DE2451182C3 - Process for the heat treatment of chromed steel - Google Patents
Process for the heat treatment of chromed steelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung eines chromier- η ten Stahls mit verbesserten physikalischen Eigenschaften sowie von Gegenständen aus einem solchen Stahl, insbesondere von Gegenständen, wie Befestigungselementen, z. B. Muttern und Bolzen.The invention relates to the production of a chroming η th steel with improved physical properties as well as objects made of such steel, in particular objects such as fasteners, z. B. nuts and bolts.
Für bestimmte Zwecke ist es notwendig, daß m Konstruktionselemente eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen. Diesen Erfordernissen wird bis zu einem großen Ausmaß genügt, wenn man diese Elemente aus Edelstahl oder aus chromiertem Stahl herstellt. Edelstahl ist zwar im r, allgemeinen viel teurer als ein chromierter Stahl, hat aber diesem gegenüber den Vorteil, daß er bei gleicher Korrosionsbeständigkeit eine höhere Zugfestigkeit aufweist.For certain purposes it is necessary that m construction elements have a high tensile strength and a high corrosion resistance. These requirements are met to a large extent if these elements are made of stainless steel or of chromed steel. Although stainless steel is generally much more expensive than chromed steel, it has the advantage over this that it has a higher tensile strength with the same corrosion resistance.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen chromierten Stahl >» zu schaffen, der eine Zugfestigkeit über 70 kg/mm2 und eine Streckgrenze von über 65 kg/mm2 aufweist.The object of the invention is to create a chromium-plated steel that has a tensile strength of over 70 kg / mm 2 and a yield point of over 65 kg / mm 2 .
Es wurde nun gefunden, daß die Zugfestigkeit eines chromierten Stahls mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung verbessert werden kann, wenn man r> diesen bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 550°C im lösungsgeglühten Zustand anläßt.It has now been found that the tensile strength of a chromized steel with a certain chemical Composition can be improved if you r> this at a temperature in the range of 400 to 550 ° C in the solution annealed condition.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Wärmebehandlung von chromiertem Stahl oder von Gegenständen, insbesondere Schraubenmuttern und t>o -bol/en aus chromiertem Stahl mit 1 bis 2,5% Cu, höchstens 0.2% C, Titan und/oder Niob und/oder Tantal in einer zur Abbindung des C ausreichenden Menge, und Rest Fe zur Erhöhung der Zugfestigkeit auf über 70 kg/mm* und der Streckgrenze auf über 65 kg/mm2, das μ dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stahl entweder nach dem Chromieren zum Aushärten rasch abgekühlt und anschließend JO Min. bis 12Std. lang auf 400 bis 550" C angelassen wird, oder nach dem Chromieren lungsam abgekühlt, darauf lösungsgegiüht und abgeschreckt und anschließend 30 Min. bis 12 Std. lang auf 400 bis 5500C angelassen wird.The invention therefore relates to a method for the heat treatment of chromed steel or objects, in particular nuts and bolts made of chromed steel with 1 to 2.5% Cu, at most 0.2% C, titanium and / or niobium and / or tantalum in an amount sufficient to bind the C, and the remainder Fe to increase the tensile strength to over 70 kg / mm * and the yield strength to over 65 kg / mm 2 , the μ is characterized in that the steel is either after chromating for Hardening, cooled down quickly and then JO min. To 12 hours. long is tempered to 400 to 550 "C, or Lungsam cooled after chromising, lösungsgegiüht it, and quenched, followed by 30 min. to 12 hrs. long is annealed at 400 to 550 0 C.
Aus »Handbuch der Sonderstahlkunde« von E. Houdrement, 1956, 1.Bd, Seiten 711, 712 und 844 sind die Wärmebehandlungsschritte des Lösungsglühens, des Abschreckens und des Anlassens beim Aushärten von chromlegierten Edelstahlen bereits bekannt. Bei dem erfindungsgemäß behandelten Stahl handelt es sich jedoch nicht um einen Edelstahl, sondern um einen Stahl, der chromiert worden ist. Weiterhin wird durch die Erfindung die Wärmebehandlung eines chromierten Stahls mit spezieller Zusammensetzung in Betracht gezogen.From "Handbuch der Sonderstahlkunde" by E. Houdrement, 1956, 1st volume, pages 711, 712 and 844 are the heat treatment steps of solution annealing, quenching and tempering in Hardening of chrome-alloyed stainless steel already known. In the case of the steel treated according to the invention However, it is not a stainless steel, but a steel that has been chrome-plated. Farther the heat treatment of a chromium-plated steel with a special composition in Considered.
