DE2201855B1

DE2201855B1 - Verfahren zur Herstellung von hochfesten,gut schweissbaren und kaltverformbaren Grob- und Mittelblechen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2201855B1
Application number: DE19722201855
Authority: DE
Inventors: Walter Middeldorf; Kaufmann Friedrich Wilhelm
Original assignee: Hoesch Werke AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1972-01-15
Filing date: 1972-01-15
Publication date: 1973-07-26
Also published as: DE2201855C2

Description

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Stahl aus der Walzhitze entweder so verformt wird, daß durch vermehrte Stichzahlen bei verminderter Stichabnahme die Verformung von mindestens der doppelten Enddicke bis zur Enddicke bei Temperaturen unterhalb 850°C erfolgt oder auf eine Zwischendicke vorgewalzt und von der Zwischendicke nach einer Walzpause um mindestens 1000/, nach dem Quotienten [(Zwischendicke bei 840 bis 8600C ~ Enddicke) 100]: Enddicke, unterhalb einer Walztemperatur von etwa 840 bis 860°C fertiggewalzt wird, der Stahl aus dem Walzzustand an Luft kontinuierlich auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend bei einer Temperatur oberhalb der Ms-Temperatur und unterhalb der Al-Temperatur angelassen wird.
In bevorzugter Weise wird dabei ein Stahl mit einer Schmelzzusammensetzung von 0,16 bis 0,20% Kohlenstoff, 0,4 bis 0,6% Silizium, 1,0 bis 1,60/0 Mangan, 0,4 bis 0,90/0 Chrom, 0,2 bis 0,4 0/o Molybdän, 0,1 bis 0,2% Titan, maximal 0,04 0/, Phosphor, maximal 0,040/0 Schwefel, 0,02 bis 0,060/0 Aluminium, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen verwendet, wobei zur Verbesserung der Vergütbarkeit bis zu 0,60/, Nickel zugegeben werden können.
In weiterer bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird der Stahl von der Zwischendicke um mindestens 20 mm unterhalb einer Walztemperatur von 860°C fertiggewalzt und nach der kontinuierlichen Luftabkühlung mit einer Haltezeit von 1 bis 10 min/mm Blechdicke bei einer Anlaßtemperatur von 500 bis 650°C gehalten.
Die Vorteile des Verfahrens zur Herstellung eines hochfesten Baustahles nach der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß auf einfache Weise unter Verwendung der in Walzwerken üblicherweise vorhandenen Einrichtungen ohne aufwendige Abschreckvorrichtungen ein im Walzzustand im Vergleich zu luft- oder wassergehärteten Vergütungsstählen erheblich anlaßbeständigerer Stahl herstellbar ist, der nichtsdestoweniger eine Streckgrenze von mehr als 700 N/mm2 aufweist, so daß er im Druckgefäß- und Hochdruckrohrleitungsbau sowie im Stahlhochbau zur Gewichtseinsparung mit gutem Erfolg verwendet werden kann.
Darüber hinaus ist dieser Stahl auf Grund seiner guten Zähigkeitseigenschaften und der vorzüglichen Kaltverformbarkeit besonders für den Fahrzeugbau geeignet, da er eine Leichtbauweise ermöglicht, durch die das Leergewicht erheblich verringert wird. Schließlich weist der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stahl eine hohe Warmfestigkeit auf, so daß er auch im Kessel- und Apparatebau vorteilhaft eingesetzt werden kann. Bei dynamischen Beanspruchungen ist der erfindungsgemäß hergestellte Baustahl vergleichbaren wasservergüteten Qualitäten unter Umständen sogar überlegen, weil er eine geringere Oberflächenentkohlung hat als die vor der Wasserhärtung geglühten Erzeugnisse. Das feine Vergütungsgefüge und die chemische Zusammensetzung machen den erfindungsgemäßen Werkstoff weiterhin für die Verwendung bei großen Verschleißbeanspruchungen geeignet.
Die Verwendung des gekennzeichneten Stahles, der erfindungsgemäß gewalzt und behandelt worden ist, mit einer Streckgrenze von mehr als 700 N/mm2, einer Zugfestigkeit von 800 bis 950 N/mm2, einer Dehnung von >15°/o sowie einer Kerbschlagzähigkeit von mehr als 6 mkg/cm2, gemessen an Iso-Spitzkerb-Längsproben bei -20°C und einer guten Kaltverformbarkeit, die es ermöglicht, Abkantungen quer und längs zur Walzrichtung mit einem Abkantradius von r = 2a (a = Blechdicke) bis zu einem Biegewinkel von 1800 vorzunehmen. sowie einer Warmstreckgrenze von 700 bis 250 N/mm im Prüftemperaturbereich von 20 bis 500°C für die genannten Zwecke, insbesondere für den Fahrzeugbau, im Druckgefäß- und Hochdruckrohrleitungsbau, im Stahl hochbau sowie im Kessel- und Apparatebau wird als erfindungswesentlich betrachtet.
Das Verfahren zur Herstellung des hochfesten Baustahles nach der Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1 In üblicher Weise, z. B. im Sauerstoffaufblaskonverter, erschmolzener und zu 12 mm dicken Grobblechen gewalzter Stahl hatte folgende Stückanalyse: C . 0,20/0 Si . . 0,570/, Mn . . 1,50% P . 0,0150/, S . . 0,018% N.. .0,006% Al . . 0,0550/0 Cr . . 0,590/0 Ni . 0,070/, Mo . . 0,250/0 Ti .... ............ . 0,15% Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Nach dem Walzen wurden die Grobbleche an Luft abgekühlt und aus dem Walzzustand sowie nach zum Vergleich durchgeführten Luft- bzw. Wasserhärtungen bei verschiedenen Temperaturen angelassen. Die bei der Untersuchung ermittelten Streckgrenzen und Zugfestigkeiten in N/mm2 der auf diese Weise behandelten Grobbleche zeigt Tabelle 1.

