DE2201855C2

DE2201855C2 - Verfahren zur Herstellung von hochfesten, gut schweißbaren und kaltverformbaren Grob- und Mittelblechen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2201855C2
Application number: DE2201855A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Estel Hoesch Werke AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1972-01-15
Filing date: 1972-01-15
Publication date: 1982-03-04
Also published as: DE2201855B1

Description

0,16 bis 0,20% Kohlenstoff,

0,4 bis 0,6% Silizium,

1,0 bis 1,6% Mangan,

0,4 bis 0,9 Vo Chrom,

0,2 bis 0,4% Molybdän,

0,1 bis 0,2% Titan,

maxim?¹0,04% Phosphor,

maximal 0,04% Schwefel,

0,02 bis 0,06% Aluminium,
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,

besteht, mit einer Ausgangswalztemperatur von ca. 125O⁰C in an sich bekannter Weise entweder

a) so warmgewalzt wird, daß durch vermehrte Stichzahlen bei verminderter Stichabnahme die Verformung von mindestens der doppelten Enddicke bis zur Enddicke bei Temperaturen unterhalb 850° C ei rolgt ocir

b) mit üblichen Stichab.iahmen auf eine Zwischendicke vorgewaizt, in einer ' Valzpause auf eine Walztemperatur von etwa 860 bis 840⁰C abgekühlt und dann mit einer Dickenabnahme von mindestens 100% nach dem Quotienten

|en sowie als Werkstoff zur Herstellung von Kessel- und Apparatebauteilen.

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(Zwischendicke bei 860 bis840°C - Enddicke) ■ 100 Enddicke

auf die Blechdicke fertiggewalzt wird, und daß das nach a) oder b) fertiggewalzte Blech sodann an Luft kontinuierlich auf Raumtemperatur abgekühlt und anschließend bei einer Temperatur oberhalb der oberen Λί,-Punkt-Temperatur und unterhalb der Λ,-Punkt-Temperatur angelassen wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Verbesserung der Vergütbarkeit der Stahl mit bis zu 0,6% Nickel legiert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß 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 650⁰C gehalten wird,

4. Verwendung des nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 hefgestellten Stahles als Werkstoff zur Herstellung Von Druckgefäß-, Hoch' druckrohrleitutigs', Fahrzeuge und Stahlbau-hochtel· Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Hochfeste, schweißbare und kaltverformbaiS Baustähle mit einer Streckgrenze von mehr als 700 N/mm² werden in bekannter Weise durch eine Wasservergütung, d. h. durch Erhitzen auf Härtetemperatur, Härten in Wasser und nachfolgendem Anlassen hergestellt, da es bisher nur auf diesem Wege möglich ist, bei einem zur Gewährleistung der Schweißsicherheit auf etwa 0,2% beschränkten Kohlenstoffgehalt eine Streckgrenze in der genannten Höhe und eine gute Sprödbruchsicherheit zu erzielen. Für die Herstellung derartige»· Stähle mit hoher Streckgrenze, wie sie z. B. bekannt sind aus »Stahl und Eisen«, 1966, Seite 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 US-PS 32 07 637 ein Stahl mit 0,15 bis 0,40% C. 0,70 bis 1,80% Mn, 0,50 bis 1,50% Si und gegebenenfalls G 15 bis 030% Cr, 0,10 bis 0,20% 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 letzten drei Stichen mit Stichabnahmen von 12 bis 15% mit einer Endwalztemperatur, die zwischen 800 und 900⁰C liegt. Anschließend wird von dieser Endwalztemperatur der Betonstahl 30% schneller als unter normalen Bedingungen abgekühlt, um eine Gefügeumwandlung .n 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% Kohlenstoff, 03 bis 1.20% Mangan, 0,6 bis 5,0% Chrom, 0,1 bis 03% Silizium, 0,15 bis 0,6% Aluminium und gegebenenfalls bis 0,5% Molybdän, bis 0,5% Vanadin, bis 1.0% Nickel sowie 0,2% Titan bekannt (vgl. US-PS 27 70 563), 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 5 07 377), 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 0,15% Titan enthält; dieser Stahl wird nach der Erwärmung über die Λi-Temperatur in einer Zeit von 2.1 bis 80 Sekunden von 800 auf 500⁰C und anschließend langsam auf 200⁰C abgekühlt, um ein bainitisches Gefüge zu erhalten. Schließlich ist auch das Legieren Von bestimmten Vergütungsstählen oder warmfesien Stählen mit Molyb' dän bekannt (s, Houdremont, »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 1956,2. Band, S. 934/935).

