DE2622900A1 - Verfahren zur herstellung von stahlblech - Google Patents
Verfahren zur herstellung von stahlblechInfo
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Description
Patentanwälte ZDZZjUU
Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
Ernsbergerstrasse 19
8 München 60
2O.Mai 1976
MICHELIN & CIE.
(Compagnie Generale des Etablissements Michelin)
63 Clermont-Ferrand / Frankreich
Unser Zeichen: M 1367
Verfahren zur Herstellung von Stahlblech
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Stahlblech, die danach erhaltenen neuen
Bleche und deren Verwendung insbesondere zur Verstärkung von vulkanisierten Kautscliukgegenständen. Insbesondere
betrifft sie Verbesserungen halbharter oder harter, dünner oder sehr dünner Stahlbleche mit einer Blechstärke zwischen
10 und 500 tun. Der Ausdruck halbharter oder harter Stahl
bezeichnet Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 und 1,2 %. Im Gegensatz dazu bezeichnet man einen
Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,25 % als Weichstahl.
Bekanntlich erhält man sehr dünne Stahlbleche mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 und 1,2 % durch Kaltwalzen
Dr.Ha/Ma
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von Stahlblech mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,25 % bis zur Erzielung der gewünschten Dicke, worauf
man das so erhaltene verdünnte Blech einer Einsatzhärtung (Aufkohlung) oder Karbonitrierung bis zur
Erzielung des gewünschten Kohlenstoffgehalts unterwirft.
Durch dieses Verfahren wird die Anzahl von Kaltwalzstichen und die der zwischenzeitlichen Wärmebehandlungen
unter gleichzeitiger beträchtlicher Erhöhung der Walzbreite herabgesetzt, und zwar auf einem Sendzimir-Walzwerk.
Außerdem erfolgt die Aufkohlung oder Karbonitrierung des Blechs durch und durch. Man vermeidet
auch die Entstehung von Graten beim Zerschneiden solcher Bleche, welche Grate Ausgangsstellen für Brüche an den
Rändern der durch Schneiden erhaltenen Gegenstände bilden können, wenn diese Gegenstände wiederholten
dynamischen Belastungen ausgesetzt v/erden.
Man kann ein nach diesem Verfahren, d.h. aus unberuhigtem oder beruhigtem Weichstahl, hergestelltes dünnes Blech
leicht von einem durch einfaches Walzen eines dickeren Blechs aus halbhartem oder hartem Stahl erhaltenen
dünnen Blech auf folgende Weise unterscheiden. Für ein nach diesem Verfahren hergestelltes Blech beträgt das
Produkt aus dem Kohlenstoffgehalt C % und dem Gesamtsauerstoffgehalt
0 % zwischen 2 χ 10 J und 120 χ 10 .
Für ein durch Walzen eines Blechs aus halbhartem oder hartem Stahl (Kohlenstoffgehalt C % zwischen 0,5 und
1,2 %) erhaltenes dünnes Blech beträgt dieses gleiche Produkt C % χ 0 % hingegen zwischen 1 χ 10 J und 2 χ
(siehe z.B.: Colombier, Metallurgie du fer, Dunod 1957 s
Seite 68).
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In der Tat v/ird bei einem nach diesem Verfahren hergestellten Blech der Gesamtsauerstoffgehalt 0 % durch
die Härtung oder Karbonitrierung nicht verändert,
während dieser letztere Vorgang den Kohlenstoffgehalt C % beträchtlich erhöht.
Eine chemische Elementaranalyse ermöglicht somit leicht die Unterscheidung eines nach diesem Verfahren hergestellten
dünnen Blechs von einem anderen aus zu Beginn halbhartem oder hartem Stahl hergestellten dünnen Blech.
Bestimmte, aus nach dem bekannten Verfahren erhaltenen dünnen Blechen hergestellte Gegenstände, z.B. Federn
oder Verstarkungselemente für Gegenstände aus vulkanisiertem Kautschuk, sind beträchtlichen und wiederholten
Deformationen unterworfen und besitzen dann eine ungenügende Ermüdungsfestigkeit. Die vorliegende Erfindung
bezweckt daher die Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit dieser Gegenstände durch eine ergänzende Wärmebehandlung.
