DE2900022B2 - Verfahren zum Herstellen von Profilen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Angestrebt wird der Einsatz von Profilen mit hohen Festigkeitskennwerten im Lieferzustand zur Verwendung als Konstruktionsteile dann, wenn hohe Bauteilfe- < >o stigkeiten bei kleinen Gewichten erzielt werden'sollen, z. B. für Fahrzeugteile, Hydraulikzylinder, Stahlhochbauteile oder, wenn bei der konstruktiven Begrenzung der Abmessungen hohe Belastungen zwangsläufig sind, wie z. B. bei ölfeldrohren für die Bohrtechnik.

In bekannter Weise werden bei der Warmherstellung von z. B. nahtlosen Rohren naturharte Stähle mit höheren Kohlenstoffgehalten bis zu 0,50% C und/oder anderen festigkeitssteigernden Legierungszusätzen eingesetzt Bei der Herstellung von aus Bändern oder Blechen geformten und ggfs. zum Rohrprofil verschweißten Profilen stößt der Einsatz derartiger Stähle bei der Kaltverarbeitung, Zerteilen, Besäumen, Einformen zum Profil wegen des hohen Formänderungswiderstandes und bei der maschinellen Schweißung, insbesondere wegen mangelnder Hochfrequenz-Schweißbarkeit auf bisher nicht zu überwindende Schwierigkeiten.

Die Beeinträchtigung der maschinellen Hochfrequenz-Schweißbarkeit könnte zwar sowohl durch den Einsatz der nach dem Warmwalzen flüssigkeitsvergüteten Stähle (z. B. STE 70, Merkblatt 365, »Feinfcornbaustähle für geschweißte Konstruktionen«, Teil C, Beratungsstelle für Stahlverwendung, Düsseldorf, 1. Auflage 1972) als auch durch den Einsatz von gegenüber den normalgeglühten Feinkornbaustählen (Merkblatt 365, Teil B) mit erhöhten Streckgrenzen hergestellten Feinkornstähien vermieden werden. Es besteht jedoch auch hier das Problem, daß der Werkstoff zwar die für den Lieferzustand geforderte hohe Festigkeit hat, aber aufgrund des hohen Formänderungswiderstandes für die Kaltverarbeitung zu Profilen nicht geeignet ist. In der Praxis haben diese Gegebenheiten bei der Herstellung von z. B. geschweißten Rohren zu einer Begrenzung der Streckgrenze der Profile auf etwa 500 N/mm² und der Zugfestigkeit auf etwa 650 N/mm² geführt Die Rohre müssen demgemäß aus Bändern oder Blechen weicher Güten mit einer Streckgrenze bis 500 N/mm² geformt, geschweißt und bei höheren Anforderungen an die Streckgrenze Hüssigkeitsgehärtet und angelassen, d. h. vergütet werden.

Die Erhöhung von Zugfestigkeit und Streckgrenze durch eine Flüssigkeitshärtung und ein Anlassen (Vergüten) ist jedoch kostenaufwendig und nachteilig, weil die zuvor erzeugten höheren Festigkeitswerte wieder verlorengehen, wenn nachfolgend eine austenitisierende Wärmebehandlung, beispielsweise ein Normalisieren, Warmumformen etc. vorgenommen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden und auf verhältnismäßig einfache und daher auch kostengünstige Weise unter Vermeidung einer aufwendigen Vergütung eine Herstellung hochfester Profile, insbesondere geschlossener Rohrprofile mit einer Streckgrenze von mehr als 500 N/mm², einer Zugfestigkeit von mehr als 600 N/mm² und hoher Zähigkeit einschließlich des erforderlichen maschinellen Schweißens ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte gelöst:

a) das aus einem ausscheidungshärtbaren Feinkornstahl bestehende Stahlband oder -blech wird aus der Walzhitze nach dem letzten Walzstich von einer Endwalztemperatur oberhalb der Ai-Temperatur auf eine Temperatur von etwa 40O⁰C überalternd warmausgelagert und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt;

b) das Stahlband oder -blech wird zu einem offenen Profil kaltverarbeitet;

c) das Profil wird einer Lösungsglühung zur Auflösung der groben Ausscheidungen unterworfen und anschließend zur Bildung feinverteilter Ausscheidungen ^Karbide, Nitride, Karbonitride) abgekühlt.

