DE3012139A1 - High tensile, hot rolled steel plate - with very high notch toughness at sub-zero temps. in rolled state, and suitable for welding - Google Patents
High tensile, hot rolled steel plate - with very high notch toughness at sub-zero temps. in rolled state, and suitable for weldingInfo
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Abstract
Description
Ein gesteuertes Walzverfahren wurde bereits in weitem UmfangA controlled rolling process was already widely used
bei der Herstellung von Stahlrohren für Rohrleitungen angewendet, die niedrigen oder extrem niedrigen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind. In den letzten Jahren gewann ein neues kontrolliertes Walzverfahren gesteigerte Aufmerksamkeit, das als wkontrolliertes Walzverfahren mit Niedertemperatur-Erhitzung" bezeichnet werden kann. In diesem Verfahren wird die Temperatur des Erhitzens auf einen Bereich abgesenkt, der von gerade über dem Ac3-Punkt bis 1000 OC reicht. Beachtung findet ferner ein weiteres neues Walzverfahren, bei dem das sogenannte Zweiphasen-(y-a) Bereichswalzen im Temperaturbereich vom Ar3-Punkt bis zum Ar1-Punkt durchgeführt wird; vgl.used in the manufacture of steel pipes for pipelines, that are exposed to low or extremely low operating temperatures. In the In recent years a new controlled rolling process has received increased attention, referred to as the controlled rolling process with low-temperature heating " can be. In this procedure, the temperature of the heating is applied to an area which ranges from just above the Ac3 point to 1000 OC. Attracts attention also another new rolling process in which the so-called two-phase (y-a) Area rolling carried out in the temperature range from the Ar3 point to the Ar1 point will; see.
US-PSen 4 105 474 und 4 138 278, JP-ASen 7 291/74 und 7 292/74, sowie JP-OS 61 423/76.U.S. Patents 4,105,474 and 4,138,278, JP-A's 7 291/74 and 7 292/74, and JP-OS 61 423/76.
Vorteile dieser bekannten Verfahren bestehen in der merklichen Verbesserung der Bruch-Übergangstemperatur in der DWTT- oder Charpy-Prüfung (Maß für die Fähigkeit,einen Sprödbruch zu verhindern) in Verbindung mit der merklichen Xornverfeinerung (einschließlich der Subkdrner) und der erhöhten Ausscheidungsdichte sowie ferner in der Tatsache, daß sogar dann ein günstiger Kompromiß zwischen Festigkeit und Zähigkeit (Bruch-übergangstemperatur) erhalten werden kann, wenn das Walzen im Zweiphasengebiet zum-Zweck der Verbesserung der Festigkeit der Stähle durchgeführt wird.Advantages of these known methods are the noticeable improvement the break transition temperature in the DWTT or Charpy test (measure of the ability to To prevent brittle fracture) in connection with the noticeable Xorn refinement (including the Subkdrner) and the increased excretion density as well as in the fact that even then a favorable compromise between strength and toughness (break transition temperature) can be obtained when rolling in the two-phase region for the sake of improvement the strength of the steels.
Die Walzprodukte dieser bekannten Verfahren sind deshalb in ihrem "walzhartem Zustand" mannigfach verwendbar, nicht nur als Rohrleitungsmaterial, sondern auch beispiolswese für Druckgefäße.The rolled products of these known processes are therefore in theirs "as hard as rolled" can be used in many ways, not only as pipeline material, but also, for example, for pressure vessels.
Nachteile der bekannten Verfahren bestehen jedoch darin, daß (1) die Anisotropie der Stähle beim Walzen nach dem bekannten Verfahren vergrößert wird, wobei sich die Eigenschaf- ten in Normalenrichtung des Bleches verschlechtern, und eine geringere Energieabsorption (Brucharbeit) in der Charpy-, DWTT- und anderen ähnlichen Prüfungen verursacht wird (Verschlechterung der Sprödbruch-Verhinderung), was auf die erhöhte Ausscheidungsdichte zurückzuführen ist, und (2) bei sehr guter Tieftemperatur-Zähigkeit (Sprödbruch-Verhinderung) des Grundmetalls (nachstehend als "Grundmetall-Zähigkeit" bezeichnet) die Zähigkeit im Bereich der durch Schweißen verursachten Hitzeeinwirkung (nachstehend als "HAZ-Zähigkeit" bezeichnet) der Grundmetall-Zähigkeit nicht ebenbürtig ist.However, disadvantages of the known methods are that (1) the Anisotropy of the steels is increased during rolling according to the known method, whereby the property deteriorate in the normal direction of the sheet, and lower energy absorption (work of fracture) in the Charpy, DWTT and others similar tests are caused (deterioration of the brittle fracture prevention), which is due to the increased precipitation density, and (2) very good Low-temperature toughness (brittle fracture prevention) of the base metal (hereinafter referred to as "base metal toughness") the toughness in the range of by welding caused heat exposure (hereinafter referred to as "HAZ toughness") of the base metal toughness is not equal.
