DE2133744A1 - Die verwendung eines vollberuhigten stahles fuer bauteile aus warmgewalztem band - Google Patents

Description

• Die Verwendung eines vollheruhigten Stahles für bauteile aus warmgewalztem band Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines vollbruhigten mit Titan legierten Stahles für Bauteile aus warmgewalztem Band.
• Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 483 210 ist die Verwendung eines Stahles als Werkstoff für aus Blechen oder Breitflachstahl hergestellte Gegenstände bekannt, bei deren Herstellung eine gute Abkantbarkeit erforderlich it, wie beispielsweise Träger und Profile mit folgenden Legierungsgrenzen : o,o3 bis o,24 Kohlenstoff, 0,30 bis 1,50 % Mangan, bis o,55 % Silizium, bis 0,055 X Phosphor, bis o,o55 % Schwefel, mindestens o,o2 ffi Aluminium und o,lo bis o,25 , vorzugsweise o,15 % Titan.
• In diesem Stahl dient Titan praktisch ausschließlich zur Verbesserung der Kaltumformbarkeit durch eine VerWnderung der Sulfidausbildung. Zur Erzielung höherer Streckgrenzen ist deshalb ein verhältnismäßig hoher Kohlenstoffgehalt von 0,18% bét 1,28 % Mangan notwendig, wie Tabelle 1 der Offenlegungsschrift zeigt. Hierdurch werden die allgemeine Zähigkeit und besonders die Schweißbarkeit aufgrund des hohen Kohlenstoff-Äquivalentes (C + Mn/6^ o,40 ) beeinträchtigt.
• Grobblech und Breitflachstahl aus bekannten titanlegierten Stählen weisen im Wal zzustand eine unzureichende Abkantbarbreit und eine erhöhte Sprödbruchempfindlichkeit auf. Zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften, wie hohe Streckgrenze und gute Kaltumformbarkeit, ist ein Normalglühen nach dem Walzen unbedingt erforderlich. Von den Herstellern titanlegierter Abkantstähle wird deshalb die Lieferung dieser Stähle in normalgeglühtem Zustand ausdrücklich angegeben. So heißt es z.B. im Werkstoffblatt hoesch zu Q 42 über den dort beschriebenen alterungsbeständigen Sonderfeinkornbaustahl mit hervorragender Kaltverformbarkeit unter dem Stichwort Lieferzustand: "Der Stahl wird Si- und Al-beruhigt und nur normalgeglüht geliefert." Die Hoesch AG als Merausgeberin dieses Werkstoffblattes ist identisch mit der Xnmelderin der vorgenannten Offenlegungsschrift 1 483 210.
• Es ist weiterhin aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 433 757 ein feinkörniger Baustahl mit einer Zugfestigkeit in walzhartem Zastand von über 75 kp/mm² und einer Streckgrenze von 50 kp/mm² bekannt, der sich nach den üblichen Normen für Betonstahl um 180° biegen und in die AusNangslage zurückbiegen lässt. Dieser Stahl setzt sich zusammen aus o,15 bis 0,50 % Kohlenstoff, 0,70 bis 1,80 % Mangan und o,50 bis 1,80 % Silizium, der Jedoch zusätzlich noch o,lo bis 0,20 % Aluminium und 0,05 bis 0,20 ß Titan enthvilt. Im Text der Offenlegungsschrift beziehen sich alle Angaben hinsichtlich Eigenschaften und Verbesserung der kaltumformung auf Betonstahl. Die Anforderungen an den Werkstoff sind Jedoch beim Biegen von und oder Stabstahl wesentlich geringer als beim Kaltumformen Von band, da in der Hauptbeanspruchungszone keine Sahnittkanten liegen, sondern nur die Walzgutoberfläche. Das beispiel auf Seite 3, Absatz 2, zeigt darüberhinaus, daß beim Riegen von Betonstahl nur vergleichsweise milde Umformbedaungungen herrschen ; Band für Kaltabkantzwecke muß dagegen wesentlich stärkere Umformungen ertragen. Der Stahl dieser Offenlegungsschrift neigt darüberhinaus aufgrund seiner großen Härtbarkeit infolge seiner C-, Mn-, Si-Gehalte bei höchsten Abkühlgeschwindigkeiten nach dem Walzen zu Härteerscheinungen.
