DE2109431A1 - Alterungsbestandiger niednggekohlter Stahl und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Alterungsbeständiger niedriggekohlter Stahl und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen alterungsbeständigen, niedriggekohlten, mit Niob behandelten Stahl, der in geglühten Zustand keine Dehnung an der Streckgrenze und ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften sowie ein breites Spektrum von vorteilhaften mechanischen Eigenschaften aufweist und frei von nichtmetallischen Einschlüssen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Stahls.

Der erfindungsgemäße Stahl kann, insbesondere in Form von Blechmaterial zum Tiefziehen und Recken, in Metallbeschich-

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tungsverfahren und bei der Herstellung von weißemailliertem Stahl verwendet werden.

Kohlenstoff und Stickstoff machen niedriggekohlte Stähle (Stähle mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt), die einer Glührekristallisation unterworfen worden sind, dehnbar an der Streckgrenze, die Reckalterung, die bei solchen Stählen nach dem Dressieren (Temperwalzen) zu einer Erholung der Dehnung an der .Streckgrenze führt, ist jedoch gewöhnlich auf den Stickstoff zurückzuführen. Diese Reckalterung wird verhindert, indem man Aluminium zusetzt, das Stickstoff aus der Lösung eliminiert durch Eildung von Aluminiumnitrid. Wenn aluminiumstabilisierte Stähle nach dem Dressieren hohen Temperaturen ausgesetzt werden, bewirkt der Kohlenstoff eine Reckalterung, wenn er nicht ebenfalls aus der festen Lösung entfernt wird. In früheren Arbeiten auf diesem Gebiet wurde darauf hingewiesen, daß durch Zusatz von Elementen, wie z. B. Titan, Niob, Vanadin, Zirconium und Chrom, wenn diese in ausreichenden Mengen zugegeben werden, so daß sie den gesamten in dem Stahl vorhandenen Kohlenstoff binden, die Alterung und Dehnung an der Streckgrenze eliminiert werden kann. Diese Elemente haben eine starke Affinität für Kohlenstoff und bilden stabile Carbide, wodurch sie den löslichen Kohlenstoff aus dem Ferrit bis zu einem solch niedrigen V.'ert entfernen, daß die Glühdehnung an der Streckgrenze ebenso wie die Reckalterung eliminiert werden. In der Literatur ist allgemein angegeben, daß die Wirksamkeit solcher Elemente zur Verhinderung der Alterung mit- zunehmender Affinität gegenüber dem Kohlenstoff in der Reihenfolge Chrom, Zirconium, Vanadin, Niob und Titan, zunimmt (vgl. "Journal of Iron and Steel Institute", J_42, Seiten 199 bis 221 (1940), "Iron and Steel¹¹, Juni 1963, Seiten 326 bis 334),

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Titan wird als wirksamstes Element zur Beseitigung der Alterung und der Dehnung an der Streckgrenze bei niedriggekohlten Stählen angesehen, Niob ist fast ebenso xvirksam und andere Elemente, wie z. B. Vanadin und Chrom,werden als etwas weniger wirksam angesehen.

In der USA-Patentschrift 3 183 078 ist ein Verfahren zur Herstellung eines alterungsbeständigen Emailliereisens mit guter Ziehbarkeit beschrieben. Dieses Verfahren umfaßt die Herstellung eines geschmolzenen Stahls, der weniger als 0,04 % Kohlenstoff enthält und dessen sonstige Analyse mit üblichem, nicht beruhigtem Stahl (mit Ausnahme eines bevorzugten Mangangehaltes von maximal 0,05 ⁰O vergleichbar ist, die Vakuumentgasung des geschmolzenen Stahls zur Verringerung des Kohlenstoffgehaltes auf weniger als 0,02 %, weniger als 0,020 % Schwefel und 0,002 bis 0,007 % Stickstoff, die Zugabe von Aluminium und Titan in ausreichenden Mengen zur Bindung des in dem Stahl vorhandenen Kohlenstoffs, Stickstoffs und Schwefels. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird zuerst ein Teil des Aluminiums zugegeben, das sich mit dem restlichen Sauerstoff und Stickstoff verbindet, wodurch der größte Teil des Titans für die Bindung mit Kohlenstoff, Schwefel und restlichem, nicht an das Aluminium gebundenem Stickstoff zur Verfügung steht.

In der französischen Patentschrift 1 511 529 ist ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von kaltgewalztem Blechmaterial mit guten Tiefzieh- und Reckeigenschaften beschrieben. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren wird eine Stahlschmelze unter Zugabe von Aluminium als Desoxidationsmittel einer Vakxmmentgasung unterworfen zur Herstellung eines entgasten Stahls, der weniger als 0,020 % Kohlenstoff und weniger als 0,015% Sauerstoff enthält. Titan wird in einem Ge-

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wichtsverhältnis von 4:1 zu den Kohlenstoff zugegeben und der entgaste Stahl wird dann vergossen, bei einer Endbehandlung temperatur oberhalb 78O⁰C (1O53°F) warmgewalzt, bei einer Auswalzungsrate von mehr als 30 ·% kaltgex^alzt und schließlich bei einer Temperatur zwischen 650 und 1000⁰C (923 bis 1273⁰K) einer Schlußglühung unterworfen. Das dabei erhaltene Blechmaterial hat eine starke / 111_7-0rientierung senkrecht zur Blechoberfläche oder eine V.urfel-Ecken-Textur (cube-on-corner texture) und ein plastisches Reckverhältnis (r-Wert) innerhalb des Bereiches von erwa 1,75 bis 2,47, je nach der angewendeten Bearbeitung. Die ASTM-Korngröße liegt innerhalb des Bereiches von 7,5 bis 10.

Bezüglich der r-lVerte ist in der französischen Patentschrift nicht angegeben, welcher r-Wert gemeint ist. In jedem Falle ist jedoch bekannt, daß nach ähnlichen Verfahren von den verschiedensten Herstellern keine titanhaltigen Stähle mit durchschnittlichen r-Werten von mehr als 2,0 hergestellt werden können.

Bei dem durchschnittlichen plastischen Reckverhältnis r, wie es in der vorliegenden Anmeldung angegeben ist, handelt es sich um den Standard-Wert, der berechnet wird aus:

r = 1/4 /r(longitudinal) + r(transversal) + 2r(diagonal^?·

Obwohl die Zugabe von Titan zu einem im Vakuum entgasten Stahl zu einem alterungsbeständigen Produkt ohne Streckgrenze führt, hat dieses Produkt dennoch eine Reihe von Nachteilen. Da Titan ein starker Nitrid-, Oxyd- und Sulfidbild'ner sowie ein Carbidbildner ist, muß eine größere Menge Titan als die zur Bindung des Kohlenstoffs theoretisch erforderliche Menge

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zugesetzt werden, da ein Teil des Titans mit dem in dem Stahl vorhandenen Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel reagiert. Obwohl das theoretische stöchiometrische Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff etwa 4:1 beträgt, muß dieses daher am Anfang auf einen Wert von etwa 8:1 erhöht werden, da Titan mit dem in dem Stahl verbliebenen Schwefel und Stickstoff reagiert. Außerdem tritt wegen der Titanoxydbildung, das in die Schlacke geht, ein noch größerer Titanverlust auf. Es wurde daher festgestellt, daß in der technischen Praxis Titan in einem Gewichtsverhältnis zum Kohlenstoff von 16:1 zugegeben werden muß, um einen alterungsbeständigen Stahl, der keine Streckgrenze aufweist, zu erhalten, Die Titanrückgewinnung muß daher unter diesen Umständen in der Größenordnung von 50 - 60 % liegen.

Die Bildung von Titanoxyden, -nitriden und -sulfiden in dem Stahl führt zu nachteiligen nichtmetallischen Einschlüssen dieser Verbindungen und beeinträchtigt die Oberflächenqualität des Produkts.

Titan in Lösung in dem Stahl kann das Ausheilen von Warmrissen verhindern, wie das von Aluminium bekannt ist. Die große Affinität von Titan zu Sauerstoff in der Luft bewirkt auch, daß der geschmolzene Stahl während des Vergießens weniger flüssig wird. Darüber hinaus haben die Titan enthaltenden Stähle des in der oben genannten französischen Patentschrift beschriebenen Typs eine niedrige Zugfestigkeit, die> einen Wert von etwa 14,1 kg/mm² (20 ksi) bzw. 138 MN/m² nicht übersteigt, die durch Schlußglühungsbehandlung auch nicht wesentlich erhöht werden kann. *

Wegen der oben genannten Machteile und der erhöhten Kosten,

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die aus den praktischen Erfordernis der Zugabe von bis zu der vierfachen theoretischen Menge des benötigten Titans resultiert, haben im Vakuum entgaste, mit Titan behandelte Stähle gegenüber unberuhigten und beruhigten Stählen zum "Tiefziehen, Recken, Beschichten oder zum Emaillieren keine technische Verwendung gefunden.

Von Abrahamson et al wurde in "Transactions Metallurgical Society of ΛΙΜΕ", Band 218, Dezember 1960, Seiten 1101 bis 1104, bereits darauf hingewiesen, daß Miob und Zirconium während des Glühens des kaltgewalzten Materials im Vergleich zu Legierungselenenten, wie z. B. Titan und Chrom, die Rekristallisation wesentlich herabsetzen (verzögern). Diese Ergebnisse beruhten auf einstündigen Glühungen bei zunehmenden Temperaturen während jedes Glühvorganges. Aus dieser Kenntnis wurde jedoch bisher kein praktischer Vorteil oder Nutzen gezogen.

Die vorliegende Erfindung liefert einen alterungsbeständigen, niedriggekohlten Stahl, der an der Streckgrenze praktisch keine Dehnung aufweist und sowohl im warmgewalzten als auch im kaltgewalzten und geglühten Zustand frei von einem kritischen Kornwachstum ist, der frei von den Nachteilen der bisher bekannten, Titan enthaltenden Stelle ist und darüber hinaus einen hohen Grad an Würfel-Ecken-Kristallorientierung in der Grenzfläche und verbesserte r—IVerte sowie eine verhältnismäßig kleine Korngröße aufweist, die über einen breiten Temperaturbereich beständig ist. Außerdem ist das Material sowohl im warmgewalzten als auch im kaltgewalzten Zustand mit einem breiten Spektrum von Eigenschaften herstellbar. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung dieses Stahls umfaßt die Herstellung einer Stahlschmelze mit einem

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maximalen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 % und einem ausreichenden Mannangehalt, um den in dem Stahl vorhandenen Schwefel praktisch vollständig zu binden, die Vakuunentgasung des Stahls auf einen Kohlenstoffgehalt von maximal etwa 0,015 % , einen Sauerstoffgehalt von maximal etwa 0,010 % und einen Stickstoffgehalt von naximal etwa 0,012 % , die Zugabe von Niob in einer Menge, die mindestens ausreicht, um die Rekristallisation des Stahls bei der sich daran anschließenden Erstarrung zu verzögern (zu hemmen), das Vergießen und Erstarrenlassen des. entgasten Stahl, das V.'armwalzen des Stahls auf Banddicke, die Schlußbehandlung (Abschlußglühung) bei einer Temperatur von etwa 816 bis 927⁰C (1500 bis 1700⁰F) bzw. 1090 bis 1200⁰K und das , Bundglühen bei einer Temperatur von etwa 588⁰C (1500⁰F) bzw. 109O⁰K oder weniger. Das warmgewalzte Produkt im bundgeglühten oder im geglühten (getemperten) Zustand ist für viele Anwendungszwecke sehr vorteilhaft. Gewöhnlich wird das warmgewalzte Produkt gebeizt und auf die Endstärke kalt ausgewalzt und anschließend bei einer solchen Temperatur und eine solche Zeit lang schlußgeglüht, daß ein fertiger Streifen oder ein fertiges Blech mit der gewünschten Festigkeit und Duktilität entsteht.

