DE2036138A1

DE2036138A1 - Nicht zur Wulstbildung neigender fernti scher, rostfreier Chromstahl

Info

Publication number: DE2036138A1
Application number: DE19702036138
Authority: DE
Inventors: David L Monroe Ohio Chalk (V St A )
Original assignee: Armco Steel Co LP
Current assignee: Armco Steel Co LP
Priority date: 1969-07-23
Filing date: 1970-07-21
Publication date: 1971-02-04
Also published as: GB1313896A; CA930982A; US3674467A; FR2055461A5; JPS5517097B1; BE753733A; ES382073A1; SE382469B

Description

Armco Steel Corporation, Middletown, V. St. A 703 Curtis Street

Nicht zur Wulstbildung neigender ferritischer, rostfreier Chromstahl.

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Chromstahl und ein Verfahren zur Herstellung desselben, wobei das aus diesem Stahl bestehende fertige Bandgut keine Wulstbildungseigenschaften aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung verbesserte ferritische Chromstähle, wie beispielsweise Chromstähle der A.I.S.I.- Type 450, die in der Hegel eine Zusammensetzung innerhalb der folgenden Grenzen aufweisen:

Chrom	maximal	.14-1-806
Kohlenstoff -		0,1256
Mangan -	tt	1,0%
Silicium	tt	1,0%
Phosphor -	It	0,040%
Schwefel -		0,050%
Eisen		Best, abgesehen von
		zufälligen Verunreini
	kommt es,	gungen.
tigen Stählen		wenn sie unter grossem Erai
	aufwand

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aufwand zu Formungen verstreckt werden, zu einer als Wulstbildung bekannten Fehlerbildung. Biese fehler offenbaren sich beim Verstrecken des Metalls in der Ausbildung von Wülsten (im Metall) parallel zur ursprünglichen Walzrichtung. Die Wülste machen den verstrecken Formkörper unansehnlich und führen zu Beanstandungen, insbesondere da sich das Aussehen eines mit Wülsten versehenen Formkörpers, ausser durch kostspielige Sohleif verfahren, nie&t restaurieren lässt. Selbst derartige Sohleifverfahren sind nicht immer wirksam.

Unter "Wulstbildung¹" (ridging) ist ein" fehler zu verstehen, der sieh von dem P&änomaa. d©r "Ziehriefenbildung⁸¹ (stretcher straining) deutlieh unterscheideW Diese Erscheinung, die in Form länglich©? Bferkiesmngeii auf gezogenen bzw. Terstreckten Formkörpern auftritt, ist. eine funktion der Streckgrenzendehnung» Sie lässt sich durch Dressieren des Blech gutes vor dem Abziehen der Formkörper abschwächen oder vollständig ausschalten. Eine Wulstbildimg kann dagegen auf diese Weise weder beseitigt noch auf ein Miadestmass reduziert werden. Eine Ziehriefenbildung tritt darüberhinaus etwa in den ersten 5% der auf dem Verstrecken beruhenden Verlängerung auf und verschwindet anschliessend. Die Wulstbildung macht eich dagegen erst an dieser Steile bemerkbar und nimmt bis zu einem Maximalwert unmittelbar vor dem Bruch des unter' Zugspannung stehenden Metalls au»

Eines der schwierigeren Probleme bei der Wulst bildung besteht darin, ihr Ausmass in ein einheitliches (lass) System zu übersetzen» Zum gegenwärtigen Zeitpunkt gibt es kein Standardverfahren zur quantitativen Bewertung der Wulstbildung. Wenn ein Band oder Streifen der Blasstähle an seinen Enden in eine geeignete Vorrichtung eingespannt und anschliessend bis zu einem Punkt nahe, jedoch kurz vor seinem Bruchpunkt verstreckt wird, hat es sich gezeigt₉ dass in dem gestreckten Teil eine sichtbare Wulstbildung auftritt, wenn das Metall überhaupt eine Neigung zur Wulstbildung aufweist. Der Grad bzw» das Ausmass der Wulstbildung muss

jedoch

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jedoch ait dem Auge bewertet werden, sodass die "Messergebnisse"insoweit subjektiv sind.

