DE2408721C3 - Verwendung von niedriglegierten Stickstoff stählen als Werkstoff für Formgußstücke - Google Patents

Description

a) Erwärmen über den Umwandlungspunkl Ac₃, _a) Erwärmen über den Umwandlungspunkt Ac₃,

b) Einhalten einer Haltezeit, ^IS b) Einhalten einer Haltezeit,

c) ai«schließendes Abkühlen an Luft c) anschließendes Abkühlen an Luft

unterworfen werden. unterworfen werden.

2. Verwendung von niedriglegierten Stickstoff- *o Stähle der erwähnten Zusammensetzung sind an stählen nach Anspruch 1 mit Legierungsanteilen sich bekannt zur Verwendung fur Schmiede- und von 0,17 bis 0,22% C, 0,3 bis 0,5% Si, 0,9 bis Walzprodukte. Es wurde überraschenderweise gefun-1,2% Mn, 0 bis 0,40% Ni, 0,014 bis 0,020°_o N₂ den, daß bei Verwendung solcher Stahle fur hormguß- und 0,05 bis 0,1 % Ti, Rest Eisen und übliche Ver- stücke eine einfache Wärmebehandlung mit Luftabunreinigungen für den Zweck nach Anspruch 1. a₅ kühlung völlig ausreicht, um die erwünschten mecha-

3. Verwendung von niedriglegierten Stickstoff- nischen Eigenschaften unabhängig von der Wandstählen nach Anspruch 1 mit Legierungsanteilen stärke mit Sicherheit zu erreichen.

von 0,17 bis 0,22% C, 0,3 bis 0,5 °_Q Si, 1,0 bis Zum Nachweis der mechanisch-technologischen

1,3% Mn, 0,6 bis 0,8% Ni, 0,014 bis 0,020% N₂ Eigenschaften sowie zur Kontrolle der Vergießbarkeit

und 0,15 bis 0,20% V, Rest Eisen und übliche Ver- 30 stickstofflegierter Stähle als Stahlformguß wurden

unreinigungen für den Zweck nach Anspruch 1. mehrere Gußstücke mit größeren Wanddicken herge-

4. Verwendung von niedriglegierten Stickstoff- stellt.

stählen nach Anspruch 1 mit Legierungsanteilen Die erfindungsgemäßen Stähle können sowohl im

von 0,17 bis 0,22% C, 0,3 bis 0,5% Si, 1,3 bis induktions- als auch Elektrolichtbogenofen erschmol-

1,6% Mn, 1,4 bis 1,6% Ni, 0,2 bis 0,3% Mo, 35 zen werden. Der zur Erhöhung der Streckgrenze er-

0,014 bis 0,020% N₂ und 0,05 bis 0,1% Ti, Rest forderliche Stirkstoffanteil wird vorzugsweise in Form

Eisen und übliche Verunreinigungen für den Zweck von stickstoffhaltigem Ferromangan in der Pfanne

nach Anspruch 1. legiert. DaselDst erfolgt vorzugsweise auch die Zugabe

5. Verwendung von niedriglegierten Stickstoff- der Nitridbildner, wie Titan und/oder Vanadin, sowie stählen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der 40 eines Desoxidationsmittels, wie ζ. Β. Aluminium. Die zusätzlichen Maßgabe, daß die Stähle nach der Stähle lassen sich in handelsüblichen Formmassen abWärmebehandlung einer ein- oder mehrmaligen gießen, wobei trotz der erhöhten Stickstoffgehalte Anlaßbehandlung unterworfen wurden, für den porenfreie Abgüsse erzielt werden. Der starke Nitrid-Zweck nach Anspruch 1. bildner Titan bindet bereits im schmelzflüssigen Zu-

45 stand einen Stickstoffanteil in Form von Karbonitriden ab, während der Reststickstoff im festen Zustand als Vanadin- oder allenfalls Aluminiumnitrid abge-

bunden wird.

Die Wärmebehandlung erfolgte mit ausreichender

50 Haltezeit über Ac₃, d. h. zwischen 880 und 970⁰C mit

anschließender Luft- oder Ofenabkühlung. Nachfol-

In der Stahlgießerei wurden bislang als niedrig- gend an diese Wärmebehandlung kann ein Anlaßlegierte Baustähle im Streckgrenzenbereich von 25 bis oder Spannungsarmglühen zwischen 580 und 66O⁰C kg/mm² Stahllegierungen auf der Basis von Mn, erfolgen.