Der chromierte Stahl kann in Form des fertigen Gegenstandes oder in einer Form wärmebehandelt werden, welche zur Herstellung des angestrebten Endgegenstandes geeignet ist, d. h. in Stangen- bzw. Stabform, wenn aus dem Stahl Bolzen oder Schrauben hergestellt werden sollen.The chromed steel can be finished in the shape of the Object or in a form to be heat-treated, which for the production of the desired End article is suitable, d. H. in rod or rod form, if made of steel bolts or screws should be produced.
Bei der Herstellung des chromierten Stahls gemäß der Erfindung kann man daher von Stahl in Stab- bzw. Stangenform ausgehen, diesen chromieren und hierauf gemäß der Erfindung wärmebehandeln. Schließlich ist es auch möglich, den Stahl beispielsweise in Stangenbzw. Stabform herzustellen, diesen zu chromieren und hierauf zu Bolzen oder Schrauben zu verformen, worauf diese gemäß der Erfindung wärmebehandelt werden.In the production of the chromium-plated steel according to the invention one can therefore use steel in bar or Go out rod shape, chrome-plated and then heat-treat according to the invention. Finally is it is also possible to use the steel, for example, in rods or Manufacture rod shape, chrome and thereupon to deform bolts or screws, whereupon these are heat-treated according to the invention.
Der Stahl, welcher erfindungsgemäß behandelt wird, wird, ungeachtet ob er in Form des Endgegenstandes oder in einer zur Herstellung des Endgegenstandes geeigneten Form vorliegt, chromiert. Die Chromierung kann nach einer Anzahl von Methoden durchgeführt werden, beispielsweise durch Packdiffusion. Im allgemeinen geht man hierbei so vor, daß man den Stahl auf erhöhte Temperatur, z. B. eine Temperatur zwischen 800 und 1400cC, in Gegenwart einer Chromquelle erhitzt, die in die Oberflächenschichten des Stahls hineindiffundiert und eine bestimmte Menge des Eisens ersetzt.The steel which is treated in accordance with the invention, regardless of whether it is in the form of the end article or in a form suitable for the manufacture of the end article, is chromed. Chromation can be performed in a number of ways, such as pack diffusion. In general, this is done in such a way that the steel is heated to an elevated temperature, e.g. B. a temperature between 800 and 1400 c C, heated in the presence of a source of chromium, which diffuses into the surface layers of the steel and replaces a certain amount of iron.
Nach dem Chromieren wird der Stahl abgekühlt. Wenn das Abkühlen rasch durchgeführt wird, dann ist am Ende des Abkühlens das Metall im lösungsgeglühten Zustand und es kann der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung unterworfen werden. Wenn jedoch das Abkühlen etwas langsamer erfolgt, dann kann es sein, daß der Stahl am Ende dieses Abkühlens sich nicht vollständig in einem lösungsgeglühten Zustand befindet, so daß unter diesen Umständen nach dem Chromieren und vor dem Ablassen ein kurzes Lösungsglühen durchgeführt werden muß. Bei diesem Lösungsglühen geht man so vor, daß man den Stahl auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 10500C erhitzt und hierauf ziemlich rasch abkühlt. Gemäß der Erfindung wird es bevorzugt, das Material lösungszuglühen, bevor es erfindungsgemäß wärmebehandelt wird. Wenn Stahl chromiert wird, dann setzt sich Kohlenstoff in fester Lösung mit dem Chrom, das in den Stahl hineindiffundiert wird, um, wodurch Chromcarbid gebildet wird. Hierdurch wird die Diffusionsgeschwindigkeit des Chroms vermindert, so daß die »Überzugs«-Dicke begrenzt wird und es sein kann, daß ein harter Überzug mit niedriger Duktilität erhalten wird. Um diese Störung des Kohlenstoffs zu vermeiden, ist es möglich, ein kohlenstofffreies Eisen zu verwenden oder — was bevorzugt wird — den Kohlenstoff aus der festen Lösung als ein stabiles Carbid zu entfernen. Es sindAfter chrome plating, the steel is cooled down. If