Das warmgewalzte Produkt kann in der bundgeglühten Form verwendet oder einer Schlußglühung innerhalb des Temperaturbereiches von 732 bis 927⁰C (1350 bis 1700⁰F) bzw. 1005 bis 1200⁰K unterworfen werden. Das kaltgewalzte Produkt wird gewöhnlich einer Schluß'glühung innerhalb des Temperaturbereiches von 538 bis 871°C (1000 bis 1600⁰F) bzw. 810 bis 1145°K unterworfen. In jedem Falle kann die Schlußglühung entweder ansatzweise oder kontinuierlich oder als Nebenvorgang, der jedoch für die warme Tauchmetallbeschichtung erforderlich ist, innerhalb eines Zeitraums von einigen Sekun-

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c'en bis etwa 16 Stunden lang durchgeführt werden. Zur Erzielung einer maximalen Hörte und Festigkeit des warngewalzten Produkts sollte die .Bundglühungstemperatur (coiling temperature) innerhalb des Bereiches von etwa bis 7O4°C (940 bis 1300⁰F) bzw. 775 bis 975⁰K liegen und bei dem kaltgewalzten Produkt sollte die Temperatur der Schlußglühung zwischen etwa 5 38 und etwa 76O⁰C (1000 bis 140O⁰F) bzw. 810 bis 1O35°K liegen. Umgekehrt sollte die ~ . : Bundglühungstemperatur zur Erzielung einer maximalen Weichheit und Duktilitat des warmgewalzten Produktes innerhalb des Bereiches von etwa 704 bis etwa 816°C (1300 bis 1500⁰F) bzw. 775 bis 109O⁰K liegen und für das kaltgewalzte Produkt sollte die Schlußglühungstemperatur zwischen etwa 760 und 871°C (1400 bis 1600⁰F) bzw. 1035 bis 1145°K. liegen.

Die allgemeine Zusammensetzung (breiter Bereich) des erfindungsgemäßen fertigen Produktes ist folgende:

Kohlenstoff 0,002 bis 0,015 %

NiOb⁺ 0,02 bis 0,30 %

Mangan 0,05 bis 0,60 I

Schwefel bis zu 0,035 !

Sauerstoff bis zu 0,010 I

Stickstoff bis zu 0,012 %

Aluminium bis zu 0,08 %

Phosphor Verunreinigung

Silicium Verunreinigung Rest im wesentlichen Eisen.

Tantal ist gewöhnlich als Verunreinigung in Niob vorhanden und in kleinen Mengen nicht unerwünscht, da es auf die gleiche Weise wirkt.

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Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß Niob überraschenderweise den Titan sowohl vom Standpunkt der Verarbeitung als auch des Produkts in vielerlei Hinsicht überlegen ist. Es wurde beispielsweise gefunden, daß die bereits weiter oben beschriebene langsame Rekristallisationsgeschwindigkeit des Niob enthaltenden, kaltgewalzten, erfindungsgemäßen Stahls die Erzielung eines breiten Spektrums von mechanischen Eigenschaften ermöglicht ^ wenn bestimmte Bearbeitungskontrollen (Verfahrenskontrollen) eingehalten werden. Die Rekristallisation der kaltgewalzten Struktur des erfindungsgemäßen Stahls weicht von jedem anderen, niedriggekohlten Stahl ab. Die Rekristallisation beginnt an den ßandoberflachen und schreitet nach innen fort, so daß häufig in einem teilweise rekristallisierten Produkt eine Streifenstruktur zu erkennen ist. Die Dauer und Temperatur der Schlußglühung kann aber auch so gexvählt werden, daß eine wesentliche Rekristallisation durch das gesamte Band (Streifen) erfolgt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schwefel durch Mangan gebunden und zu diesem Zwecke sollte der Mangangehalt vorzugsweise bei einem Gewichtsverhältnis zu Schwefel von etwa 7:1 gehalten lierden. Zur Vereinigung mit Sauerstoff und Stickstoff kann Aluminium zugegeben werden und wenn dieses zugegeben tvird, sollte das Gewichtsverhältnis von Aluminium zu Sauerstoff vorzugsweise 1,2:1 und das Gewichtsverhältnis von Aluminium zu Stickstoff vorzugsweise 2:1 betragen. Da zur wirksamen Vereinigung mit Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff ge'nügend Aluminium und Mangan vorhanden sind und da Niob eine geringere Affinität für Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff bei den angegebenen Temperaturen hat, ist praktisch das gesamte Niob, das während oder nach der Entgasungsstufe zugegeben wurde, nach der Aluminiumzugabe zur Verbindung mit Kohlenstoff verfügbar. Damit sind

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viel höhere Wirkungsgrade erzielbar und das Niob kann zu 75 bis 95 % zurückgewonnen werden.

Das Aluminium kann weggelassen werden oder es kann ein anderer Nitridbildner, wie z. B. Titan, ersetzt werden. Wenn ein Nitridbildner weggelassen wird, verbindet sich der Stickstoff mit den Niob. Wenn eine geschlossene Bundglühung ifi einer Stickstof £-V.'asser stoff -Atmosphäre durchgeführt werden soll, sollte Aluminium zugegeben werden, da der Stahl aus der Glühungsatnosphäre Stickstoff aufnimmt, der sich mit dem Niob verbindet, wenn nicht genügend ungebundenes Aluminium vorhanden ist, wobei man ein Produkt mit einer Dehnung an der Streckgrenze im geglühten Zustand erhält, x\^renn eine Nitrierung bis zu dem Grad auftritt, an dem nicht gebundener Stickstoff vorhanden ist. Wenn die Offenbundglühung durchgeführt x\rerden soll, braucht diese Vorsichtsmaßnahme nicht ergriffen zu werden.

Bei Verwendung von Niob anstelle von Titan führt die Zugabe von ausreichend Aluminium zur Verbindung mit dem Sauerstoff und Stickstoff und die Aufrechterhaltung einer genügenden Menge von Mangan zur Verbindung mit dem in dem Stahl vorhandenen Schwefel zu einem Material, das gegenüber Titan enthaltendem Stahl verbesserte Oberflächeneigenschaften auf- .' weist und in dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die nichtmetallischen Einschlüsse durch Entfernung in der Schlacke .-;-praktisch eliminiert. Es ist bekannt, daß Titan enthaltende Stähle eine nachteilige Menge an Einschlüssen enthalten und eine schlechte Oberflächenqualität aufweisen.

Der erfindungsgemäße Stahl hat durchgehend höhere'plastische Reckungsverhältnisse als die Titan enthaltenden Stähle, die ähnlich bearbeitet worden sind.

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Es wurde nun gefunden, daß hohe plastische Reckungsverhältnisse erhalten werden, wenn Niob in einer Menge zugegeben wird, die größer als die zur Verbindung nit den Kohlenstoff und mit eventuell \'orhandenen, nicht gebundenem Stickstoff erforderliche Menge ist, d. h. wenn das Niob d.n den warmgewalzten dünnen Stab in der nicht gebundenen Form (offensichtlich in fester Lösung) vorhanden ist, erhält nan nach den anschließenden kalten Auswalzen eine Struktur, die nach

hohen dem Glühen zu einem Endprodukt mit einen/Grad an V.'ürfel-Ecken-Orientierung, z. B. /~554_7 und /~322_7 an der Grenzfläche rekristallisiert. Insbesondere werden durchschnittliche plastische Reckungsverhältnisse von 1,8 oder höher erhalten, wenn mindestens 0,025 Gew.-I Niob in nicht gebundener Form in dem warmgewalzten dünnen Stab vorhanden sind, das durch Analyse des Bleches bei Raumtemperatur bestimmt wird.

Der erfindungsgemäße Stahl kann, unabhängig davon, ob er zu einem Barren oder kontinuierlich vergossen wird, nach üblichen Verfahren und mit einer üblichen Walzvorrichtung warmgewalzt werden, wodurch geringe Verarbeitungskosen sichergestellt und Kapitalinvestitionen für eine neue Anlage vermieden werden.

Das Atomgewicht von Niob beträgt 92,91 und deshalb beträgt' das theoretische stöchiometrische Verhältnis für die vollständige Umsetzung mit dem in dem Stahl vorhandenen Kohlenstoff (Atomgewicht 12,01) etwa 7,75:1. Titan hat ein Atomgewicht von 47,90 und das theoretische stöchiometrische Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff beträgt deshalb etwa 4:1. Es wurde gefunden, daß ein Niob kohlenstoff-Verhältnis von 10:1 oder von vorzugsweise 12:1 ein Material liefert, das vollständig alterungsbeständig ist und an der Streckgrenze keine Dehnung aufweist. Ein Niob kohlenstoff-Verhältnis von 8:1 kann ein Material liefern, das eine Grenzbeständig-

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keit insofern aufweist, als es eine Dehnung an der Streckgrenze unter bestimmten Glühbedingungen aufweisen kann. Ein Stahl, der eine gewisse Dehnung an der Streckgrenze aufweist, kann jedoch einer üblichen Dressierstufe (Temperwalzstufe) unterworfen werden, wodurch die Dehnung an der Streckgrenze beseitigt wird und das Material ist wegen des niedrigen Kohlenstoffgehaltes alterungsbeständig. Ein solches Material kann aber auch nach dem Kaltwalzen entweder in einer getrennten Stufe oder als Vorstufe zu der Rekristallisationsschlußglühung decarburiert (entkohlt) werden, um eine vollständige Beständigkeit zu erzielen. Ein Stahl mit einem Niob:Kohlenstoff-Verhältnis von weniger als 8:1 fällt daher ebenfalls noch unter die vorliegende Erfindung. Im Gegensatz dazu ist die deutliche Überlegenheit hinsichtlich der Wirksamkeit und des Wirkungsgrades von Niob gegenüber Titan offensichtlich, wenn .in der Praxis ein Verhältnis von Titan: Kohlenstoff von 16:1 erforderlich ist wegen seiner Reaktivität mit anderen Elementen und der niedrigen Rückgewinnung, trotz eines theoretischen stöchiometrischen Verhältnisses von 4:1.

Obwohl die hohen Kosten von Niob auf den ersten Blick seine Verwendung in einem niedriggekohlten Stahl für solche Anwendungszwecke, wie z. B. das Beschichten, Emaillieren und dgl.,auszuschließen scheint, wurde gefunden, daß die Verwendung von Niob zu einer Herabsetzung der Verarbeitungskosten, zur Ausschaltung einiger Arbeitsvorgänge, zu einem geringeren Ausschuß und zu höheren Ausbeuten führt, welche die Kosten der Niobzugabe und der Vakuumentgasungsstufe mehr als aufwiegen.

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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei bedeuten:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Rekristallisationsverhaltens als Funktion der Glühzeit und Härte der Niob enthaltenden Stähle in Vergleich zu Titan enthaltenden Stählen;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen r und der prozentualen Kaltauswalzung für unberuhigte, aluminiumberuhigte, mit Titan und Niob behandelte Stähle;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Einflusses von variierenden Niob:Kohlenstoff-Verhältnissen auf die Dehnung an der Streckgrenze und die Streckspannung (Streckbelastung) ;

keiten Fig. 4 ein graphischer Vergleich der Streckfestig/ des Niob enthaltenden erfindungsgemäßen Stahls und eines Titan enthaltenden Stahls und eines im Handel erhältlichen technischen Emaillierstahls nach den Recken und Brennen;

Fig. 5 bis 9 Mikrophotographien in 100-facher Vergrößerung

der Querschnitte eines erfindungsgemäßen Stahls, \irelche den Mechanismus de'r Rekristallisation während der Schlußglühung zeigen; und

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen r und der in dem kaltgewalzten Produkt vorhandenen Menge an nicht gebundenem Niob.

