DE2716791A1

DE2716791A1 - Verfahren zum verfestigen von stahl

Info

Publication number: DE2716791A1
Application number: DE19772716791
Authority: DE
Inventors: Edeki Mudiare
Original assignee: Lasalle Steel Co
Current assignee: Lasalle Steel Co
Priority date: 1976-04-16
Filing date: 1977-04-15
Publication date: 1977-10-20
Also published as: SE436286B; IT1075341B; SE7704059L; LU77133A1; JPS52155121A; NL7704147A; DE2716791C2; FR2348274B1; CH637161A5; GB1541404A; CA1083932A; ES457857A1; BE853681A; US4040872A; FR2348274A1; BR7702419A; AU2436877A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfestigen von Stahl, insbesondere von übereutektoiden Kohlenstoffstahl und bezweckt eine Verbesserung der Festigkeit unter Beibehaltung der Dehnbarkeit.

Es ist bekannt, dass das Bearbeiten von warmgewalzten Stangen und/oder Rundeisen z.B. durch Extrudieren, Ziehen, Walzen, zu einer Steigerung der Festigkeit des Werkstücks beiträgt. Die auf diese Weise erzielbare Festigkeit hängt jedoch von mehreren verschiedenen Faktoren ab. Der erste Faktor ist die Verfestigung des warmgewalzten Stahles durch das die Bearbeitung vornehmende Walzwerk. Diese Festigkeit hängt im großen und ganzen von dem Kohlenstoffgehalt des Stahles ab. Der zweite Faktor ist das Ansprechen des Stahles auf die Bearbeitung hin.

Es wurde z.B. in den US-Patentschriften 2 767 835, 2 767 836, 2 767 837 und 2 767 838 demonstriert, dass die Empfindlichkeit des Stahls in Bezug auf die Bearbeitung dadurch verbessert werden kann, dass die Bearbeitung bei einer erhöhten Temperatur ausgeführt wird. Diese Arbeitsweise ist bekannt als dynamische Reckalterung und ist über Jahre hinaus benutzt worden, um die Festigkeitszunahme zu steigern die beim Bearbeiten von warmgewalzten Stahlwerkstücken erzielbar ist.

Der dritte, die Festigkeit von bearbeiteten, warmgewalzten Werkstücken betreffende Faktor ist das Maß der Bearbeitung des Werkstücks. Im allgemeinen gilt, dass je mehr der Stahl bearbeitet wird, desto größer die Festigkeit ist. Diese erreicht ein Maximum, über das hinaus praktisch keine weitere Zunahme an Festigkeit zu verzeichnen ist. Diese Art der Festigkeitszunahme wird begleitet von einer Abnahme der Dehnbarkeit. Nach Ausschöpfen der vorstehend angegebenen Verfahren zum Steigern der Festigkeit von warmgewalzten Werkstücken durch Bearbeitung kann ein Fachmann in Übereinstimmung mit den bereits vorhandenen Technologien lediglich sich Warmbehandlungsprozessen zuwenden, um auf diese Weise eine weitere Steigerung der Festigkeit zu erreichen. Es ist z.B. bekannt und in dem US-Patent 3 053 703 beschrieben, dass die Reaktion des Stahls auf eine Härtebehandlung hin bedeutend dadurch gesteigert werden kann, dass das Werkstück einer Wärmebehandlung unterzogen und anschließend bei einer erhöhten Temperatur gestreckt wird. Ähnliche Verfahren sind in den US-Patentschriften 2 998 336, 2 924 544, 2 924 543, 2 881 108 und 2 881 107 beschrieben.

Den vorstehenden Patenten kann entnommen werden, dass es im Grunde drei Möglichkeiten für eine Wärmebehandlung bei warmgewalztem Stahl gibt. In jedem Fall wird der warmgewalzte Stahl auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um den Stahl in Austenit umzuwandeln, worauf ja unter Anwendung einer der drei nun folgenden konventionellen Techniken gekühlt wird:

1. Schnelles Abkühlen zwecks Bildung von Martensit, ein Umwandlungsprodukt, das hohe Festigkeit aber schlechte Verarbeitungseignung aufweist. Martensit ist schwierig aus einem einfachen Kohlenstoffstahl herstellbar.

2. Schnelles Abkühlen auf eine Temperatur, bei welcher Austenit in Bainit, einem anderen Umwandlungsprodukt umgewandelt wird, das verbesserte Festigkeit und Dehnbarkeit aufweist und gegenüber Martensit sich etwas besser verarbeiten lässt. Bainit ist ebenfalls schwierig aus einfachem Kohlenstoffstahl herstellbar.

3. Langsames Abkühlen für die Umwandlung in eine Ferrit-Perlit-Struktur. Diese Umwandlung ist bei einem einfachen Kohlenstoffstahl am leichtesten erzielbar. Eine derartige herkömmliche Ferrit-Perlit-Struktur bietet jedoch entweder gar keine oder nur geringfügige Vorteile im Bezug auf die mechanischen Eigenschaften, incl. der Festigkeit und Dehnbarkeit, sofern man den Vergleich zu dem warmgewalzten Werkstoff zieht.

eine Verfeinerung in der Mikrostruktur zu erreichen und zwar durch das Einführen von Martensit, Bainit oder

Mischungen daraus in den Stahl. Es ist jedoch für jeden Stahl, für den über einer wesentlichen Querschnittgröße Festigkeit erforderlich ist, notwendig, einen Legierungsstahl zu verwenden, um die Einführung von Martensit oder Bainit zu bewirken. Um bei Stählen mit einem niedrigen Legierungsanteil die Umwandlung von Austenit zu Martensit zu bewirken, ist es notwendig, eine wirksame Abschreckung durchzuführen. Solch eine drastische Abkühlung führt jedoch häufig zum Härtewissen.

Weitere Verfeinerungen in den martensitischen oder bainitischen Mikrostrukturen können nur unter großen Schwierigkeiten und bei fragwürdigen wirtschaftlichen Vorteilen erzielt werden. Es wurde z.B. in dem US-Patent 3 178 324 vorgeschlagen, den Stahl einer thermischen Behandlung zu unterziehen, um die Korngröße desselben zu reduzieren und eine Steigerung in der Festigkeit zu erzielen. Bei dem in dem genannten Patent angegebenem Verfahren durchläuft der Stahl mehrere Zyklen in denen er austenisiert und abgeschreckt wird. Am Ende eines jeden Zyklusses mit Ausnahme des letzten Abschreckzyklusses ist ein vollkommen aus Martensit bestehendes Werkstück als Ausgangsprodukt für den nachfolgenden Zyklus notwendig. Um deshalb ein vollständig martensitisches Werkstück herzustellen, ist das Verfahren gemäß der angegebenen Patentschrift in Wirklichkeit beschränkt auf Legierungsstähle, die sich besser härten lassen als Kohlenstoffstähle.