the cooling is carried out rapidly, then at the end of the cooling the metal is in the solution-annealed state and it can be subjected to the heat treatment according to the invention. If, however, the cooling is somewhat slower, then the steel may not be completely solution annealed at the end of this cooling, so that under these circumstances a brief solution heat treatment must be carried out after chrome plating and before draining. The procedure for this solution heat treatment is to heat the steel to a temperature in the range from 800 to 1050 ° C. and then cool it down fairly quickly. In accordance with the invention it is preferred to solution anneal the material before it is heat treated in accordance with the invention. When steel is chromed, carbon in solid solution reacts with the chromium that is diffused into the steel, forming chromium carbide. This reduces the rate of diffusion of the chromium so that the "coating" thickness is limited and a hard coating of low ductility may be obtained. To avoid this disturbance of the carbon, it is possible to use a carbon-free iron or, which is preferred, to remove the carbon from the solid solution as a stable carbide. There are
bereits mehrere solche »stabilisierte« Stähle entwickelt worden, weiche durch den Zusatz einer genügenden Menge von Titan, Niob oder Tantal zu dem Stahl, um den gesamten Kohlenstoff zu fixieren, charakterisiert sind.Several such "stabilized" steels have already been developed, soft by adding a sufficient one Amount of titanium, niobium or tantalum added to the steel to fix all of the carbon are.
Gemäß der Erfindung wird es besonders bevorzugt, einen wie oben beschriebenen stabilisierten Stahl zu verwenden. Ein besonders bevorzugter stabilisierter Stahl wird in der GB-PS 7 69 464 beschrieben. Dieser hat folgende Zusammensetzung: 1 bis 2,5% Kupfer (vorzugsweise 1,5 bis 1,9%), höchstens 0,2% Kohlenstoff und eine zur Kombination mit dem gesamten Kohlenstoff ausreichende Menge von Titan, Niob und/oder Tantal. Nach der Chromierung, jedoch ohne eine anschließende Wärmebehandlung, hat dieser Stahl eine Streckgrenze von etwa 36 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit von etwa 50 kg/mm2. Die mittlere Zugfestigkeit dieses Stahls ist von einer Beibehaltung einer kleinen Korngröße während der langen Hochtemperaturglühung und während d-.s langsamen Abkühlens des Chromiepjngsprozesses begleitet, wobei angenommen wird, daß die stabilen Carbide, die möglicherweise in gewisser Weise von dem Kupfer unterstützt werden, das Kornwachstum kontrollieren. Das Kupfer stört, im Gegensatz zu einigen Elementen, die den Stahl verfestigen könnten, den Chromierungsprozeß nicht und weist sogar den Effekt auf, daß bei gegebenen Verfahrensbedingungen die Dicke des Überzugs erhöht wird.According to the invention it is particularly preferred to use a stabilized steel as described above. A particularly preferred stabilized steel is described in GB-PS 7 69 464. This has the following composition: 1 to 2.5% copper (preferably 1.5 to 1.9%), at most 0.2% carbon and an amount of titanium, niobium and / or tantalum sufficient to combine with the total carbon. After chrome plating, but without subsequent heat treatment, this steel has a yield strength of around 36 kg / mm 2 and a tensile strength of around 50 kg / mm 2 . The mean tensile strength of this steel is accompanied by the retention of a small grain size during the long high temperature annealing and during the slow cooling of the chromium-forming process, it being assumed that the stable carbides, which are possibly supported in some way by the copper, are responsible for the grain growth check. In contrast to some elements which could strengthen the steel, the copper does not interfere with the chromating process and even has the effect of increasing the thickness of the coating under given process conditions.