Bekannt sind ferner Verfahren zur Herstellung Von Zwischenstufenstählen, vgl. »Melallurgia«, Manchester,

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82, July 1970, S. 5-8, »J. Iron Steel Inst«, 1957, 187, S. 292-309, »Trans. A.S.M.«, 1965, 58, S. 489-498; bei diesen Stählen wird, ausgehend von kohlenstoffarmen Stählen, die als wesentliche Legierungselemente Chrom, Molybdän und Bor enthalten, das Zwischengefüge durch ein kontrolliertes Walzen, d. h. ein Walzen mit einer Endwalztemperatur unterhalb der A₃-Temperatur erzielt

Aus der Zeitschrift »Bänder Bleche Rohre« 1970, Nr. 3, S. 183—190, ist für einen mit Ni, Nb, V und Ti legierten Baustahl vom Typ 52-3 folgendes Walzverfahren bekannt:

1. Die Bleche werden normal vorgewalzt kühlen dann in einer oder mehreren Walzpausen bis zur gewünschten Temperatur ab und werden anschließend fertiggewalzt Bei entsprechenden betrieblichen Voraussetzungen können die Bleche während der Abkühlung aus dem Produktionsfluß herausgezogen werden, so daß während der Walzpausen weitere Bleche gewalzt werden können. In einigen Werken wird die Abkühlung durch Abbrausen mit Wasser beschleunigt

2. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Bleche mit geringen Stichabnahmen und zahlreichen Stichen so zu walzen, daß die gewünschte Endwalztemperatur ohne Walzpausen erreicht wird. Dieses Verfahren wurde in Japan so weit entwickelt, daß .Stichplan und Abkühlung von Computern während des Walzens berechnet und gesteuert werden. Für Bleche bis etwa 15 mm Dicke ist dieses Verfahren besonders gut geeignet. Die Walzleistung wird aber ebenfalls vermindert.

3. Der dritte Weg zur Verkürzung der Abkühlungszeit ergibt sich durch eine Verringerung des Temperaturunterschiedes zwischen Anfang und Ende des Walzens, indem die Bleche mit niedriger Anfangstemperatur gewalzt werden. Dieses Verfahren ist bei größeren Serien wirtschaftlich, aber es ist nicht ohne Einfluß auf die Werkstoffeigen-Schafte'.

Die deutsche Auslegeschrift 10 71734 weist eine Stahlzusammensetzung in weiten Legierungsbereichen nach, wovon sich die anmeldungsgemaß zu behandelnde Stahllegierung durch enge Legierungobereiche abhebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe 7ugrunde. 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 Sihweißsicherheit gute Sprödbruchsicherheit und Kaltverformbarkeit erhalten bleiben, ohne eine aufwendige Wasservergütung durchführen zu müssen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 sowie die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 in fördernder Weise gelöst.