Mn-Cr. Mn—Cr-Ni, Mn-Mo oder Cr-Mo 55 Durch Keimwirkung der feinverteilten Nitride bzw. verwendet. Stahlgußstücke von größerer Wandstärke Karbonitride wird ein feines Umwandlungsgefüge eraus diesen Legierungen benötigen zur Erzielung der zielt, das die mechanisch-technologischen Eigenverlangten mechanischen Eigenschaften eine Wärme- schäften günstig beeinflußt.

behandlung mit Flüssigkeitsabkühlung, welche auf- Die Probeabgüsse von Formgußstücken haben bewendig und mit dem Risiko von Spannungen und 60 stätigt, daß mit den erfindungsgemäßen Legierungen Rissen behaftet ist. Zudem ist bei Anwendung dieser je nach Menge der zugegebenen Legierungselemente Art Wärmebehandlung wegen der raschen Abkühlung verschiedene Streckgrenzenstufen mit einer einfachen, in Flüssigkeit eine nachfolgende Anlaßbehandlung wanddicken unabhängigen Normalisierungsglühung unerläßlich. erreicht werden können.

Ziel der Erfindung ist es, bei Stahlgußstücken im 65 Nachstehend werden in Verbindung mit der Zeicherwähnten Streckgrenzenbereich die Wärmebehand- nung sowie der Tabelle verschiedene Auslührungsbeilung zu vereinfachen und dadurch Einsparungen in spiele der erfindungsgemäßen Verwendung von Stickden Anlage- und Behandlungskosten zu erreichen und stoffstählen erläutert.

Bei spiel Nr.	C	I Si	I Mn	(Che I Ni (Rest	nische. I Mo Fe und	\nalyse I ν Übliche	Gewich I Ti Verunr«	tspiozei I Al inigung	— it) I N« en)	I p	I s	Ac3- Punkt "C	Wärmebehandlung Temperatur/Haltezeit Abkühlung	Wand- dicke mm	kg/mm2	Mechan kg/mm1	ische Eigen δ %	schäften oat' mkg +200C	/SM /cm8 -200C
TT 1	0,20	0,54	0,95	0,16	0,08	0,006	0,079	0,115	0,0160	0,016	0,011	860	960° C/8 h/Luft	50	31,6 32,6	53,0 53,5	32 33	10,4 10,3
													960° C/8 h/Luft	150-250	31,8 32,2	52,6 52,5	25 26	9,8 10,0	6,6 6,6
													960° C/8 h/Luft+ 600° C/8 h/Luft	50-100	34,6 33,5	53,6 53,3	28 28	8,9 7,8	6,9 6,4
													960° C/8 h/Luft+ 600° C/8 h/Luft	150-250	31,6 33,6	51,6 52,6	28 28	9,7 9,0	6,9 6,5
2	0,21	0,36	1,14	0,73	0,05	0,185	0,032	0,062	0,0202	0,011	0,009	850	960° C/8 h/Luft	50	47,2 43,8	69,4 66,6	23 24	6,1 7,7	5,6
													960°C/8h/Luft	300	39,6 39,0	62,5 62,5	28 28	8,4 7,7
													960°C/8 h/Luft+ 6OO°C/8h/Luft	50	45,2 43,3	65,3 63,8	23 24	7,9 9,8	69 6,0
													96O°C/8.h/Luft+ 6OO°C/8h/Luft	300	38,8 39,8	6?,0 62,3	28 28	8,5 6,7	—
3	0,22	0,40	1,51	1,55	0,25	—	0,057	0,058	0,0202	0,013	0,010	840	960° C/8 h/Luft	50	54,6 53,8	97,5 98,0	15 17	2,0 2,0
													960°C/8h/Luft	300	57,9 56,6	93,4 93,4	11 16	3,1 2,7	_
													960° C/8 h/Luft+ 600° C/8 h/Luft	50	49,7 50,5	68,9 69,1	22 27	8,7 8,3	6,7 4,9
													960° C/8 h/Luft+ 600° C/8 h/Luft	300	55,6 55,8	72,5 73,5	12 21	7,1 7,1

F i g. 1 zeigt für eine beispielsweise Legierung Nr. 1 den Einfluß wiederholter AnlaBbehandlungen von der Dauer t bei verschiedenen Temperaturen ϋ_Α auf die Härte HB 30 und die Kerbschlagzähigkeit a_K VSM. Im rechten Teilbild ist der Einfluß wiederholter Anlaßzyklen bei 600° C festgehalten;

F i g. 2 zeigt für dieselbe Stahllegierung den Einfluß der Normalisierungstemperatur ϋκ auf die Härte HB 30 und die Kerbschlagzähigkeit bei einer Haltezeit von jeweils 8 h und Abkühlung an Luft;

F i g. 3 zeigt für eine Legierung Nr. 2 ein kombiniertes Anlaßschaubild für verschiedene Abkühlungsgeschwindigkeiten. Für die Normalisierungsbehandlung (0tf = 96O°C/Haltezeit 8 h/Luftabkühlung), sowie in Abhängigkeit von verschiedenen Anlaßtemperaturen &_A sind von oben nach unten die Zugfestigkeit ob und Streckgrenze as, die Dehnung δ und Einschnürung ψ sowie die Kerbschlagzähigkeit a_K VSM bei +20⁰C dargestellt. Die Kurven bzw. Werte A, B, C, D gelten für Wandstärken bis 10, 50, 300 bzw. 600 mm;

F i g. 4 zeigt ein analoges Schaubild wie F i g. 3 für eine weitere Legierung Nr. 3.