Der behandelte Stahl hat die oben angegebenen chemischen Zusammensetzungen. Gegebenenfalls enthält er fakultative Bestandteile, wie Mangan und Silizium, wobei der Anteil von Siangan und Silizium, wenn diese Elemente vorhanden sind, nicht mehr als 1,5% beträgt. Es wurde überraschenderweLj gefunden, daß — wenn dieser Stahl durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung ausgehärtet wird — ein Stahl erhalten werden kann, der eine Streckgrenze oberhalb 65 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit oberhalb 70 kg/mm2 besitzt. Für Befestigungselemente ist es wichtiger, eine hohe Streckgrenze (oder Elastizitätsgrenze) zu besitzen als eine hohe Endzugfestigkeit.The treated steel has the chemical compositions given above. If necessary, it contains optional components such as manganese and silicon, the proportion of siangan and silicon, if these elements are present, not being more than 1.5%. It has surprisingly been found that - if this steel is hardened by the heat treatment according to the invention - a steel can be obtained which has a yield point above 65 kg / mm 2 and a tensile strength above 70 kg / mm 2 . It is more important for fasteners to have a high yield strength (or elastic limit) than a high ultimate tensile strength.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Stahl vorteilhafterweise auch Nickel, vorzugsweise in einer Menge von 03 bis 1,5%, insbesondere von 1%. Der Zusatz von Nickel hat günstige Auswirkungen auf die Härte des Produkts und erleichtert das Heißwalzen.According to a further embodiment of the invention, the steel advantageously also contains nickel, preferably in an amount of 3 to 1.5%, in particular 1%. The addition of nickel has beneficial effects on the hardness of the product and facilitates hot rolling.
Die Wärmebehandlung, der der Stahl unterworfen wird, ist allgemein eine Wärmebehandlung im Bereich von 400 bis 550° C. Eine besonders bevorzugte Temperatur liegt im Bereich von 450 bis 5000C. Eine besonders gut geeignete Temperatur ist etwa 475° C.The heat treatment to which the steel is subjected is, in general, a heat treatment in the range of 400 to 550 ° C. A particularly preferred temperature is in the range from 450 to 500 0 C. A particularly suitable temperature is about 475 ° C.
Die Zeitspanne, über die der Stahl im Einzelfall erhitzt wird, hängt von der angewendeten Temperatur ab, wobei bei niedrigeren Temperaturen längere Zeitspannen und bei höheren Temperaturen kürzere Zeitspannen angewendet werden. Geeigneterweise -. geht die Erhitzungszeit bei niedrigerer Temperatur (400°C) nicht über 12 Std hinaus. Bei höherer Temperatur(550°C) geht sie nicht über 30 Min. hinaus.The length of time over which the steel is heated in each individual case depends on the temperature used with longer periods of time at lower temperatures and shorter ones at higher temperatures Periods of time are applied. Appropriately -. the heating time goes at a lower temperature (400 ° C) not beyond 12 hours. At higher Temperature (550 ° C) it does not exceed 30 minutes.
Es wird besonders bevorzugt, den Stahl über dne Zeitspanne von 2 bis 6 Std. bei einer Temperatur imIt is particularly preferred to thin the steel Period of time from 2 to 6 hours at a temperature in
κι Bereich von 450 bis 5000C zu erhitzen. Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Stahl etwa 3 Std. auf eine Temperatur von etwa 475° C erhitzt.κι range from 450 to 500 0 C to heat. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the steel is heated to a temperature of about 475 ° C. for about 3 hours.
Ein zu langes Erhitzen bei höheren Temperaturen istToo long heating at higher temperatures is
Ii zu vermeiden, da bei Temperaturen oberhalb 5000C rasch eine Überalterung (d.h. ein Wiedererweichen) erfolgen kann.Ii should be avoided, since overaging (ie re-softening) can quickly occur at temperatures above 500 ° C.