Trotz dieses empirischen Bewertungsverfahrens vermag jedoch ein Facharbeiter und / oder Stahlhersteller ohne Schwierigkeiten den Fehler und das Ausmass der Verformung in einem abgezogenen bzw. verstreckten Teil wieder zu erkennen. Bei der Auswahl eines einheitlichen TestVerfahrens, d.h. beim Verstrecken einer Blechprobe bis zu einer Grenze kurz vor dem Bruch, ist es möglich, die Prüflinge auf einer Wulstbildungsskala beliebig einzuordnen. Eine solche Skala wurde zur Bewertung des Stahls geaäss der Erfindung aufgegriffen. Auf dieser Skala wird der Wert "O" einem Material zugeordnet, das keine Wulstbildung aufweist. Der Wert "7^W β« anderen Ende der Skala steht für ein Material,das eine derart starke Wulstbildung zeigt, dass es, wenn es zu verstreckten oder bezogenen Formungen verarbeitet wird, zu einer besonders starken Fehlerbildung führt. Bei diesem Bewertungssystem sollte ein Material einen Wulstbildungsgrad von 1,0 oder darunter aufweisen, damit es die qualitativen Anforderungen hinsichtlich einer geringen Wulstbildung erfüllt. Aus der USA - Patentschrift 2 851 384 ist ein Verfahren zur Zurückdrängung der Wulstbildung bei rostfreiem Stahl der Type 430 bekannt. Das bekannte Verfahren beruht auf der Annahme, dass es sich bei der Wulstbildung um ein Phänomen handelt, das durch eine bevorzugte Kornorientierung angeregt wird. Folglich wurde ein Verfahren entwickelt, ua die willkürliche Verteilung der Kornorientierung zu fördern, Es wurde gefunden, dass sich eine willkürliche Verteilung der Körner teilweise durch Phasenänderung oder Umwandlung erreichen lässt. Zu die sea Zweck wurden eine die Austenitbildung fördernde Zusammensetzung und Behandlung entwickelt. Ohne auf die näheren Einzelheiten dieser Patentschrift einzugehen, wurde, kurz gesagt, gefunden, dass ein rostfreier Stahl der Type 430 mit einem Austenitpotential von mindestens

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Btens 35% und vorzugsweise 55% ein Minimum an Wulstbildungseigenschaften aufweist, wenn er auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Umwandlungstemperatür erhitzt wird.

Die Normalglühbehandlung hat sich als zur Herstellung von Stahlqualitäten niedriger Wulstbildungsneigung geeignet erwiesen. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist jedoch eine genaue Überwachung des Schmelzensder Legierung erforderlich. Mit diesem Verfahren liess sich ferner das geschilderte Phänomen in für die Praxis nicht ausreichender Weise vermindern oder ausschalten, ohne dass andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Härte und Formbarkeit, erheblich beeinträchtigt werden.

Das aus der USA - Patentschrift 3 128 211 bekannte Verfahren beruhte ebenfalls auf der Annahme, dass sich die Wulstbildungsneigungen in rostfreiem Stahl der Type 430 durch Verfahren erniedrigen lassen, bei denen eine Steuerung der Korneigenschaften des Metalls stattfindet» Die hierbei hinsichtlich ihres Einflusses auf die Erzielung der gewünschten Korneigenschaften untersuchten Faktoren lassen Äich kurz wie folgt zusammenfassen: Zusammensetzung, Rohblockherstellung, Warmwalzen und die daran anschliessenden Verfahrensschritte.

Die Herstellung eines Materials mit einem Minimum an Wulstbildung liess sich teilweise durch die Ausbildung eines Zustande gleichgerichteter, feiner Körner im Rohblock erreichen. Der Chemismus dieses Rohblocks wurde in der Weise gesteuert, dass er maximal 0,06% Kohlenstoff und Niob in der Grössenordnung von 0,05 bis 0,50% enthielt. Zusätzlich zu diesen Faktoren sollen gemäss den Lehren der genannten Patentschrift mindestens die,letzten 50% des Warmwalzens bei einer Temperatur unterhalb von 870 ° G durchgeführt wexäexu Zur Vervollständigung der Fertigbehandlung, deren samtliehe Verfahrensstufen angeblich miteinander gueamaeBwirtaa sollen® wird das warmgewalzte Band einer Reihe von KaltverfOrmungsvorgängen und Glühvorgängen ausgesetzt. Letztere werden bei Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur durchge-

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führt.

Nachteilig an den beiden bekannten Verfahren ist, dass bei ihrer Durchführung zahlreiche Überwachungs - und Steuerungs-Torgänge erforderlich sind und dass sie somit kostspielig durchzuführen sind.