Tabelle 1

Wasservergütet

luftvergütet bzw. -gehärtet Walzzustand

bzw. -gehärtet

Wärmebehandlungen

Streckgrenze Zugfestigkeit Streckgrenze Zugfestigkeit Streckgrenze Zugfestigkeit

T, 58 5, 1 Tg 1 5, Ts

Nicht angelassen . . 620 1126 ~ 1700 670 1152

500"C, angelassen . . 788 906 1093 1120 882 1025

600°C, angelassen . 685 775 937 971 835 937

650°C, angelassen . 602 705 735 814 771 855

Die Untersuchungsergebnisse zeigen zunächst, daß die Streckgrenzen und Zugfestigkeiten durch das Anlassen aus dem Walzzustand im Vergleich zum luftvergüteten Zustand bei gleichen Anlaßtemperaturen um 100 bis 170 bzw. 160 N/mm2 erhöht werden.

Auch im Bereich der höchstmöglichen Anlaßtemperaturen ist die durch das Anlassen aus dem Walzzustand erzielte Streckgrenze mit 770 N/mm2 noch deutlich höher als der angestrebte Wert von 700 N/ mm2, während der entsprechende wasservergütete Zustand mit 730 N/mm2 der Anforderung nur knapp genügt und der luftvergütete Zustand mit 600 Nlmm2 erheblich zu niedrig liegt. Insgesamt ergibt somit das Verfahren nach der Erfindung gegenüber der Luftvergütung und der Wasservergütung auf einfache Weise eine deutlich verbesserte Anlaßbeständigkeit.
Die Abhängigkeit der Zugfestigkeiten und Streckgrenzen von der Anlaßtemperatur im Walzzustand, im luft- und wasservergüteten Zustand nach Tabelle 1 sind im Diagramm in F i g. 1 zusammenfassend dargestellt, wobei auf der Abszisse die Anlaßtemperaturen in °C und auf der Ordinate die Streckgrenzen (F i g. 1 a) und die Zugfestigkeiten (F i g. 1 b) angegeben sind, wobei die durchgezogenen Linien die Werte des Stahles nach der Wasserbehandlung, die strichpunktierten Linien diejenigen nach der Luftbehandlung und die unterbrochenen Linien diejenigen Werte nach der Behandlung aus dem Walzzustand angeben.
Beispiel 2 Ein in gleicher Weise wie nach Beispiel 1 hergestellter und zu 12 mm Grobblech gewalzter Stahl hatte folgende Stückanalyse: C .......................... 0,19% Si ......... .................. 0,47% Mn ............................. 1,20% P ............................. 0,023% S ............................. 0,022% N ............................. 0,005% Al ............................ 0,04% Cr .......................... . 0,62% Ni ...................... ..... 0,17% Mo ........................... 0,30% Ti ............................ 0,17% Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
Eine Vorbramme mit einer Dicke von 120 mm wurde bei einer Temperatur von etwa 1250°C aus dem Ofen gezogen und anschließend bei gegenüber dem normalen Walzen erhöhten Stichzahlen mit entsprechend geringeren Stichabnahmen bei den einzelnen Walzdurchgängen gewalzt. Durch dieses verlangsamte Walzen wurde das Walzblech zusätzlich gekühlt, so daß die fertige Dicke des Grobbleches von 12 mm von einer Zwischendicke von 30 mm der vorgewalzten Vorbramme bei einer Temperatur zwischen 850 und 750 C gewalzt wurde, d. h., die Dickenabnahme betrug in diesem Temperaturbereich 150%.
Nach dem Walzen wurde das Grobblech an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend auf 600°C angelassen und bei dieser Temperatur 15 Minuten gehalten. Die bei dieser Behandlung erzielten Werkstoffeigenschaften sind zusammen mit den Werten von zum Vergleich in üblicher Weise gewalzten und anschließend bei gleicher Anlaßtemperatur luft- sowie wasservergüteten Grobblechen in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Streckgrenze Zugfestigkeit Dehnung Kerbschlag-