Eine Stahlcharge (Stahlprobe) kann in einem Sieinens-Martin-

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Ofen, einem Thonasofen riit Sauers Lof f zufuhr oder einem elektrischen Ofen rut einer typischen, jedoch nicht beschränkenden Stahlanalyse für nicht beruhigten oder beruhigten Ausziehstahl aufgeschmolzen werden (0,02 bis -0,05 % Kohlenstoff, 0,1 bis 0,35 % Mangan, 0,01 bis 0,020 % Schwefel, 0,001 bis 0,010 % Stickstoff und Rest im wesentlichen Risen). Der geschmolzene Stahl wird durch Vakuumentgasung in einer üblichen Vorrichtung entkohlt (decarburiert), vorzugsweise unter Hinleiten von Argon, um die Entfernung der Verunreinigungen zu unterstützen und das Auftreten von Temperaturgefällen zu vermeiden. Vor den Entgasen wird vorzugsweise etwas Aluminium zugegeben, um die Charge zu "stauen" (stun), d. h. um eine übermäßige Gasentwicklung zu verhindern. Fs können auch andere Desoxydationsmittel, beispielsweise Silicium, in kleinen Mengen zugegeben werden. Der Rest des Aluminiums wird vorzugsweise während der Vakuumentgasung, jedoch nach der Hntkohlung zugegeben.

Die Zugabe von Aluminium in einer höheren Menge als sie zur Vereinigung mit Stickstoff und Sauerstoff erforderlich ist, kann unerxvünscht sein, da sie die Qualität des Endproduktes nachteilig beeinflussen kann. Insbesondere kann die Anwesenheit von überschüssigem Aluminium in dem Produkt die Heilung von vorhandenen Warmrissen stören, obwohl die Bildung von Warmrissen durch das Vorhandensein eines ausreichend hohen Mangangehaltes, um praktisch den in dem Stahl vorhandenen Schwefel vollständig zu binden, vermieden wird. Zu diesen Zv/ecke sollte ein Verhältnis von Mangan zu Schwefel von etwa 7:1 eingehalten werden, es können jedoch auch höhere Mangangehalte toleriert werden und diese beeinflussen nicht nachteilig die Eigenschaften des Endproduktes.

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Das "iob wird nach dem Aluminiup, vorzugsweise während der Entgasung, oder in «ler Pfanne oder in der Forri zugegeben, .wenn eine richtige Verteilungsvorrichtung vorgesehen ist*.

Um eine vollständige und dauerhafte Entfernung des Kohlenstoffs durch IViIcIim? von Niobcarbid sicherzustellen, wird ein i'iob: Kohlenstof f-Yci*hältnis von vorzugsweise 12:1 eingehalten. Es können jedoch auch höhere Niobverhältnisse angewendet werden, um die ICornorienticrung und gewünschten mechanischen Eigenschaften des Endproduktes zu fördern (zu begünstigen). Silicium wird vorzugsweise nicht zugegeben, es können jedoch kleinere Mengen toleriert werden. Auch andere Elemente können in den normalen Verunreinigungsrr.engen (Restmengen) toleriert werden.

Der entgaste Stahl sollte vorzugsweise die folgende Analyse haben und die Zusammensetzung des Endproduktes sollte ebenfalls in wesentlichen die gleiche sein:

Kohlenstoff " 0,005 bis 0,010 %

Niob 0,08 bis 0,12 %

Mangan 0,10 bis 0,35 % ,

Schwefel bis zu 0,02 %

Sauerstoff bis zu 0.004 %

Stickstoff bis zu 0,006 %

Aluminium 0,015 bis 0,020 ^? ₀

Phosphor bis zu 0,010 %

Silicium * bis zu 0,015 %

Rest in» wesentlichen Eisen und zufällige Verunreinigungen,

Der entgaste und behandelte Stahl kann dann nach üblichen Verfahren zu Barren oder Bändern (Strängen) vergossen werden. Wenn kontinuierlich warmgewalzt werden soll, v/erden die Barren auf Bramnoidicke ausgewalzt, erforderlichenfalls erneut er-

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wärmt, auf Banddickc warmausgewalzt und einer Rundglühung unterworfen.

Eine übliche Vvarmband-Endbehandlungs tempera tür von 816 bis 927⁰C (1500bis 1700⁰F) bzw. 1090 bis 1-200⁰K ist bevorzugt und bei· der Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht kritisch. Jedoch führt eine Endbehandlungstemperatur unterhalb etwa 816⁰C (150O⁰F) bzw. 1090⁰K zu einem höheren Kraftaufwand und die gewünschte Dicke ist schwieriger zu erzielen. Eine Endbehandlungstemperatur wesentlich oberhalb etwa 927⁰C (1700⁰F) bzw. 1200⁰K erfordert höhere Auswalzgeschwindigkeiten und ein dickerer und wärmerer Stab wird in den Endbehandlungsstand eingeführt.

Ein schnelles Abschrecken auf eine Bundglühtemperatur (coiling temperature) zwischen etwa 593 und 704⁰C (1100 bis 130O⁰F) bzw. 865 und 975°K ist bevorzugt, obwohl auch höhere oder niedrigere Bundglühtemperaturen je nach den praktischen Erfordernissen angelandet \ierden können. Im allgemeinen führt das Bundglühen bei einer höheren Temperatur (d. h. bei einer Temperatur bis zu 816⁰C (1500⁰F) bzw. bei etwa 1090⁰K zu einem \ieicheren Produkt, während eine Bundglühung bei tieferen Temperaturen (d. h. bei Temperaturen bis herunter zu 5O4°C (94O⁰F) oder etwa 775⁰K zu einem härteren Produkt führt. Das Abschrecken auf derart niedrige Blindglühtemperaturen ist mit einer vorhandenen Vorrichtung nur schwierig, zu verwirklichen.

Zusätzlich oder alternativ zu dem Bundglühen (coiling) bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur kann ein kontinuierliches oder ansatzweises Glühen des warmgewalzten Bandes bei einer Temperatur bis zu etwa 954°C (1750⁰F) bzw. etwa 123O⁰K durchgeführt werden, um ein warmgewalztes Produkt mit

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der maximalen Weichheit und Duktilität zu erzielen*

Das bundgeglühte Material wird dann gebeizt und nach üblichen Verfahren praktisch auf die Endstärke kalt ausgewalzt, vorzugsweise ohne Zwischenglühung. Das kalte Auswalzen kann in der Größenordnung von 60 bis 70 % liegen und stellt keine Beschränkung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Höhere Kaltauswalzungsgrade von bis zu 90 % führen zu höheren f—Werten. Der kaltgewalzte Streifen wird dann unter einer Schutzatmosphäre einer kontinuierlichen und ansatzweisen Schlußglühung unterworfen.

Selbstverständlich ist das warmgewalzte Band oder der dünne Stab ein im Handel vertriebenes Produkt und seine Eigenschaften hängen von der Zusammensetzung des Stahls undder Bundglühtenyperatur (coiling temperature) , d. h. von der Geschwindigkeit der Abkühlung von der Endbehandlungstemperatur auf die Bundglühtemperatur^und dem Grad der Glühung ab, der in dem kompakten Bund auftritt, wenn er langsam abgekühlt wird. Im Gegensatz zu üblichen, niedriggekohlten oder mit Titan behandelten Stählen kann das warmgewalzte Produkt mit einem breiten Spektrum von mechanischen Eigenschaften hergestellt werden, die von einer hohen Festigkeit und Härte bis zu einer mäßigen und geringen Festigkeit und einer damit einhergehenden hohen Duktilität reichen. Natürlich liegt das plastische Reckungsverhältnis im wesentlichen bei 1,0, wie für einen anderen warmgex^alzten, niedriggekohlten Stahl. Die nachfolgende Tabelle IA erläutert den Bereich der mechanischen Eigenschaften eines 2,54 mm (0,1 inch) dicken, warmgewalzten dünnen Stabes, der in einer mit 14S Tonnen betriebenen Versuchsanlage aus einer in einem Siemens-Martin-Ofen erschmolzenen und im Vakuum entgasten Charge, die 0,11 % Niob und 0,005 % Kohlenstoff (Niob:Kohlenstoff-Verhältnis von 22:1) enthielt, hergestellt wurde. In der folgenden Ta-

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belle I B ist der Fere ich der mechanischen Eigenschaften eines 1,56 ram (0,077 inch) dicken, warngewalzten, dünnen Stabes erläutert, der in einer bei 154 Tonnen betriebenen Versuchsanlage aus einer in einem elektrischen Ofen aufgeschmolzenen und im Vakuum entgasten Charge, die 0,14 % Niob und 0,008 % Kohlenstoff (Xb:C-Verhältnis von 17:1) enthielt hergestellt wurde. Das Abschrecken von der V.arnwalz-Kndbehandlungstemperatur von etwa 871⁰C (160O⁰F) bzw. etwa 1145 K auf eine niedrige Fundglühtcr.iperatur von 593°C (110O⁰F) bzw. etwa 865°K oder darunter liefert eine feine Dispersion von Niobcarbidniederschlägen, die zu der in dem warmgewalzten Produkt entwickelten hohen Festigkeit und Härte beitragen, während die Anwendung von höheren Bundglühtemperaturen von 704 bis 816°C (1300 bis 1500⁰F) bzw. etwa 975 bis 1090⁰K zu einer gröberen Dispersion dieser Niederschläge und zu einer geringeren Festigkeit und Härte führen.

Tabelle TA

Warmgewalzter dünner Stab (2,54 mm (0,1 inch) dick)

In dem V/alzwerk hergestellter und bearbeiteter Stahl, der

0,11 a Niob und 0,005 % Kohlenstoff enthielt '

keit Rundglühtem- Härte Zugfestigkeit Streckfestig/in % Dehnung

neratur R_? kg/mm² (ksi) kg/mm² (ksi) bei 5,08 cm (Coiling temp.) MN/m² Wri/m² (2 inches)

593(1100) 865 63 37,-5 (53.2) 26,7 (38.0) 35

367 262

704(1300) 975 55 ' 34,1 (48.5) 21,8 (31.0) 42

334 214

(1500) 1090 . 45 32,3 (46.0) 18,3 (26.0) 47

318 179

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Tabelle IB

V.'ariagewalzter dünner Stab (1,96 mm (0,077 inch) dick) Im V.'alzwcrk hergestellter und bearbeiteter Stahl, der J-LJi-J Niob und 0,OQR % Kohlenstoff enthielt

keit

Rundglühten- Härte Zugfestigkeit Strcckfestig/in peratur R_R kg/mm² (ksi) kg/i.im"· (ksi) (Coiling temp.) _ MN/m² MN/ra²

504 (940) 775
593 (1100) 865
704 (1300) 975

76 47,4 (67.8) 468

75 4 5,7 (65.0) 449

60 36,9 (52.6) 364

34,3 (48.7) 336

3 2,5 (46.2) 319

21,8 (31.1) 214

I Dehnung bei 5,08 cm (2 inches)

Ungeachtet der durch das Abschrecken von der Endbehandlungs temperatur auf eine niedrige Bundglühtemperatur erzeugten Festigkeit und Härte kann das warmgewalzte Band durch Nachglühen weich und duktil gemacht werden. Wenn das Band in dem Ferrit-Bereich (unterhalb der A«-Temperatur von etwa 91O⁰C (167O⁰P) bzw. 1183⁰K) geglüht wird, tritt kein Kornwachstum auf, jedoch werden die Niobcarbidniederschläge ver gröbert und es wird ein weicheres und duktileres Produkt gebildet. Eine Glühung etwas oberhalb der Austenisierungsteraperatur führt zu einem transformierten Ferrit mit einer größeren Korngröße und einem noch weicheren Produkt als es durch Glühen bei einer ,Temperatur in dem Ferritbereich erhalten werden kann. Die folgende Tabelle HA erläutert die Vi'irkung dieser Nachglühtemperaturen auf ein warmgewalztes Material, das bei 593°C (1100⁰F) bzw. etwa 865⁰K einer Bund glühung unterworfen worden ist.

1.09838/1.194

BAD OWGfNAL Tabelle ILA.

