DE2707813A1

DE2707813A1 - Gewalztes stahlblech und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2707813A1
Application number: DE19772707813
Authority: DE
Inventors: Yoshiyasu Kitagawa; Akiyoshi Mori; Hajime Nashiwa
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1976-02-23
Filing date: 1977-02-23
Publication date: 1977-09-01
Also published as: CA1076848A; GB1568623A; IT1071578B; JPS52101627A; JPS5747748B2; US4137104A; FR2341662A1; FR2341662B1

Description

" Gewalztes Stahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung "

Leitungsrohre können in den arktischen Gebieten Temperaturen bis etwa -7O°C ausgesetzt sein. Das zur Herstellung solcher Rohre verwendete Stahlblech muß deshalb sowohl im Grundwerkstoff selbst als auch in den der Hitze ausgesetzten geschweißten Bereichen folgende Eigenschaften besitzen: Der Grundwerkstoff soll eine größere Festigkeit gegenüber der Ausbreitung des Sprödbruchs bei der niedrigsten Gebrauchs temperatur, die gewöhnlich bei etwa -70⁰C liegt, besitzen als gewöhnliche Stähle. Das heißt, der Werkstoff soll einen Scherungsbruch von mindestens 85 % nach dem Battelles Drop Weight Tear Test (Fall-Reißprobe) aufweisen. Außerdem soll er eine erhöhte Bruchfestigkeit besitzen, d.h. die in der Charpy-V-KerbschlagprUfung aufgenommene Energie ^₁ soll nicht geringer als 7 kg m sein.

Der beim Schweißen erhitzte Bereich soll ebenfalls eine verbesserte Bruchfestigkeit bei der vorstehend angegebenen Gebrauchstemperatur besitzen und die in der Charpy-V-KerbschlagprUfung aufgenommene Energie yE^ soll ebenfalls nicht geringer als 7 kg m sein.

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Nach dem Stand der Technik werden Leitungsrohre, besonders solche mit großem Durchmesser, durch Schweißen mit hoher Geschwindigkeit im verdeckten Lichtbogen bei großer Wärmezufuhr hergestellt. Um in der Schweißzone einen Charpy-Kerbschlagwert von mindestens 7,0 kg m zu erhalten, muß dem Stahl deshalb eine große Menge Nickel zugesetzt werden. Ein Stahl mit einer solch großen Menge Nickel neigt jedoch zur Ausfällung einer Bainitphase und es ist infolgedessen schwierig, die erforderlichen Eigenschaften in dem Stahlblech in gewalztem Zustand zu erhalten. Aus diesen Gründen weist das Stahlblech, das in großem Umfang zur Herstellung von Leitungsrohren mit großem Durchmesser zur Verlegung in arktischen Gebieten verwendet wird, einen Nickelgehalt von etwa 3,5 % auf und ist wärmebehandelt (vergütet und getempert).

Da diese Art von Stahl einen hohen Nickelgehalt besitzt und notwendigerweise eine komplizierte Wärmebehandlung erfordert, wird seine Herstellung in jedem Fall sehr teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stahlblech mit

_. Festigkeit

^M hoher / und verbesserter Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu schaffen. Das erfindungsgemäße gewalzte Stahlblech soll einen niederen Nickelgehalt aufweisen, preiswert in der Herstellung sein und anstelle der herkömmlichen Stähle mit einem Gehalt von 3,5 % Nickel verwendet werden können, nämlich bei der Herstellung von Leitungsrohren mit großem Durchmesser, und sich für die Verwendung sogar bei Temperaturen von etwa -7O⁰C eignen.

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Diese Aufgabe wird durch den überraschenden Befund gelöst, daß ein Zusatz von Calcium die Kerbschlageigenschaften des Stahls merklich verbessert, auch wenn der Stahl nur etwa 1 % Nickel enthält. Der beim Schweißen erhitzte Bereich besitzt dann sogar bei der niedrigsten Verwendungstemperatur von etwa -70⁰C die vorstehend beschriebenen erforderlichen Eigenschaften. Außerdem wurde überraschenderweise festgestellt, daß ein Zusatz von 0,0005 bis 0,0040 % Calcium in Kombination mit 0,8 bis 2,0 % Nickel die Entstehung der Bainitphase während des Walzens bei niedriger Temperatur in ausreichendem Maße unterdrückt und damit die Verwendung des Stahlblechs als Werkstoff für Leitungsrohre im gewalzten Zustand möglich macht. Zusätzlich wurde festgestellt, daß die Behandlung des Stahls mit der erfindungsgemäßen Zusammen-

Setzung in einem zweistufigen Walzverfahren, bei dem das

Fertigwalzen bei niedrigerer Temperatur ausgeführt wird, ein Stahlblech mit weiter verbesserten Tieftemperatureigenschaften liefert.

Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

In der Beschreibung und im Beispiel beziehen sich sämtliche Prozentangaben auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.

Das erfindungsgemäße Stahlblech weist nicht nur hohe Festigkeit,sondern auch verbesserte Zähigkeit bei niedriger Tem-

^L 709835/^Λοβ<* ^J

peratur auf. Es wird Im gewalzten Zustand ohne Anwendung einer Wärmebehandlung verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht bei geringen Kosten die Herstellung eines Stahlblechs mit verbesserten Eigenschaften, das in gewalztem Zustand zur Herstellung von Leitungsrohren für die arktischen Gebiete verwendet werden kann.

Das erfindungsgemäße Stahlblech besitzt eine verbesserte Zähigkeit bei niedriger Temperatur, obwohl sein Nickelgehalt nur 0,8 bis 2,0 Gewichtsprozent beträgt. Ein Nickelgehalt von mindestens 0,8 % ist erforderlich zur Verbesserung der Zähigkeit bei niedriger Temperatur. Andererseits führt jedoch ein größerer Nickelzusatz als 2,0 % zur Bildung der Bainitphase, wodurch das Walzen bei niedriger Temperatur, wie bereits beschrieben, ungünstig wird.

Der Zusatz von Calcium verhindert den Sprödbruch des erfindungsgemäßen Stahlblechs bei niedriger Temperatur. Zu diesem Zweck ist ein Calciumgehalt von mindestens 0,0005 % erforderlich. In der Praxis ist ein Zusatz von Calcium in größerer Menge als 0,004 % schwierig und außerdem wird die volle Wirksamkeit des Zusatzes von Calcium bereits bei dieser Menge erreicht. Die obere Grenze für den Zusatz von Calcium be-

trägt deshalb für das erfindungsgemäße Stahlblech 0,004 %.

Da die Wirkung des Calciumzusatzes auf der Zusammenballung der ausgefällten Sulfide beruhtest der Schwefelgehalt des ^L 709835/0883

erfindungsgemäßen Stahlbleches auf höchstens 0,01 % und das Gewichtsverhältnis von Calcium zu Schwefel auf 0,05 bis 1,50 beschränkt. Ein niedrigeres Gewichtsverhältnis von Calcium zu Schwefel als 0,05 hat keine Wirkung auf die Zu sammenballung der SuIfids,während ein höheres Verhältnis als 1,5 keine zusätzliche Wirkung ergibt.

Das erfindungsgemäße Stahlblech enthält 0,03 bis 0,55 % Kohlenstoff. Ein höherer Kohlenstoffgehalt als 0,55 % ist unerwünscht, weil dadurch die Zähigkeit bei niedriger Temperatur vermindert wird. Dagegen ist ein niedrigerer Kohlenstoffgehalt als 0,03 % aus herstellungstechnischen Gründen ungünstig und vermindert außerdem die Festigkeit des Stahls. Der Siliciumgehalt beträgt mindestens 0,02 % und dient zum Desoxydieren der Stahlschmelze, wobei jedoch ein höherer Siliciumgehalt als 0,5 # die Schweißbarkeit des erhaltenen Stahls vermindert. Hangan wird in einer Menge von mindestens 0,3 % zugesetzt, um die mechanische Festigkeit des Stahls zu verbessern. Ein höherer Mangangehalt als 2,0 % führt da gegen zur Bildung der Bainltphase, die im erfindungsgemäßen Stahlblech unerwünscht ist. Phosphor wird in einer Menge von höchstens 0,025 % zugesetzt um die Entstehung unnormaler Phasen und außerdem eine Verunreinigung des erhaltenen Stahlblechs zu verhindern. Der Gehalt an .löslichem Aluminium beträgt günstigerweise höchstens 0,08 #. Der Zusatz von Niob und von Vanadium dient zur weiteren Verbesserung der Festigkeit des erfindungsgemäßen Stahlblechs. Eine größere Menge Niob als 0,05 % führt Jedoch zur

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Bildung der Bainitphase, während ein Zusatz einer größeren Menge Vanadium als 0,1 S eine Verminderung der Zähigkeit verursacht. Im erfindungsgemäßen Stahlblech ist deshalb der Gehalt an Niob auf 0 bis 0,05 % und der Gehalt an Vanadium