Der Erfindung lag die Aufgabe »u Grunde, die beim Ziehen bzw. Verstrecken ferritischer Chromstähle zu Formungen auftretende Wulstbildung weitestgehend auszuschalten.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zu Grunde, dass sich die Wulstbildung ferritischer Chromstähle beim Ziehen bzw. Verstrecken derselben zu Formungen durch lediglich einen einzigen Überwachungs- bzw. SteuerungsTorgang drastisch Termindern oder sogar vollständig ausschalten lässt.

Im Rahmen der Erfindung bedient »an sich eines ferritischen, rostfreien Stahls, der folgenden Chemismus aufweists

Kohlenstoff	- Maximal	0,01%
Chrom	-	14 - 18%
Mangan	_ Il	1%
Silicium		1%
Phosphor	_ «	0,040%
Schwefel	. _ Il	0,030%
Eisen	-	Rest, abgesehen Ton zu
		fälligen Verunreinigungen.

Erfindungsgemäss wurde gefunden, dass der Bückgang bzw. die Tollständige Ausschaltung der Wulstbildung auf die beträchtliche Verminderung des Kohlenstoffgehalts relatiT au dem typischen Ausgangswert τοη 0,06% zurückzuführen ist.

Während es schwierig ist, die bei Wärmebehandlungen τοη eine. Anzahl τοη Legierungsbestandteilen enthaltenden Stahllegierungen auftretenden Reaktionen und Änderungen genau zu bestimmen, laesen sich bestimmte Änderungen bei zu

Grunde- 009888/1589

Grundlegung eines vereinfachten Systems mit den Hauptbestandteilen der Legierung vorhersagen. So kann beispielsweise eine Untersuchung des Eisen / Chrom - Gleichgewichtssystems als Basis für die Untersuchung eines rostfreien Stahls der Type 430 dienen.

Eine Analyse des Eisen / Chrom - Gleichgewichtsdiagramms ergibt, dass Austenit als Hochtemperaturphase am einsenreichen Ende des Systems vorliegt Der Austenitbezirk ist ferner durch ein ihn umgebendes Miscioingsband bzw. eine ihn umgebende Mischungslücke gekennzeichnet₉ das bzw. die ihn von der mit Chrom angerreichertssi-Ferritphase trennt. Diese Mischungslücke besteht aus Austenit und Ferrit. Die Erfahrung bestätigte die Anwesenheit dieser Phasen bei dem typischen Type 430 - Befund. ,

Unter Berücksichtigung dieses Fachwissens und vor diesem Hintergrund wurde in der einschlägigen Industrie vornehmlich die Meinung vertreten, dass die Wulstbildung der normalen Type 430 mit dem Mikroseilengefüge, d.ä. mit einem aus. abwechselnden Ferrit - und Ferrit - plus Carbidaeilen, die vom Warmwalzen in der Mischungslücke herrühren, aufgebauten Gefüge vergesellschaftet ist» Die bisherigen Versuche der Fachleute beschränkten sich folglich auf das Erfinden und die Bereitstellung von Vorrichtungen und Verfahren zum Aufbrechen des Zeilengefüges. Die Normalglühbehandlung und die Verwendung von Niob oder Titan sind zwei von diesen Lösungsvorschlägen.

Die vorliegende Erfindung gibt das Konzept auf oder modifiziert zumindest das Konzept, dass eine Wulstbildung mit dem Zeilengefüge nach dem Warmwalzen verbunden ist. Die Erfindung vermittelt nunmehr dem Fachmann ein genaueres Verständnis des Phänomens der Wulstbildung. Hierzu trägt die Erkenntnis bei, dass sich durch Weglassen oder Entfernen von Kohlenstoff aus dem Legierungssystem eine Wulstbildung vermeiden

oder

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oder beseitigen lässt. Obwohl sich nach dem Warmwalzen in einigen erfindungsgemässen Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ein Mikrozeilengefüge beobachten liess, konnte eine Wulstbildung nicht festgestellt werden. Andererseits konnte bei einer untersuchten Vergleichslegierung eine Wulstbildun^: festgestellt werden, ohne dass in dem warmgewalzten Gefüge eine Zeilenbildung zu beobachten war.