Nachgeglühter, warmgewalzter, dünner Stab (2,54 mm (0,1 inch]

dick)

Tn dem Walzwerk hergestellter und bearbeiteter Stahl, der

υ*JLLJ ^{Niob uncl} °>⁰⁰⁵ « Kohlenstoff enthielt

keit D

(871⁰C

Kontinuierliches Glühen des Streifens oberhalb der Austenisierungstemperatur (92 7⁰C (17Ö0°F) bzw. 1200⁰K)

8-9

46

(46.0) 317

17,6 (25.0)

172

5-6

40

23,8
(41.0)

283

16,9 (24.0)

166

Bedingung der Nach- Korn- Härte Zugfestigkeit Streckfesti«A Dehglühung größe R_p in kg/mm^ ₉ in kg/mm² nung bei

ASTM ^h (ksi) MN/ia" (ksi)- MM/n² 5,08 cm

(2

Kontinuierliches Glühen des Streifens in den Ferritbereich
(1600⁰F) bzw. 1145⁰K)

47

49

Das zähflüssige Verhalten der erfindungsgemäßen Stähle beim Erweichen ermöglicht die Beibehaltung der Warmwalzeigenschaften nach der Metallbeschichtung durch heißes Eintauchen, selbst wenn das warmgewalzte Band verhältnismäßig hohen Temperaturen, beispielsweise 732⁰C (135O⁰F) bzw. etwa 1005⁰K für einen kurzen Zeitraum ausgesetzt wird, wie das bei der Aluminiumbeschichtung z. B. der Fall ist. Dies wird in der folgenden Tabelle HB erläutert, in der ein Material mit einem Niob:Kohlenstoff-Verhältnis von 17:1 bei 5O4°C (94O°F) bzw. etwa 78O°K einer Bundglühung unterworfen wurde. (Die Eigenschaften vor dem Beschichten sind in der obigen Tabelle IB angegeben.

BAD ORfGINAL

109838/1194

Tabelle TIB

Mit Aluminium beschichteter, warmgewalzter, dünner Stab (1,96 mm (0,077 inch) dick)

Im Walzwerk hergestellter und bearbeiteter Stahl, der 0,14 % Niob und Ό,003 % Kohlenstoff enthielt '_

Zustand

Im beschichteten Zustand (Streifentemperatur 732⁰C (135O⁰F) bzw. 1005⁰K) Streckung und Walze ausgerichtet

Härte

74

Zugfestigkeit in kg/mm^w

(ksi) MN/m

45,7
(65.0) 449

Streckfestig- % Dehkeit in kg/mm n'ung bei (ksi) MN/rn² 5,08 cm (2 inches)

38,0
(54.0) 373

20

Das warmgewalzte Band oder der dünne Stab der Erfindung weisen keine Dehnung an der Streckgrenze auf und daher brechen sie nicht beim Aufwickeln oder beim Abwickeln von einem Dorn. Das warmgewalzte Band kann daher durch heißes Eintauchen auf kontinuierlichen Beschichtungsstrecken mit einem Metall beschichtet \v^rerden, ohne daß der Bund (die Wicklung) bricht; dies war mit den bisher bekannten Stählen praktisch unmöglich. Der beschichtete Streifen kann durch eine Walze oder eine Streckvorrichtung dressiert werden unter Bildung eines hochgradig flachen Bandes, ohne daß eine Riffelung oder Streckverzerrungen auftreten. Der Stahl weist keine Streckyerzerrungen x^ährend der Herstellung auf, die zum Bruch und/odor zu einem schlechten Oberflächenaussehen bei den üblichen niedriggekohlten Stählen führen können.

In dem kaltgewalzten und geglühten Band kann ein breites Spektrum von Eigenschaften erzeugt werden, das von einer hohen

1 09838/1194

BAD QfifÖMAL

Festigkeit mit einer begrenzten Duktilität bis zu einer mäßigen Festigkeit mit einer hohen Duktilität und hohen. r-V.'erten, die für eine gute Tiefziehfähigkeit erforderlich sind, reicht. Die Eigenschaften des Bandes hängen von der Zusammensetzung, der Abkühlungsgeschwindigkcit von der Fertigwalztemperatur in dem liarmwalzprozess und den Glüh-"bedingungen ab.

Bei den mit Niob behandelten erfindungsgemäßen Stählen läuft die Rekristallisation während der Schlußglühung bei .Glülitemperaturen von 593 bis 76O⁰C (1100 bis 1400⁰F) bzw. etwa 865 bis 1O35°K so langsam ab, daß die Eigenschaften in bereits vorhandenen Stahlproduktionsglühanlagen auf bequeme Art und Weise gesteuert werden können. Die Verzögerung des Rekristallisationsverhaltens ist wesentlich größer als in irgendeinem anderen niedriggekohlten Ferritstahl, sei er nun nicht beruhigt, aluminiumberuhigt oder mit Titan behandelt. Die graphische Darstellung der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung erläutert das Rekristallisationsverhalten als Funktion der Härteabnahme mit der Zeit bei Glühtempera-' türen von 649 bis 704⁰C (1200 bis 1300⁰F) bzw. etwa 920 bis 975⁰K für mit Niob behandelte Stähle und mit Titan behandelte Stähle.

Darüber hinaus liefert die Bildung von Niobcarbidniederschlägen eine innere Verfestigung des Stahls, die durch richtige Auswahl der Schlußglühungsbedingungen ebenfalls gesteuert werden kann. Die folgende Tabelle III erläutert das Spektrum von Zug- und Streckfestigkeiten, die beim Glühen bei 649⁰G (1200⁰F) bzw, etwa 92O⁰K bzw. bei 704⁰C (1300⁰F) bzw. etwa 975OK in einer in einem Walzwerk hergestellten 145-Tonnen-Siemens-Martin-Charge, die 0,11 % Niob und 0,005 % Kohlenstoff enthält, entwickelt werden, wenn diese im Vakuum entgast, zu Barren vergossen, auf 2,54 mm (0,1 inch) Dicke warm-

BAD OFHGiNAL

109838/1194

ausgewalzt, bei 704⁰C (1300⁰F) bzw. etwa 975⁰K bundgeglüht und auf 65 % (bzw. up 65 %) kaltausgewalzt wird.

Tabelle III

^TL^ektruri der bein Glühen entwiekelten Eigenschaften

bei 649°C (1200⁰F) bzw. 92O⁰K bei 7O4°G (1300⁰F) bzw. 975⁰K

Glühzeit Zugfestig- 0,5 %- % Deh- Zugfestig- 0,5%- % Dehnung in Stun- keit in Streck- nung bei keit kg/mn/ Streck- bei 5,08 den kg/mm^ ₉ festig- 5,03 cm (ksi) MN/m² festig- cn

(ksi) MNVm" keit ' (2 inches) keit (2 inches)

kg/mm ₉ kg/mnr ₉ (ksi)M>.'/nr Hisi2MN/in

50,1 47,3 . 10,5 34,6 19,5 39,7 (71.3) 492 (67.2) 464 (49.2) 340 (27.7) 191

48,0 44,0 14,2 33,0 16,9 43.8 (68.2) 470 (62.6) 433 (47.0) 324 (24.0) 166

40,9 33,7 21,2 32,5 14,8 45,6 (58.2) 402 (48.0) 332 (46.2) 318 (21.0) 145

· 39,6 28.1 29,2 31,9 14,2 48,2 (53.6) 370 (40.0) 276 (45.4) 313 (20.2) 139

Dehnung an der Streckgrenze ist gleich 0 % bei sämtlichen Bedingungen.

Die durch Glühen nach dem kalten Auswalzen entwickelten Eigenschaften stehen in Beziehung zur Festigkeit und Härte des warmgewalzten Bandes oder dünnen Stabes und hängen davon ab. Je größer die Härte des warmgewalzten dünnen Stabes vor dem kalten Auswalzen, umso 'größer ist die Festigkeit des geglühten Bandes bei jeder "' gegebenen Glühbedingung. Der v/armgewalzte dünne Stab, der so bearbeitet wurde, daß er eine geringere als die maximale Härte aufweist,·beispielsweise durch Bundglühen bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur (z.B. 7O4°C (1300⁰F) bzw. etwa 975°K oder darüber) oder durch nachträgliches Glühen, hat eine mehr mäßige Festigkeit

Γ6 9*3 8/1.1? 4

und eine größere Duktilität nach dem kalten Auswalzen und Glühen. Der Einfluß der Härte des dünnen .Stabes auf die mechanischen Eigenschaften nach dem kalten Auswalzen und Glühen ist in der folgenden Tabelle IV anhand einer in einem Walzwerk hergestellten Versuchscharge nit einem Niob:Kohlenstoff -Verhältnis von 22:1 erläutert.

109838/1194

Tabelle IV ^N

Einfluß der Härte des warmgewalzten dünnen ° ο

Stabes auf die Eigenschaften nach dem kai- ' covo

ten Auswalzen und Glühen ' q ^.

Glühen bei 649⁰C (120O⁰F) bzw. 92Q⁰K . J

Zeit Zugfestigkeit in 0,5%-Streck- % Dehnung bei
■v in kg/mm² (ksi) ' festigkeit in 5,08 cm
~~* Stun- kg/mirr (ksi) ( 2 inches)

<° ^den A B C . A B _C A_ B _C

i ve - 1/2

Ξ 1 54,4 50,2 44,6 50,3 47,3 40,3 11,5 10,5 15,2
** (77.4)(71.3)(63.4) (71.6) (67.2)(57.3)

53,3 48,0 42,8 48,6 44,0 37,2 11,5 14,2 21,0
(75.8)(68.2)(60,8) (69.1) (62.6)(52.9)

49,9 40,9 36,9 42,9 33,7 26,1 15,2 21,2 31,5
(71.0)(58.2)(52.5) (61.1) (48.0)(37.1)

47,3 40,5 35,9 38,0 31,5 23,9 18,1 23,5 35,0
(67.2)(57.6)(51.0) (54.0) (44.8)(33.9)

43,2 37,7 34,7 32,7 28,1 20,7 23,4 29,2 39,7 ' ¹^

(61.5)(53.6)(49.3) (46.5) (39·9)(29.5) ο

ro Ul

Fortsetzung Tabelle IV Glühen bei 704⁰C (130O⁰F) bzw. 975⁰K

Zeit Zugfestigkeit in 0,5% Streck- % Dehnung bei

in kg/mm2 (ksi) festigkeit in 5,08 cm

Stun- kg/mn^ (ksi) ( 2 inches )

den .

BC ABCAB

50,0 45,1 39,6 43,5 38,7 30,6 15,2 16,4 25,1 (71.1)(64.2)(56.3)(61.8)(55.1)(43.6)

42,6 38,0 34,3 32,2 25,3 19,2 26,9 31,5 37,4 (60.7)(54.O)(48.8)(45.8)(35.9)(27.3)

35,9 34,6 32,4 20,3 19,4 14,6 36,2 39,7 43,2 (51.O)(49.2)(46.1)(28.9)(27.6)(20.7)

33,3 32,5 31,3 16,0 14,8 13,3 43,3 45,6 46,7 &

44)(46)(44)()()(I) f

33,3 32,5 31,3 16,0 14,8 13,3 (47.4)(46.2)(44.5)(22.8)(21.O)(IS.9)

32,3 31,9 31,3 14,8 14,2 13,2 43,9 48,5 47,1 (46.0)(45.4)(44.5)(21.1)(20.2)(18.7)

Prozentuale Dehnung an der Streckgrenze = 0 unter sämtlichen Bedingungen Dünner Stab Härte

A 66 bundgeglüht bei 593⁰C (110O⁰F) bzw. etwa 81O⁰K

65% kaltausgewalzt, geglüht

B 55 bundg?glüht bei 704⁰C (130O⁰F) bzw. etwa 975⁰K

65% kaltausgewalzt, geglüht

C 42 bundgeg^üht bei 704⁰C (1300⁰F) bzy. etwa 975°K, geglüht

bei 871 C (16OO°F) bzw.

etwa 1145 K, 65% kaltausgewalzt, geglüht.

tferte müssen d 6,9 multipliziert werden.