Ein ähnliches Verfahren ist in der amerikanischen Patentschrift 3 278 345 beschrieben, bei welchem vielfache Zyklen von Aufheizen, Bearbeiten und Abschrecken vorkommen. Dieses Verfahren jedoch weist die gleichen Nachteile auf, wie sie eben beschrieben wurden. Es verlangt ebenfalls nach einem völlig martensitischen Werkstück vor Beginn eines jeden nachfolgenden Zyklusses. Aus diesem Grunde sind beide Verfahren recht teuer, da sie die Notwendigkeit von mehrfachen Zyklen beinhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit Hilfe dessen ein verbesserter Kohlenstoffstahl erzeugt werden kann, der eine bessere Festigkeit aufweist, als warmgewalzter Kohlenstoffstahl.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.

Bei der Erfindung wird ein übereutektoides Kohlenstoffwerkstück, vorzugsweise in der Form eines Rundeisens, einer Stange oder eines Barrens rasch auf eine Temperatur erwärmt, die sich vollständig innerhalb des austenitischen Bereiches befindet. Die Erwärmungsgeschwindigkeit wird dabei so gewählt, dass das Kernwachsen des austenitischen Korns minimiert wird. Das auf diese Weise gewonnene, austinitisierte Stahl-Werkstück wird abgeschreckt, um den Stahl in eine feine Mischung aus nadelförmigem proeutektoiden Ferrit und fein verteiltem eutektischen Aggregat aus Ferrit und Eisenkarbid umzuformen. Daraufhin wird das Werkstück bei einer Temperatur bearbeitet, die bis an die kritische, untere Temperatur heranreichen kann. Der Stahl wird dadurch verfestigt. Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt eine drastische Steigerung sowohl bei der Festigkeit als auch bei der Dehnbarkeit, vor allem verglichen zu unbehandelten Stählen, wie z.B. durch Warmwalzen hergestellten Stählen.

Die Erfindung ermöglicht es auch einen kohlenstoffarmen Stahl zu produzieren, in dem die Mikrostruktur sorgfältig kontrolliert ist, um auf diese Weise beim Bearbeiten eine fühlbare Festigkeitssteigerung zu erzielen. Dabei ist auch eine deutlich größere Dehnbarkeit beim Bearbeiten erreichbar, vor allem im Vergleich zu warmgewalzten Stahl. Die gute Schnittbearbeitbarkeit bleibt jedoch erhalten. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 Das bevorzugte Verfahren zum Aufheizen des Stahls,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Streckvorganges,

Figur 3 eine schematische Darstellung des Ausrichtens mit Hilfe einer Lewis-Ausrichtmaschine,

Figur 4 und 5 schematische Darstellungen des Ausrichtens mit Hilfe einer Medart-Ausrichtmaschine,

Figur 6 eine Graphik zum Aufzeigen des Verhältnisses zwischen der Kühlgeschwindigkeit von der austenitischen Temperatur und der sich ergebenden Mikrostruktur,

Figur 7 eine Mikrophotographie eines auf konventionelle Weise warmgewalzten, kohlenstoffarmen Kohlenstoffstahls, und

Figur 8 eine Mikrophotographie eines kohlenstoffarmen Stahls gemäß der Erfindung.

Die Idee der vorliegenden Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass ungewöhnlich hohe Festigkeitswerte über eine beträchtliche Querschnittsgröße auch bei einem niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisenden Stählen erzielbar sind. In der Praxis der Erfindung wird ein übereutektoider Kohlenstoffstahl derart rasch auf eine Temperatur erhitzt, dass die Umwandlung des Stahles in Austenit gewährleistet ist. Danach wird der austenitische Stahl abgekühlt, um das Austenit in eine feine Mischung von nadelförmigem, voreutektoiden

Ferrit und einem fein verteiltem eutektoiden Aggregat aus Ferrit und Eisenkarbid umzuwandeln. Es hat sich herausgestellt, dass bei der Erfindung das rasche Erhitzen mit dem darauffolgenden Abschrecken mit dem Ziel die oben angegebene Mischung zu erzielen, einen Stahl erzeugt, dessen Festigkeit beim Bearbeiten beachtlich gesteigert werden kann, sofern man diese Festigkeitssteigerung mit derjenigen vergleicht, die bei einer gleichartigen Bearbeitung bei warmgewalzten Stahl erzielbar ist. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Stahl im Vergleich zum warmgewalzten Stahl eine beachtlich höhere Festigkeit auf und zeigt zugleich hohe Dehnbarkeitswerte, sowie eine gute Schnittbearbeitbarkeit.

Beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein übereutektoider Kohlenstoffstahl, wie z.B. ein Stahl mit einem Kohlenstoffanteil variierend von 0,1 Gew.% bis zu der eutektoiden Kohlenstoffgrenze und vorzugsweise zwischen 0,1 bis 0,5 Gew.%, einer raschen Erhitzung ausgesetzt, um eine vollständige Umwandlung des Stahls in Austenit zu erreichen. Die Temperatur bei welcher die Umwandlung geschieht, variiert mit dem Kohlenstoffgehalt des Stahles. Die vollständige Umwandlung in Austenit geschieht im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 740°C und 1100°C. Fachleuten ist es bekannt, dass die Zeit und die Temperatur hierbei miteinander zusammenhängen. Es ist deshalb möglich, eine niedrigere Temperatur zu wählen, sofern der Stahl über eine längere Zeit einer erhöhten Temperatur ausgesetzt ist. Im allgemeinen jedoch wird es vorgezogen, den Heizvorgang in einer Zeitspanne von weniger als 10 Minuten durchzuführen, um das Kornwachsen des sich bildenden Austenits so gering als möglich zu halten. Die besten Ergebnisse werden gewöhnlich dann erzielt, wenn der Stahl auf die gewünschte Austenitisierungstemperatur innerhalb einer Zeitspanne gebracht wird, die von 1 Sek. bis zu 5 Min. reicht.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das rasche Erhitzen auf die Austenitisierungstemperatur durch direkte Widerstandsheizung vorgenommen. Bei dieser Technik, die im Detail in der US-Patentschrift 3 908 431 beschrieben ist und deren Offenbarung hiermit zu einem Teil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, wird elektrischer Strom durch das Stahlwerkstück geleitet, wodurch der elektrische Widerstand des Werkstückes über dessen gesamten Querschnitt eine schnelle Erhitzung desselben bewirkt. Ohne die Erfindung hierauf beschränken zu wollen, wird vermutet, dass das rasche Erhitzen mit dem minimalen Kornwachsen des sich bildenden Austenits zumindest teilweise auf die gleichmäßige Erhitzung zurückgeführt werden kann, die durch Anwendung der direkten elektrischen Widerstandsheizung erzielbar ist.