Die in der Tabelle angegebenen Legierungsbeispiele Nr. 1 bis 3 zeigen die Möglichkeit, bei einfacher Wärmebehandlung mit geringer Steigerung der Legierungselemente Mangan, Nickel und Molybdän auch die Streckgrenze zu steigern. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß unabhängig von der Wanddicke der Gußstücke bzw. der Abkühlungsgeschwindigkeit für Stahlguß hohe Gütewerte erzielt werden können. Es zeigt sich, daß bisweilen sogar besonders langsame Abkühlungsgeschwindigkeiten zu bevorzugen sind, um optimale Gefügeausbildung und mechanische Eigenschaften zu erhalten. Es ist dabei einzusehen, daß derartig langsam abgekühlte Gußstücke arm an inneren Spannungen sind und geringe Rißgefahr oder Verzugsneigung aufweisen. Aus den in der Tabelle enthaltenen Beispielen geht auch hervor, daß die Stähle ohne Versprödungsgefahr angelassen oder spannungsarm geglüht werden können. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften erfahren dabei — dank der bei der Normalisierung stattgefundenen Gleichgewichtsumwandlung — kaum eine Änderung.

F i g. 1 zeigt im Falle der Stahllegierung Nr. 1, daß auch mehrmalige Anlaßbehandlungen zu keiner Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften führen. Als optimaler Anlaßbereich gelten für den bezeichneten Stahl Temperaturen zwischen 550 und 600⁰C.

F i g. 2 erläutert die geringe Überhitzungsempfind-Hchkeit der Stähle am selben Beispiel 1: Härte- und Kerbschlagzähigkeitswerte erfahren nach Normalisierung zwischen 880 und 970⁰C kaum Änderungen. Die ASTM-Korngröße liegt unbeeinflußt von der Normalisierungstemperatur bei 7. Durch die Nitrid- bzw. Karbonitridausscheidungen wird das Kornwachstum behindert.

F i g. 3 zeigt für den etwas höher legierten Stahl gemäß Beispiel Nr. 2 ein Anlaß-Schaubild. Nach *° dem Normalisieren werden bereits ausgezeichnete Festigkeits- und Zähigkeitswerte nahezu unabhängig von der Wanddicke ermittelt, wobei diese Eigenschaf^ten durch eine Anlaßbehandlung noch verbessert werden können, ohne daß wesentliche Festigkeitseinbußen in Kauf genommen werden müssen.

F i g. 4 zeigt ein Anlaßschaubild für den noch höher legierten Stahl nach Beispiel Nr. 3. Hier werden die nach der Normalisierung erreichten Zähigkeitswerte durch ein Anlassen noch wesentlich verbessert. Die Streckgrenzenwerte werden durch die Anlaßbehandlung nur wenig verändert.

Neben den guten, mechanisch-technologischen Werten besitzen die genannten Stähle dank der abgestimmten Legierungselemente und dem niedrigen Kohlenstoffgehalt eine ausgezeichnete Schweißbarkeit. Die Stähle können nach den üblichen Schweißverfahren in normalen Wanddickenbereichen ohne Vorwärmung geschweißt werden. Selbstverständlich können die aus den beschriebenen Stahllegierungen gefertigten Formgußstücke erforderlichenfalls auch spannungsarm geglüht werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

insbesondere die mit der Flüssigkeitsabkühlung ver- Patentansnrüche· bundenen Risiken hinsichüich Rißneigung und unge- Patentanspruche. nügenden mechanischen Eigenschaften ,n größeren Wandstärken auszuschließen.

1. Verwendung von niedriglegierten Stickstoff- 5 Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch die stählen mit Legierungsanteilen von 0,16 bis Verwendung von niedriglegierten Sückstoffstanlen mit 0,22% C, 0,2 bis 0,6% Si, C.8 bis 1,6% Mn, 0 bis Legierungsanteilen von 0,16 bis 0,22/ζ C 0,2 bis 1,6% Ni, 0 bis 0,4% Mo, 0,01 bis 0,02% N₂ sowie 0,6% Si, 0,8 bis 1,6% Mn, 0 bis 1,6 A Ni, 0 bis; 0,4^ 0,1 bis 0,2% V und/oder 0,02 bis 0,1 % Ti, Rest Fe Mo, 0,01 bis 0,02 % N₂, sowie 0,1 bis 0,2\/_o V und/oder und übliche Verunreinigungen, als Werkstoff für io 0,02 bis 0,1 % Ti, Rest Fe und ubücne Verunreini-Formgußstückc, welche einer Wärmebehandlung gungen, als Werkstoff für Formgußstucke, welche durch einer Wärmebehandlung durch