Unter einem ausscheidungshärtbaren Feinkornstahl

wird dabei bevorzugter Weise ein Stahl verstanden, der eine Zusammensetzung von

0,13 bis 035%
0,10 bis 0,80%
0,90 bis 1,70%
max. 0,035%
max. 0,035%
max. 0,70%
max. 0,80%
max. 0,020%
max. 0,08%
0,02 bis 0,20%

Kohlenstoff

Silizium

Mangan

Phosphor

Schwefel

Kupfer

Nickel

Stickstoff

Aluminium

Niob und/oder Titan

und/oder Vanadium

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen hat und der im fertigen Zustand eine ASTM-Korngröße von feiner 6 aufweist. Mit Vorteil wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Oberalternde Warmauslagerung des ausscheidungshärtbaren Feinkornstahls, bei der keine ICornverfeinerung erfolgt, während des Abkühlens des oberhalb der Ai-Temperatur, vorzugsweise bei 850 bis 750⁰C zu einem Bund gehaspelten Stahlbandes durchgeführt.

Durch diese verhältnismäßig hohen Haspeltemperaturen mit nachfolgender Abkühlung allein durch die natürliche Wärmeabstrahlung des Bundes wird eine verlangsamte Abkühlungsgeschwindigkeit erreicht, durch die feinverteilte Ausscheidungen vermieden und koagulierte Ausscheidungen erreicht werden. Eine entsprechende Gefügeausbildung wird nach der Erfindung bei Blechen durch eine Ofenabkühlung, durch die Abstrahlung und Konvektion verhindert werden, aus der Walzhitze erreicht Sowohl beim gehaspelten Stahlband als auch beim Stahlblech ist es wesentlich, daß die verlangsamte Abkühlung bis zu einer Temperatur von 400⁰C geführt wird, während die nachfolgende Abkühlung auf Raumtemperatur in beliebiger Weise durchgeführt wird.

Aufgrund des durch die Warma.'jslagerung erzielten niedrigen Formänderungswiderstandes des Stahlbandes bzw. -bleches kann dieses ohne Schwierigkeiten zu einem zunächst offenen Profil kaltverarbeitet, d.h. zerteilt, besäumt, eingeformt, kalibriert und gerichtet werden. Ein auf diese Weise kalt hergestelltes offenes Profil wird nach der Erfindung bevorzugter Weise vor der weiteren Behandlung zu einem geschlossenen Rohrprofil verschweißt

Die nach der Erfindung hergestellten offenen bzw. geschlossenen Profile werden nachfolgend, um eine Ausscheidungshärtung, die auch als Teilchenhärtung so und Feinkornhärtung bezeichnet wird, herbeizuführen, zur Auflösung der groben Ausscheidungen einer Lösungsglühung oberhalb der Ac3-Temperatur mit nachfolgender Abkühlung unterworfen. In jedem Fall soll durch die Art der Abkühlung die Bildung feinverteilter Karbide, Nitride und Karbonitride bei gleichzeitiger Feinkornbildung erreicht werden. Wird die Erfindung im Rahmen der Herstellung streckreduzierter Rohre angewendet, so wird in vorteilhafter Weise die Temperatur der Lösungsglühung gleich der Temperatur gewählt, mit der das Streckreduzieren des Ausgangsrohres begonnen wird,d. h.der Anstichtemperatur. Eine gesonderte Lösungsglühung ist dann bei diesen streckreduzierten Rohren nicht mehr erforderlich, da die dem Lösungsglühen folgende Abkühlung während des Streckreduzierens bzw. irr, unmittelbaren Anschluß daran erfolgt.

Eine gegebenenfalls erforderliche Nachausscheidung von Nitriden, Karbiden bzw. Karbonitriden und dementsprechend eine Verbesserung der angestrebten Eigenschaften der Fertigprodukte wird durch ein Anlassen bei einer Temperatur von 500 bis 600⁰C erzielt Mit Vorteil kann dieses Anlassen auch in der Weise durchgeführt werden, daß die dem Lösungsglühen folgende Abkühlung unterbrochen und im Bereich von 500 bis 600⁰C mit verminderter Abkühlungsgeschwindigkeit fortgeführt wird.

Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind im wesentlichen zunächst darin zu sehen, daß auf kostengünstige Weise, und zwar unter Vermeidung einer aufwendigen Flüssigkeitsvergütung hochfeste Profile, insbesondere geschlossene Rohrprofile einschließlich des erforderlichen maschinellen Schweißens herstellbar sind. Insbesondere wird durch dieses Verfahren und den zum Einsatz gelangenden ausscheidungshärtbaren Feinkornstahl die mangelnde maschinelle Schweißbarkeit bisher eingesetzter Stähle beseitigt und gleichzeitig eine ausreichende Kaltverarbeitungs/ähigkeit während des Herstellungsverfahrens erreicht.