Bei einem derartigen Erhitzen wird das Werkstück vorzugsweise mit einer Stromquelle verbunden, wobei die Verbindungen derart an beiden Enden des Werkstückes gestaltet sind, dass der Strom das Werkstück vollständig durchfließt. Da der Strom gleichmäßig durch das Werkstück hindurchgeführt wird, steigt die Temperatur innerhalb des gewöhnlich in der Form einer Stange oder eines Rundeisens geformten Werkstückes gleichmäßig, d.h. sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. Auf diese Weise werden das Innere und das Äußere des Werkstückes simultan erhitzt, ohne dass Temperaturspannungen auftreten würden. Die Gleichartigkeit der Erhitzung hat den weiteren Vorteil, dass an der Außenseite des Werkstückes das Kornwachsen verhindert wird, während im Inneren desselben noch auf die austenitisierende Temperatur hin erhitzt wird. Dies ist der normale Fall bei einem herkömmlichen Ofen, bei dem das Äußere des Werkstücks sehr viel schneller erhitzt wird, als das Innere.

Eine geeignete Vorrichtung um das Werkstück 10 durch elektrischen Widerstand zu erhitzen ist die Figur 1 gezeigt. An den Enden des Werkstücks 10 sind jeweils elektrische Kontakte 12 und 14 angebracht. Sofern zwischen den beiden Kontakten 12 und 14 Strom fließt, wird dieser durch die gesamte Länge und den gesamten Querschnitt des Werkstückes hindurchgeleitet. Während des Heizvorganges wird vorzugsweise das Werkstück gespannt, um so die thermische Ausdehnung desselben zu kompensieren und ein eventuelles Ausbeulen des Werkstückes bei einer erhöhten Temperatur zu vermeiden. Die beim Heizvorgang vorgenommene Dehnung des Werkstückes sorgt lediglich dafür, dass dasselbe seine gerade Form beibehält, es wird keinerlei plastische Deformation erreicht.

Nach der Umwandlung des Stahls in Austenit wird der austenitische Stahl abgeschreckt, um das Austenit in eine feine Mischung von (1) nadelförmigem, voreutektoiden Ferrit und (2) ein feinverteiltes eutektoides Aggregat aus Ferrit und Eisenkarbid umzuwandeln. Fachleuten ist bekannt, das der austenitische Stahl genügeng lang auf der austenitisierenden Temperatur gehalten werden kann, um sicherzustellen, dass der Stahl vollständig umgewandelt wird. Im allgemeinen ist bei den meisten, kohlenstoffarmen Stählen die Umwandlung dann vollzogen, wenn die Austenitisierung der Temperatur erreicht ist. Es bedeutet jedoch keinen Nachteil, sofern der umgewandelte austenitische Stahl auf der Austenitisierungstemperatur gehalten wird, solange nur das Kornwachsen minimiert bleibt. Sofern es wünschenswert ist, den Stahl auf der Austenitisierungstemperatur zu halten, ist es möglich und oft auch wünschenswert, eine niedrige Austenitisierungstemperatur zu wählen.

Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung und das Abschrecken bewirken die bereits geschilderte feine Mischung. Die Abschreckgeschwindigkeit zur Erzielung der ebengenannten feinen Mischung ist ein wichtiger Parameter in dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Konzept für die erfindungsgemäße Abschreckungsgeschwindigkeit kann am besten durch Bezugnahme auf die Figur 6 verstanden werden, die ein schematisches Umwandlungsdiagramm für Stähle mit einem niedrigen und einem hohen Kohlenstoffanteil zeigt. Figur 6 ist eine Graphik, in der die Temperatur über der Zeit dargestellt ist. Die Figur beinhaltet Umwandlungskurven A und B für Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Die Kurve Fs bezeichnet den Ort der Zeit-Tempera-turpunkte, bei welcher die Umwandlung von Ferrit beginnt, während die Kurve Ps den Ort der Zeit-Temperaturpunkte angibt, bei welcher Perlit auftritt. Die Kurve Pf zeigt das Ende der Perlitumwandlung an. In dem Bereich zwischen den beiden Kurven Fs und Ps wird lediglich Ferrit gebildet, aber links von der Kurve Ps beginnt sich Perlit zu bilden. Die Umwandlung ist vollzogen, wenn der Zeit-Temperaturpunkt die Kurve Pf erreicht.

Die Kurven Fs', Ps' und Pf' sind die entsprechenden Kurven für einen Stahl mit hohem Kohlenstoffanteil. Es bedeutet deshalb die Kurve Fs' diejenige Grenze, über welcher Ferrit sich zu formen beginnt, während die Kurve Ps' diejenigen Punkte beinhaltet, jenseits welcher Perlit aufzutreten anfängt. Die vollständige Umwandlung ist bei Pf' erreicht.

In der Praxis der Erfindung sollte das austenitisierte Werkstück so rasch abgekühlt werden, dass die Kühlkurve die Umwandlungskurve schneidet, die für die Bildung von Ferrit und Perlit notwendig ist. Im Falle der Figur 6 repräsentieren die Kurven E und F zwei verschiedenartige

Abkühlungsgeschwindigkeiten für die Oberfläche und für das Körperinnere des erfindungsgemäß behandelten Werkstückes. Sie beginnen bei der Austenitisierungstemperatur von 935°C und durchschreiten, aufgrund der Kühlung eine Temperatur Ae3, die für die Umwandlung von Austenit zu Ferrit-Perlit notwendig ist. Die Abschreckgeschwindigkeit verläuft weiter, sie sollte aber sowohl die Kurve Fs als auch Pf schneiden, die jeweils die Umwandlung in Ferrit und Perlit angeben. Die Umwandlung sollte dabei vollständig vollzogen sein, ehe die Abschreckkurven die Temperaturlinie für die Umwandlung in Martensit (Ms) schneiden. Die Kurven E und F schneiden die Kurven Fs und Pf für den Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, sie schneiden jedoch nicht die Kurven Fs' und Pf', die die Umwandlung in Ferrit und Perlit für einen Stahl mit einem höheren Kohlenstoffgehalt angeben.

In der Praxis der Erfindung sollte deshalb die Abschreckrate so gewählt werden, dass das Austenit in ein nadelförmiges, voreutektoides Ferrit und ein fein verteiltes eutektoides Gemisch aus Ferrit und Eisenkarbid umgewandelt wird. Es verbleibt nicht genügend Zeit, um das grobe Ferritkorn zu bilden, wie es z.B. in Figur 7 dargestellt ist. Diese Figur zeigt eine Mikrostruktur, die beim langsamen Abkühlen eines warmgewalzten Werkstückes erzielt wurde. Das meiste Austenit ist umgewandelt in Perlit mit einem Kohlenstoffgehalt, der niedriger ist als der Gleichgewichtskohlenstoffgehalt. Der geringe Anteil von gebildetem Ferrit trägt zur Kernbildung innerhalb des austenitischen Korns bei und hat nicht genügend Zeit um die Korngrenzen zu erreichen, wenn das verbleibende Austenit in Perlit umgewandelt wird. Dies hat zur Folge, dass sich eine nadelförmige Mikrostruktur gemäß der Erfindung ergibt, die in Figur 8 gezeigt ist.

