-
Verfahren zur Herstellung von un- oder niedriglegierten Stählen begrenzten
Kohlenstoffgehaltes mit stark verbesserten mechanischen Werkstoffeigenschaften Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von un-oder niedriglegierten Stählen
begrenzten Kohlenstoffgehaltes mit stark verbesserten mechanischen Werkstoffeigenschaften,
insbesondere für den Spannbeton- und Landmaschinenbau, wobei durch die Anwendung
einer speziellen Variante der hochtemperaturthermomechanischen Behandlung von Walzstahl
eine vorteilhafte Kombination von Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften garantiert
wird.
-
Für die konventionelle Behandlung von Walzstählen, bei der der Verformungsvorgang
und die Wärmebehandlung prinzipiell isoliert voneinander ablaufen und die aus diesem
Grunde eine zweimalige Austenitisierung erfordert, wurde für ausgewählte Anwendungsfälle
schon vor Jahrzehnten durch die Primärhärtung aus der Walzhitze bzw. die hochtemperaturthermomechanische
Behandlung von Stählen in Einzelfällen der Versuch der Ablösllng unternommen, Obwohl
insbesondere durch die HTMB, die eine technisch und ökonomisch interessante Möglichkeit
der sinnvollen Kombination von Verformung und Wärmebehandlung darstellt, gegenüber
der konventionellen Behandlung von Stählen vielfältige Eigenschaftsverbesserungen
realisierbar sind, ist diesem Verfahren bisher eine durchgreifende Anwendung versagt
geblieben.
-
So sind bereits eine Reihe von Verfahren zur Härtung von Stählen mittleren
und höheren Kohlenstoffgehaltes aus der Walzhitze mit anschließender Anlaßbehandlung
bekannt. Zur Vermeidung von Spannungsrissen wird bisher jedoch die Einhaltung von
Sonderbedingungen der verschiedensten Art, wie die Begrenzung der Abkühlgeschwindigkeit,
die Einhaltung von kurz oberhalb des Ar3-Punktes liegenden Endwalztemperaturen und
der Abbruch der Härtung nach Unterschreitung der Ms-Temperatur, gefordert, die für
bestehende Walzstraßen nur schwer zu realisieren sind und darüber hinaus keine Garantie
für die Rißfreiheit des Materials darstellen.
-
Ein anderer Vorschlag zur Härtung aus der Walzhitze von Stählen des
genannten Tsps sieht zur Vermeidung von Spannungsrissen die Aufteilung des Abkühlvorganges
in zwei Teilschritte mit bis zu 20-minutiger Haltezeit bei Temperaturen von 10 bis
40°C oberhalb des A1-Punktes vor. Abgesehen von geringen Ausmaß der hierdurch möglichen
Verbesserung der mechnnischen Eigenschaften dürfte auch der Einbau dieses Verfahrens
in den technologischen Ablauf an Produktionsstraßen nicht ohne erheblichen Aufwand
und die Reduzierung der Leistungskennziffern der Walzstraßen möglich sein.
-
Weitere Verfahren der Härtung bzw. Vergütung aus der Walzhitze, die
speziell für unlegierte- oder niedriglegierte Stähle mit geringen Kohlenstoffgehalt
vorgesehen sind, beinhalten zum Teil das zusätzliche Aufbringen von Spannungen,
wodurch ebenfalls ein erhöhter Aufwand erforderlich wird. Darüber hinaus werden
durch die hierzu verwendeten konventionellen Abkühleinrichtungen derartig geringe
Abkühlgeschwindigkeiten realisiert, daß für die genannten 3tähle eine diffusionslose,
martensitische Umwandlung nicht in Betracht kommt, und sich somit die Verbesserung
der mechanischen Werkstoffeigenschaften in Grenzen hält. Insbesondere ist die Höhe
der Elastizitätsgrenze für derartig behandelte Stähle unbefriedigend, so daß ein
Einsatz
dieser Stähle für Anwendungsfälle mit hohen Anforderungen
an die Kriechfestigkeit und die Federeigenschaften wenig lukrativ ist.