• Bei Verwendung von Walzgut in Form von Band als Werkstoff für Gegenstände, bei deren Herstellung eine hohe Kaltumformbarkeit erforderlich ist, sind Jedoch folgende Werkstoffeigenschaften bereits in warmgewalztem Zustand notwendig oder vorteihaft : - Hohe Streckgrenze, - sehr gute Kaltumformbarkeit, - sehr gute Schweißbarkeit, - hohe Sprödbruchsicherheit und - Zähigkeit.
• Eine gleichzeitige Erzielung dieser Eigenschaften bei mit Titan legierten Stählen im nur warmgewalzten Zustand ist bisher in dem erwünschten Maß nicht möglich gewesen. Das soll mit der erfindung geändert werden.
• Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß aus einem Stahl mit niedrigem C-JGquivalent (perlitarmer Stahl) unter Ausnutzung des kontrollierten Bandwalzens und der spezifischen Wirkung des Titans ein warmgewalztes Band mit sehr hohen Streckgrenzenwerten und guter Schweißbarkeit herstellbar ist, das gleichzeitig sehr gute Klltumformbarkeit besitzt.
• Gegenstand der Erfindung ist demgemäß die Verwendung eines vollberunigten Stahles mit o,ol bis o,lo % Kohlenstoff, ),3 bis 2,5 , Mangan, 0 bis l,o ß Silizium, 0,03 bis o,2c % Titan, oJol5 bis o,o8 % Aluminium, max. c,o35 % Schwefel und max. o,o)5 % Phosphor, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, der kentinuierlieh zu Waririband gewalzt und vor cem Haspeln kontrolliert abgckühlt ist, Jedoch ohne weitere Wärmebehandlung (Normalisieren) eine Streckgrenze von mehr als 35 kp/mm² und gleichzeitig eine hohe Zähigkeit und Sprödbruchsicherheit besitzen soll, als Werkstoff für Gegenstände, bei deren Herstellung eine hohe Kaltumformbarkeit erforderlich ist.
• Mit Vorteil liegt das Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff der Stähle bei weniger als 4 : 1.
• Bevorzugt verwendet wird für den erfindungsgemäßen Zweck ein Stahl mit o,o4 bis o,o8 % Kohlenstoff, 0,3 bis 1,8 % Mangan, 0 bis o,5 % Silizium, o,o5 bis 0,15 ß Titan, o,o15 bis o,o80 % Aluminium, max. o,o25 % Schwefel und Phosphor, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
• Zur Erhöhung der Festigkeit, Zähigkeit, Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit können den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen zusätzlich eines oder mehrere der folgenden Elemente zulegiert sein Bis 0,2 % Niob, Tantal, bis 0,2 % Vanadium, Zirkon, Hafnium, bis o,l , Bor, bis l,o o Chrom, Molybdän, Nickel, Kupfer.
• Für die-Herstellung des erfindungsgemäß zu verwendenden bandes sind üblich Warmbreitbandstraßen, auf denen der Stahlblock kontrolliert gewalzt werden kann, besonders geeignet.
• Unter kontrolliertem Walzen versteht man eine Warmwalztechnologie, bei der das Fertigwalzen bei möglichst niedriger Temperatur und möglichst hohem Verformungsgrad erfolgt. Das Ziel ist eine kleinere Korngröße als bei herkömmlicher Walzpraxis. beim Walzen von Grobblech oder Breitflachstahl sind sink durch bie @@@@@art der Walzverfahren um der inlagen (reversierendes Wal@@@) die erwünschten Bedingungen des komtrollierten Walzens nur in begrenztem Ausmeäß zu verwirklichen wegen der relativ geringen Verformungsgeschwindigkeit und der längeren Intervalle zwischen den Walzstichen. Als besonderer ljachteil erweist sich auch das Fchlen einer effektiven Zusatzkühlung des Walzgutes nach dem Walzen.