Bei einem Vergleich zwischen der Figur 6 und der Figur 8 stellt man fest, dass die warmgewalzte Mikrostruktur von Figur 7 großes Korn von beachtenswerten Mengen von Ferrit aufweist, das in der hellen Farbe gehalten ist, während die dunklen Bereiche Perlit darstellen. Im Gegensatz hierzu zeigt die Figur 8 die Mikrostruktur eines Stahls, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Es ist eine bedeutend geringere Menge von Ferritkorn zu sehen und auch die Dimensionen sind kleiner. Das Ferritkorn in Figur 8 ist durch die hellen Bereiche dargestellt, während die dunklen Bereiche das fein verteilte eutektoide Aggregat von Ferrit und Eisenkarbid andeuten.

Fachleuten ist es bekannt, dass in Abhängigkeit von dem Kohlenstoff- und dem Legierungsgehalt des Stahles eine Vielzahl von Abschreckmitteln existieren, um sicherzustellen, dass beim Abschrecken das nadelförmige proeutektoide Ferrit und die fein verteilte Mischung aus Ferrit und Eisenkarbid entstehen. Im Allgemeinen wird vorgezogen, das Abschrecken des austenitisierten Werkstückes in Wasser zu vollziehen, obwohl es auch möglich ist, andere Mittel, z.B. Öl, geschmolzene Metalle wie z.B. Blei, oder geschmolzene Salze zu verwenden. Wasser ist im allgemeinen deshalb für Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt günstig, da es die Abschreckgeschwindigkeit erhöht.

Fachleuten ist es ebenfalls bekannt, dass zum exakteren Steuern der Abkühlgeschwindigkeit es möglich ist, Einfluß zu nehmen über die Austenitisierungstemperatur, das Ausmaß der Wasserbewegung und den Zusatz von wasserlöslichen Komponenten zum Abschreckwasser.

Die Wahl der geeigneten Abschreckgeschwindigkeit hängt von dem Kohlenstoff- und Legierungsgehalt für den bestimmten zu behandelnden

Stahl ab und das wiederum hängt von der zu erzielenden Festigkeit im Endprodukt ab. Je größer der Kohlenstoffgehalt des Stahles ist, desto größer ist die maximal erzielbare Festigkeit. Bei einem Stahl mit einem vorgegebenen Kohlenstoffgehalt wird die Abschreckgeschwindigkeit durch kontinuierliche Kühl-Umwandlungs-diagramme von der in Figur 6 gezeichneten Art bestimmt. Diagramme dieser Art sind für viele Stahlsorten in der Literatur verfügbar. Die Abschreckung wird deshalb so gewählt, dass eine genügend langsame Kühlungsgeschwindigkeit sichergestellt ist, um die Bildung von Martensit und Bainit zu verhindern. Die Abkühlgeschwindigkeit soll dagegen so ausreichend schnell gewählt sein, um die Bildung von groben Korn und voreutektoiden Ferrit von der in Figur 7 gezeigten Art zu vermeiden.

Das Werkstück besitzt nach dem Abschrecken gemäß der Erfindung die erwünschte Mikrostruktur in der Form einer feinen Mischung von nadelförmigem voreutektoiden Ferrit und einem fein verteiltem eutektoiden Gemisch aus Ferrit und Eisenkarbid. Unerwarteter Weise wurde herausgefunden, dass die so erzielte Mikrostruktur eine bedeutende Steigerung der Festigkeit bewirkt, wenn das abgeschreckte Werkstück bearbeitet wird. Mit der gemäß der Erfindung erzielbaren Mikrostruktur ist es deshalb möglich, einen größeren Anstieg in der Festigkeit zu erzielen, als bei vergleichbaren nicht wärmebehandelten Material.

Der Beabreitungsschritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dadurch in die Tat umgesetzt, dass das Werkstück z.B. gezogen, gestreckt, extrudiert, gewalzt usw. wird und zwar bei einer Temperatur, die zwischen der Raumtemperatur und der unteren kritischen Temperatur für den Stahl liegt. Damit ist die unterste Temperatur gemeint, die notwendig ist, um irgendeinen Teil des Stahls in die austenitische Form umzuwandeln. Die Bearbeitung lässt das

Material fühlbar bis zu einer Grenze verfestigen, die deutlich über derjenigen Festigkeitsgrenze liegt, die mit warmgewalzten Kohlenstoffstahl bislang erzielbar waren. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Werkstück, das in der oben beschriebenen Weise abgeschreckt worden ist und sich gewöhnlich in der Form einer Stange, eines Barrens oder eines länglichen Stückes mit einem sich wiederholenden Querschnitt befindet, einer Bearbeitung unterzogen, um eine Querschnittsverringerung beim Werkstück zu bewirken und damit eine bedeutsame Steigerung in der Festigkeit zu erzielen. Wie Figur 2 entnommen werden kann wird hierzu bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung das Werkstück gezogen, wobei das längliche Werkstück 10 einfach durch Reduzierformwerkzeug 16 hindurchgeführt wird, um das vorverfestigte Werkstück 18 zu bilden. Das bevorzugte Werkstück kann deshalb als "Zieh"-Werkstück bezeichnet werden.

Das Ausmaß, in dem das abgeschreckte Werkstück einer Bearbeitung unterzogen wird, hängt von dem betreffenden Stahl und von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab. Im allgemeinen wird beim Ziehen das Bearbeiten dazu benutzt, um die Querschnittsfläche um zwischen 5 und 90%, vorzugsweise um zwischen 5 und 40% zu verringern.

Das Stahlwerkstück gemäß der Erfindung besitzt eine deutlich höhere Festigkeit, als ein warmgewalztes Werkstück, das in dem gleichen Umfang bearbeitet wurde. Das erfindungsgemäße Werkstück besitzt darüber hinaus noch eine deutlich höhere Dehnbarkeit.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich und manchmal auch erwünscht, das Werkstück nach dem Bearbeiten einem Entspannungsglühen zu unterziehen. Derartige Glühvorgänge sind bekannt und z.B. in dem US-Patent Nr. 3 908 431 beschrieben. Unter Bezugnahme auf dieses Patent wird dessen Offenbarung mit hereingenommen in die vorliegende Beschreibung. Es ist auch möglich, das Werkstück vor dem Entspannungsglühen auszurichten. Zu diesem Zweck können herkömmliche Ausrichtmaschinen, wie z.B. eine Levis-Maschine verwendet werden, wie sie in Figur 3 der Zeichnung gezeigt ist. In den Figuren 4 und 5 sind Ausrichtmaschinen des Typs Modart gezeigt. Es ist bekannt, dass derartige Ausrichtmaschinen dazu dienen, um das Werkstück gerade auszurichten. Dies geschieht dadurch, dass das Werkstück gebogen wird, um das Maß der Krümmung zu verringern.

Nachdem nunmehr die grundlegenden Gedanken der Erfindung dargelegt sind, werden nunmehr einzelne Beispiele der Erfindung gegeben, die die Erfindung jedoch in keiner Weise beschränken sollen.