Die Vorteile des Verfahrens zur Herstellung eines hochfesten Baustahls nach der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß auf einfache Weise unter Verwendung der in Walzwerken üblicherweise vornan* denen Einrichtungen ohne aufwendige Abschreckvorrichtungen ein im Walzzustand im Vergleich zu luft- oder wassergehärteten Vergütungsstählen erheblich anlaßbesländigerer 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 Verschleißbeanspnichungen geeignet

Die Verwendung des gekennzeichneten Stahles, der (jrfindungsgemäß gewalzt und behandelt worden ist, mit einer Streckgrenze von mehr als 70a N/mm², einer Zugfestigkeit von 800 bis 950 N/mm², einer Dehnung <5 5 von >15°/o sowie einer Kerbschlagzähigkeit vor mehr als 6 mkg/cm², gemessen an Iso-Spitzkerb-Längsproben bei -2O⁰C 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 180° vorzunehmen, sowie einer Warmstreckgrenze von 700 bis 250 N/mm² im Prüf temperaturbereich von ?0 bis 500° C für die genannten Zwecke, insbesondere für den Fahrzeugbau, im Druckgefäß- und Hochdruckrohrleitungsbau, im Stahlhochbau 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 Sauerstoffaufbla^konverter erschmolzener und zu 12 mm dicken Grobblechen gewalzter Stahl hatte folgende Stückanalyse:

0.2% C

0,57% Si

1.50% Mn

0.015% P

0,018% S

0,006% N

U,055% Al

0,59% Cr

0.07% Ni

0,25% Mo

0,15% Ti

Rest Eisen un^J. übliche Verunreinigungen.

Nach dem Walzen wurden die Grobbleche an Luft abgekühlt und aus dem Walzzustand so'vie 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	5	22 0	1 855	Zugfestigkeit Rm	6	Zugfestigkeit Rm
Wärmebehandlungen	Luftvergütet bzw. -gehärtet Streckgrenze Rc	Zugfestigkeit	Wasservefgiitet bzw. -gehärtet Streckgrenze Re	1700 1120 971 814	Walzzustand Streckgrenze R_c	1152 1025 937 855
Nicht angelassen 500⁰C angelassen 600⁰C angelassen 65O⁰C angelassen	62Ö 788 685 602	1126 906 775 705	1093 937 735	670 882 835 771

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 n/mm² 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 Anlaßtemperalur im Walzzustand, im luft- und wasservergüteten Zustand nach Tab. 1 sind im Diagramm in F i g. 1 zusammengefassend dargestellt.

wobei auf der Abszisse die Anlaßtemperaturen in ⁰C und auf der Ordinaten die Streckgrenzen (Fig. la) und die Zugfestigkeiten (F i g. Ib) 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 abgeben.

Beispiel 2

Ein in gleicher Weise wie nach Beispiel 1 hergestellter und zu 12 mm Grobblech gewalzter Stahl hätte folgende Stückanalyse:

0.19%	C
0.47%	Si
1,20%	Mn
0.023%	P
0.022%	S
0.005%	N
0.04%	Al
0.62%	Cr
0.17%	Ni
0.30%	Mo
0.17%	Ti

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Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.

Eine Vorbramme mit einer Dicke von 120 mm wurde bei einer Temperatur von etwa 1250⁰C aus dem Ofen

Tabelle 2

gezogen und anschließend bei gegenüber dem normalen Walzen erhöhten Stichzahlen mif 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 750⁰C gewalzt wurde, d.h. die Dirkenabnahme 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 min 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.

Behandlung

Streckgrenze Zugfestigkeit Dehnung

Kerbschlagzähigkeit¹}

Re
(N/mm²)

(N/mm³)

(mkg/cm²)

Luftgehärtet und angelassen 623

Wassergehärtet und angelassen 815

Walzzustand und angelassen 780

') = Prüfung durch Iso-Spitzkerfa-Längsproben bei —50°C 19
15
16

03 43 3,5

0,8 33

4,1

43

4,8

Wie aus diesen Werten für die Werkstoffeigenschaf- ren der Kerbschlagzähigkeit erzielt werden, die denen

ten hervorgeht, wird durch das verlangsamte Walzen es eines wasservergüteten Stahles entsprechen, wobei

ixr\A noi4i Ae*r- I ι»£*οΚί·τΐΜιΐη(τ απε/Ί-ιΙΐ^βςττΗς Anlflgcpn (ii£ crlpir» ti 7^ItICX ΗΪ£ ^Λ/prff» ffir Hig DehnUTi^ UHv 7ii σι^cficr-