Diese erfindungsgemäße Behandlung kann an dem Blech selbst oder an den aus diesem Blech hergestellten Gegenständen
durchgeführt werden. Diese ergänzende Wärmebehandlung besteht aus drei Teilen und kennzeichnet
sich wie folgt.
Der erste Teil besteht aus:
einer Austenitisierung bei erhöhter Temperatur, deren
Dauer zur Erzielung eines sehr homogenen austenitischen Stahls ausreicht, gefolgt von einer zweistufigen Abkühlung
.
R09?U9/07 5
Der zweite Teil besteht aus:
einer sehr kurzen Austenitisierung bei einer kaum
über dem Umwandlungspunkt der ei- in die γ-Phase liegenden
Temperatur, gefolgt von einer gleichen zweistufigen Abkühlung wie im ersten Teil.
Diese zweistufige Abkühlung oder Abschreckung umfaßt zuerst eine rasche Abkühlung bis etwa auf die Temperatur,
welche den perlitischen Bereich von dem bainitischen Bereich trennt, dann eine langsame Abkühlung von der
vorstehenden Temperatur bis auf Umgebungstemperatur, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeiten so gewählt werden,
daß der perlitische Vorsprung in dem der chemischen Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Blechs entsprechenden
Diagramm TZT (Temperatur, Zeit, Textur) umgangen wird. Man erhält so ein martensitisch.es Gefüge
ohne Perlit und Bainit. Die Austenitisierung und mindestens die ersten Abkühlungsstufen erfolgen in einem
sauerstofffreien Milieu.
Nach Durchgang der Grenzlinie zwischen dem bainitischen und dem martensitischen Bereich kann man die Abkühlung
in der Umgebungsluft vor sich gehen lassen.
Der dritte Behandlungsabschnitt besteht in einer raschen Wiedererhitzung bis auf eine Temperatur über 30O0C in
einer sauerstofffreien Atmosphäre, gefolgt von einer abschließenden Abkühlung in Umgebungsluft.
Die vorstehend beschriebene Behandlung ermöglicht die Erzielung einer außergewöhnlichen Kornfeinheit bei
Stählen, die kein Kornfeinungselement, z.B. Aluminium, enthalten.
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Diese ergänzende Wärmebehandlung ermöglicht somit die Erzielung von Produkten ohne Abschreckungsrisse und mit
einer relativen Bruchdehnung von über 4,8 %, sowie einer Zugbeanspruchung von 250 kg/mm . Natürlich verändert
diese zusätzliche Wärmebehandlung das für die verwendeten, sehr dünnen Bleche, deren Herstellung vorstehend
beschrieben wurde, charakteristische Produkt C % χ O %
nicht.
Vorzugsweise erfolgt die Austenitisierung des ersten Abschnitts dieser ergänzenden Wärmebehandlung bei einer
Temperatur zwischen 900 und 10000C, während die Austenitisierung
im zweiten Abschnitt dieser ergänzenden Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 750 und 85O0C
durchgeführt wird, und die erneute Erhitzung im dritten Abschnitt dieser ergänzenden Wärmebehandlung bei einer
Temperatur zwischen 300 und 4000C erfolgt.
Wenn man endlose bandförmige Gegenstände, z.B. Bandfedern oder Verstärkungselemente für vulkanisierte Kautschukgegenstände,
erhalten will, empfiehlt es sich, zuerst das noch nicht erfindungsgemäß behandelte Blech zu Bändern
zu zerschneiden, und dann die so erhaltenen Bänder der erfindungsgemäßen ergänzenden Wärmebehandlung zu unterziehen.
Dadurch wird eine rasche Abnutzung der Schneidwerkzeuge vermieden. Schließlich verringert diese Behandlung
die durch das Schneiden des Blechs zu Bändern verursachten Spannungen und Deformationen, woraus eine Verbesserung
der Ermüdungsfestigkeit resultiert.
Die folgenden Ausführungsbeispiele erleichtern das Verständnis der Erfindung, ohne daß die Erfindung jedoch
darauf beschränkt ist.