ρ ρ CO

Fußnote; Zur Bestimmung der MN/m -Werte müssen die in kg/mm angegebenen Werte mit —*

2T0S431

Der Einfluß der Kaltauswalzung auf das plastische Reckungsverhältnis ist in der Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung graphisch dargestellt, in der ein erfindungsgemäßer Stahl mit einem Niob:Kohlenstoff-Verhältnis von 17:1 mit einem mit Titan behandelten Stahl und üblichen, aluminiumberuhigten und nicht beruhigten Stählen verglichen ist. Die Überlegenheit bezüglich der r—Werte des erfindungsgemäßen Stahls innerhalb des Kaltauswalzungsbereiches von 50 bis 90 % ist offensichtlich.

Das bereits weiter oben erwähnte träge Erweichungsverhalten der erfindungsgemäßen Stähle schafft die Möglichkeit zur Herstellung eines voll ausgehärteten, metallbeschichteten Streifens, was bisher mit Aluminiumüberzügen nicht mögJich war. Ein voll ausgehärtetes Produkt ist ein solches, das im beschichteten Zustand Kaltauswalzeigenschaften, z. B. eine Streckfestigkeit von 63,3 kg/mm² (90 ksi) bzw. 621 MN/m² oder höher, aufweist. Während der Metallbeschichtung wird der Streifen gewöhnlich auf 677⁰C (125O⁰F) bzw. etwa 95O⁰K oder höher erhitzt, um die Oberflächen zu reinigen und sie auf die Beschichtungstemperatur zu bringen. Die bisher bekannten, nicht beruhigten, beruhigten oder mit Titan behandelten Stähle rekristallisieren sehr schnell bei Temperaturen in der Nähe von 649⁰C (1200⁰F) bzw. etwa 92O⁰K und verlieren auf diese Weise die voll ausgehärteten (durchgehärteten) Eigenschaften. Die erfindungsgemäße Legierung kann für kurze Zeiten bei Temperaturen von etwa 677°C (125O⁰F) bzw. etwa 95O°K geglüht werden, ohne daß eine wesentliche Rekristallisation oder Erweichung auftritt. Deshalb werden die erwünschten Eigenschaften erhalten, obgleich eine Temperatur angewendet wird, bei der eine gute Reinigung und eine gute Haftung des Oberzuges sichergestellt werden kann.

Der Einfluß der Zusammensetzung auf die Streckfestigkeit und

109838/1194

BAD OfHGINAt

das Fehlen der Dehnung an der Streckgrenze im geglühten Zustand ist in der Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung graphisch dargestellt. Die in die graphische Darstellung der/Fig. 3 eingetragenen Daten wurden mit im Labor hergestellten und bearbeiteten Chargen erhalten. Die Chargen· wurden im Vakuum geschmolzen und alle Chargen enthielten etwa 0,010 Gew.-I Kohlenstoff. Das Material wurde warmgev/alzt, um die technisch gesteuerte Kornpraxis zu simulieren, bei einer Endwalzungstemperatur von 871⁰C (1600⁰F) bzw. etwa 1145°K und einer Bundglühtemperatur von 593°C (1100°F) bzw. etwa 865⁰K. Das warmgewalzte Band wurde um (auf) 60 % kaltausgewalzt und eine Stunde lang bei 749⁰C (138O⁰F) bzw. etwa 1020⁰K geglüht, um ein vollständig rekristallisiertes kaltgewalztes Blech zu erzeugen. Aus der Fig. 3 geht hervor, daß bei Stählen des angegebenen Kohlenstoffgehaltes, die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen worden sind, ein Niob!Kohlenstoff-Verhältnis von 8:1 oder mehr die Stähle frei von einer Dehnung an der Streckgrenze macht, selbst wenn Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff vorhanden sind. Da das stöchiometrische Verhältnis von Niob zu Kohlenstoff in Niobcarbid 7,75:1 beträgt, erläutert die graphische Darstellung der Fig. 3 den hohen Wirkungsgrad und die Wirksamkeit von Niob bei der selektiven Vereinigung mit Kohlenstoff und bei der Entfernung von Kohlenstoff aus der Lösung.

Die Glühbedingungen beeinflussen auch die Dehnung an der Streckgrenze bei im Labor hergestellten Stählen innerhalb des Bereiches der Niob:Kohlenstoff-Verhältnisse von etwa 7:1 bis 10:1. Auf diese Weise entstand bei einem im Labor hergestellten Stahl mit einem Niob:Kohlenstoff-Verhältnis von etwa 7:1 beim Glühen bei 704⁰C (1300⁰F) bzw. etwa 975⁰K eine vorübergehende Instabilität bei einer Glühzeit bis zu etwa 8 Stunden, beim Fortsetzen des Glühens bis zu 16 Stunden

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reduzierte sich-jedoch die Dehnung an der Streckgrenze wieder auf einen Wert von weniger als 11. Andererseits führte ein Glühen bei Temperaturen innerhalb des Bereiches von 760 bis 871⁰C (1400 bis 160O⁰F) bzw. etwa 1035 bis 1145⁰K bei Glühzeiten bis zu 16 Stunden sowohl zu einer vorübergehenden als auch zu einer dauerhaften Instabilität.

Bei einem im Labor hergestellten Stahl mit einem Niob:Kohlenstoff-Verhältnis von 10:1 entstand beim Glühen innerhalb des Temperaturbereiches von 760 bis 816⁰C (1400 bis 1500⁰F) bzw. etwa 1035 bis 1090⁰K bei einer Glühzeit von etwa zwei Stunden eine vorübergehende Instabilität, bei einer Fortsetzung der Glühung auf bis zu 8 Stunden wurde die Dehnung an der Streckgrenze jedoch wieder auf einen Wert von 0 % reduziert. Andererseits entstand beim Glühen bei 871⁰C (1600⁰F) bzw. etwa 1145°K bei Glühzeiten bis zu 9 Stunden sowohl eine vorübergehende als auch eine dauerhafte Instabilität.

Im Gegensatz dazu war bei einem im Labor hergestellten Stahl mit einem Niob:Kohlenstoff-Verhältnis von etwa 12,5:1 das Material beim Glühen bei Temperaturen von 704 bis 871⁰C (1300 bis 1600⁰F) bzw. etwa 975 bis 1145⁰K und einer Glühdauer von 5 Minuten bis 16 Stunden vollständig und dauerhaft frei von einer Dehnung an der Streckgrenze.

Die vorübergehende Instabilität ist offenbar nur eine Erscheinung, die bei im Labor hergestellten Materialien auftritt, wahrscheinlich als Folge der verhältnismäßig schnellen Abkühlung der Barren und warmen Bänder, die zu sehr feinen Carbidausfällungen führt. Eine solche Erscheinung wurde bei einer im Walzwerk hergestellten Charge bei einem Niob:Kohlenstoff-Grenzwertverhältnis nicht beobachtet.

Das Auftreten einer Dehnung an der Streckgrenze in Stählen mit

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einem Niob:Kohlenstoff-Verhältnis innerhalb des Bereiches von 7:1 bis 10:1 bei Glühtemperaturen von 816 bis 871⁰C (1500 bis 1600⁰F) bzw. etwa 1090 bis 1145⁰K würde den Wert der Erfindung für die Verwendung eines solchen Materials bei der kontinuierlichen Beschichtung mit Aluminium oder Zink durch Eintauchen in ein heißes Bad herabsetzen, da bei einem solchen Beschichtungsverfahren kurzzeitig bei Temperaturen zwischen 732 und 871⁰C (1350 bis 1600⁰F) bzw. bei etwa 1005 bis 1145⁰K geglüht werden muß. Wie bereits oben angegeben, kann das Material jedoch dressiert (temper-

gewalzt) werden, um die Dehnung an der Streckgrenze zu beseitigen und das dabei erhaltene Produkt ist dann anschliessend alterungsbeständig.

Eine der wichtigsten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls ist die, daß er frei von einem kritischen Kornwachstum ist, wodurch dieses Material besonders geeignet ist als Emaillierstahl. Das Brennen von mit Weißemail beschichteten ausgezogenen Teilen führt zu einem kritischen Kornwachstum, wenn übliche oder mit Titan behandelte Stähle verwendet werden, und dies war ein Problem bei langen Standzeiten. Das kritische Kornwachstum führt zu einem außerordentlich starken Festigkeitsverlust wegen der großen Ferritkorngröße, die sich entlang der kritisch gestreckten Bereiche eines ausgezogenen Teils beim Glühen entwickelt und als Folge des Brennens der aufgebrachten Weichporzellanmasse auftritt. Es wurde nun gefunden, daß die mit Niob behandelten erfindungsgemäßen Stähle nicht nur frei von einem kritischen Kornwachstum sind, sondern infolge der kritischen Reckung der gezogenen Teile auch noch eine erhöhte Festigkeit aufweisen. In der folgenden Tabelle V und in der Fig. 4 der beiliegenden Zeichnungen ist eine in einem Versuchswalzwerk hergestellte, Niob enthaltende, erfindungsgemäße Stahlcharge mit einem Titan enthaltenden

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- 56 -

Emaillierstahl, dessen Zusammensetzung in der USA-Patentschrift 3 183 078 angegeben ist, und mit einem im Handel unter der Bezeichnung UNIVIT erhältlichen, üblichen Emaillierstahl verglichen. Bei dem mit Niob behandelten Stahl handelt es sich um die gleiche Charge, wie sie in der obigen Tabelle III beschrieben ist. Die graphische Darstellung der Fig. 4 zeigt, daß in dem erfindungsgemäßen Stahl die Festigkeit mit zunehmendem Reckungsgrad bis zu 16 % allmählich zunimmt und niemals auf die ursprüngliche Festigkeit abnimmt, während bei dem mit Titan behandelten Stahl die Festigkeit bei der Reckung bis zu 8 % zunimmt, bei der Reckung um 12 % oder mehr, aber auf einen Festigkeitswert unterhalb der ursprünglichen Festigkeit abnimmt. Der im Handel erhältliche Emaillierstahl weist selbst bei der geringsten Reckung einen Festigkeitsverlust auf. Darüber hinaus zeigt die folgende Tabelle V, daß die Korngröße des erfindungsgemäßen Stahls selbst beim Recken über 16 % hinaus konstant bleibt.

OWGiNAL

109838/1194

Tabelle V

Kritisches Kornwachstum nach 5-minütigem Brennen
bei 788⁰C (145O⁰F) bzw. etwa 106O⁰K

Im Walzwerk hergestellter, Mit Ti behandelter Stahl mit Nb behandelter Stahl

Emaillierstahl UNIVIT der Firma Armco

Ca» OO

% Reckung Streckfestig- % Dehnung ASTM Streckfestig- % Dehnung ASTM Streckf<stig- % Dehnung ASTM vor dem keit in an der Korn- keit in an der Korn- keit in an der Korn-Brennen kg/mm² (ksi) Streck- größe kg/mm² (ksi) Streck- größe kg/mm² (ksi) Streck- größe MN/m² grenze MN/m² grenze MN/m²

O	13,6 134	(19.4)	O
4	17,4 170	(24.7)	O
8	20,5 202	(29.2)	O
12	23,7 233	(33.8)	O
16	25,0 246	(35.6)	O
20	20,6 202	(29.2)	O
24	18,0 177	(25.6)	O

grenze

8	12,0 117	(17.0)	O
8	15,9 156	(22.6)	O
8	19,6 192	(27.9)	O
8	10,0 98	(14.2)	O
8	10,9 107	(15.5)	O
8	10,5 103	(15.0)	O
8

8-9	1 1	24,3 238	(34.6)	8,0	8-9 ]	F I	-CD CO
8-9	22,9 225	(32.6)	4,2	• 8-9		CO
8	22,7 223	(32.3)	2,5	8-9
1-2	9,5 94	(13.6)	O	1
1-3	9,8 97	(14.0)	O	2-3
3-4	9,6 95	(13.7)	O	3-4
	1,6 14	(16.5)	0,8	4-5

JS

Ein bevorzugter, mit Niob behandelter, erfindungsgemäßer Stahl, der 0,11 % Niob und 0,005 % Kohlenstoff enthielt, wurde warmausgewalzt und bundgeglüht und dann verschiedenen Bearbeitungsstufen unterworfen. Die mechanischen Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle VI angegeben. Dabei ist bemerkenswert, daß vergleichbare Festigkeiten und Dehnungen und hohe r-Werte bei einem kaltgewalzten Blech sowohl beim ansatzweisen Glühen als auch bei der Metallbeschichtung nach einem Warmtauchverfahren erhalten werden können. Das warmgewalzte, beschichtete Produkt kann mit den gleichen Festigkeits- und hohen Dehnungswerten, wie sie mit den kaltgewalzten, ansatzweise geglühten und/oder beschichteten Produkten erhalten werden, hergestellt werden..

