DE2317290A1 - USE OF HIGH STRENGTH STEELS FOR THE MANUFACTURING OF IMPACT, IMPACT AND CONTINUOUSLY USED PARTS - Google Patents

USE OF HIGH STRENGTH STEELS FOR THE MANUFACTURING OF IMPACT, IMPACT AND CONTINUOUSLY USED PARTS

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DE2317290A1
DE2317290A1 DE19732317290 DE2317290A DE2317290A1 DE 2317290 A1 DE2317290 A1 DE 2317290A1 DE 19732317290 DE19732317290 DE 19732317290 DE 2317290 A DE2317290 A DE 2317290A DE 2317290 A1 DE2317290 A1 DE 2317290A1
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impact
steels
high strength
manufacturing
nitrogen
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Andre Guessier
Michel Lluansi
Roland Tricot
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Ugine Aciers SA
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N

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Description

PATENTANWALT DR. EANS-GUNTHSR EGGERT1 DIPLOMCHEMIKERPATENT ADVERTISER DR. EANS-GUNTHSR EGGERT 1 DIPLOMA CHEMIST

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 905 COLOGNE 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 3O.3.1973 Ax/6 6Cologne, 3O.3.1973 Ax / 6 6

ügine Aciers, Io Rue du General Foy, Paris/Frankreichügine Aciers, Io Rue du General Foy, Paris / France

Verwendung von hochfesten Stählen für die Herstellung schlag-, stoss- und dauerbeanspruchter TeileUse of high-strength steels for production parts subject to impact, impact and permanent stress

Die Erfindung betrifft neue Verwendungen von hochfesten Stählen.The invention relates to new uses of high strength steels.

In der britischen Patentschrift 1 O8j5 466 werden Stähle der folgenden gewichtsmäßigen Zusammensetzung beschrieben:In British patent 1 085 466 steels the following composition by weight described:

C 0,08 bis 0,^0#C 0.08 to 0, ^ 0 #

Si 0,02 bis 0,60#
Mn 0,5 Ms 2,5 %
Si 0.02 to 0.60 #
Mn 0.5 Ms 2.5 %

Np < O,O45# in Form von Nitriden von.Al, Nb,Np <O, O45 # in the form of nitrides of Al, Nb,

Ti oder ZrTi or Zr

Nb <0>20#Nb <0> 20 #

Ti <0,12#Ti <0.12 #

Zr <0,20#Zr <0.20 #

wenigstens eines der Elemente Ni (0,10 bis Vf), Cr (0,10 bis Yf)3 Mo (0,05 bis Vf), Cu (0,05 bis Vf), V (0,005 bis 0,30$), B (0,0005 bis 0,01$) Pe und Verunreinigungen: Restat least one of the elements Ni (0.10 to Vf) , Cr (0.10 to Yf) 3 Mo (0.05 to Vf), Cu (0.05 to Vf), V (0.005 to 0.30 $), B ($ 0.0005 to $ 0.01) Pe and impurities: remainder

Diese Stähle sind billig, schweißbar und zäh und haben hohe Festigkeit. Sie werden für die Herstellung großer Bauteile für Schiffe, Metallkonstruktionen, Brücken und Druckbehälter verwende t.These steels are cheap, weldable and tough, and have high strength. They'll be great for making We use components for ships, metal structures, bridges and pressure vessels.

In anderen Patentschriften werden Konstruktions- und Baustähle beschrieben, die ähnliche Analysen aufweisen und ebenfalls Stickstoff enthalten, jedoch wurdenbisher vonStructural and structural steels are used in other patents which have similar analyzes and also contain nitrogen, but have so far been used by

309843/086 2309843/086 2

niemandem die besonderen Eigenschaften festgestellt, die die Anwesenheit von Stickstoff dem'Stahl verleiht.no one noticed the special properties which the presence of nitrogen gives steel.

Es wurde gefunden, daß dieser Einfluß des- Stickstoffs neue Verwendungen für diese Art von Stählen ermöglichteIt has been found that this influence of nitrogen opened up new uses for this type of steel

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Stählen der gewichtsmäßigen ZusammensetzungThe invention relates to the use of steels of the composition by weight

C- 0,25 - 0,50$C- $ 0.25-0.50

Si 0,20 - 0,50$ ·Si $ 0.20 - $ 0.50

Mn 0,20-3$Mn $ 0.20-3

Gesamtgehalt an Cr und gegebenenfalls Mo, V, W, Ti,Total content of Cr and possibly Mo, V, W, Ti,

Zr, lib, Ta und B 0,3 - 10$ /Zr, lib, Ta and B $ 0.3-10 /

gegebenenfalls Ni bis 5$ .optionally Ni to $ 5.

