 Nb Zr 0,087 N 0,007 Behandlung Zr Versuchsrichtung:Längs-Quer |
4510 | 4720 | Längs Quer | 4720 | 0,15 1,14 0,35 0^063 0,08 Längs Quer |
5070 | Stahl 7 |
7,94 | |
Dicke (mm) | 5520 | 5500 | Dicke(mm) | 5840 | 5760 | 7,94 | 5680 | 6,95 | 6490 | Längs | 49(K) | |
Streckfest, kg/cm |
25,ο | 23,5 | Streckfest· kg/cm2. |
23,0 | 21,5 | 417O | 24,0 | 5110 | 24,0 | 7,94 | 6030 | |
-6- | Zerreissfest» kg/cm2. |
102, O | 34,0 | Zerreisißefet, kg/cm2e |
— | 124,4 | 5550 | 109,3 | 6670 | 71,8 | 4?4o | 24,5 |
Dehnung % ( 5,08 cm ) |
Dehnung % ( 5,08cm ) |
25,0 | 28,5 | 5890 | ϊ 64,3 | |||||||
Schlagarbeit KWhx10-7, |
Schlagarbeit KWhxlO"7. |
177,3 | 28,5 | Stahl 10 |
||||||||
154,= | 0,14 0,90 Opßl 0,061 0,042 0,11 0,006 Zr Quer |
|||||||||||
6,35 | ||||||||||||
Längs | 5360 | |||||||||||
6,35 | 6300 | |||||||||||
5200 | 24S5 | |||||||||||
6100 | 109,5 | |||||||||||
24,5 | ||||||||||||
150,8 |
Die verbesserte Verformbarkeit der Stähle dez- Erfindung ist
inden Figuren 1-10 der Zeichnungen dargestellt,,
Proben wurden aus den Stählen 1-10 der Tabelle herausge-
schnitten und einer 9O -Biegung unterworfen. Der innere Radius
für alle Proben mit Ausnahme der Proben Aus Stahl 5 war 6,35 mm·
Der.innere Uiegeradius für die Proben Aus Stahl 5 war 3,18 nun»
Fig,.l-lO stellen Proben aus den Stählen 1-10 der Tabelle dar«
Wie» in den Figuren angegeben,rissen die kein Zirkon enthaltenden
Proben »1 ig· 1,3t5 t7 und 9# beim Biegen· Von den Proben aus
den Stählen welche Zirkon enthielten, Fig. 2,A,6,8 und 10, zeigten
nur die Proben aus Stahl 6 und β Ilisse,aber nur zu einem
kloiiuni Ausmass und wesentlich geringer als die Proben aus den
Stählen mit annähernd gleicher Zusammensetzung,aber Ohne Zirkon·
Gleichwertige Verringerung der Kichtungsabhängigkeit und
Verbesserung der Verformbarkeit wird eher durch die Verwendung
von seltenen Erden oder Mischmetall als Zirkon für das Mittel zur Regelung der Fora der Einschlüsse erzielt. Irv&ieser Hinsicht
hat die Aninelderin gefunden ,dass es zur Aufrechterhaltung einer
gegebenen Festigkeit für die Stähle der Erfindung mit Vanadin und mit Zirkon als Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse,
notwendig ist,den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen· Dies rührt daher,dass
die Festigkeit von der Vanadiumnitridausscheidung hergeleitet ist} wenn Zirkon zugegeben wird, verbindet sich der
Stickstoff vorzugsweise mit dem Zirkon und die Verfestigung
durch die Bildung von Vanadiumnitriden findet nicht statt·
Jedoch wenn seltene Erden ode.r Misefesistall als Mittel zur Hege·
lung der Form der Einschlüsse verwendet werden,so ist zur Aufrechterhnltung
einer gegebenen Festigkeit keine Kohlenstoffzugabe erforderlich·
009886/1514
BADORiQJNAL
Claims (9)
1. Beruhigter niedriglegierter hochfester Stahl,gekennzeichnet
dadurch dass er in dem Temperaturbereich von 843°C - 899°C
fertigwarmgewalzt ist und in einem Temperaturbereich von 552 C - 636 C gesammelt ist,weiter gekennzeichnet in einem
warmgewalzten Zustand durch eine Streckfestigkeit von mehr
als 3160 kg/cm ,eine Zerreissfestigkeit von mehr als 4622
kg/cm ,eine Dehnbarkeit gemessen in Prozent Dehnung (5»08 cm)
von mehr als 20% ,gute Zähigkeit und Verformbarkeit und verringerte
Richtungsabhängigkeit,und dass der Stahl aus O,O6%-0,20%
Kohlenstoff, 0,50% - 1,4% Mangan,einem Verfestigungsmittel aus der Gruppe begreifend 0,01% — 0,08% Niob und 0,04%
- 0,12% Vanadin, aus 0,5% max. Silizium, Q,04% max. Schwefel, 0,04% max, Phosphor,einem Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse
aus der Gruppe bestehend aus 0,06% - 0,20% Zirkon, 0,01% - 0,10% seltene Erde und 0,01% - Q„10% Mischmetall,
Rest Eisen,besteht·
2* Stahl gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet dass das Verfestigungsmittel
0,01% - 0,08% Niob begreift»'
3· Stahl gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet dass das Verfestigungsmittel
O,o4-% - 0,12% Vanadin und dass das Mittel
zur Regelung der Form der Einschlüsse 0,10% - 0,10% seltene Erde begreift.
4. B eruhigter hochfester niedriglegierter Stahl nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet dass er aus O910% - 0,15% Kohlenstoff,
0,9% - 1»2% Mangan, einem Verfeisrtigungsmittel aus der Gruppe
bestehend aus 0,02% - 0,04% Niob und 0,04% - O907% Vanadin,
aus 0,05% max. Silizium, 0,025% max.Schwefel„■0„03% max. Phosphor,
einem Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse aus der Gruppe bestehend aus 0,08% - 0,12% Zirkon,, 0,01%· - 0,10%
seltene Erde und 0,01% - 0,10% Mischmetall, Rest Eisenfbesteht*
5. Stahl nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet dass das
Verfestigungsmittel O902% - 0s04% Niob begreift.
6. Stahl nach Anspruch 1 und 5$dadurch gekennzeichnet dass das
Mittel zur Regelung der Form.der Einschlüsse 0,08% - 0,12%
Zirkon begreift.
7. Stahl nach Anspruch 1 und 5»dadurch gekennzeichnet dass das
Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse 0,01% - 0,10% eine der seltenen Erden begreift«,
1)09886/1514 """--^ ._..-·---■
BAD ORfGJNAt
8» Stahl nach Anspruch 1 und 4,dadurch gekennzeichnet dass das
Verfestigungsmittel 0,04% - 0,07% Vanadin begreift.
9. Stahl nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet dass das
Mittel zur Regelung der Form der Einschlüsse 0,01% - 0,10% eine der seltenen Erden begreift.
009886/1SU
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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