Tabelle VI

. Im Walzwerk hergestellter Ausziehstahl, enthaltend 0,11 % Niob und 0,005 % Kohlenstoff

Zustand Härte 0,51-Streck- Zugfestig-,, % Dehnung r

R_n festigkeit keit kg/mm:: bei 5,08

^ß kg/mm² (ksi) (ksi) MN/m^z cm UN/m² (2 inches)

Nach 65ligem Kaltauswalzen auf die Stärke 5»1 U,

, 8 Stunden lang offenbundgeglüht bei 749⁰C (138O⁰F) bzw. etwa 1020⁰K, dann zur

Glättung 0,2 I 41-44 14,8- IS,5 31,6-32,3 45-48 1,95-dressiert (21,0 - 22,0>(45;Ö - 46,0) 2,10

145 - 152 31Q -. 314

Nach 65liger Kaltwalzung auf die Stärke 5»1 p

kastengeglüht bei 746°C (1375⁰F) bzw. etwa 102O⁰K, dann zur

Glättung 0,21 dres- 39 14,1 - 14,8 31,6 44 2,1 siert

14,	1 -	14,	8	31,	6
(20,	0 -	21,	0)	(45	,0)
138	—	145		310

10 9 8 3 8/1194

Fortsetzung von Tabelle VI

Nach 70Hgem Kaltauswalzen auf die Stärke 5*6

mit Zink beschichtet, Streifentemperatur 816 bis 871°C (1500 bis 160O⁰F)

bzw. etwa 1090 bis 40 15,5- 16,2 32,3 - 3^,0 40-41 1,78 1145⁰K (22,0 - 23,0) (46,0 - 47,0)

152 - 159 314 - 324

Nach dem warmen Auswalzen zu einem Band einer Stärke von 26,4 mm (0,104 inches) mit Zink beschichtet, Streifentemperatur

bis 871°C (1500 43-47 15,5- 17,6_3O,9- 31,6 45-47 1,0 bis 160O⁰F) bzw. etwa (22,0 - 25,0) (44,0-45,0) bis etwa 1145⁰K 152 - 172 304 - 310

Dehnung an der Streckgrenze =01 unter sämtlichen Bedingungen,

Die Beziehung zwischen dem durchschnittlichen plastischen Reckungsverhältnis und der Menge des nicht gebundenen Niobs in dem warmgewalzten dünnen Stab ist in der Fig. 10 graphisch erläutert. Die Daten wurden mit einer Reihe von kontinuierlich gegossenen Chargen und mit einer Reihe von Blockchargen, von denen jede den gleichen Bearbeitungsbedingungen unterworfen wurde, erhalten. Die Blöcke oder Brammen \^urden mit einer Endwal ζ temperatur von 899⁰C (165O°F) bzw. 1170⁰K warmausgewalzt und bei 649°C (1200⁰F) bzw. 92O⁰K bundgeglüht. Die Dicke des warmgewalzten dünnen Stabes lag innerhalb des Bereiches zwischen 2,29 und 2,54 mm (0,090 bis 0,1 inches).

Die Niob-, Kohlenstoff- und Aluminiumgehalte in diesen Chargen wurden in bestimmter Weise variiert, während die übrigen EIe-

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mente innerhalb der technisch praktikablen Grenzen konstant gehalten wurden. Insbesondere wurden die Gesamtgehalte an Niob zwischen etwa 0,068 und 0,25'I, diejenigen an Kohlenstoff zwischen 0,0022 und 0,020 % und diejenigen an Aluminium zwischen weniger als 0,002 und 0,070 % variiert. Die anderen Elemente wurden innerhalb der folgenden Bereiche gehalten:

Mangan	0,3	0,5 %
Schwefel	0,008 -	0,019 %
Sauerstoff	0,001 -	0,01 %
Stickstoff	0,004 -	.0,008 %
Phosphor und Silicium	Verunreinigungen

Rest, im wesentlichen Eisen

Die Menge an nicht gebundenem Niob wurde je nachdem, ob Aluminium zur Bindung des Stickstoffs zugegeben worden war oder nicht, nach einer der folgenden beiden Formeln errechnet:

^{U % Nb}nicht gebunden

^Nbgesamt " ⁷'⁷⁵'^{0 C}gesamt " ⁶'⁶⁵

[T _M
Γ

^A1

gesamt

säurelöslich[
1,93 J

wobei

gesamt

^A1

säurelöslich

¹>⁹³

>0

²· ^{% Nb}nicht gebunden ⁼ ·* ^Nbgesamt " ⁷'^{751 C}gesamt

I Al

wobei

IN

gesamt

säurelöslich 1,93

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Wenn Titan als Nitridbildner anstelle von Aluminium verwendet wird, können diese Formeln in geeigneter Weise modifiziert werden, um dieser Substitution Rechnung zu tragen.

Die in der Fig. 10 angegebenen f-Werte gelten für das Endprodukt nach 62tiger Kaltwalzung und nach dem Glühen bei 746⁰C (1375°F) bzw. 102O⁰K, während die Prozentangabe für das nicht umgesetzte Niob unter Verwendung der Prozentwerte an Gesamtniob, Gesamtkohlenstoff, Gesamtstickstoff und säurelöslichem Aluminium für den warmgewalzten dünnen Stab, wie sie durch Blechanalyse bei Raumtemperatur bestimmt wurden, nach den Formel 1 und/oder 2 errechnet wurden. Es ist natürlich klar, daß der jeweilige Prozentwert des nicht gebundenen Niobs oder des Niobs in der festen Lösung bei der Warmwalztemperatur nicht der gleiche ist wie bei der Analyse bei Raumtemperatur. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine definierte Beziehung zwischen r und dem bei Raumtemperatur bestimmten, nicht gebundenen Nb besteht.

Wie aus der Fig. 10 hervorgeht, tritt ein deutlicher Unterschied in den f -Werten zwischen etwa 0,022 I und etwa 0,026 I an nicht gebundenem Niob auf und der kritische Wert scheint bei etwa 0,025 % nicht gebundenem Niob zu liegen, oberhalb dieses Wertes können f -Werte von mehr als 1,8 erhalten tverden. Eine Charge mit einem Wert von 0,027 % nicht gebundenem Niob wies einen f -Wert von nur 1,65 auf. Diese Ausnahme gegenüber allen anderen Daten ist bisher nicht erklärbar.

Es wurde gefunden, daß Änderungen in dem Gesamtkohlenstoff-, Gesamtaluminium- und Gesamtstickstoffgehalt nur einen verhältnismäßig geringen Einfluß auf die f -Wate haben, vorausgesetzt, daß genügend Niob zugesetzt wird, um einen Oberschuß von mindestens etwa 0,025 % nicht gebundenem Niob, bestimmt in

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dem warmgewalzten Produkt, zu erzeugen, was aus der folgenden Tabelle VII hervorgeht.

	%	Al	Tabelle	VII	% N
			> 1,93	% N + 1,2 % 0
		r		Gesamtgehalt an
% Nb (nicht gebunden)			I Nb	% C	0,0063
nach Formel 2	2				0,0048
0,071	1	,10			0,0055
0,076	2	,97	0,095	0,0031	0,0053
0,057	2	,13	0,098	0,0028	0,0057
0,109	2	,06	0,079	0,0029	0,0068
0,087	2	,19	0,15	0,0053	0,0063
0,061	1	,07	0,12	0,0043	0,0056
0,036	1	,89	0,083	0,0029	0,0050 -
0,191	2	,97	0,091	0,0069	0,0053
0,089	1	,10	0,24	0,0063	0,0051
0,103	1	,96	0,11	0,0027	0,0056
0,081	1	,94	0,12	0,0022	0,0070
0,062	1	,90	0,13	0,0063	0,0058
0,231	2	,80	0,094	0,0041	0,0064
0,092	1	,02	0,25	0,0025	0,0069
0,078	1	,84	0,11	0,0023	-
0,027	1	,65	0,11	0,0042
0		,60	0,068	0,0053
		%	0,14	0,020
	Al < 1,93	I N + 1,2 % 0

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Fortsetzung von Tabelle VII

nach Formel 1	r	% Nb	Gesamtgehalt an	% N
% Nh	2,12	0,096	I C	0,0050
nicht gebunden)	1,97	0,091	0,0038	0,0044
0,047	2,13	0,090	0,0027	0,0047
0,038	1,59	0,073	0,004 9	0,0062
0,034	1,66	0,074	0,0047	0,0053
0,002	2,04	0,082	0,0040	0,0045
0,014	1,92	0,20	0,0027	0,0042
0,038	2,10	0,092	0,0022	0,0059
0,162	1,91	0,086	0,0037	0,0044
0,031	1,47	0,094	0,0040	0,0075
0,026	1,44	0,10	0,0076	0,0084
0,022	1,48	0,11	0,010	0,0053
0			0,011
0

Die Daten der Tabelle VII beziehen sich auf die gleichen Chargen, wie sie in der Fig. 10 dargestellt sind.

Die Wirkung der Zugabe von genügend Niob, um mindestens etwa 0,025 % nicht gebundenes Niob in dem warmgewalzten Produkt sicherzustellen, wird durch Röntgenbeugungsuntersuchungen bestätigt. Diese zeigen, daß die Strukturen der warmgewalzten und kaltausgewalzten und geglühten Produkte, die mindestens etwa 0,025 i nicht gebundenes Niob enthalten, sich von den Strukturen vergleichbarer Produkte, die weniger als etwa 0,025 % nicht gebundenes Niob enthalten, unterscheiden.

In den Fig. 5 bis 7 ist die gestreifte Struktur der erfindungsgemäßen Stähle, die häufig mit einer unvollständigen Rekristallisation einhergeht, erläutert. Diese stellen angeätzte Querschnitte in 100-facher Vergrößerung eines im Walzwerk herge-

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stellten und bearbeiteten Stahls dar, der 0,11 % Niob und 0,005 % Kohlenstoff enthält, auf eine Dicke von 2,54 mm (0,1 inch) warmausgewalzt, bei 704⁰C (1300⁰F) bzw. etwa 975⁰K bundgeglüht (coiled) und 65 % kaltausgewalzt wurde. Die Figuren zeigen die bei 4-, 8- und 16-stündiger Glühung bei 649°C (1200⁰F) bzw. etwa 92O°K allmählich von den Oberflächen nach innen fortschreitende Rekristallisation. Dieses sehr ungewöhnliche Rekristallisationsverhalten ist noch nicht vollständig geklärt, es wird jedoch angenommen, daß es durch die herabgesetzte freie Energie des Oberflächenmaterials verursacht wird. Diese Struktur stellt nicht nur ein unterscheidendes Merkmal des erfindungsgemäßen Stahls dar, sondern sie hat auch vorteilhafte Aspekte. So hat beispielsweise ein teilweise rekristallisiertes Produkt eine hohe Festigkeit und eine Verformbarkeit, die derjenigen eines bekannten Materials der gleichen Festigkeit überlegen ist auf Grund der statistischen (zufälligen) Rekristallisation des gleichen Prozentsatzes. In dem erfindungsgemäßen Stahl befinden sich die rekristallisierten Körner an den Oberflächen, wo ihre Duktilität eine größere Dehnung der äußeren Fasern des Querschnitts erlaubt.