Beispiel 1

Dieses Beispiel dient zum Zwecke des Vergleichs. Es werden Versuchsstangen von sieben verschiedenen Schmelzen eines gewalzten AISI/SAE 1018 Stahls überprüft und die chemische Analyse derselben durchgeführt, sowie ihre mechanischen Eigenschaften untersucht.

Es ergibt sich die folgende Pfannenprobe:

Tabelle 1

Schmelze Nr. Kohlenstoff Mangan Phosphor Schwefel Silizium I 0,19% 0,71% 0,007% 0,019% 0,018% II 0,19% 0,83% 0,005% 0,019% 0,048% III 0,17% 0,73% 0,007% 0,018% 0,03% IV 0,20% 0,77% 0,006% 0,018% 0,047% V 0,18% 0,71% 0,007% 0,025% 0,020% VI 0,18% 0,78% 0,007% 0,022% 0,044% VII 0,20% 0,73% 0,004% 0,018% 0,044%

Tabelle 2

Die mechanischen Eigenschaften dieser warmgewalzten Stähle sind die folgenden:

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 47,38 30,58 37,1% 69,5% II 44,57 27,42 40,0% 69,8% III 45,63 28,47 35,7% 67,6% IV 46,75 31,42 38.6% 70,3% V 43,45 29,67 38,6% 71,5% VI 44,57 29,45 34,5% 68,4% VII 43,52 25,24 35,5% 69,0%

Die statistischen Parameter für diese Daten sind nachfolgend angegeben:

Tabelle 3

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 45,12 1,41 47,38 43,52 3,93

keit kp/mm2 28,89 1,92 31,42 25,24 6,18

% Dehnung 37,14 1,86 40 34,5 5,5

verringerung 69,44 1,18 71,5 67,6 3,9 (Fläche)

Die Stangen dieser Schmelzen werden nunmehr ohne Zwischenwärmebehandlung einer Ziehbearbeitung unterzogen, bei welcher eine Querschnittsflächenverringerung um 20% stattfindet. Die so gewonnenen Stangen haben folgende typischen Eigenschaften:

Tabelle 4

Zugfestigkeit kp/mm2 61,87 Fließfestigkeit kp/mm2 52,73 Dehnung (%) 17,5 Querschnittsverringerung (%) 55,6 (Fläche)

Es ergibt sich infolgedessen, dass das Ziehen von warmgewalzten Stangen ohne Zwischenwärmebehandlung zu einer Steigerung der Zugfestigkeit von ungefähr 45 kp/mm2 auf ungefähr 62 kp/mm2 beiträgt. Dies ist das herkömmliche Verfahren.

Beispiel 2

Dieses Beispiel illustriert nunmehr das Verfahren nach der Erfindung.

Stahlstangen der im Beispiel 1 angegebenen Schmelzen werden bei 935°C durch elektrisches Widerstandsheizen in ungefähr 2 Min. austenitisiert. Danach werden die Stangen mit Wasser abgeschreckt.

Die mechanischen Eigenschaften der Stangen nach dem Abschrecken, aber jedoch vor dem Ziehen sind die folgenden:

Tabelle 5

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 75,65 51,60 22,1% 60,6% II 69,60 48,72 22,9% 67,8% III 67,00 44,01 23,6% 69,1% IV 70,52 46,05 --- * 64,9% V 66,37 43,17 24,0% 65,7% VI 60,67 41,97 25,0% 72,4%

* Das Probestück zerbrach außerhalb der Längenlehre.

Die statistischen Daten für diese Schmelzen sind die folgenden:

Tabelle 6

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 69,83 3,29 75,65 66,37 9,28

keit kp/mm2 46,68 3,10 51,60 43,17 8,43

% Dehnung 23,52 0,98 25 22,1 2,9

verringerung 65,62 2,92 69,1 60,6 8,5 (Fläche)

Nach dem Abschrecken werden die Stangen zugespitzt, gereinigt und mit einer Querschnittsverringerung von 30% kalt gezogen. Die mechanischen Eigenschaften dieser Stangen sind die folgenden:

Tabelle 7

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 102,58 102,58 12,1% 52,9% 101,03 101,03 10,0% 43,7% 104,75 104,75 10,7% 47,3%

II 97,23 97,23 11,4% 53,2% 97,94 97,94 12,1% 54,9% 96,67 96,67 11,4% 55,1%

III 98,36 98,36 --- 54,8% 98,71 98,71 10,7% 50,1% 97,37 97,37 11,4% 52,0%

IV 102,93 102,93 11,4% 52,1% 103,84 103,84 10,0% 48,5% 102,26 102,26 11,4% 53,9%

V 110,10 110,10 9,3% 42,4%

VI 96,18 96,18 11,5% 52,0% 94,77 94,77 --- 53,1% 96,46 96,46 11,5% 53,5%

Die statistischen Parameter für diese Daten sind die folgenden:

Tabelle 8

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 100,10 3,96 110,10 94,77 15,32

keit kp/mm2 99,88 4,14 110,10 94,77 15,32

% Dehnung 11,06 0,79 12,1 9,3 2,8

verringerung 51,22 3,75 55,1 42,4 12,7 (Fläche)

Den vorstehenden Zahlen kann entnommen werden, dass die mittlere Zugfestigkeit nach dem Abschrecken aber vor dem Ziehen (Tabelle 6) 69 kp/mm2 beträgt, verglichen zu der mittleren Zugfestigkeit von ungefähr 45 kp/mm2 für warmgewalzten Stahl. Die Zugfestigkeit nach dem Ziehen (Tabelle 8) beträgt ungefähr 100 kp/mm2, verglichen zu der Zugfestigkeit von ungefähr 62 kp/mm2 für gezogene, warmgewalzte Stangen. Die Zahlen veranschaulichen auch die bei der Erfindung erzielbare, durch das Maß der Flächenverringerung angegebene Dehnbarkeit der Stangen, die mit einer bedeutsamen Steigerung der Festigkeit gepaart ist.

Beispiel 3

Es wird dasselbe Verfahren verwendet wie bei Beispiel 2, d.h. eine Reihe von Stangen aus den in Beispiel 1 angegebenen Schmelzen wird innerhalb von 2 Min. in einen austenitischen Stahl übergeführt, anschließend mit Wasser abgeschreckt und dann einem Kaltziehvorgang mit einer Querschnittsverringerung von 20% unterzogen.

Die Werte, incl. der statistischen Parameter für die erwähnten Stangen, sind in den folgenden Tabellen angegeben:

Tabelle 9

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 100,19 100,19 11,4% 46,9% 97,73 97,73 11,4% 55,8% 95,62 95,62 11,4% 52,8%

II 90,41 90,41 12,9% 59,7% 90,77 90,77 12,9% 56,3% 92,38 92,38 12,9% 61,6%

III 94,28 94,28 10,7% 66,9% 91,82 91,82 11,4% 50,4% 94,63 94,63 11,4% 50,4%

IV 97,30 97,30 11,4% 53,4% 96,53 96,53 12,1% 54.3% 96,04 96,04 12,1% 53,5%

V 103,28 103,28 10,0% 49,3%

VI 88,66 88,44 12,5% 59,4% 89,64 89,64 12,0% 55,4% 91,12 90,55 12,5% 53,9%

Tabelle 10

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 94,35 3,92 103,28 88,66 14,62

keit kp/mm2 94,35 3,97 103,28 88,44 14,83

% Dehnung 11,81 0,8 12,9 10 2,9

verringerung 55 4,88 66,9 46,9 20 (Fläche)

Wiederum kann ein bedeutsamer Anstieg in der Zugfestigkeit festgestellt werden, während die Dehnbarkeit, gemessen durch den Prozentsatz der Flächenverringerung im Vergleich zu warmgewalzten Stahl gleich bleibt.

