DE2517164A1 - Verwendung einer schweissbaren, hoeherfesten stahllegierung fuer dickwandige stahlgusserzeugnisse - Google Patents

Description

• "Verwendung einer schweißbaren, höherfesten Stahllegierung für dickwandige Stahigußerzeugnisse Zusatz zu P 22 39 0927-24 Anmelder: Rheinstahl Gießerei AG, Mülheim Die Stammanmeldung betrifft die Verwendung einer schweißbaren, höherfesten Stahllegierung für Stahlgußerzeugnisse mit 0,02 -0,15% Kohlenstoff, 0,10 - 1,0% Silizium, 0,10 - 2,5% Mangan, 0,01 - 0,2% Aluminium, 0,002 - 0,02% Stickstoff, sowie einzeln oder zu mehreren an Mikrolegierungselementen 0,01 - 0,1% Niob und Tantal, 0,01 - 0,2% Vanadin, 0,01 - 0,2% Titan, 0,01 - 0,2% Zirkon, Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen für Stahlgußerzeugnisse, die nach einem Lösungsglühen bei einer unter 115OOC 2 liegenden Temperatur eine Streckgrenze von mehr als 40kp/mm eine Kerbschlagzähigkeit (DVM bei Raumtemperatur) von mehr als 6 kpm/cm² und ein Dauerfestigkeitsverhältnis an ungekerbten Rundproben #D/#B von mehr als 0,45 aufweisen. Die durch das Lösungsglühen unter 1150°C in Lösung gebrachten Mikrolegierungselemente werden dabei bei einer geeigneten Wärmebehandlung in übermikroskopisch feiner Form als Karbonitride ausgeschieden oder bleiben im Ferrit in übersättigter Lösung erhalten, so daß sich Hindernisse für die Bewegung von Versetzungen bilden und die hohen Streckgrenzenwerte erreicht werden Bei dickwandigen Stahlgußerzeugnissen besteht wegen der zwangsläufig geringeren Abkühlungsgeschwindigkeit die Gefahr, daß die Mikrolegierungselemente sich ganz oder teilsweise in grober, koagulierter Form als Mischkarbonitride ausscheiden und nicht mehr wesentlich zu der gewünschten Festigkessteirung beitragen oder daß sie sich sogar mit versprödender Wirkung auf den Korngrenzen abscheiden.
• Im Anspruch 5 des Hauptpatentes wird als vorteilhafte Abkühlungsgeschwindigkeit von der Lösungsglühtemperatur bis auf den Bereich der Ferritbildung um etwa 7000C mindestens 10sec angegeben.
• Derartige Abkühlungsgeschwindigkeiten können für Gußstücke oberhalb bestimmter Moduli, d.h Verhältnissen des Volumens/ Oberfläche in cm, nicht mehr erreicht werden. Es läßt sich errechnen, daß Abkühlungsgeschwindigkeiten bis 700°C von über 10sec bei Ölabkühlung im Kern von Gußstücken bis zu einem Modul von höchstens 5 cm, entsprechend etwa 100 mm Wanddicke, bzwi bei Wasserabkühlung bis zu einem Modul von höchstens 9 cm, entsprechend etwa 180 mm Wanddicke, erzielbar sind0 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung einer schweißbaren, höherfesten Stahllegierung für dickwandige Stahlerzeugnisse zu ermöglichen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer schweißbaren, höherfesten Stahllegierung mit 0,02 - 0,15% Kohlenstoff, 0,10 - 1,0% Silizium, 0,10 - 2,5% Mangan, 0,01 -0,2% Aluminium, 0,002 - 0,02% Stickstoff, sowie einzeln oder zu mehreren an Mikrolegierungselementen 0,01 - 0,1% Niob und Tantal, 0,01 - 0,2% Vanadin, 0,01 - 0,2% Titan, 0,01 - 0,2% Zirkon, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen für dickwandige Stahlgußerzeugnisse, mit einem Modul' 5 cm (entsprechend etwa 100 mm Wanddicke), die von einem Lösungsglühen bei einer unter 11500C liegenden Temperatur bis auf etwa 7000C mit Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen 1 grd/sec und 0,05 grd/sec abgekühlt und danach nach beliebiger Zwischenkühlung im Bereich zwischen 500 und 7000C isotherm ausgehärtet werden und die nach dieser Behandlung eine Streckgrenze von mehr als 30 kp/mm2 und bei Raumtemperatur eine Kerbschlagzähigkeit von mehr als 6 kpm/cm² aufweisen.