Zähigkeit des gewalzten Stahles so weit verbessert, daß keit in gleicher Weise dem wasservergüteten Stahl

nach der Anlaßglühung niedrige Übergangstemperati; entsprechen und die gewünschte Streckgrenze von

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mindestens 700 N/mm² garantiert werden kann. Aufgrund dieser Eigenschaften kann daher der aus dem Walzzustand angelassene Stahl auch fürdi3 Herstellung iprödbruchsicheref Vergütungsstähle verwendet werden. Bei einem Vergleich mit den Weiten des luftvergüteten, in üblicher Weise gewalzten Bleches ist neben der größeren Anlaßbeständigkeit des Walzzusta >v.!es außerdem die Auswirkung des kontrollierenden Walzens auf die Zähigkeit zu erkennen. Während nämlich die Kerbschlagproben des Grobbleches mit abgesenkter Walztemperatur bei -6O⁰G noch spezifische Schlagarbeiten von etwa 3 bis etwa 5 mkg/cm² »ufweisen, liegen die Werte des verglichenen luftvergüteten Bleches bei dieser Prüfung schon in Tieflage der kerbschlagzähigkeit.

Beispiel 3

In gleicher Weise wie durch ein verlangsamtes VVätzen des Stahles entsprechend Beispiel 2 kann der Stahl aus Beispiel ί auch mit einer Abkühlpause nach dem Vorwalzen fertiggewalzt werden.

So wurde beispielsweise eine Vorbramme mit einer Dicke von 150 mm bei einer Temperatur von 1250³C »us 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 840⁰C ah Luft abgekühlt und anschließend auf eine fertige Dicke von 10 mm bei einer Endwalztemperatur von etwa 700⁰C gewalzt, d. h. die Dickenabnahme betrug in diesem Temperaturbereich 250%.

In gleicher Weise wie das 10-mm-Blech wird auch ein 20 film dickes Blech gewalzt, Wobei lediglich die Zwischen- bzw, Vorblechdicke etwa 60 mm Und die Endwalztemperatur etwa 750⁰C betragen.

Beispiel 4

Ein nach dem Beispiel 2 zusammengesetzter und gewalzter Stahl hatte, wie aus Fig;2 hervorgeht, eine Warmstreckgrenze von 700 N/mm² bei 2O⁰G Und von 250 N/mm² bei 500⁰C, d.h. die Warmstreckgrenze ist gegenüber einem vergleichsweise herangezogenen 13-CrMo-44-Stahl nach DIN 17 155 in einem Prüftem-

Ia peraturbereich von 20 bis 500⁰C 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 κ. 2 sind auf der Abszisse die Prüftemperaturen

in ⁰C und auf der Ordinate die Warmstreckgrenzen in N/mm² aufgetragen, wobei die Prüfwerte für den erfindungsgemäßen Stahl mit durchgezogener Linie und die Werte für defl Vergleichsstahl mit unterbrochener Linie miteinander verbünden sind.

Alle nach den Beispielen 1 bis 4 behandelten Stahlbleche wiesen nach der erfindungsgemäßen Behandlung ein Gefüge auf, das überwiegend, d. h. zu 90 bis 95% aus Zwischenstufengefüge und zu 10 bis 5% aus Ferrit-Perlit bestand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Grob- und Mittelblech aus einem Baustahl, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer guten Schweißbarkeit, einer Streckgrenze von mehr als N/mm², einer Zugfestigkeit von 800 bis 950 N/ mm², einer Dehnung <55 von >15% sowie einer Kerbschlagzähigkeit von mehr als 6 mkg/cm², gemessen an Iso-Spitzkerb-Längsproben bei — 20° C und einer guten Kaltverformbarkeit, eine Vorbramme aus einem Stahl, der aus