Beispiel 4

Wiederum wird das gleiche Verfahren benutzt, wie es anhand des Beispiels 2 beschrieben ist. Stahlstangen von den in Beispiel 1 angegebenen Schmelzen werden in austenitischen Stahl umgewandelt, mit Wasser abgeschreckt und einem Kaltziehvorgang mit einer Querschnittsverringerung von 20 % unterzogen. Danach werden die Stangen bei einer Temperatur von 320°C einer Entspannungsbehandlung unterzogen, wie sie im US-Patent Nr. 3 908 431 beschrieben ist.

Die Werte für diese Stangen sind, nach der Entspannungsbehandlung, in den folgenden Tabellen angegeben:

Tabelle 11

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 95,83 95,83 13,6% 54,3% II 88,87 88,52 14,3% 61,3% III 93,09 92,73 12,9% 54,8% IV 94,35 94,35 14,3% 57,5% V 86,69 85,98 15,0% 60,8%

Tabelle 12

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 91,75 3,43 95,83 86,69 9,14

keit kp/mm2 91,47 3,68 95,83 85,98 9,84

% Dehnung 14,02 0,71 15 12,9 2,1

verringerung 57,74 2,92 61,3 54,3 7 (Fläche)

Die Daten der vorstehend angegebenen Stangen zeigen, dass die Entspannungsbehandlung hohe Zugfestigkeits- und Fließfestigkeitswerte ermöglicht, während wiederum anhand des Maßes der Flächenverringerung festzustellen ist, dass die Dehnbarkeit ein hohes Maß beibehält.

Beispiel 5

ter einer Querschnittsverringerung von 20% kalt gezogen.

Anschließend werden die Stangen bei einer Temperatur von 340°C einer Entspannungsbehandlung unterzogen, wie sie in dem US-Patent Nr. 3 908 431 beschrieben ist.

Die Werte für diese Stangen nach der Entspannungsbehandlung sind in den folgenden Tabellen angegeben:

Tabelle 13

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 96,60 94,84 15,0% 59,2% II 88,59 87,32 15,7% 61,9% III 89,57 88,52 15,7% 62,3% IV 91,82 91,12 15,0% 60,2% V 84,93 84,23 16,5% 61,6%

Tabelle 14

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 90,30 3,85 96,60 84,93 11,67

keit kp/mm2 89,20 3,58 94,84 84,33 10,61

% Dehnung 15,58 0,56 16,5 15 1,5

verringerung 61,04 1,16 62,3 59,2 3,1 (Fläche)

Vergleichbare Ergebnisse sind so erreicht.

Beispiel 6

Auch bei diesem Beispiel wird das Verfahren benutzt, wie es bei Beispiel 2 angegeben ist. Stahlstangen aus den Schmelzen von

Beispiel 1 werden in austenitischen Stahl übergeführt, mit Wasser abgeschreckt und anschließend unter einer Querschnittsverringerung von 20% kalt gezogen.

Anschließend werden die Stangen bei einer Temperatur von 365°C einer Entspannungsbehandlung gemäß dem US-Patent Nr. 3 908 431 unterzogen.

Tabelle 15

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 90,77 90,62 15,7% 61,3% II 86,90 85,84 17,1% 63,3% III 89,57 88,52 15,7% 60,2% IV 90,98 89,01 17,1% 62,5% V 93,44 90,62 17,1% 63,0% VI 85,28 83,17 16,0% 61,9%

Tabelle 16

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 89,49 2,70 93,44 85,28 8,15

keit kp/mm2 87,97 2,67 90,62 83,17 7,45

% Dehnung 16,45 0,66 17,1 15,7 1,4

verringerung 62,03 1,06 63,3 60,2 3,1 (Fläche)

Beispiel 7

Wiederum wird das gleiche Verfahren angewandt wie bei Beispiel 2. Die aus den Schmelzen gemäß Beispiel 1 stammenden Stahlstangen werden austenitisiert, mit Wasser abgeschreckt und anschließend bei einer Querschnittsverringerung von 30% kalt gezogen.

Anschließend werden die Stangen bei einer Temperatur von 320°C einer Entspannungsbehandlung unterzogen, die im US-Patent 3 908 431 beschrieben ist.

Die Daten für diese Stangen nach der Entspannungsbehandlung sind in den folgenden Tabellen angegeben:

Tabelle 17

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 104,41 104,41 13,6% 56,6% II 96,67 96,67 12,9% 56,6% III 96,95 96,95 13,6% 55,9% IV 99,27 99,27 14,3% 57,5%

Tabelle 18

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 99,33 3,10 104,41 96,67 7,73

keit kp/mm2 99,33 3,10 104,41 96,67 7,73

% Dehnung 13,6 0,50 14,3 12,9 1,4

verringerung 56,65 0,57 57,5 55,9 1,6 (Fläche)

Beispiel 8

Auch bei diesem Beispiel wird das gleiche Verfahren angewendet wie bei Beispiel 2. Die aus dem Beispiel 1 angegebenen Schmelzen stammenden Stangen werden austenitisiert, mit Wasser abgeschreckt und anschließend bei einer Querschnittsverringerung von 30% kalt gezogen.

Anschließend werden die Stangen bei einer Temperatur von 340°C einer Entspannungsbehandlung unterzogen, wie sie im US-Patent Nr. 3 908 431 beschrieben ist.

Tabelle 19

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 98,08 98,08 14,3% 56,9% II 94,49 94,49 15,0% 60,2% III 94,84 94,84 14,3% 59,2% IV 97,73 97,73 14,3% 60,2 % V 91,82 90,55 15,0% 59,9%

Tabelle 20

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 95,39 2,30 98,08 91,82 6,25

keit kp/mm2 95,14 2,71 98,08 90,55 7,52

% Dehnung 14,58 0,34 15,0 14,3 0,7

verringerung 59,3 1,24 60,2 56,9 3,3 (Fläche)

Beispiel 9

Es wird wiederum das gleiche Verfahren angewandt wie bei Beispiel 2, d.h. die von den Schmelzen in Beispiel 1 stammenden Stangen werden in austenitischen Stahl umgewandelt, mit Wasser abgeschreckt und anschließend bei einer Querschnittsverringerung von 30% kalt gezogen.

Anschließend werden die Stangen bei einer Temperatur von 365°C einer Entspannungsbehandlung unterzogen, wie sie in der bereits erwähnten US-Patentschrift Nr. 3 908 431 beschrieben ist.