Zum Kachweis für die verbesserten Eigenschaften der ferritiscnen Chromstähle gemäss der Erfindung wurden sechs Legierungen hergestellt und nach Verfahren, bei welchen Temperaturänderungen erfolgten, zu Bandgut verarbeitet. Die beiden Legierungen, deren Chemismus in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt, zeigten praktisch keine Wulstbildung, und zwar unabhängig von den bei ihrer Verarbeitung angewandten Verfahrensbedingungen. Die chemische Zusammensetzung der sechs Legierungen ist in folgenden angegeben:

Legierungschemisaus

Schmelze Cr C Mn I § Si N Ti Gb "A P" A 16,6 0,064 0,30 0,003 0,0ί16 0,34 0,037 - - 52,2% B 16,4 0,061 0,34 0,002 0,017 0,42 0,042 - 0,58 52,6% C 16,6 0,057 0,38 0,004 0,015 0,47 0,038 0,29 - 44,1% D 16,0 0,0039 0,27<0,002 0,0064 0,44 0,080 - - 55i1% E 10,4 0,12 0,27*0,002 0,010 0,45 0,0035- - 56,8% F 16,5 0,0019 O,15<O,002 0,0078 0,24 0,0036 - - 28,3%

"A P¹ « Austenit - Potential, bezogen auf die Waxweiler - Gleichung, wonach!

A P = 288 C + 350 N+ 22 Ni +7*5 Mn - 18,75 Cr - 54 Si +338,5

Beachte: Ni schwankt zwischen 0,42 und 0,56%.

Testrohblöcke aus jeder Schmelze wurden nach jedem der folgenden Arbeitsgänge bis zur Endbanddicke bearbeitet:

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Tabelle I

Arbeitsgang X	ArbeitsgangΎ	ArbeitSKanß Z
1. Warmwalzen bei	1. Warmwalzen bei	1. Warmwalzen bei
1120⁰C bis auf	955⁰C bis auf	1120⁰C bis auf
3,30 mm	3,30 mm	3,30 mm
2. Behandlung im	2. Behandlung im	2. Band-Normalglühen
Kistenglühofen bei	Kistenglühofen	bei 112O⁰C
845⁰C	bei 845⁰C
Beize	Beise
3· Kaltwalzen	3· Kaltwalzen	3. Behandlung im Kisten
bis auf 1,65 mm	bis auf 1,65 mm	glühofen bei 845°C
		Beize
4. Bandglühen	4. Bandglühen	4. Kaltwalzen bis
bei 800⁰C	bei 800^aC	auf 1,65 mm
Beize	Beize
5. Kaltwalzen	5· Kaltwalzen bis	5. Bandglühen bei 80O⁰C
bis auf 0,64 mm	auf 0,64 mm	Beize
6. Bandglühen bei	6. Bandglühen bei	6. Kaltwalzen bis auf
800°C	800°C	o,64 mm

Beize

7. Bandglühen bei 800⁰C Beize

Tabelle II zeigt die mechanischen Eigenschaften und die Wulstbildungsneigung der verschiedenen in der geschilderten Weise behandelten Legierungen.

Tabelle II

Probenbe- Streckfes- Bruchfeszeichnung tigkeit tigkeit 0,2% Kg/mm² Kg/mm²

AI AT AZ

33,6

32,6

52,6 52,9

%-uale

Dehnung
in 50*6

Härte Wulstb.il-B« dungsne igung

26,5

28₉0

74,8 I₁

/1589

Probenbe- Streckfes* Bruchfeszeichnung tigkeit tigkeit O »2% Kg/a»² Kg/in»²

%-uale Härte Dehnung Rg in 50 «8mm

BX BY BZ

CX CY CZ

DX DY DZ

IX PY IZ

35,7 36,2 41,8

34,2 29,4 30,0

42,5 30,3 31,4

35,9 34,9 36,2

51,9 51,8 57,2

52,2 49,4 48,1

60,3 49,8 50,6

53,2 51,2

52,9

26,5
31,5
24,0

25,0
31,0
28,5

14,0
24,5
26,5

30,0
32,0
31,0

74,5 74,5 74,5

72,0 72,0

71,0

78,5 73,0 74,5

75,5 74,2

74,0

Wulstbildungsneigung

2,4

0,7 0,2

3,7 0,9 0,1

0 0 0

0,5 1,3 0,5

26,4 37,5 38,5 65,0 0,1
26,2 39,0 33,5 65,0 0
26,2 38,0 39,5 62,2 - χ
ζ Rauhe Oberfläche mit grossen Körnern, daher

nicht zahlenmässig bewertet; eine Wulstbildung

war jedoch nicht beobachtbar.

