DE2034790A1

DE2034790A1 - Hochfeste niednglegierte Stahle mit verbesserter Verformbarkeit

Info

Publication number: DE2034790A1
Application number: DE19702034790
Authority: DE
Inventors: Michael Grozier John David 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: 1970-07-14
Publication date: 1971-02-04
Also published as: US3666570A; CA922546A; GB1278869A; JPS518094B1

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-

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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

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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,O6^cc - 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 (5_fO8 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 aiirechtzuerhalten_tnit 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

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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·

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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 reduzieren_fdenn 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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BAD ORIGINAL

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~7_e 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	—

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	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/cm2_e	—	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	24_S5
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·

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BADORiQJNAL

Claims

Patentansprüche.

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 Eisen_fbesteht*

5. Stahl nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet dass das Verfestigungsmittel O₉02% - 0_s04% 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«,

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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.

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