Wenn einmal die kaltausgewalzte Struktur rekristallisiert ist, ist sie sehr beständig, was in den Fig, 8 und 9 dargestellt ist, die vier Stunden lang bei 704⁰C (1300⁰F) bzw. etwa 975⁰K bzw. acht Stunden lang bei 749°C (1380⁰F) bzw. etwa 1020⁰K geglüht worden ist. Die mechanischen Eigenschaften dieser Proben sind in der folgenden Tabelle VIII angegeben.

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	0,5 %-Streckfes tigkeit kg/mm2 (ksi) MN/m2	372	Tabelle VIII	462 ·	% Dehnung bei 5,08 cm (2 in ches)	r
Figur Nr.	38,0 (54,0)	296	Zugfestigkeit kg/mm2 (ksil MN/iir	407	18	1,00
5	30,2 (43,0)	214	47,1 (67,0)	366	26	1,17
6	21,8 (31,0)	172	41,5 (59,0)	331	32	1,54
7	17,6 (25,0)	145	37,3 (53,0)	318	40	1,94
8	14,8 (21,0)	33,7 (48,0)		44	1,92
9	32,3 (46,0)

Obwohl gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das warmgewalzte Material von einer Fertigwalztemperatur innerhalb des Bereiches von 816 bis 927°C (1500 bis 1700⁰F) bzw. 1090 bis 120O⁰IC auf eine darunter liegende Temperatur schnell genug abgeschreckt wird, um eine Ausscheidung von Carbiden in fein dispergierter Form zu erzielen, ist die vorliegende Erfindung natürlich darauf nicht beschränkt und sie umfaßt auch ein Produkt, das nicht auf diese Art und Weise hergestellt wurde, das aber dennoch wegen der Niob-Zugabe vollständig beständig ist und das zum Zwecke des Ausziehens und/oder Reckens, Emaillierens, der Metallbeschichtung und für andere Anwendungszwecke, bei denen eine gute Duktilität, das Fehlen eines kritischen Wachstums, eine Alterungsbeständigkeit und keine Dehnung an der Streckgrenze erforderlich sind, sehr gut und speziell geeignet ist.

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Claims (28)

Patentansprüche

1. Alterungsbeständiger, niedrig-gekohlter Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß er sich an der Streckgrenze praktisch
nicht dehnt, praktisch frei von Einschlüssen ist, ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften aufweist und im wesentlichen besteht aus:

etwa 0,0025 bis etwa 0,015 Gew.-S Kohlenstoff, etwa 0,02 bis etwa 0,30 Gew.-I Niob, etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-I Mangan,

bis zu etwa 0,035 Gew.-I Schwefel, wobei praktisch der

gesamte Schwefel in Form von Mangansulfid vorliegt, bis zu etwa 0,010 Gew.-$ Sauerstoff, bis zu etwa 0,012 Gew.-I Stickstoff, bis zu etwa 0,045 Gew.-% Aluminium,

Phosphor und Silicium in verunreinigenden (restlichen) Mengen,

Rest im wesentlichen Eisen.

2. Alterungsbeständiger, niedriggekohlter, warmgewalzter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er sich an der Streckgrenze praktisch nicht dehnt, frei von einem kritischen Kornwachstum und praktisch frei von Einschlüssen ist, daß er ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften und Zugfestigkeiten von etwa 28,1 bis etwa 49,2 kg/mm (40 bis 70 ksi) bzw. von

etwa 276 bis etwa 483 MN/m aufweist und im wesentlichen besteht aus:

etwa 0,0025 bis etwa 0,015 Gew.-% Kohlenstoff, wobei

praktisch der gesamte Kohlenstoff in Form von Niobcarbid

vorliegt,

etwa 0,02 bis etwa 0,30 Gew.-% Niob,

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etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-% Mangan,

bis zu etwa 0,035 Ge\i.-% Schwefel, wobei praktisch der

gesamte Schwefel in Form von Mangansulfid vorliegt, bis zu etwa 0,010 Gew.-I Sauerstoff, bis zu etwa 0,012 Gew.-S Stickstoff, bis zu etwa 0,045 Gew.-$ Aluminium,

Phosphor und Silicium in verunreinigenden (restlichen)

Mengen,

Rest im wesentlichen Eisen.

3. Stahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:

etwa 0,005 bis etwa 0,010 Gew.-Ί Kohlenstoff, etwa 0,08 bis etwa 0,12 Gew.-I Niob, wobei das Gewichtsverhältnis von Niob zu Kohlenstoff mindestens etwa 10:1 beträgt,

etwa 0,10 bis etwa 0,35 Gew.-I Mangan, bis zu etwa 0,02 Gew.-ξ Schwefel, bis zu etwa 0,004 Gew.-I Sauerstoff, bis zu etwa 0,006 Gew.-^ffs Stickstoff,

etwa 0,015 bis etwa 0,020 Gew.-I Aluminium, wobei praktisch das gesamte Aluminium in mit Sauerstoff und Stickstoff verbundener Form vorliegt,
bis zu etwa 0,010 Gew.-% Phosphor,
bis zu etwa 0,015 Gew.-i Silicium,
Rest im wesentlichen Eisen.

4. Alterungsbeständiger, nied'riggekohlter, mit Metall beschichteter warmgewalzter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er sich an der Streckgrenze praktisch nicht dehnt und nach dem

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Recken und Dressieren Zugfestigkeitswerte von etwa 28,1 bis etwa 49,2 kg/mm² (40 bis 70 ksi) bzw. von etwa 276 bis etwa 483 MN/m² aufweist und im wesentlichen besteht aus:

etwa 0,0025 bis etwa 0,015 Gew.-*₀ Kohlenstoff, etwa 0,02 bis etwa 0,30 Gew.-I Niob, wobei das Gewichtsverhältnis von Niob zu Kohlenstoff mindestens etwa 8:1 beträgt,

etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-I Mangan, bis zu etwa 0,035 Gew.-% Schwefel, wobei praktisch der gesamte Schwefel in Form von Mangansulfid vorliegt, bis zu etwa 0,010 Gew.-% Sauerstoff, bis zu etwa 0,012 Gew.-°ö Stickstoff, bis zu etwa 0,045 Gew.-I Aluminium, Phosphor und Silicium in verunreinigenden Mengen, Rest im wesentlichen Eisen.

5. Mit Metall beschichteter Stahl nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:

etwa 0,005 bis etwa 0,010 Gew.-I Kohlenstoff, etwa 0,08 bis etwa 0,12 Gew.-I Niob, wobei das Gewichtsverhältnis von Niob zu Kohlenstoff mindestens etwa 10:1 beträgt,

etwa 0,10 bis etwa 0,35 Gew.-I Mangan, bis zu etwa 0,02 Gew.-% Schwefel, bis zu etwa 0,004 Gew.-% Sauerstoff, bis zu etwa 0,006 Gew.-I Stickstoff,

etwa 0,015 bis etwa 0,020 Gew.-I Aluminium, wobei praktisch das gesamte Aluminium in mit Sauerstoff und Stickstoff verbundener Form vorliegt,
bis zu etwa 0,010 Gew.-I Phosphor, bis zu etwa 0,015 Gew.-$ Silicium, Rest im wesentlichen Eisen.

109838/1 m

6. Kaltgewalzter, alterungsbeständiger, niedriggekohlter Stahl nach Anspruch 1 in Form eines Bandes, dadurch gekennzeichnet, daß er sich im geglühten Zustand an der Streckgrenze praktisch nicht dehnt, praktisch frei von Einschlüssen ist, ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften und Streckfestigkeiten von etwa 14,1 bis etwa 63,3 kg/mm² (20 bis 90 ksi) bzw. von etwa 138 bis etwa 620 MN/m aufweist, nach dem kritischen Recken und kurzzeitigem Erhitzen auf hohe Temperaturen eine verbesserte Festigkeit aufweist und im wesentlichen besteht aus:

etwa 0,0025 bis etwa 0,015 Gew.-I Kohlenstoff, etwa 0,02 bis etwa 0,30 Gew.-°s Niob, wobei das Gewichtsverhältnis von Niob zu Kohlenstoff mindestens etwa 8:1 beträgt,

etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-% Mangan,

bis zu etwa 0,035 Gew.-$ Schwefel, wobei das Gewichtsverhältnis von Mangan zu Schwefel mindestens etwa 7:1 beträgt, bis zu etwa 0,010 Gew.-I Sauerstoff, bis zu etwa 0,12 Gew.-I Stickstoff, bis zu etwa 0,045 Gew.-I Aluminium, Phosphor und Silicium in verunreinigenden Mengen, Rest im wesentlichen Eisen.

7. Kaltgewalzter Stahl in Form eines Streifens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er enthält:

etwa 0,005 bis etwa· 0,010 Gew.-S Kohlenstoff, etwa 0,08 bis etwa 0,12 Gew.-I Niob, wobei das Gewichtsverhältnis von Niob zu Kohlenstoff mindestens etwa 10:1 beträgt,
etwa 0,10 bis etwa 0,35 Gew.-I Mangan,

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bis zu etwa 0,02 Gew.~$ Schwefel, bis zu etwa 0,004 Gew.-I Sauerstoff, bis zu etwa 0,006 Gew.-% Stickstoff,

etwa 0,015 bis etwa 0,020 Gew.-I Aluminium, wobei praktisch das gesamte Aluminium in mit Sauerstoff und Stickstoff verbundener Form vorliegt,
bis zu etwa 0,010 Gew.-I Phosphor, bis zu etwa 0,015 Gew.-V Silicium, Rest im wesentlichen Eisen.

8. Kaltgewalzter, niedriggekohlter Stahl in Form eines Streifens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Beschichten mit Aluminium nach einem Warmeintauchverfahren eine

j
Streckfestigkeit von etwa 63,3 kg/mm (90 ksi) bzw. von etwa

620 MN/m aufweist und im wesentlichen besteht aus:

etwa 0,0025 bis etwa 0,015 Gew.-I Kohlenstoff, etwa 0,02 bis etwa 0,030 Gew.-I Niob, wobei das Gewichtsverhältnis von Niob zu Kohlenstoff mindestens etwa 8:1 beträgt,

etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-% Mangan, bis zu etwa 0,035 Gew.-I Schwefel, wobei das Gewichtsverhältnis von Mangan zu Schwefel mindestens etwa 7:1 beträgt,

bis zu etwa 0,010 Gew.-I Sauerstoff, bis zu etwa 0,012 Gew.-I Stickstoff, bis zu etwa 0,045 Gew.-I Aluminium, Phosphor und Silicium in verunreinigenden Mengen, Rest im wesentlichen Eisen.

9. Kaltgewalzter, alterungsbeständiger, niedriggekohlter Stahl nach Anspruch 1 in Form eines Streifens mit gestreifter

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Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß er im geglühten Zustand auf jeder Oberfläche mit verhältnismäßig geringer Festigkeit und Härte eine rekristallisierte Schicht und einen praktisch nicht rekristallisierten Kern mit einer verhältnismäßig hohen Festigkeit und Härte aufweist und • im wesentlichen besteht aus

Kohlenstoff etwa 0,0025 bis etwa 0,015 Gew.-I/, wobei praktisch der

gesamte Kohlenstoff in Form von Niobcarbid vorliegt,

etwa 0,02 bis etwa 0,30 Gew.-% Niob, etwa 0,10 bis etwa 0,60 Gew.-I Mangan,

bis zu etwa 0,035 Gew.-I Schwefel, wobei praktisch der gesamte Schwefel in Form von Mangansulfid vorliegt,

bis zu etwa 0,010 Gew.-I Sauerstoff, bis zu etwa 0,012 Gew.-I Stickstoff, bis zu etwa 0,045 Gew.-I Aluminium,

Phosphor und Silicium in verunreinigenden Mengen, Rest im wesentlichen Eisen.