⁵ auf 0 bis 0,1 % beschränkt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine kontrollierte, zweistufige Walzbehandlung, bei der die Heiz- und KUhlbedingungen ebenso wie die Walzbearbeitung wie vorstehend beschrieben beschränkt sind, ein verbessertes Stahl blech erhalten, das zur Herstellung von Leitungsrohren für die Verwendung im arktischen Bereich geeignet ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Stahlblech nach der ersten Walzstufe auf eine Temperatur unter 650°C abgekühlt. Dabei wandelt sich der y-Austenit in die α-Phase um. Wenn das gekühlte Stahlblech sofort wieder auf eine Temperatur von 800 bis 1000⁰C erhitzt wird, d.h. über den Ac,-Umwandlungspunkt, bilden sich Keime der y-Austenitphase, wodurch die Austenitkörner sehr fein und gleichmäßig verteilt werden. Diese Feinkörnigkeit ergibt die verbesserte Zähigkeit. Ein Erhitzen auf eine niedrigere Temperatur als 800⁰C führt nicht zur Austenitisierung des wiedererhitzten Stahls, wodurch die Walzbehandlung schwer durchführbar wird. Wenn das Stahlblech auf eine Temperatur über 1000⁰C wiedererhitzt wird, kann die Entstehung von groben Körnern nicht vermieden werden, was zu einer Verminderung der Festigkeit und Zähigkeit des fertigen Stahlblechs

L führt. Vorzugsweise wird das Stahlblech deshalb auf eine _j

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Temperatur von 900 bis 100O⁰C wiedererhitzt. Die zweite Walzbehandlung wird bei einer Temperatur von 680 bis 850°C ausgeführt, und die gesamte Verminderung der Dicke beträgt dabei mindestens 30 %. Durch die Anwendung dieser zweiten Walzbehandlung auf das erfindungsgemäße Stahlblech wird die Korngröße des Blechs verfeinert und eine homogene Mikrostruktur erhalten, da die Austenitisierung bei einer niederen Temperatur gerade oberhalb des Ac,-Umwandlungspunkts einen sehr feinkörnigen Austenit ergibt. Da der Zusatz von Calcium zum erfindungsgemäßen Stahlblech die Zähigkeit bei niedriger Temperatur verbessert, was für die Verwendung als Werkstoff für Leitungsrohre im arktischen Bereich zwingend notwendig ist, wird in Verbindung mit der kontrollierten, zweistufigen Walzbehandlung, die zu einem homogenen Stahl blech mit feiner MikroStruktur führt, eine überraschende synergistische Wirkung im Bezug auf die Zähigkeit bei niederer Temperatur erhalten.

Das Beispiel erläutert die Erfindung. 20

Beispiel

Es werden die mechanischen Eigenschaften von erfindungsgemäßen Stahlblechen mit einem Gehalt an Calcium und etwa 1 % Nickel im Vergleich mit calciumfreiem Stahl sowie mit herkömmlichem Stahl mit einem Nickelgehalt von etwa 3,5 % untersucht.

Die chemische Zusammensetzung der untersuchten Stähle ist L_ in Tabelle I aufgeführt.

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Tabelle I

CO OO CJ cn

oo

Stahl	C	Si	1,44	P	S	Ni	Nb	V	Lösl. kJt	Ca	Bemerkung
A	0,06	0,26	1,56	0,020	0,004	l_;01	0,03	0,09	0,06	0_; 003	vorliegende Erfindung
B	0,07	0,27	0,56	0,008	0,005	1,04	0,03	0,03	0,07	-	Vergleich
C	O₇ 06	0,26	l_r35	O₇ 006	0,007	3,62	-	-	0,04	-	herkömmlicher Stahl
D	O₇ 08	0_f15	1,28	0,020	0_; 04	1,81	0;03	-	0,07	0,004	vorliegende Erfindung
E	0,07	0,17	1,37	0,018	0_;04	1,79	0,03	-	0,03		Vergleich
F	0,03	0,16	1,39	0,017	0,03	1,45	0,03	0,07	0,06	0,004	vorliegende Erfindung
G	0_;04	0,17	0,019	0,04	1,35	0,03	0,07	0,03	-	Vergleich

ro ^a ο -j oo

- 11 -

1 In Tabelle H sind die Hm·«**''^Ί ι«ι£«ϊμ»«1< wpmgyw der Stahlbleche zusaaaengefaBt.

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Tabelle II

Stahl	Stahlblech	Zur Her stellung verwende ter Ofen	End dicke, *TRTR*	Walzbedingungen	Plat ten dicke, mm	zweite Walzstufe	Plat- tendik-J ke, mm	Walzbe hand lung	ttndtem- peratur,	Vergü ten, ⁰C	Tempern, ⁰C	f	g
A	gewalzt	Konverter	25,4	erste Walz stufe	25O	Plat- ten- temp.., ⁰C	70	800⁰C/ 50 mm	700
B	gewalzt >	elektri scher Ofen	25,4	Plat- ten- tem.p.,	25O	980	70	780⁰C/ 50 mm	695	—
C	vergütet und getempert	elektri scher Ofen	25,4	1250	25O	980	70	-	-	900	600
D	gewalzt	Konverter	10	1250	I5O	980	40	800⁰C/ 20 mm	700	.
E	gewalzt	Konverter	10	1250	I5O	980	40	800⁰C/ 20 mm	700			a :> j
F	gewalzt	Konverter	15	1250	200	980	50	78O°C/ 30 mm	700
G	gewalzt	Konverter	15	1250	200	980	50	780⁰C/ 30 mm	700
1250	980
1250