• D gegen ergeben sich in einer kontinuierlichen Warmbandstraße aufgrund der Anorknung der Tialzgerüste, der Leistungsfähigkeit der Antriebsaggregate und der Ausrüstung mit sehr wirkungsvollen Kühlstrecken wesentlich bessere Möglichkeiten zum kontrollierten Walzen. Insbesondere kann man beim Bandwalzen in der Fertigstraße im Vergleich zum Grobblech- oder Breitflachwalzen höhere Verformungsgrade, höhere Verformungsgeschwindigkeiten und viel höhere Abkühlungsgeschwindigkeiten erzielen.
• Die Erfindung schlägt demgemäß zur Herstellung von warmgewalztem Band aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen vor, daß ein Stahlblock vor dem Warmwalzen bei Temperaturen oberhalb lloo° C gewärmt, sodann vorgewalzt und beim Warmmalzen in der Fertigstraße zwischen 95°C und 800°C einer Gesamtvorformung von mindestens 50 % unterworfen wird und das mit einer Endwalztemperatur oberhalb der Gamma-Alpha-Umwandlung warmgewalzte Band vor dem Aufwickeln mit minclestens 5° C/s auf eine Haspeltemperatur zwischen 68o und 570°C abgekühlt und aufgewickelt wird.
• Bei der Erwärmung des Blockes (Bramme) vor dem Warmwalzen richtet sich die Haltezeit nach der Blockgröße sowie nach der Forderung, daß bei der gewählten Glühtemperatur die Titanverbindungen wie Titankarbid, Titankarbonitrid überwiegend gelöst sind.
• Das auf diese Weise hergestellte sind ist chne weitere Wärmebehandlung, d.h. insbesondere ohne nachfolgende Normalglühung, zur Herstellung von komplimiert geformten Teilen, z.B. durch Abkanten, Rollprofilieren, Pressen und Strecken, in kaltem Zustand geeignet ; ferner für geschweißte @auteile sewie für mit korrosionsbeständigen Metallen, wie Zn und Al, beschichtetes 3and und für zu emaillierendes tand. Rnge Umformradien auch beim Formen von Achsen längs zum Fand sind möglich.
• Zur Verdeutlichung der Erfindung sind in Tcfel 1 zwei herkömmliche Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt ohne und mit Titan (A 1, A 2), ein Vergleichsstahl mit geringen Kohlenstoffgehalt ohne Titan (B 1) sowie zwei erfindungsgemäße Stähle (B 2, B 3) in ihrer ohemischen Zusammensetzung gegenübergestellt, während in Tafel 2 die mechanischen Eigenschaften dieser Stahl angegeben sind. Zur zahlenmäßigen Beschreibung der Kaltumformbarkeit als der herverstechenden Eigenschaft des erfindungsgemäßen Stahles sind an Querpreben ermittelte Kerbschlagzn,higkeitswerte angeführt.
• Die Werte für die bekannten Stahl A 1 und Blechdicke 2 gelten für 50 mm dicke Bleche. Diese sit für die erörterten Anwendungsgebiete verhältnismäßig groß. Für dünnere bleche stehen keine geeigneten Unterlagen zur verfügung. Da aber für bleche aus herkömmlichen Titanstählen der normalgeglühte Zustand entscheidend ist und in diesem Zustand die Elechdicke keinen erheblichen Einfluß auf die angegebenen Eigenschaften ausübt, können die Werte der Vergleichsstähel A 1 und A 2 als zutreffend gelten. Es ist ferner zu berücksichtigen, daß bei dünnerem Blech die Querkerbschlagzähigkeitswerte infolge der größeren Strecl-ung des Cefüges iiblicherweise niedriger liegen.