Infolge dieser Nachteile sind die Anwendungsmöglichkeiten der Walzprodukte der bekannten Verfahren begrenzt und eine breite Verwendung hat bisher nicht stattgefunden.As a result of these disadvantages are the possible uses of the rolled products the known processes are limited and widespread use has not yet taken place.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines im Walzzustand hochfesten und hochzähen Stahles zu s-haffen, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist. Die erhaltenen Stahlprodukte sollen geringere Anisotropie, hohe Brucharbeit in der Charpy-, DWTT- und ähnlichen Prüfungen, hervorragende Zähigkeit in den Schweißbereichen und einen guten Kompromiß zwischen Zähigkeit und Festigkeit aufweisen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.The invention is based on the object of a method for production a high-strength and highly ductile steel in the as-rolled state, the above does not have the disadvantages mentioned. The steel products obtained should be lower Anisotropy, high fracture work in Charpy, DWTT and similar tests, excellent Toughness in the weld areas and a good compromise between toughness and Have strength. This object is achieved by the invention.
Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen gekannzeichneten Gegenstand.The invention relates to what is stated in the claims Object.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene im Walzzustand hochfeste und hochzähe (walzharte) Stahl besitzt hervorragende Zähigkeit in den nicht geschweißten (Grundmetall) und den geschweißten Bereichen. Er eignet sich deshalb für Verwendungen, bei denen ein Schweißen erforderlich ist.The as-rolled condition obtained by the process according to the invention high-strength and high-toughness (mill-hard) steel has excellent toughness in the non-welded (base metal) and the welded areas. He is suitable therefore for uses where welding is required.
Eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Stahl mit einem extrem vermindertem Siliciumgehalt und mit einem Zusatz von sehr kleinen Mengen Ca und Ti nach dem Stranggießverfahren zu einer Bramme mit einer Dicke von höchstens 300 mm gegossen und daß dieBramme auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur im Bereich von 900 bis 10000C erhitzt und einem kontrollierten Walzen unterzogen wird.One of the features of the present invention is that a Steel with an extremely reduced silicon content and with an addition of very small amounts of Ca and Ti by the continuous casting process into a slab with a Thickness of not more than 300 mm cast and that the slab on a relatively low Temperature in the range from 900 to 10000C heated and a controlled rolling is subjected.
Infolge dieser erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird die Anisotropie der erhaltenen Stahlprodukte deutlich vermindert, die Brucharbeit in der Charpy- und ähnlichen Prüfungen zeigt deutliche Verbesserungen und die HAZ-Zähigkeit ist ebenfalls merklich verbessert.As a result of this procedure according to the invention, the anisotropy of the steel products obtained, the work of fracture in the Charpy and similar tests shows significant improvements and the HAZ toughness is also noticeably improved.
Die Verminderung der Brucharbeit wird durch das Auftreten einer Ausscheidung im Stoßbruch verursacht und hauptsächlich durch die Entwicklung von nicht-rekristallisierten Kornzonen von ausgedehnten MnS- und Austenit-Körnern oder durch die Entwicklung einer (100)-Textur parallel zur Blechebene infolge des Wikxns im y-X- Zweiphaseegebiet verstärkt.The reduction in the work of fracture is due to the occurrence of precipitation caused in shock fracture and mainly by the development of non-recrystallized Grain zones from extensive MnS and austenite grains or through development a (100) texture parallel to the sheet plane as a result of the Wikxns in the y-X two-phase area reinforced.
Als Mittel zur Verbesserung der Brucharbeit wurden Versuche durchgeführt, bei denen der Siliciumgehalt besonders stark vermindert und die Gestalt und Form der Sulfide durch Zusatz von Ca gesteuert wurde, um die Aüsscheidung infolge der Anwesenheit von MnS zu vermindern. Dabei wurde erstmals festgestellt, daß der Zusatz von Ca eine bemerkenswerte Wirksamkeit bei der Verhinderung der Ausscheidung zeigt.As a means of improving the work of fracture, experiments have been carried out in which the silicon content is particularly strongly reduced and the shape and form the sulfide was controlled by the addition of Ca to the excretion as a result of the Decrease the presence of MnS. It was found for the first time that the addition of Ca shows remarkable efficacy in preventing excretion.