Behandlung Ts TB f)S zähigkeit 1)

N/mm² N/mm² % mkg/cm²

Luftgehärtet nud angelassen .................... 623 785 19 0.9 0,8 0,9

Wassergehärtet und angelassen ................. 815 938 15 4,3 3,5 4,3

Walzzustand und angelassen ................... 780 908 16 | 3,5 4,1 4,8

¹)= Prüfung durch Iso-Spitzkerb-Längsproben bei -60°C.

Wie aus diesen Werten für die Werkstoffeigenschaften hervorgeht, wird durch das verlangsamte Walzen und nach der Luftabkühlung anschließende Anlassen die Zähigkeit des gewalzten Stahles so weit verbessert, daß nach der Anlaßglühung niedrige Übergangstemperaturen der Kerbschlagzähigkeit erzielt werden, die denen eines wasservergüteten Stahles entsprechen, wobei gleichzeitig die Werte für die Dehnung und Zugfestigkeit in gleicher Weise dem wasservergüteten Stahl entsprechen und die gewünschte Streckgrenze von mindestens 700 N/mm² garantiert werden kann. Auf Grund dieser Eigenschaften kann daher der aus dem Walzzustand angelassene Stahl auch für die Herstellung sprödbruchsicherer Vergütungsstähle verwendet werden. Bei einem Vergleich mit den Werten des luftvergüteten, in üblicher Weise gewalzten Bleches ist neben der größeren Anlaßbeständigkeit des Walzzustandes außerdem die Auswirkung des kontrollierenden Walzens auf die Zähigkeit zu erkennen. Während nämlich die Kerbschlagproben des Grobbleches mit abgesenkter Walztemperatur bei -60°C noch spezifische Schlagarbeiten von etwa 3 bis etwa 5 mkg/cm2 aufweisen, liegen die Werte des verglichenen luftvergüteten Bleches bei dieser Prüfung schon in Tieflage der Kerbschlagzähigkeit.
Beispiel 3 In gleicher Weise wie durch ein verlangsamtes Walzen des Stahles entsprechend Beispiel 2 kann der Stahl aus Beispiel 1 auch mit einer Abkühlpause nach dem Vorwalzen fertiggewalzt werden.
So wurde beispielsweise eine Vorbramme mit einer Dicke von 150 mm bei einer Temperatur von 12500C aus dem Ofen gezogen und bis auf eine Zwischendicke von 35 mm vorgewalzt. Die Temperatur des Vorbleches betrug bei dieser Dicke etwa 1000°C. In einer Walzpause wurde das Vorblech auf etwa 860 bis 840 C an Luft abgekühlt und anschließend auf eine fertige Dicke von 10 mm bei einer Endwalztemperatur von etwa 700 C gewalzt, d. h., die Dickenabnahme betrug in diesem Temperaturbereich 2500/0.
In gleicher Weise wie das 10-mm-Blech wird auch ein 70 mm dickes Blech gewalzt, wobei lediglich die Zwischen- bzw. Vorblechdicke etwa 60 mm und die Endwalztemperatur etwa 750°C betragen.
Beispiel 4 Ein nach dem Beispiel 2 zusammengesetzter und gewalzter Stahl hatte. wie aus F i g. 2 hervorgeht, eine Warmstreckgrenze von 700 N/mm² bei 20°C und von 250 N;rnm bei 500°C. d. h., die Warmstreckgrenze ist gegenüber einem vergleichsweise herangezogenen 13-CrMo-44-Stahl nach DIN 17 155 in einem Prüftemperaturbereich von 20 bis 500°C um 390 bis 70 N/mm2 erhöht. so daß der erfindungsgemäß zusammengesetzte und hergestellte Stahl mit Vorteil im Kessel- und Apparatebau eingesetzt werden kann.