N2 0,015$ bis zur Löslicbkeitsgrenze dieses Elements unter den Verhüttungs- und Gießbedingungen bei der Erstarrungstemperatur des StahlsN 2 0.015 $ up to the solubility limit of this element under the smelting and casting conditions at the solidification temperature of the steel

Fe und Verunreinigungen: RestFe and impurities: remainder

für die Herstellung von vergüteten Teilen, die großen Dauerbelastungen sowie gleichzeitig heftigen Stößen ausgesetzt werden sollen, z.B. Walzen von Walzwerken und Teilen von Flugzeugfahrgestellen,for the production of tempered parts, the large ones Are to be exposed to continuous loads as well as strong impacts at the same time, e.g. rolls of rolling mills and Parts of aircraft chassis,

Bei Flugzeugfahrgestellen ist es vorteilhafts wenn der Ni-Gehalt höher ist als 1$ und der Gesamtgehalt an Cr und anderen Vergütungselementen im wesentlichen zwischen 0,3 und 5$ liegt„In aircraft undercarriages, it is advantageous s when the Ni content is more than $ 1 and the total content of Cr and other elements of compensation substantially between 0.3 and 5 $ "

Bei Walzen von Walzwerken wird ein Ni-Gehalt von 0 bis 2$ und ein Gehalt an Cr und anderen Vergütungselementen von 5 bis 10$ bevorzugt.In the case of rolls of rolling mills, a Ni content of 0 to $ 2 and a content of Cr and other compensation elements from $ 5 to $ 10 preferred.

Bisher galt bei diesen Verwendungen der Reststickstoff als eine schädliche Verunreinigung, und sein Gehalt wurde insbesondere durch Vornahme einer Entgasung unter Vakuum während der Verhüttung bei einem möglichst niedrigenSo far, the residual nitrogen has been used for these uses as a noxious impurity, and its content has been increased in particular by performing a degassing under vacuum during smelting at the lowest possible

3098Λ3/08623098-3 / 0862

Wert in der Größenordnung von 0,010$ gehalten.Value held on the order of $ 0.010.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die Anwesenheit von Stickstoff in diesen Stählen in den oben genannten Mengen, ihre Dauerstandfestigkeit und Wechselfestigkeit stark verbessert, ohne ihre im vergüteten Zustand übliche Schlagfestigkeit zu verschlechtern. In diesem Zustand haben diese Stähle.eine Festigkeit, die l40 hbar bei Zugbeanspruchung übersteigt. Sie haben eine feinkörnige Struktur von 6/8 nach ASTM, aber diese Kornfeinheit vermag allein nicht die erfindungsgemäi ausgenutzte Verbesserung der Dauer- und Wechselfestigkeit zu begründen.It has now surprisingly been found that the presence of nitrogen in these steels in the above mentioned quantities, their fatigue strength and fatigue strength greatly improved without their in the tempered Condition usual impact resistance to deteriorate. In this state, these steels have a strength that exceeds l40 hbar when subjected to tensile stress. you have one fine-grained structure of 6/8 according to ASTM, but this grain fineness alone is not capable of the one used according to the invention Justify improvement of fatigue strength and fatigue strength.

Die Löslichkeitsgrenze von Stickstoff in diesen Stählen bei Normaldruck beträgt etwa 0,030$ bei der Erstarrungstemperatur. Sie kann durch Anwendung von Spezialverfahren bei der Verhüttung und beim Gießen, beispielsweise durch Arbeiten unter Stickstoffdruck, noch erhöht werden. Die auf den Stickstoff zurückzuführende Verbesserung wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.The solubility limit of nitrogen in these steels at normal pressure is about $ 0.030 at the solidification temperature. It can be done by using special procedures during smelting and casting, for example by working under nitrogen pressure, can be increased. the Improvement due to nitrogen is illustrated by the following example.

Ausgehend von gleichen Ausgangsmaterialien wurden in einem Induktionsofen drei Stahlgußstücke (a), (B) und (C) mit folgender gewichtsmäßiger Zusammensetzung hergestellt:Starting from the same starting materials, three steel castings (a), (B) and (C) produced with the following weight composition:

CC. 0,38%0.38% SiSi 0,40$$ 0.40 Mn.Mn. 0,37$$ 0.37 NiNi 3,75$$ 3.75 GrSize 1,52$$ 1.52 MoMon 0,31$$ 0.31 AlAl 0, 025$$ 0.025 SS. o,oo8$o, oo8 $ PP. 0,012$$ 0.012 FeFe Restrest

Der Block (A) wurde mit gewöhnlichem Ferrochrom hergestellt. Er enthielt 0,007$ N2. Die Blöcke (B) und (C)The block (A) was made with ordinary ferrochrome. It contained $ 0.007 N 2 . Blocks (B) and (C)

309843/0882309843/0882

- *r 7-317290 H - * r 7-317290 H.

wurden unter Zusatz eines Gemisches von gewöhnlichem Ferrochrom und nitriertem Ferrochrom mit Ζ>Λ% Np hergestellt. Sie hatten den folgendenEndgehalt an Stickstoff:were produced with the addition of a mixture of ordinary ferrochrome and nitrided ferrochrome with Ζ> Λ% Np. They had the following final nitrogen content:

(B) 0,0i7# N2 (B) 0.0i7 # N 2

(C) ■ 0,026$ N2 (C) ■ 0.026 $ N 2

Der Stickstoffgehalt des Blocks (C) lag sehr dicht beim Löslichkeitsmaximum in diesem Stahl.The nitrogen content of the block (C) was very close to the maximum solubility in this steel.