Inac-mgereicht

Die Prüfungsergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III

Stahl	Y.S kg/mm	T.S., kg/mm	%	Y.R, .%	*Grundwerkstoff \|giiS^er*	S.A, %'	DWTT, %	VE-62,
A		62_;5	43,9	72; 1	VE-62, :kg-^m	100	100	11,5
B	47>3	72,4	38,0	65,4	24,2	100	100	3,3
C	^5,0	59,8	32; 0	75; 0	8,2	100	100	14,0
D	48,8	54,5	39,0	90	29; 6	100	100	7,8**
E	49,3	55;4	38_; 1	89	15₇ 2*	100	100	2,1**
P	49,4	54,3	41,9	91	3,8*	100	100	14,8***
G	49_T1	54,5	38; 2	90	22_;1*	100	100	2,8***

15

20

* VE-100, Bemerkung; Y.S. T.S. El Y.R.

** VE-70, *«» VE-60

: Streckgrenze

: Zugfestigkeit

: Dehnung

ί Streckgrenzverhältnis

VE-60, -62, -70, -100 : aufgenommene Energie in Querrichtung bei -60⁰C, -62°C,

S.A.

DWTT

-70⁰C bzw. -100⁰C in der Charpy-

V-KerbschlagprUfung s Scherungsfläche t Formungsbruch -62⁰C im

Batteiles Drop Weight Tear Test

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In Tabelle III ist zu sehen, daß das erfindungsgemäße Stahlblech im Vergleich zum herkömmlichen, wärmebehandelten Stahlblech gleich gute oder verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist, ohne eine besondere Wärmebehandlung zu benötigen und daß das erfindungsgemäße Stahlblech im gewalzten Zustand verwendet werden kann. Außerdem ist zu sehen, daß der Zusatz von Calcium eine merkliche Verbesserung der Zähigkeit bei niedriger Temperatur sowohl des Grundwerkstoffs als auch des

beim Schweißen erhitzten Bereichs bringt. 10

Infolge der Verminderung des Nickelgehalts sind die Kosten des erfindungsgemäßen Stahlblechs geringer. Auch die Kosten der Herstellung sind niedriger, da das erfindungsgemäße

Stahlblech nur gewalzt wird. 15

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Claims

Case: CH:SH, File: FP/S-5-152 SUIiITOMO METAL INDUSTRIES, LTD. Osaka, Japan 10 11 Gewalztes Stahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung " Priorität: 23. Februar 1976, Japan, Nr. 18 658/1976 15 Patentansprüche

1. Gewalztes Stahlblech, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,03 bis 0,55 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,02 bis 0,50 Gewichtsprozent Silicium, 0,30 bis 2,00 Gewichtsprozent Mangan, höchstens 0,025 Gewichtsprozent Phosphor, höchstens 0,010 Gewichtsprozent Schwefel, 0,8 bis 2,0 Gewichtsprozent Nickel, 0,0005 bis 0,0040 Gewichtsprozent Calcium, 0 bis 0,05 Gewichtsprozent Niob, 0 bis 0,10 Gewichtsprozent Vanadium, höchstens 0,080 Gewichtsprozent lösliches Aluminium, Rest Eisen, und ein Gewicht s verhältnis von Calcium zu Schwefel von 0,05 bis 1,5.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Verfahren zur Herstellung des Stahlblechs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stahl der angegebenen Zusammensetzung einem zweistufigen Walzverfahren unterzieht, wobei der Stahl in der ersten Walzstufe auf eine Temperatur von mindestens 100O⁰C erhitzt und zu einem Blech vorgewalzt wird, das vorgewalzte Stahlblech wieder auf eine Temperatur von 800 bis 1000⁰C erhitzt und im Temperaturbereich von 680 bis 85O⁰C mit einer Verminderung der Dicke um mindestens 30 %, bezogen auf die Dicke des Stahlblechs vor der zweiten Walzstufe, fertiggewalzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech in der zweiten Walzstufe auf eine Temperatur von 900 bis 1000⁰C erhitzt und im Temperaturbereich von 700 bis 800°C fertiggewalzt wird.

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