• Uberraschenderweise hat sich in Versuchen der Anmelderin gezeigt, daß auch bei den langsamer ablaufenden Abkühlungsvorgängen Eigenschaften erzielt werden, die denen nicht mikrolegierter, analysengleicher Stähle eindeutig überlegen sind, wenn auch die noch höheren Festigkeitswerte der Gußstücke nach der Stammanmeldung nicht ganz erreicht werden0 Es ist demnach anzunehmen, daß es trotz derAangsamen Abkühlung nicht zu einer völligen Karbonitridausscheidung in grober, festigkeitsunwirksamer Form oder gar zu einer Korngrenzenbelegung kommt, sondern zumindest ein Teil der Karbonitride in Lösung bleibt, so daß bei der isothermen Aushärtung zwischen 500 und 7000 C eine deutliche Aushärtung stattfinden kann. Auf diese Weise ist es möglich, auch in dickwandigen,mikrolegierten Gußstücken sehr günstige mechanische Eigenschaften zu erreichen, die nahe an die der dünnwandigen, schneller abgekühlten Teile herankommen. Die erfindungsgemäßen Stähle bieten gegenüber nichtmikrolegierten Stahlgußsorten mit etwa gleichen Festigkeitseigenschaften, bei denen die Festigkeit durch höheren Kohlenstoffgehalt erreicht wird, den Ortes einer überlegenen Schweißeignung.
• Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt vorteilhaft ausgestaltet sein.
• Durch die Maßnahme, daß die Zeit für die isotherme Aushärtung zwischen 500 und 7000C mindestens 1 Std. je 25 mm Wanddicke beträgt, wird die marx, Aushärtung mit Sicherheit erreicht.
• Mit Vorteil wird die Stahllegierung für den erfindungsgemäßen Zweck so gewählt, daß die Legierungselemente Chrom, Molybdän und Nickel über ihre in der vorstehend vorgeschlagenen Stahllegierung ggfls. als Ven nreinigungen vorliegende Gehalte hinausgehend noch, einzeln oder zu mehreren, in Gehalten jeweils bis zu 5 % Chrom, 2% Molybdän, 3% Nickel vorgesehen sin .
• Insbesondere eignet sich für den erfindungsgemäßen Verwendungszweck eine Stahllegierung mit der Maßgabe, daß das Kohlenstoffäquivalent Cä = % C + ### + ### + ########### wenigstens um 0,15 kleiner ist als dasjenige vergleichbarer, jedoch ohne Zusatz an Mikroelementen hergestellter Vergütungsstahlgußlegierungen. Derartige Vergütungsstahlgußlegierungen sind im "Werkstoff-Handbuch Stahl und Eisen", 1965, Seiten J 51 - 1 bis J 51 - 3 beschrieben0 Danach haben die vergleichbaren Vergütungsstahlgußsorten in der Regel Kohlenstoffäquivalente von mehr als 0,3%, worhingegen die erfindungsgemäß vorgeschlagene Legierung lediglich ein Kohlenstoffäquivalent von 0,15% aufweist.
• Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß sich für den erfindungsgemäßen Zweck insbesondere eine Stahllegierung mit 0,04 - 0,10% Kohlenstoff, 0,20 - 0,50% Silizium, 0,50 - 2,50% Mangan, 0,03 -0,07% Niob und Tantal, 0,04 - 0,08% Vanadin, übliche Gehalte an Aluminium und Stickstoff,Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen eignet, Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert Im Elektrolichtbogenofen wurden zwei Stähle folgender Zusammensetzung erschmolzen: Nr. C Si Mn P S Al N Nb V % % % % % % % % % 1 0,05 0,39 1,82 0,018 0,019 0,011 0,011 0,055 0,060 2 0,08 0,42 1,63 0,014 0,017 n0b0 0,009 L0,01 i0,01 Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen.
• Tafel 1: Eigenschaften im Innern von ausscheidungsgehärteten Stahlgußblöcken Stahl Modul Abkühlungs- Proben- Streck- Zug Bruch- Bruch- Kerb Sprödbruchüber-Nr. in cm geschwin- lage grenze festigk. dehng. ein- schlag- gangstemperatur digk. von in in in schnürg. zähig- in °C (ak mind.
• TLös. kp/mm² kp/mm² % in zeit 3,5 kpm/cm²) bis 700°C % DVM bei in °C/sec. RT in (ca) kpm/cm² 1 5,5 0,12 Mitte 38,9 52,9 30,2 72 17,3 <-60 5,0 1,0+) " 47,3 60,8 21,0 61 10,4 -40 5,0 1,0+) " 52,0 63,9 21,5 67 7,4 -10 8,7 0,1 Rand 35,5 5,05 22,2 48 19,0 <-60 8,7 0,06 Mitte 33,4 49,4 30,8 61 22,8 <-60 7,4 4+) Rand 43,6 55,8 16,3 30 19,5 -50 7,4 0,5+) Mitte 41,2 53,8 18,0 40 16,5 <-60 11,3 2+) Rand 46,2 58,0 13,9 37 17,0 <-60 11,3 0,08+) Mitte 42,4 55,5 15,6 37 14,5 <-60 2 8,7 0,1 Rand 23,6 44,6 38,4 76 24,0 n.b.