-
Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden
und die Herstellung von Walzstählen mit hohen mechanischen Eigenschaften bei geringem
Kostenaufwand zu ermöglichen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren
zur hochtemperaturthermomechanischen Behandlung von Walzstahl in Form von Draht,
Stabmaterial, Profilen und Blechen, insbesondere jedoch Stabstahl für den Spannbeton-
und Landmaschinenbau, zu entwickeln, das es gestattet un- und niedriglegierte Stähle
begrenzten Kohlenstoffgehaltes mit hoher Festigkeits- und Elastizitätsgrenze rißfrei
herzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß un-oder niedriglegierte
Stähle, insbesondere mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,35 % C, direkt nach dem Austritt
aus dem Walzgerüst mit Endwalztemperaturen von - Ar3-Temperatur in einer oder mehreren
aufeinander folgenden Etappen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 200°C/sec
bevorzugt auf unter dem M-Punkt liegende Temperaturen, in der Regel ,-2000C, abgekühlt
werden, wobei die Abkühlung bis in den Temperaturbereich von ca 600 bis 5O00C mit
einer Geschwindigkeit von mehr als 5000C/sec durchgeführt wird und daß nach dem
vollständigen Abschluß des Härtevorganges zur Steigerung der Elastizitätsgrenze
ein Anlassen erfolgt, mit dem Ziel der Ausbildung einea martensitischen Grundgefüges
mit hoher Versetzungsdichte und spezieller Versetzungsstruktur, Soll die Umwandlung
in der Perlitstufe weitgehend unterdrückt werden, so hat entsprechend den bekannten
ZTU-Schaubildern für Stähle des genannten Twps die Abkühlung von der Verformungstemperatur
auf Temperaturen von ca 600 bis 5000C in
5 5 10 1sec zu erfolgen,
zumal sich die Umwandlungageschwindig keit der ohnehin umwandlungsfreudigen Stähle
durch den Verformungsvorgang noch steigert. Durch die erfindungagemäß erzielte Abkühlgeschwindigkeit
der Stähle, die durch spezielle, im Parallel- und Gegenstromprinzip arbeitende Druckwasser-
Kühleinrichtungen erzielt wird, kann die Unterschreitung dieser kritS schen Zeiten
garantiert und die Martensitumwandlung auch für Stähle mit geringem Kohlenstoffgehalt
ermöglicht werden.
-
Außerdem wird die Verbesserung der mechanischen Werkstoffeigenschaften
zum Teil dadurch verursacht, daß es erfindungsgemäß bei Einleitung des Abkühlvorganges
direkt im Anschluß an die Verformung gelingt, die noch vorhandene Verfestigung des
Austenits infolge unvollständiger Rekristallisation in Form einer hohen Versetzungsdichte
und einer speziellen Versetzungsstruktur auf den Martensit zu übertragen.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es bei un- und niedriglegierten
Stählen, die Ausbildung von Spannungsrissen durch den Abkühlvorgang ohne die Einhaltung
von Sonderbedingungen zu unterdrücken. Hierbei ist insbesondere hervorzuheben, daß
auch ein Anstieg der Endwalztemeperatur die Rißneigung nicht erhöht und die Konstanz
der mechanischen Werkstoffeigenschaften durch Streuungen der Endwalztemperatur nicht
beeinträchtigt wird.
-
Die erfindungsgemäße Anlaßbehandlung in Verbindung mit der HTMB führt
bei nur geringfügiger Beeinflussung der plastischen Werkstoffeigenschaften sowie
der Zugfestigkeit und der Streckgrenze zu einer beachtlichen Verbesserung der Elastizitätsgrenze
und öffnet den so behandelten Stählen damit vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wobei
dRs Anlassen sowohl unmittelbar nach dem Abkühlen als auch zu einem späteren Zeitpunkt
beim Anwender erfolgen kann.
-
Eine besondere vorteilhafte Anwendung des Verfahrens ist beispielsvieise
für die Produktion von Stählen des Spannbetonbaues gegeben, für die insbesondere
hohe Elastizitätsgrenzen und Kriechfestigkeit gefragt sind. Hierbei ist außerdem
die Möglichkeit gegeben, den erfindungsgemäßen Anlaßvorgang in Form eines Stoßanlassens
mit dem Vorgang des thermischen Vorspannens zu kombinieren.
-
Ein weiteres Anwendungsgebiet für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
produzierten Stähle liegt u.a. im Landmaschinenbau als Siebstabmaterial für Kartoffelsammelroder
vor. Darüber hinaus ist der Einsatz der so behandelten Stähle sowohl als hochfester
Baustahl als auch als Federstahl möglich.
-
Der Grad der erfindungsgemäßen Eigenschaftsverbesserung soll an einem
Beispiel für Stabmaterial der Abmessung 10 mm veranschaulicht werden.
-
Analyse der verwendeten Stähle in %:
| Bezeichnung: C Si Mn P S |
| A 0,27 o,43 0,60 0,024 o,o18 |
| B o,24 0,45 0,63 o,o26 o,o17 |
| C 0,18 o,24 0,40 o,o12 0,045 |
Mechanische Werkstoffeigenschaften der erfindungsgemäß behandelten
Stähle:
| #B #s #0,01 #5 4 |
| 2 |
| Bezeichng.: AnlaBtemp.: Ep/mm % |
| A ohne Anlassen 179,1 144,2 79,0 10,2 18,5 |
| | 250°C 169,5 140,1 112,9 12,2 35,o |
| B ohne Anlassen 176,5 126,o 62,4 9,9 23,8 |
| 250°C 157,9 134,4 103,9 11,6 47,o |
| 350°C 142,9 132,6 126,0 12,0 56,5 |
| C ohne Anlassen 103,2 78,5 33,6 17,2 60,2 |