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Auf einem Sendzimir-Walzwerk wurden 2 mm dicke Weichstahlbleche
mit den folgenden Zusammensetzungen (in %) nacheinander auf eine Dicke von 100 um kalt heruntergewalzt:
Blech A1) | C = 0,25 | C = 0,085 | Mn = 0,75 | Si = 0,07 | 0,005 |
S = 0,02 | P = 0,024 | P =0,02 | Ni = 0,03 | ||
Cr = 0,06 | Cu = 0,056 | N = 0,003 | O(gesamt) = | ||
Blech A2) | C = 0,028 | Mn = 0,19 | Si = 0,05 | ||
S = 0,022 | P = 0,025 | Ni = 0,03 | |||
Cr = 0,05 | Cu = 0,006 | N = 0,003 | Si = 0,05 | ||
O(gesamt) = 0,069 | |||||
Blech A3) | Mn = 0,3 | S = 0,024 | 0,0145 | ||
Ni = 0,025 | Cr = 0,05 | ||||
N = 0,003 | O(gesamt) = | ||||
Für eine Dicketoleranz von + 2 um war die Walzbreite
** /
80 cm.
80 cm.
Die Bleche A1, Α2 und A3 wurden durch kontinuierlichen
Durchlauf durch einen Ofen mit einer Temperatur von etwa 97O°C gehärtet. Das Härtungsgas besaß die folgende
Zusammensetzung:
85 Volum-% Wasserstoff
15 Volum-% eines Gemischs aus
88 Volum-% Methan
6,5 Volum-% Äthan
6,5 Volum-% Äthan
1 Volum-% Propan
4,5 Volum-^ Stickstoff und Spuren anderer
4,5 Volum-^ Stickstoff und Spuren anderer
gasförmiger Kohlenwasserstoffe.
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Der Taupunkt des Härtungsgases betrug bei seinem Eintritt in den Ofen -6O°C.
Die Endgehalte an Kohlenstoff C % waren
0,5 % für das Blech A1
1,2 % für das Blech A2 und
0,8 % für das Blech A3.
1,2 % für das Blech A2 und
0,8 % für das Blech A3.
Diese Gehalte wurden durch Variieren der Verweilzeit der Bleche in dem Ofen erhalten.
Die für derart hergestellte dünne Bleche charaktetistischen Produkte C c/o χ 0 % waren:
2,5 χ 10"^ für das Blech A1
83 x 10"-5 für das Blech A2 und
11,6 χ 10"-* für das Blech A3.
83 x 10"-5 für das Blech A2 und
11,6 χ 10"-* für das Blech A3.
Nach der Aufkohlung besaß das Blech A3 eine Bruchfestigkeit von 110 kg/mm . Dieses Blech wurde parallel zur Walzrichtung
in 4 mm breite Bänder gespalten, wobei man darauf achtete, die übergehärteten Ränder des Blechs zu eliminieren.
Dann wurden die Bänder der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung unterworfen.
Der erste Abschnitt dieser Behandlung umfaßte eine Austenitisierung
in einer mit Argon oder Stickstoff gebildeten Wirbelschicht aus Aluminiumoxid- oder Zirkonoxidteilchen
bei einer Temperatur von 10000C; die Dauer des Durchgangs
durch die Wirbelschicht betrug 3 Sekunden und die Zeit, während welcher auf einer höheren Temperatur als die Austenitisierungstemperatur
gehalten wurde, war etwa 2 Sekunden.
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Die Zeichnung zeigt ein T Z T-Diagramm:
Die rasche Abkühlung AB dauert etwa 0,3 Sekunden und endet bei B "bei einer Temperatur etwas unterhalb der Grenze zwischen
dem perlitischen Bereich 1 und dem bainitischen Bereich 2; die Perlit-"ilase" ist durch den Punkt 5 dargestellt,
Die langsame Abkühlung erfolgt mittels eines Durchgangs durch Gebläseluft. Sie geht dann weiter in den martensitischen
Bereich 3 bis zu D in Umgebungsluft vor sich. Der stabile austenitische Bereich ist mit 4 bezeichnet. Die
langsame Abkühlung BCD dauert etwa 3 Sekunden.