Aus diesen drei Blöcken, die sich nur im Stickstoffgehalt unterschieden, wurden Stäbe von 15 mm Durchmesser für die Herstellung von Prüfkörpern geschmiedet, die einer Wärmebehandlung unterworfen wurden, die aus Austenitbildung bei 8500C, Abkühlung an der Luft und dann auf -1960C und. Anlassen bei 2000C bestand. Ihre Zugfestigkeit betrug nun 180 hbar.From these three blocks, which differed only in the nitrogen content, bars were forged 15 mm in diameter for the manufacture of test specimens, which were subjected to heat treatment consisting of austenite at 850 0 C, air cooling and then to -196 0 C. and. Tempering at 200 ° C. existed. Their tensile strength was now 180 hbar.

Die Prüfkörper wurden dem Drehbiegeversuch unter einer Beanspruchung von 75 hbar auf einer Moore-Prüfmaschine . unterworfen, die mit 10.000 UpM lief. Die Abbildung stellt die Prozentsätze von Prüfkörpern jedes Gusses dar, die 100 Millionen Umdrehungen ohne Bruch widerstanden. Die Abbildung zeigt, daß 100 Millionen Umdrehungen nur von 8$ der Prüfkörper des Blocks (A) erreicht wurden, während dieser Anteil beim Gußstück (B) 55$ betrug und beim Gußstück (C) 85$ erreichte.The test specimens were subjected to the rotary bending test under a load of 75 hbar on a Moore testing machine. which ran at 10,000 rpm. The figure shows the percentages of specimens of each cast that Withstood 100 million revolutions without breaking. The figure shows that 100 million revolutions only from $ 8 of the specimen of the block (A) were reached while this proportion was $ 55 for casting (B) and for Casting (C) reached $ 85.

Es wurde ferner festgestellt, daß der günstige Einfluß des Stickstoffs nicht davon abhängt, wie er in das Metall eingeführt wird, d.h. unabhängig davon ist, ob der Stickstoff über eine nitrierte Ferrolegierung oder dadurch eingeführt wird, daß das flüssige Metall unter Stickstoffdruck gehalten wird.It was also found that the beneficial influence of nitrogen does not depend on how it is introduced into the metal, i.e. it does not depend on whether the nitrogen is introduced via a nitrided ferro-alloy or by the fact that the liquid metal is introduced under nitrogen pressure is held.

30 98 43/086230 98 43/0862

Claims (4)

7317290 Patentansprüche7,317,290 claims 1) Verwendung von Stählen der gewichtsmäßigen Zusammensetzung 1) Use of steels of the composition by weight G 0,25 bis 0,50$
Si 0,20 bis 0,50$
Mn 0,20 bis 3$
Cr 0,3 bis 10$
G $ 0.25 to $ 0.50
Si $ 0.20 to $ 0.50
Mn $ 0.20 to $ 3
Cr $ 0.3 to $ 10
Np 0,015$ bis zur Löslichkeitsgrenze dieses Elements unter den Verhüttungs- und Gießbedingungen bei der Erstarrungstemperatur des StahlsNp $ 0.015 up to the solubility limit of this Elements under the smelting and casting conditions at the solidification temperature of steel Pe und Verunreinigungen Rest für die Herstellung von vergüteten Teilen, die heftigen Schlag- und Stoßbeanspruchungen und hohen Dauerbeanspruchungen unterworfen sind.Pe and impurities rest for the production of tempered parts, the violent Are subjected to impact and shock loads and high permanent loads.
2) Verwendung von Stählen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Chroms durch wenigstens eines der Elemente Mo, V, W, Ti, Nb, Zr, Ta und B ersetzt ist«,2) Use of steels according to claim 1, characterized in that that at least part of the chromium is replaced by at least one of the elements Mo, V, W, Ti, Nb, Zr, Ta and B is replaced «, 3) Verwendung von Stählen nach Anspruch 1 und 2 mit 5 bis 10$ Cr und nicht mehr als 2$ Ni für die Herstellung von Walzen für Walzwerke«3) Use of steels according to claims 1 and 2 with 5 to 10 $ Cr and not more than 2 $ Ni for the production of rolls for rolling mills « 4) Verwendung von Stählen nach Anspruch 1 und 2, die 0,3 bis 5$ Cr und 1 bis 5$ Ni enthalten, für die Herstellung von Teilen für llugzeugfahrgestelle,,4) Use of steels according to claim 1 and 2, which contain 0.3 to 5 $ Cr and 1 to 5 $ Ni, for the production of parts for aircraft chassis, 309843/0862309843/0862 Leersei teBlank page
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