Tabelle 21

Nr. kp/mm2 kp/mm2 Dehnung verringerung I 96,60 96,60 14,3% 59,5% II 91,12 91,12 15,0% 62,6% III 91,61 91,61 15,7% 62,5% IV 96,60 96,60 15,0% 62,0 % V 87,88 86,34 16,0% 62,4%

Tabelle 22

Eigenschaften Durchschnitt abweichung Maximum Minimum Bereich

Zugfestigkeit kp/mm2 92,87 3,22 96,60 87,88 7,73

keit kp/mm2 92,17 3,95 96,60 86,34 10,26

% Dehnung 15,2 0,60 16,0 14,3 1,7

verringerung 61,8 1,17 62,6 59,5 3,1 (Fläche)

Die Werte von den vorstehenden Beispielen sind in den folgenden Tabellen zusammengefasst:

Tabelle 23

Zusammenfassung der Durchschnittswerte der mechanischen Eigenschaften 20% kaltgezogen

warmge- mit Wasser kalt- Entspannungsbehandlung Eigenschaften walzt abgeschreckt gezogen 320°C 340°C 365°C

Zugfestigkeit kp/mm2 44,99 69,60 94,21 91,40 89,99 89,29

keit kp/mm2 28,82 46,40 94,21 91,40 88,59 87,88

% Dehnung 37 23 11,8 14 15,6 16,5

verringerung 69 65 55 57 61 62 (Fläche)

30% kaltgezogen

Zugfestigkeit kp/mm2 44,99 69,60 99,84 99,13 95,62 92.80

keit kp/mm2 28,82 46,40 99,84 99,13 94,91 92,10

% Dehnung 37 23 11 13,6 14,6 15,2

verringerung 69 65 51 55,7 59,3 61,8 (Fläche)

Auf herkömmliche Weise 20'% kaltgezogener 1018-Stahl

Zugfestigkeit kp/mm2 61,87

Fließfestigkeit kp/mm2 52,73

% Dehnung 17,5

% Querschnittsverringerung 55,6 (Fläche)

Die vorstehenden Werte zeigen, dass bei Anwendung der Erfindung ein Stahl zur Verfügung gestellt werden kann, bei dem die beim ursprünglichen warmgewalzten Stahl vorhandene Festigkeit von ungefähr 45 kp/mm2 praktisch verdoppelt ist und dann eine Festigkeit aufweist von ungefähr 92 kp/mm2. Bedeutsam ist dabei die Tatsache, dass die erzielte Festigkeitszunahme sehr viel größer ist, als sie jemals beim Kaltziehen eines warmgewalzten Stahles erreichbar wäre. Das Verfahren nach dem Stand der Technik ermöglicht lediglich eine Festigkeit von ungefähr 62 kp/mm2 für den warmgewalzten Stahl, wobei dieser gezogen wurde, verglichen zu der Zugfestigkeit von 94 kp/mm2, die gemäß der Erfindung erzielt wurden. Darüber hinaus ist zu bemerken, dass der Prozentsatz der Flächenverringerung - ein Maß für die Dehnbarkeit - durch das erfindungsgemäße Verfahren nur geringfügig beeinflusst wird, wodurch ein Stahl mit extrem hohen Festigkeitswerten geschaffen wird, der sein hohes Maß an Dehnbarkeit beibehält.

Beispiel 10

Bei diesem Beispiel wird ein Stahl mit einem höheren Kohlenstoffgehalt, nämlich der AISI/SAE Stahl Nr. 1144 verwendet. Dieser Stahl hat in warmgewalzter Form nach dem Kaltziehen und dem Ziehen bei erhöhter Temperatur die folgenden mechanischen Eigenschaften:

Tabelle 24

erhöhte Temperatur Eigenschaften warmgewalzt kaltgezogen gezogen bei 340°C

Zugfestigkeit kp/mm2 75,44 104,19 116,22

keit kp/mm2 42,32 103,07 114,74

% Dehnung 16 7 6

verringerung 30 23,6 16,5 (Fläche)

Die Stangen des 1144-Stahls werden bei einer Temperatur von 850°C in den austenitischen Zustand übergeführt und anschließend bei einer Temperatur von 340°C eine Minute lang mit geschmolzenem Blei abgeschreckt. Die Stangen werden anschließend bei einer erhöhten Temperatur von 340°C und einer Querschnittsverringerung von 20% gezogen. Die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften sind die folgenden:

Tabelle 25

Zugfestigkeit kp/mm2 127,75

keit kp/mm2 125,57

% Dehnung 8

Verringerung 27,8 (Fläche)

Es kann den vorstehenden Werten entnommen werden, dass die Festigkeit drastisch gegenüber denjenigen Werten verbessert ist, die entweder beim kalten Ziehen oder beim Ziehen mit erhöhter Temperatur erreichbar sind. Es ist indes nicht nur die Festigkeit verbessert, auch die anhand des Prozentsatzes der Flächenverringerung gemessene Dehnbarkeit ist vergleichbar zu derjenigen des warmgewalzten Ausgangsmaterials.

Beispiel 11

Es wird wiederum der gleiche Stahl verwendet, wie beim Beispiel 10. Die Stahlstangen werden bei einer Temperatur von 1000°C in austenitischen Zusand überführt, anschließend bei 340°C eine Minute lang mit Hilfe von geschmolzenem Blei abgeschreckt und dann bei einer erhöhten Temperatur von 340°C mit einer Querschnittsverringerung von 20% gezogen. Die Eigenschaften der auf diese Weise gewonnenen Stangen sind die folgenden:

Tabelle 26

Zugfestigkeit kp/mm2 127,40

keit kp/mm2 125,15

% Dehnung 10

Verringerung 33,2 (Fläche)

Wiederum kann ein beachtlicher Anstieg in der Festigkeit verzeichnet werden.

Beispiel 12

Auch bei diesem Beispiel wird das gleiche Verfahren angewandt wie bei Beispiel 11, in dem die 1144-Stahlstangen bei einer Temperatur von 1000°C in den austenitischen Zustand übergeführt werden, eine Minute lang mit geschmolzenem Blei abgeschreckt und anschließend bis auf Zimmertemperatur luftgekühlt werden. Die Stangen werden dann auf 340°C erhitzt und bei dieser Temperatur mit einer Querschnittsverringerung von 20% gezogen. Die mechanischen Eigenschaften dieser Stangen sind nachfolgend dargestellt.