10. Kaltausgewalzter, alterungsbeständiger, niedriggekohlter Stähl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er sich . in geglühtem Zustand an der Streckgrenze praktisch nicht dehnt, ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften aufweist, von Einschlüssen praktisch frei ist und einen r-Wert von mindestens 1,8 aufweist und im wesentlichen besteht aus:

etwa 0,002 bis etwa 0,015 Gew.-I Kohlenstoff, etwa 0,02 bis etwa 0,30 Gew.-I Niob, etwa 0,05 bis etwa 0,60 Gew.-$ Mangan,

bis zu etwa 0,035 Gew.-I Schwefel, wobei praktisch der gesamte Schwefel in Form von Mangansulfid vorliegt,

bis zu etwa 0,010 Gew.-I Sauerstoff,

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bis zu etwa 0,012 Gew.-I Stickstoff, bis zu etwa 0,080 Gew.-% Aluminium, Phosphor und Silicium in verunreinigenden Mengen,

Rest im wesentlichen Eisen,

wobei in der Warmwalzstufe mindestens etwa 0,025 Gew.-I nicht gebundenes Niob vorliegen, bestimmt durch Analyse bei Raumtemperatur und errechnet aus einer der Formeln

1 und 2:

^Nbnicht gebunden ^{= % Nb}gesamt " ⁷'^{75 % C}gesamt

6,65

gesamt

⁰ säurelöslich 1,93

wobei

% N

gesamt

Al

säurelöslich

1,93

> 0

²* ^{% Nb}nicht gebunden

wobei

^Nbgesamt " ⁷>^{75 % C}gesamt

% Al

säurelöslich

gesamt

1,93

11. Verfahren zur Herstellung eines alterungsbeständigen, niedriggekohlten Stahls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der sich an der Streckgrenze praktisch nicht dehnt, frei von Einschlüssen und von einem kritischen Kornwachstum ist und ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften aufweist, dadurch

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gekennzeichnet, daß man einen Stahl schmilzt, der maximal etitfa 0,05 Gew.-°a Kohlenstoff und eine genügende Menge Mangan enthält, um den in dem Stahl vorhandenen Schwefel praktisch vollständig zu binden, den Stahl im Vakuum entgast zur Erzielung eines Kohlenstoffgehaltes von maximal etwa 0,015 Gew.-°6, eines Sauerstoffgehaltes von maximal etwa 0,010 Gew.-I und eines Stickstoffgehaltes von maximal etwa 0,012 Gew.-I, Niob in einer Menge zugibt, die mindestens ausreicht, um praktisch den gesamten, in dem Stahl vorhandenen Kohlenstoff zu binden, den entgasten Stahl vergießt und erstarren läßt, ihn auf Banddicke warmauswalzt, bei einer Temperatur von etwa 816 bis 92 7°C (1500 bis 1700⁰F) bzw. von etwa 1090 bis etwa 1200°K fertigwalzt (finishing) und bei einer Temperatur bis zu etwa 816⁰C (1500⁰F) bzw. etwa 1090⁰K einer Bundglühung (coiling) unterwirft.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man zu dem geschmolzenen Stahl vor der Zugabe von Niob einen Nitridbildner in einer Menge zusetzt, die ausreicht, um praktisch den gesamten, in dem Stahl vorhandenen Sauerstoff und Stickstoff zu binden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gewichtsverhältnis von Niob zu Kohlenstoff von mindestens 10:1 verwendet.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das warmgewalzte Band abschreckt und bei einer Temperatur von etwa 504 bis etwa 649°C (940 bis 1200⁰F) bzw. von etwa 775 bis etwa 92O⁰K einer Bundglühung unterwirft zur Herstellung eines Produktes mit einer Zugfestigkeit von etwa 35,2

bis etwa 49,2 kg/mm² (50 bis 70 ksi) bzw. von etwa 345 bis .2

etwa 483 MN/nT

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15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das warmgewalzte Band bei einer Temperatur von etwa 704 bis etwa 816⁰C (1300 bis 150O⁰F) bzw. von etwa 975 bis etwa 109O⁰K bundgeglüht wird zur Herstellung eines Produktes mit einer Zugfestigkeit von mehr als etwa 35,2 kg/mm² (50ksi) bzw. etwa 345 MN/m².

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das warmgewalzte Band bei einer Temperatur von etwa 816 bis etwa 954⁰C (1500 bis 175O⁰F) bzw. von etwa 1090 ' bis etwa 1230⁰K kontinuierlich glüht zur Herstellung eines Produktes mit einer Zugfestigkeit von etwa 28,1 bis etwa 35,2 kg/mm² (40 bis 50 ksi) bzw. von etwa 276 bis etwa 345 MN/m².

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das warmgewalzte Band abgeschreckt und bei einer Temperatur von etwa 504 bis etv/a 593⁰C (940 bis 1100⁰F) bzw. von etwa 775 bis et\ia 865°K bundgeglüht und bei einer Temperatur von bis zu 732⁰C (135O⁰F) bzw. 1005°K durch kurzzeitiges Eintauchen in ein geschmolzenes Metallbad mit einem Metallüberzug versehen wird zur Herstellung eines beschichteten Produkts mit einer Zugfestigkeit nach dem Recken und Dressieren von mindestens etwa 45,7 kg/mm (65 ksi) bzw. von etwa 450 MN/m².

18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband durch kurzzeitiges Eintauchen in ein geschmolzenes Metall bei einer Temperatur von 816 bis 954⁰C (1500 bis 175O⁰F) bzw. von 1090 bis 123O⁰K mit einem Oberzug aus einem geschmolzenen Metall versehen wird zur Herstellung eines beschichteten Produkts mit einer Zugfestigkeit von etwa 28,1 bis etwa 35,2 kg/mm (40 bis 50 ksi) bzw. von etwa 276 bis etwa 345 MN/m².

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19. Verfahren zur Herstellung eines alterungsbeständigen, niedriggekohlten Stahlmaterials in Form eines Streifens, das an der Streckgrenze sich praktisch nicht dehnt, im geglühten Zustand frei von einem kritischen Kornwachstum ist, ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften aufweist und praktisch ' frei von Einschlüssen ist, nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stahl mit einem maximalen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 Gew.-S schmilzt, zur Erzielung eines Kohlenstoffgehaltes von maximal etwa 0,015 Gew.-I, eines Sauerstoffgehaltes von maximal etwa 0,010 Gew.-I und eines Stickstoffgehaltes von maximal etwa 0,012 Gew.-Ί im Vakuum entgast, Niob in einer Menge zugibt, die mindestens ausreicht, um die Rekristallisation des Stahls in dem sich daran anschließenden kaltgewalzten Zustand zu verzögern (zu hemmen), daß man den entgasten Stahl vergießt und erstarren läßt, zur Banddicke warmauswalzt, bei einer Temperatur von etwa 816 bis etwa 927°C (1500 bis 1700⁰F) bzw. von etwa 1090 bis etwa 1200⁰K einer Schlußbehandlung unterzieht, bei einer Temperatur von etwa 816⁰C (1500⁰F) bzw. von etwa 1090⁰K einer Bundglühung unterwirft, von der Oberfläche des warmgewalzten Bandes den Warmwalzzunder entfernt und das Material praktisch auf die Endstärke kaltauswalzt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Vakuumentgasung Aluminium in einer Menge zugibt, die ausreicht, um praktisch den gesamten, in dem Stahl vorhandenen Sauerstoff und Stickstoff zu binden, bevor das Niob zugegeben wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Mangangehalt des geschmolzenen Stahls mindestens ausreicht,

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um praktisch den gesamten, in dem Stahl vorhandenen Schwefel zu binden.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das warmgewalzte Band abgeschreckt und bei einer Temperatur von etwa 504 bis etwa 704⁰C (940 bis 1300⁰F) bzw. von etwa

775 bis etwa 975°K bundgeglüht und bei einer Temperatur von etwa 649 bis etwa 76O⁰C (1200 bis 1400⁰F) bzw. von etwa
920 bis etwa 1035⁰K geglüht wird zur Herstellung eines Produktes mit einer Streckfestigkeit von etwa 14,1 bis etwa
63,3 kg/mm² (20 bis 90ksi) bzw. von etwa 138 bis etwa 620 MN/m'

23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das kaltgewalzte Band bei einer Temperatur von etwa 704 bis etwa 871°C (1300 bis 1600⁰F) bzw. von etwa 975 bis etwa 1145⁰K
geglüht wird zur Herstellung eines Produktes mit einer Streckfestigkeit von etwa 14,1 kg/mm^ (20 ksi) bzw. von etwa

138 MN/m und einem r -Wert von etwa 2.

24. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das warmgewalzte Band abgeschreckt und bei einer Temperatur von etwa 504 bis etwa 7O4°C (940 bis 1300⁰F) bzw. von etwa

775 bis etwa 975°K bundgeglüht und bei einer Temperatur von bis zu etwa 677⁰C (125O⁰F) bzw. 95O⁰K kurzzeitig in ein
geschmolzenes Metallbad eingetaucht und mit einem Oberzug
aus geschmolzenem Metall versehen wird zur Herstellung eines Produktes mit einer Streckfestigkeit von etwa 63,3 kg/mm (90 ksi) bzw. von etwa'62O MN/m².

25. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das kaltgewalzte Band bei einer Temperatur von bis zu etwa
871°C (1600⁰F) bzw. 1145°K kurzzeitig in ein geschmolzenes
Metallbad eingetaucht und mit einem Überzug aus einem geschmolzenen Metall versehen wird, zur Herstellung eines Pro-

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duktes mit einer Streckfestigkeit von etwa 14,1 kg/mni2 (20-ksi) bzw. 138 MN/m und einem r -Wert von mindestens etwa 1,75.

26. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das kaltgewalzte Band bei einer Temperatur von etwa 7O4°C (1300⁰F) bzw. von etwa 975⁰K einige Stunden lang ansatzweise geglüht wird zur Herstellung eines Produktes mit einer Streckfestigkeit von etwa 14,1 kg/mm (20 ksi) bzw. von etwa 138 MN/m und einem f -Wert von mindestens 2 oder höher, einer ASTM-Korngröße von 8 bis 9 und einer prozentualen Dehnung bei 5,1 cm innerhalb des Bereiches von etwa 45 bis 50.

27. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem entgasten Stahl Niob in einer Menge zugesetzt wird, die ausreicht, um mindestens etwa 0,025 % nicht gebundenes Niob, bestimmt durch Analyse bei Raumtemperatur und errechnet aus der Formel 1 des Anspruchs 10>zu erhalten, und daß dieses Material bei einer Temperatur von etwa 704 bis etwa 871⁰C (1300 bis 1600⁰F) bzw. von etwa 975 bis etwa 1145⁰K in einer nicht-carburierenden und nicht-nitrierenden Atmosphäre einer Schlußglühung unterworfen wird, so daß das Endprodukt einen f-Wert von mindestens 1,8 aufweist.

28. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem entgasten Stahl ein Nitrid- und Oxydbildner in einer Menge zugegeben wird, die ausreicht, um praktisch den gesamten in dem Stahl vorhandenen Stickstoff und Sauerstoff zu binden, daß Niob in einer Menge zugegeben wird, die ausreicht, um mindestens 0,025 % nicht gebundenes Niob, bestimmt durch Analyse bei Raumtemperatur und errechnet aus der Formel 2 des Anspruchs 10, zu erhalten und daß das kaltausgewalzte Material bei einer Temperatur von etwa 704 bis etwa 871°C (1300 bis 1600°F) bzw. von etwa 975 bis etwa 1145⁰K einer Schlußglühung unterworfen wird. 109838/119Λ

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