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung wird irr allgemeinen durchgeführt, indem in einem geeignetenThe heat treatment according to the invention is generally carried out in a suitable
2i) Ofen in Luft erhitzt wird. 2i) oven is heated in air.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Stahl, der der erfindungsgemäßen Behandlung unterworfen wird, im Form des fertigen Gegenstandes vor. So kann z. B. stabförmiger bzw.According to a preferred embodiment of the invention, the steel is that of the invention Treatment is submitted in the form of the finished article. So z. B. rod-shaped or
2Ί stangenförmiger Stahl zu Bolzen bzw. Schrauben verarbeitet werden, die sodann gemäß der Erfindung wärmebehandelt werden.2Ί rod-shaped steel for bolts or screws processed, which are then heat treated according to the invention.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert (in den Beispielen wurden die angegebenen Härtewerte aufThe invention is illustrated in the examples (in the examples the hardness values given were based on
jo polierten Abschnitten bestimmt, wobei ein quadratischer Pyramidendruckkörper mit einer Last von 100 g verwendet wurde. Die Mikrohärtewerte sind mit der Zugfestigkeit in Beziehung gesetzt worden, wobei geeignet wärmebehandelte Zugfestiigkeitstests-Prüfkör-jo polished sections determined, being a square Pyramid pressure body with a load of 100 g was used. The micro hardness values are with the Tensile strength has been related, using appropriately heat-treated tensile strength test specimens
Ii per aus chromiertem Spezialstahl verwendet wurden. Die Werte für die Endzugfestigkeiit und die Streckgrenze wurden aus einem zuvor aufgestellten Diagramm ermittelt, indem diese Eigenschaften mit den Härtewerten der in den Beispielen angegebenen wärmbehandel-Ii per made of chromed special steel were used. The values for the ultimate tensile strength and the yield point were taken from a diagram drawn up previously determined by comparing these properties with the hardness values of the heat treatment given in the examples
4(i ten chromierten Stähle in bezug gesetzt wurden).4 (i th chromed steels have been related).
Bolzen bzw. Schrauben wurden aus einem Stahl mit ■r> folgender Zusammensetzung hergestellt:Bolts or screws were made of a steel with ■ r> the following composition:
C 0,05%, Si 0,60%, Mn 0,80%, P 0,015%,
S 0,012%, Cu 1,53%, Nb 0,52%, Fe Rest.C 0.05%, Si 0.60%, Mn 0.80%, P 0.015%,
S 0.012%, Cu 1.53%, Nb 0.52%, Fe balance.
Diese Bolzen bzw. Schrauben wurden sodann chro- -)0 miert und auf die unten stehende Weise erhitzt. Zur Bestimmung der Härte wurden Abschnitte geschnitten und im erforderlichen Maß poliert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in untenstehende«· Tabelle zusammengestellt. These bolts or screws were then chromed and heated as described below. To the To determine the hardness, sections were cut and polished to the extent necessary. The received The results are compiled in the table below.
Es wurde ein Satz von 6000 Bolzen bzw. Schrauben aus dem gleichen Stahl wie im Beispiel 1 verwendet. Diese wurden miteinander chromiert. Davon wurden willkürlich 45 Stück zur Durchführung der Wärmebehandlungsversuche herausgenomtnen. Zur Bestimmung der Härte wurde eine Anzahl von Bolzen bzw. Schrauben mit identischer Wärmebehandlung ausgewählt, so daß in jedem Fall ein Bereich von Werten erhalten wurde. Die erhaltenen Werte sind in der folgenden Tabelle zusammengestelltA set of 6000 bolts made of the same steel as in Example 1 was used. These were chromed together. Arbitrarily 45 of these were used to carry out the heat treatment tests removed. To determine the hardness, a number of bolts or screws with identical heat treatment were selected, so that a range of values was obtained in each case. The values obtained are in the compiled in the following table
lösungsbehandelt und sodann angelassen, indem sie 5 Std. auf 4500C erhitz; und in Luft abgekühlt wurden.solution treated and then annealed by HEATER 5 h at 450 0 C. and cooled in air.
Mit einem Stahl der Zusammensetzung des Bei- r> Die gemäß Beispiel 1 bestimmten Härtewerte warenWith a steel with the composition of the case The hardness values determined according to Example 1 were
spiels 1 und einem Stahl mit einem Zusatz von 1% Nickel wurden parallele Tests durchgeführt. Proben beider Stähle wurden chromiert, durch 30minütiges Erhitzen auf Sc0°C und Abschrecken in WasserGame 1 and a steel with an addition of 1% nickel, parallel tests were carried out. Samples of both steels were chrome plated by heating at S c 0 ° C for 30 minutes and quenching in water
wie folgt:as follows:
Niekelfreier Stahl:
Stahl mit 1% Nickel:Stainless steel:
Steel with 1% nickel:
316 kg/mm2
337 kg/mm2 316 kg / mm 2
337 kg / mm 2
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| GB5060873A GB1436565A (en) | 1973-10-31 | 1973-10-31 | Hardening of chromised steel |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
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