• Vergleicht man die Stähle A t und A 2, so zeigt sich, daß im normalgeglühten Zustand das Titan auch unter Berücksichtigung Ces unterschiedlichen Mangan-Gehaltes keinen wesentlichen Einfluss ailf die Streckgrenze und Zugfestigkeit hat.
• Im Gegensatz (lazu ergeben sich bei den erfindungsgemäßen Stahles sehr starke Festigkeitsster'gerungen durch Titan. Ein Vergleich der Sohle A 2 und 3 2 zeigt, daß der erfindungsgemäße Stahl trotz etwa ähnlicher Streckgrenze und Zugfestigkeit eine wesentlich niedrigere Übergangstemperatur, d.h.
• eine wesentlich bessere Sprödbruchsicherheit aufweist. Selbst bei um rd. 20 kp/mm2 höherer Festigkeit (B 3 gegenüber A 2) ist die Übergangstemperatur des erfindungsgemäßen Stahles gleich günstig wie die des herkömmlichen Stahles, die Querkerbschlagzähigkeit (Kaltomformbarkeit) sogar noch erheblich besser. hervorzuheben ist außerdem, daß das C-Äquivalent der erfindungsgemäßen Stahl nur rd. halb so hoch liegt wie das der Stähle A 1 und A 2.
• Das erfindungsgemäß zu verwendende warmgewalzte Band zeichnet sich nicht nur durch eine bisher unerreichte Kombination günstiger mechanischer Eigenschaften aus, sondern ist auch durch das Vermeiden einer besonderen Wärmebehandlung nach dem kontrollierten Walzen und der gesteuerten Abkühlung technisch einfach und kostengünstig herstellbar.
• Patentansprüche:

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Die Verwendung eines vollberuhigten Stahles mit o,ol bis o,lo % Kohlenstoff o,3 bis 2,5 % Mangan O bis l,o % Silizium 0,03 bis 0,20 % Titan 0,015 bis 0,080% Aluminium max. o,o35% Schwefel max. o,o35% Phosphor Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, der nach einem Lösungsglühen kontinuierlich zu Warmband gewalzt und vor dem Haspeln kontrolliert abgekühlt ist, jedoch ohne weitere Wärmebehandlung (Normalisieren) eine Streckgrenze von mehr als 35 kp/mm² und gleichzeitig eine hohe Zähigkeit und Sprödbruchsicherheit besitzen soll, als Werkstoff für Gegenstände, bei deren Herstellung eine hohe Kaltumformbarkeit erforderlich ist.
2. 2. Die Verwendungeines Stahles nach Anspruch 1, Jedoch mit o,o4 bis 0,08 Kohlenstoff o,3 bis 1,8 % Mangan O bis o,5 ß Silizium 0,05 bis o,15 % Titan o,o15 bis o,o80 Aluminium max. o,o25% Schwefel und-Phosphor Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen für den Zweck nach Anspruch 1.
3. 3. Die Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 oder 2, Jedoch mit o,o5 bis o,o9 % Titan für den Zweck nach Anspruch 1.
4. 4. Die Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der jedoch zusätzlich eines oder mehrere der folgenden Elemente bis o,2 % Niob, Tantal bis o,2 % Vanadium, Zirkon, Hafnium, bis o,1 ffi Bor, bis l,o % Chrom, Molybdän, Nickel, Kupfer enthalt.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von warmgewalztem Band nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Block (Bramme) eines Stahles mit einer in den Ansprüchen 1 bis 4 genannten Zusammensetzung vor dem Warmwalzen bei Temperaturen oberhalb lloo°C gewärmt, sodann vorgewalzt und beim Warmwalzen in der Fertigstraße zwischen 95o und 800°C einer Gesamtverformung von mindestens 50 % unterworfen wird und das mit einer Endwalztemperatur oberhalb der Gamma-Alpha-Umwandlung warmgewalzte Band vor dm Aufwickeln mit mindestens 50 C/s auf eine Haspeltemperatur 2wischen 680 und 57o0C abgekühlt und aufgewickelt wird.