In F i g. 2 sind auf der Abszisse die Prüftemperaturen in C und auf der Ordinate die Warmstreckgrenzen in N/mm² aufgetragen. wobei die Prüfwerte für den erfindungsgemäßen Stahl mit durchgezogener Linie und die Werte für den V ergleichsstahl mit unterbrochener Linie miteinander verbunden sind.
Alle nach den Beispielen 1 bis 4 behandelten Stahlbleche wiesen nach der erfindungsgemäßen Behandlunge ein Gefüge auf. das überwiegend, d. h. zu 90 bis 95%, aus Zwischenstufengefüge und zu 10 bis 5% aus Ferrit-Perlit bestand.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von hochfesten, gut schweißbaren und kaltverformbaren Grob-und Mittelblechen aus Stahl mit einem überwiegend aus Zwischenstufengefüge, Rest Ferrit-Perlit bestehenden Gefüge, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Stahl aus der Wahihitze entweder so verformt wird, daß durch vermehrte Stichzahlen bei verminderter Stichabnahme die Verformung von mindestens der doppelten Enddicke bis zur Enddicke bei Temperaturen unterhalb 850"C erfolgt oder auf eine Zwischendicke vorgewalzt und von der Zwischendicke nach einer Walzpause um mindestens 1000/o nach dem Quotienten [(Zwischendicke bei 840 bis 860"C - Enddicke) 100]: Enddicke, unterhalb einer Walztemperatur von etwa 840 bis 8600 C fertiggewalzt wird, der Stahl aus dem Walzzustand an Luft kontinuierlich auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend bei einer Temperatur oberhalb der Ms-Temperatur und unterhalb der Al-Temperatur angelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl mit einer Schmelzzusammensetzung von 0,16 bis 0,20 0/, Kohlenstoff, 0,4 bis 0,6% Silizium, 1,0 bis 1,6°/o Mangan, 0,4 bis 0,90/0 Chrom, =,2 bis 0,4% Molybdän, 0,1 bis 0,20/o Titan, maximal 0,04% Phosphor, maximal 0,04 0/o Schwefel, 0,02 bis 0,06 0/, Aluminium, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen verwendet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bis zu 0,6 % Nickel enthält.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl von der Zwischendecke um mindestens 20 mm unterhalb einer Walztemperatur von 8600 C fertiggewalzt und nach der kontinuierlichen Luftabkühlung mit einer Haltezeit von 1 bis 10 min/mm Blechdicke bei einer Anlaßtemperatur von 500 bis 650"C gehalten wird.
5. Die Verwendung des nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Stahles als Werkstoff zur Herstellung von Druckgefäß-, Hochdruckrohrleitungs-, Fahrzeug- und Stahlhochbauteilen sowie als Werkstoff zur Herstellung von Kessel- und Apparatebauteilen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten, gut schweißbaren und kaltverformbaren Grob- und Mittelblechen mit einem überwiegend aus Zwischengef üge, Rest Ferrit-Perlit bestehenden Gefüge, sowie deren Verwendung, insbesondere im Fahrzeugbau, Druck- und Hochdruckleitungsbau, Stahlhochbau sowie Kessel- und Apparatebau.