Den Ergebnisen der Tabelle II ist zu entnehmen, dass
durch Weglassen von Kohlenstoff aus dem jeweiligen Legierungssystem, wie dies bei den Proben D und F der lall ist, eine
Wulstbildung vermieden werden kann. D.h., diese Legierungen zeigen, unabhängig vom jeweiligen Arbeitsgang, keine Wulstbildung. Bei einer Mikrogefügeuntersuchung der bearbeiteten Proben zeigte es sich, dass die Probe D nach dem Warmwalzen eine MikrοZellenstruktur aufwies. Diese rührte vermutlich rom Warmwalzen in der Mischungslücke Austenit / Ferrit her. Bs sei darauf hingewiesen, dass der Stickstoffgehalt in der Probe D

bei

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bei niedrigem Kohlenstoffgehalt etwa verdoppelt war, was zu einem vergleichbaren "A P " -" Wert führte-.

Aus der Gegenüberstellung der Proben D und F wird ohne weiteres deutlich, dass sich durch die Erhöhung des Stickstoffgehalts in der Probe D das Austenitpotential, die Festigkeit und die Härte wieder auf die Höhe bringen lässt bzw· auf der Höhe halten lässt„ wie dies bei den übrigen Legierungen der Fall istο Eb sei nochmals daran erinnert, dass die angegebene Austenitpotential - Gleichung zeigt, dass Kohlenstoff und Stickstoff die Austenitbildung besonders stark fördernde liessmte sind. - -

In keinem Falle werden jedoch dadurch, dass aus dem Legierungssystem zur Herbeiführung der gewünschten Ergebnisse Kohlenstoff weggelassen wird, die restlichen Eigenschaften dieser Legierungen beeinträchtigt. In der Tat gibt es nunmehr weitere Möglichkeiten, die Einsetzbarkeit bzw. Leistungsfähigkeit ferritischer, rostfreier Chromstähle zu variieren.

Abgesehen von den durch das Weglassen von Kohlenstoff bedingten Verbesserungen konnte festgestellt werden, dass bestimmte unterschiedliche Arbeitsgänge die das Fehlen einer Wulstbildungsneigung betreffenden Eigenschaften rostfreier Stähle der Type 4-30 noch weiter verbessern. Bei einigen Proben konnten bei den niedrigeren Warmwalztemperaturen Verbesserungen festgestellt werden; besonders günstig hat sich jedoch ein Arbeitsgang erwiesen, bei welchem dem Warmwalzen eine Normalglühbehandlung nachgeschaltet wird. Wie sich jedoch aus der Tabelle II ergibt, lässt sich auf Grund der jeweiligen Kohlenstoffgehalte bei den Proben D und F bei sämtlichen verschiedenen Arbeitsgängen eine Wulstbildung weitestgehend vermeiden bzw. vollständig aussehalten.

Der sich bei dem bevorzugten Arbeitsgang zusätzlich

einstellende

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.- 11 .-

einstellende Vorteil wird besonders deutlich, wenn der Kohlenstoffgehalt der Ausgangslegierung über den bevorzugten Grenzwert von 0,006 Gewichtsprozent erhöht wird. Somit fallen also auch Legierungen des geschilderten Typs mit einem Kohlenstoffgehalt von bis zu etwa 0,01 Gewichtsprozent in den Rahmen der Erfindung.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Nicht zur Wulstbildung neigender, ferritischer, rostfreier Chromstahl mit 14 - 18 Gew.-% Chrom , maximal 0,01 Gew.-% Kohlenstoff und zum Rest, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen, aus Eisen bestehend.

2. Chromstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er weniger als etwa 0,006 Gew.-% Kohlenstoff enthält.

3. Chromstahl nach Ansprüchen 1 und / oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er etwa 0,04 bis 0,09 Gew.-% Stickstoff enthält.

4. Verfahren zur Vermeidung bzw. Beseitigung der Wulstbildung in einem ferritischen Chromstahl beim Ziehen bxw. Verstrecken aus einer Bandform, dadurch gekennzeichnet, dass man von einem Chromstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von maximal 0,01 Gew.-^ ausgeht und dass man den Chromstahl einer Reihe von zur Verminderung des Stahls bis zur Bandform geeigneten Wärmebehandlungs- und Waltschritten unterwirft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Chromstahl während seiner Bearbeitung einer Wärmeverminderung und einer nachgeschalteten Normalglühbehandlung unterwirft.

6. Verfahren nach Ansprüchen 4 und / oder 5 s dadurch gekennzeichnet, dass man von einem Chromstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als 0,006 Gew.-51 ausgeht.

7· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man von einem Chromstahl ausgeht, der 0,04 bis 0,09 Gew.-^ Stickstoff enthält.

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