Im folgenden ist das Verfahren nach der Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein Stah! mit einer chemischen Zusammensetzung von

0,28%	Kohlenstoff
1,5%	Mangan
0,32%	Silizium
0,015%	Schwefel
0,025%	Phosphor
0,03%	Aluminium
0,12%	Vanadinium
0,015%	Stickstoff

Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen wird nach dem Warmwalzen zum Band, vorzugsweise Warmbreitband ohne Zwischenkühlung nach dem letzten Walzstich bei einer Temperatur von etwa 750°C zu einem Bund gehaspelt und an ruhender Luft bis 400⁰C abgekühlt

Bei dieser Abkühlung des Bundes von der Haspeltemperatur auf 400⁰C wird die natürliche Wärmespeicher-(ähigkeit des Bundes für das überalternde Warmauslagern genutzt, bei dem die Ausscheidung und Koagulation der Karbide, Nitride und Karbonitride unter Vermeidung einer Kornverfeinerung weitgehend vollständig ablaufen. Die weitere Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt auf beliebige Weise. Das Warmbreitband weist nach der vollständigen Abkühlung auf Raumtemperatur bzw. dem Überaltern eine Streckgrenze von 455 N/mm² und eine Zugfestigkeit von 650 N/mm² auf.

Das Warmbreitband wird darauf in Streifen zerteilt, soweit erforderlich besäumt und nachfolgend kalt umgeformt, im vorliegenden Beispiel im Durchlaufverfahren zu einem Schlitzrohr eingeformt, das mittels einer Hochfrequenz-Schweißeinrichtung zu einem Rohr mit einem Durchmesser von 159 mm verschweißt wird.

Dieses Rohr wird auf eine Temperatur von etwa 1030⁰C erwärmt und mit dieser Temperatur als Anstichtemperatur in einem Streckreduzierverfahren auf den gewünschten Durchmesser von 60,3 mm gewalzt. Das fertige Rohr wird auf einem Kühlbett an ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.

Während des Aufheizens bzw. Haltens des Rohres auf Walztemperatur werden die groben Karbide, Nitride

und Karbonitride im Stahl gelöst und während der Abkühlung bzw. nach dem Walzen fein verteilt bei gleichzeitiger Feinkornbildung ausgeschieden.

Das fertige Rohr weist nach dieser Behandlung eine Streckgrenze von 648 N/mm² und eine Zugfestigkeit von 845 N/mm² auf.

Claims (6)

10 15 20 25 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Profilen mit einer Streckgrenze von >500 N/mm², einer Zugfestigkeit von >600 tl'mm² und hoher Zähigkeit aus warmgewalztem Stahlband oder -blech aus mikrolegierten, schweißbaren Feinkornstähien, gekennzeichnet durch die Kombination der an sich bekannten Verfahrensschritte:

a) das aus einem ausscheidungshärtbaren Feinkornstahl bestehende Stahlband oder -blech wird aus der Walzhitze nach dem letzten Walzstich von einer Endwalztemperatur oberhalb der Ai-Temperatur auf eine Temperatur von etwa 400⁰C überalternd warmausgelagert und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt;

b) das Stahlband oder -blech wird zu einem offenen Profil kaltverarbeitet;

c) das Profil wird einer Lösungsglühung zur Auflösung der groben Ausscheidungen unterworfen und anschließend zur Bildung feinverteilter Ausscheidungen (Karbide, Nitride, Karbonitride) abgekühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das offene Profil zu einem geschlossenen Rohrprofil verschweißt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Rohrprofil mit einer der Lösungsglühtemperatur entsprechenden Anstichtemperatur streckreduziert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile bei einer Temperatur von 500 bis 600° C angelassen werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Lösungsglühen folgende Abkühlung unterbrochen und im Bereich von 500 bis 600°C mit verminderter Abkühlungsgeschwindigkeit fortgeführt wird.

6. Die Verwendung eines ausscheidungshärtbaren Feinkornstahls als Werkstoff zur Herstellung von maschinell geschweißten insbesondere hochfrequenzgeschweißten hochfesten Profilen, insbesondere Rohren, die ohne Vergütung eine Streckgrenze von > 500 N/mm², eine Zugfestigkeit von >600 N/mm² und hohe Kerbschlagzähigkeit aufweisen.