• 8,7 0,06 Mitte 23,2 44,0 32,2 65 20,8 n.b.
• 7,4 0,5+) Mitte 24,8 48,8 37,9 58 18,6 n.b.
• +) Flüssigkeitskühlung von Lösungstemperatur Die Schmelzen wurden zu Stufenkeilen mit den Stufendicken 150, 300 und 500 mm, der Stufenhöhe 500 mm und der Breite 700 mm vergossen, Die nach dem Erkalten und Putzen autogen voneinander getrennten Stufen des Stahles Nr 1 mit den in Tafel 1 Spalte 1 angegebenen Moduli wurden von verschiedenen Lösungsglühtemperaturen mit in Spalte 2 der Tafel angegebenen Geschwindigkeiten abgekühlt und anschließend bei 600°C ausgehärtet. Danach wurden den Stufenblöcken aus der Rand und Kernlage Zug- und Kerbschlagproben entnommen, deren Ergebnisse die Tafel 1 in den Spalten 4 - 9 enthält. Stahl Nr. 2 wurde bei 92OOC normalisiert und an Luft abgekühlt.
• Die erzielten Ergebnisse zeigen, daß im Innern der dickwandigen, ausscheidungsgehärteten Stahlgußstücke bei Luftabkühlung von Lösungsglühtemperatur mit Mindeststreckgrenzen von 30 kp/mm ein deutlicher Festigkeitsanstieg gegenüber dem nicht mikrolegierten Vergleichsstahl erzielt wurde. Auch die Kerbschlagzähigkeit und die Übergangstemperaturen zeigen befriedigende Ergebnisse.
• Anspruche:

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Verwendung einer schweißbaren, höherfesten Stahllegierung mit 0,02 - 0,15% Kohlenstoff, 0,10 - 1,0% Silizium, 0,10 - 2,5% Mangan, 0,01 - 0,2% Aluminium, 0,002 - 0,02 % Stickstoff sowie einzeln oder zu mehreren an Mikrolegierungselementen 0,01 - 0,1% Niob und Tantal, 0,01 - 0,2% Vanadin, 0,01 - 0,2% Titan, 0,01 - 0,2% Zirkon, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, für dickwandige Stahlgußerzeugnisse mit einem Modul b5 cm (entsprechend etwa 100 mm Wanddicke), die von einem Lösungsglühen bei einer unter 11500C liegenden Temperatur bis auf etwa 7000C mit Abkühlungsgeschwindigkeiten zwischen. 1 grd/sec und 0,05 grd/ sec abgekühlt und danach nach beliebiger Zwischenkühlung im Bereich zwischen 500 und 7000C isotherm ausgehärtet werden und die nach dieser Behandlung eine Streckgrenze von mehr als 30 kp/mm² und bei Raumtemperatur eine Kerb-2 schlagzähigkeit von mehr als 6 kpm/cm aufweisen.
2. 2. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß die Zeit für die isotherme Aushärtung zwischen 500 und 7000C mindestens 1 Stunde je 25 mm Wanddicke des Stahlgußerzeugnisses beträgt für den Zweck nach Anspruch 1.
3. 3. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Legierungselemente Chrom, Molybdän und Nickel über ihre in der Stahllegierung nach Anspruch 1 ggfls. als Verunreinigungen vorliegenden Gehalte hinausgehend noch, einzeln oder zu mehreren, in Gehalten jeweils bis zu 5% Chrom, 2% Molybdän und 3% Nickel vorgesehen sind, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. 4. Verwendung einer Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß das Kohlenstoffäquivalent Cä = % C + ### + ### + ########## wenigstens um 0,15 kleiner ist als dasjenige vergleichbarer Vergütungsstahlgußlegierungen, jedoch ohne Zusatz an Mikroelementen, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. 5. Verwendung einer Stahllegierung nach einem derAnsprüche 1 bis 4 mit der Maßgabe, daß sie 0,04 - 0,10% Kohlenstoff, 0,20 - 0,50% Silizium, 0,50 - 2,50% Mangan, 0,03 - 0,07% Niob und Tantal, 0,04 - 0,08% Vanadin sowie Aluminium, Stich.

   stoff in üblichen Gehalten, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen aufweist, für den Zweck nach Anspruch 1.