Tabelle 27

Zugfestigkeit kp/mm2 136,75

keit kp/mm2 136,26

% Dehnung 7

Verringerung 26,5 (Fläche)

Ein Vergleich der Beispiele 11 und 12 enthüllt, dass der dazwischen liegende und dem Abschrecken folgende Luftkühlungsschritt keinen schädlichen Effekt auf die Erfindung hat. Ohne nunmehr die Erfindung darauf beschränken zu wollen, wird vermutet, dass der Grund hierfür in der Tatsache liegt, dass das Abschrecken eine vollständige Umwandlung des austenitischen Stahls in eine feine Mischung von nadelförmigem, voreutektoiden Ferrit und ein feinverteiltes eutektoides Gemisch von Ferrit und Eisenkarbid bewirkt. Die vollständige Umwandlung ist eine der charakteristischen Merkmale dieser Erfindung und unterscheidet sie von dem in dem US-Patent 3 240 634 beschriebenem Verfahren. Bei dem bekannten Verfahren wird der Stahl bearbeitet, ehe die Umwandlung vom Austenit zum Bainit vollendet ist, während bei der Erfindung die Umwandlung vom Austenit zu Ferrit im wesentlichen vollzogen ist, ehe die Bearbeitung beginnt. Die Stähle unterscheiden sich daher ganz merkbar in den sich ergebenden mechanischen Eigenschaften.

Leerseite

Figuren

Claims

1. Verfahren zum Verfestigen von Kohlenstoffstahl, bei welchem in einem ersten Schritt derselbe derart rasch auf eine Temperatur innerhalb des austenitischen Bereiches erhitzt wird, dass das Kornwachsen des austenitischen Korns ausreichend minimiert wird, bei welchem in einem zweiten Schritt der austenitische Kohlenstoffstahl durch Kühlen in eine feine Mischung von nadelförmigen voreutektoiden Ferrit und fein verteiltem eutektoiden Aggregat aus Ferrit und Eisenkarbid überführt wird und bei dem in einem dritten Schritt der sich ergebende Stahl bearbeitet wird, um denselben zu verfestigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kohlenstoffstahl einen Kohlenstoffgehalt aufweist, der zwischen 0,1 Gew.% Kohlenstoff und der eutektoiden Kohlenstoffgrenze für den Stahl liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kohlenstoffstahl einen Kohlenstoffanteil zwischen 0,1 und 0,5 Gew.% aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl bis in den austenitischen Bereich hin auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die zwischen 740°C und 1100°C liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl in weniger als 10 Minuten in den austenitischen Bereich hinein aufgeheizt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch das Werkstück in den austenitischen Bereich hinein aufgeheizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl mit Wasser abgeschreckt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl durch Extrudieren durch ein Reduzierformwerkzeug bearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit Hilfe des Extrudierwerkzeuges die Querschnittsfläche des Stahls in einem Bereich zwischen 5 und 90% verringert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bearbeitung bei einer Temperatur ausgeführt wird, die unter der unteren kritischen Temperatur für den Stahl liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem Schritt der Stahl entspannungsgeglüht wird, um so einen Stahl herzustellen, der gute mechanische Eigenschaften besitzt und eine geringe Eigenspannung aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl ausgerichtet wird.

13. Vorverfestigtes Stahlwerkstück, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es aus einem Kohlenstoffstahl besteht, der aus einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gewonnen wurde.

14. Stahlwerkstück gemäß Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl einen Kohlenstoffanteil aufweist, der zwischen 0,1 Gew.% und der eutektoiden Kohlenstoffgrenze liegt.

15. Stahlwerkstück gemäß Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl gemäß der nordamerikanischen Norm AISI/SAE 1018 ausgebildet ist.

16. Vorverfestigtes, entspannungsgeglühtes Stahlwerkstück, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es aus einem gemäß dem im Anspruch 11 angegebenen Verfahren gewonnene Kohlenstoffstahl geformt ist.

17. Stahlwerkstück nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl 0,1 bis 0,8 Gew.% Kohlenstoff, 0,5 bis 1,65 Gew.% Mangan, 0,01 bis 0,5 Gew.% Schwefel und 0,1 bis 0,35 Gew.% Silizium und als Rest Eisen und die gewöhnlichen Verunreinigungen enthält.

18. Verfahren zum Verfestigen eines übereutektoiden Kohlenstoffstahls, bei welchem in einem ersten Schritt der Stahl derart rasch auf eine Temperatur innerhalb des austenischen Bereiches erhitzt wird, dass das Kernwachstum des austenitischen Kerns im ausreichenden Maße minimiert wird, in einem weiteren Schritt der austenitische Stahl abgeschreckt wird, um so eine feine Mischung von nadelförmigem, voreutektoiden Ferrit und fein verteiltem, eutektoiden Aggregat von Ferrit und Eisenkarbid zu erzeugen, bei dem in einem weiteren Schritt der sich ergebende Stahl bei einer Temperatur bearbeitet wird, die bis zu der unteren kritischen Temperatur heranreicht, um so denselben zu verfestigen und bei dem der Stahl in einem vierten Schritt einem Entspannungsglühen unterzogen wird, um so einen Stahl zu erzeugen, der hohe mechanische Eigenschaften mit einer geringen Eigenspannung verbindet.

19. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kohlenstoffstahl einen Kohlenstoffanteil zwischen 0,1 und 0,5 Gew.% aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl bis in den austenitischen Bereich hinein auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die zwischen 740°C und 1100°C liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl in weniger als 10 Minuten in den austenitischen Bereich hinein aufgeheizt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch das Werkstück in den austenitischen Bereich hinein aufgeheizt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl mit Wasser abgeschreckt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl durch Extrudieren durch ein Reduzierformwerkzeug bearbeitet wird.

25. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl ausgerichtet wird.

26. Vorverfestigtes Stahlwerkstück, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es aus einem Kohlenstoffstahl gebildet ist, der gemäß dem im Anspruch 18 angegebenen Verfahren erzeugt wurde.

27. Verfahren zum Verfestigen eines übereutektoiden Kohlenstoffstahls, bei welchem in einem ersten Schritt elektrischer Strom durch den Stahl hindurchgeführt wird, um so den Stahl im wesentlichen gleichmäßig über seine Querschnittsfläche rasch auf eine Temperatur zu erhitzen, die im austenitischen Bereich liegt, wobei die Erwärmungsgeschwindigkeit ausreichend gewählt werden muss, um das Kornwachsen des austenitischen Korns zu minimieren, bei welchem in einem zweiten Schritt der austenitische Stahl abgeschreckt wird, um eine feine Mischung von nadelförmigem Ferrit und fein verteilten eutektoiden Aggregat von Ferrit und Eisenkarbid zu erzielen und bei dem in einem dritten Schritt der sich ergebende Stahl zum Verfestigen desselben bei einer Temperatur bearbeitet wird, die bis zu der unteren kritischen Temperatur für den Stahl heranreichen kann.

28. Verfahren nach Anspruch 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kohlenstoffstahl einen Kohlenstoffanteil zwischen 0,1 und 0,5 Gew.% aufweist.

29. Verfahren nach Anspruch 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl in weniger als 10 Minuten in den austenitischen Bereich hinein aufgeheizt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stahl mit Wasser abgeschreckt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem weiteren Schritt der Stahl einem Entspannungsglühen unterzogen wird, um so einen Stahl mit guten mechanischen Eigenschaften und mit einer niedrigen Eigenspannung zu erzielen.