Der zweite Abschnitt dieser Behandlung umfaßt eine Austenitisierung
in einer mit Argon oder Stickstoff gebildeten Wirbelschicht aus Aluminiumoxid- oder Zirkonoxidteilchen
bei einer Temperatur von 800 C, gefolgt von einer zweistufigen Abkühlung, die mit der im ersten Abschnitt dieser
Behandlung angewendeten identisch ist und wie diese ebenfalls die Perlit-"lTase" 5 umgeht. Die Durchlauf ze it durch
die Wirbelschicht bei 800° 0 betrug 3 Sekunden, und die Dauer, während welcher die Bänder auf einer höheren als
der Austenitisierungstemperatur gehalten wurden, war etwa
0,4 Sekunden.
Der dritte Abschnitt dieser Behandlung besteht in einer raschen Wiedererhitzung auf 350° 0 in einer mit Argon oder
Stickstoff gebildeten Wirbelschicht aus Aluminiumoxidoder Zirkonoxidteilchen, worauf eine schnelle Rückkehr
auf Umgebungstemperatur folgte. Die Yerweilzeit in der
Wirbelschicht bei 350° ö betrug 3 Sekunden
Man erhält so ein sehr feinkörniges Band ohne Abschreckungsrisse mit einer relativen Bruchdehnung ύοιι 5j2 i» und einer
Zugbeanspruchung von 262 kg/mm »
S09849/0758
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Stahlblech mit Stärken zwischen
10 und 500 um, wobei ein Stahlblech mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,25 $>
auf die gewünschte Stärke heruntergewalzt wird, worauf man dieses Blech einer Härtung
oder Karbonitrierung bis zur Erzielung eines Kohlenstoffgehalts zwischen 0,5 und 1,2 $ unterwirft, dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Härtung oder Karbonitrierung eine Wärmebehandlung in drei Abschnitten folgt, wovon der erste
Abschnitt in einer Austenitisierung bei erhöhter Temperatur während einer zur Erzielung eines sehr homogenen austenitischen
Stahls ausreichenden Zeit, gefolgt von einer zweistufigen Abkühlung, besteht, der zweite Abschnitt aus einer
sehr kurzen Austenitisierung bei einer kaum über dem Urawandlungspunkt
der α-Phase in die γ-Phase bestehenden Temperatur, gefolgt von einer gleichen zweistufigen Abkühlung wie im
ersten Abschnitt, besteht, wobei die erste Abkühlungsstufe rasch erfolgt und nahe bei der den perlitischen vom bainitischen
Bereich trennenden Temperatur endet und die zweite Stufe von dieser Temperatur bis auf Raumtemperatur langsamer
verläuft, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeiten so gewählt werden, daß sie die perlitische "liaae" in dem der Zusammensetzung
des behandelten Blechs entsprechenden TZT Diagramm
umgehen und man ein bainitfreies martensitisch.es Gefüge erhält, und wobei die Austenitisierung und die erste Abkühlung
in einem sauerstofffreien Milieu durchgeführt werden, und
weiter dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abschnitt dieser Behandlung in einer erneuten raschen Erhitzung auf
eine Temperatur oberhalb 300° C in einem sauerstoffreien
Milieu, gefolgt von einer raschen Abkühlung besteht.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Austenitisierung des ersten Abschnitts bei einer Temperatur zwischen 900 und 100O0C, diejenige des zwe
ten Abschnitts bei einer Temperatur zwischen 750 und 8500C und die Wiedererhitzung im dritten Abschnitt ai
eine Temperatur zwischen 300 und 4000C erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als sauerstofffreies Erhitzungsmilieu jeweils eine mit Argon oder Stickstoff erzeugte Wirbelschicht
aus Aluminiumoxid- oder Zirkonoxidteilchen angewendet
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der in drei Abschnitten erfolgenden
Wärmebehandlung das gewalzte und gehärtete oder karbonitrierte Blech zu Bändern geschnitten wird.
5. Durch Schneiden oder Stanzen aus dem gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 hergestellten Blech erhaltene Gegenstände oder
gemäß Anspruch 4 erhaltene Bänder, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt C % χ 0 % aus dem Kohlenstoffgehalt C %
und dem Gesamtsauerstoffgehalt 0 % zwischen 2x10 und
120 χ 10~3 beträgt.
6. Verwendung von aus gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 hergestelltem Blech geschnittenen Bändern und den Bändern gemäß
Anspruch 4 mit einem Produkt C % χ 0 % zwischen 2 χ 10
und 120 χ 10 zur Verstärkung von vulkanisierten Kautschukgegenständen.
609849/0758
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