Hochfeste, schweißbare und kaltverformbare Baustähle mit einer Streckgrenze von mehr als 700 N/mm2 werden in bekannter Weise durch eine Wasserver- gütung, d. h. durch Erhitzen auf Härtetemperatur, Härten in Wasser und nachfolgendem An lassen hergestellt, da es bisher nur auf diesem Wege möglich ist, bei einem zur Gewährleistung der Schweißsicherheit auf etwa 0,2°/o beschränkten Kohlenstoffgehalt eine Streckgrenze in der genannten Höhe und eine gute Sprödbruchsicherheit zu erzielen. Für die Herstellung derartiger Stähle mit hoher Streckgrenze, wie sie z. B. bekannt sind aus »Stahl und Einsen«, 1966, 5. 652/653, sind in nachteiliger Weise Vergütungs-bzw. Abschreckvorrichtungen erforderlich, die einerseits erhebliche Kosten verursachen und andererseits platzmäßig nicht überall untergebracht werden können.

Im einzelnen ist aus der USA.-Patentschrift 3207637 ein Stahl mit 0,15 bis 0,40°lo C, 0,70 bis 1,800/o Mn, 0,50 bis 1,50°/o Si und gegebenenfalls 0,15 bis 0,500/0 Cr, 0,10 bis 0,200/o Al und 0,05 bis 0,20 % Ti oder V sowie ein Verfahren zum Walzen und nachfolgenden Abkühlen bekannt, aus dem quergerippter Betonstahl hergestellt wird. Gewalzt wird bei dem bekannten Verfahren in den leztten drei Stichen mit Stichabnahmen von 12 bis 15°/o mit einer Endwalztemperatur, die zwischen 800 und 900"C liegt. Anschließend wird von dieser Endwalztemperatur der Betonstahl 30 % schneller als unter normalen Bedingungen abgekühlt, um eine Gefügeumwandlung in der oberen Perlitstufe zu verhindern und ein feinkörniges Umwandlungsgefüge zu erhalten. Dieses bekannte Verfahren ist für die Herstellung von Grob- bzw. Mittelblechen nicht verwendbar, da Anlagen, die für derartige Abkühlungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, nicht in Grobwalzwerke eingebaut werden können.

Es ist ferner ein Stahl mit 0,08 bis 0,20 0/ü Kohlenstoff, 0,3 bis 1,20 % Mangan, 0,6 bis 5,001o Chrom, 0,1 bis 0,50/o Silizium, 0,15 bis 0,60/o Aluminium und gegebenenfalls bis 0,50/o Molybdän, bis 0,50/o Vanadin, bis 1,00/o Nickel sowie 0,20/0 Titan bekannt (vgl.

USA.-Patentschrift 2 770 563), der nach einer mehrstufigen Wärmebehandlung zu Rohren für Ölbohranlagen verarbeitet und durch den insbesondere eine Schwefelwasserstoffkorrosion der Rohre verhindert werden soll.

Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines hochzugfesten Stahls (vgl. schweizerische Patentschrift 507 377), der 0,05 bis 0,15 % Kohlenstoff, 0,05 bis 0,6 % Silizium, 0,1 bis 1,4 % Mangan, 0,5 bis 4,5 % Nickel, 0,1 bis 1,4 % Chrom, 0,1 bis 0,8 % Molybdän sowie 0,01 bis 0,09 % Aluminium und/oder 0,01 bis 0,150/0 Titan enthält; dieser Stahl wird nach der Erwärmung über die A,-Temperatur in einer Zeit von 2,1 bis 80 Sekunden von 800 auf 500°C und anschließend langsam auf 200 C abgekühlt, um ein bainitisches Gefüge zu erhalten. Schließlich ist auch das Legieren von bestimmten Vergütungsstählen oder warmfesten Stählen mit Molybdän bekannt (s.

H o u d r e m o n t, »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 1956, 2. Band, S. 934/935).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels dessen die Vorteile der Wasservergütung von Stahl, insbesondere eine hohe Streckgrenze von mehr als 700 N/mm2, hohe Schweißsicherheit, gute Sprödbruchsicherheit und Kaltverformbarkeit erhalten bleiben, ohne eine aufwendige Wasservergütung durchführen zu müssen.