Die erstrebte Verbesserung der Zähigkeit in den geschweißten Bereichen wurde dadurch erreicht, daß ein Stahl mit geringen Mengen an Ti und N mit einer hohen Kühlgeschwindigkeit stranggegossen wird und die erhaltene Bramme auf einen verhältnismäßig niedrigen Temperaturbereich von 900 bis 10000C, vorzugsweise von 950 bis 1000°C,erhitzt wird. Der Grund dafür, daß der Stahl durch Stranggießen zu Brammen gegossen wird, liegt darin, daß die beim Stranggießen erreichbare Kühlgeschwindigkeit größer ist als die bei der Herstellung von Blöcken. Dadurch kann eine größere Menge an feinteiligem TiN (nicht größer als O,5 m) in der entstandenen Bramme erhalten werden. Der Grund für die Beschränkung der Brammenstärke auf höchstens 300 mm liegt darin, daß bei einer Dicke über 300 mm die Kühlgeschwindigkeit zu klein wird, so daß die gewünschte Menge an feinem TiN nicht erhalten werden kann. In bezug auf die Kühlgeschwindigkeit ist es besonders erwünscht, daß die durchschnittliche Kühlgeschwindigkeit von gerade unterhalb des Liquidus des geschmolzenen Stahl bis 1100°C im inneren Bereich der Bramme bei 600C/Minute oder schneller gehalten wird.The sought-after improvement in toughness in the welded areas was achieved in that a steel with small amounts of Ti and N with a high cooling speed is continuously cast and the resulting slab on a relatively low temperature range of 900 to 10000C, preferably from 950 to 1000 ° C. The reason that the steel is by continuous casting too Slab is cast, lies in that the achievable in continuous casting Cooling speed is greater than that in the manufacture of blocks. Through this can contain a larger amount of finely divided TiN (not larger than 0.5 m) in the resulting Slab are obtained. The reason for limiting the slab thickness to at most 300 mm is that if the thickness exceeds 300 mm, the cooling speed is too slow so that the desired amount of fine TiN cannot be obtained. In relation on the cooling speed, it is particularly desirable that the average Cooling rate from just below the liquidus of the molten steel to 1100 ° C is kept in the inner area of the slab at 600C / minute or faster.
Es muß jedoch bemerkt werden, daß auch bei einer großen Menge an feinem TiN in der Bramme keine befriedigend große Menge an feinem TiN in dem gewalzten Produkt erhalten werden kann, wenn das TiN in den folgenden Heiz- und Walzstufen eine gröbere Teilchengröße annimmt. Es ist dann unmöglich, eine gefeinte HAZ-Struktur aufrechtzuerhalten.It must be noted, however, that even with a large amount of fine TiN in the slab does not have a satisfactorily large amount of fine TiN in the rolled one Product can be obtained if the TiN is in the following heating and rolling stages assumes a coarser particle size. It is then impossible to have a fine HAZ structure maintain.
Infolgedessen ist die Heiztemperatur der Bramme erfindungsgemäß auf den Bereich von 900 bis 1000C begrenzt. Mit diesem begrenzten Temperaturbereich für das Erhitzen kann die HAZ-Zähigkeit im Vergleich mit der bei üblichem Erhitzen auf hohe Temperaturen erhaltenen merklich verbessert werden. Die Obergrenze des Temperaturbereichs für das Erhitzen bildet im erfindungsgemäßen Verfahren einen wesentlichen Gesichtspunkt bei der Vermeidung der Vergröberung des feinen . TiN. Die Untergrenze von 9000C wurde aus dem Grund festgelegt, damit die austenitische Bramme ausreichende:Lds1*chkeit besitzen soll.As a result, according to the invention, the heating temperature of the slab is up limited the range from 900 to 1000C. With this limited temperature range for heating, the HAZ toughness can be compared with that of normal heating obtained at high temperatures can be markedly improved. The upper limit of the In the method according to the invention, a temperature range for heating forms essential aspect in avoiding the coarsening of the fine. TiN. The lower limit of 9000C was set for the reason that the austenitic Sufficient slab: should have strength.
Bei einer Heiztemperatur von mindestens 9000C, vorzugsweise mindestens 9500C, kann infolge des Zusatzes von Ca und des extrem niedrigen S-Gehaltes eine befriedigende innere Struktur erhalten werden. Das feine TiN, das während des Erhitzens nicht grobkörniger wird, trägt zur Verbesserung der Zähigkeit des Grundmetalls bei, da es die Austenitkörner während des Erhitzens und ferner die rekristallisierten Körner während des Walzens feint. At a heating temperature of at least 9000C, preferably at least 9500C, due to the addition of Ca and the extremely low S content, it can become a satisfactory internal structure can be obtained. The fine TiN that was produced during the Heating does not become coarser, helps improve the toughness of the base metal, as it is the austenite grains during the heating and furthermore the recrystallized ones Fine grains during rolling.
In bezug auf die Walzstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein kontrolliertes Walzen für den Erhalt der gewünschten Festigkeit und Zähigkeit von wesentlicher Bedeutung. Die Walzbedingungen sind derart, daß die Dickenverminderung bei Temperaturen von höchstens 8500C mindestens 60 % betragen und die Fertigwalztemperatur (SchluBtemperatur) im Bereich von 650 bis 7500C liegen soll. Bei diesen Walzbedingungen werden Festigkeit und Zähigkeit beträchtlich verbessert.With respect to the rolling step of the method according to the invention, a controlled rolling to obtain the desired strength and toughness of essential. The rolling conditions are such that the reduction in thickness be at least 60% at temperatures of at most 8500C and the finishing rolling temperature (Final temperature) should be in the range of 650 to 7500C. With these rolling conditions strength and toughness are considerably improved.
Nachstehend werden die Gründe für die Begrenzungen der Walzbedingungen im erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.The following are the reasons for the limitations on the rolling conditions explained in the method according to the invention.
Wenn die bei Temperaturen von höchstens 8500C durchgeführte Dickenverminderüng mindestens 60 % beträgt, ist die resultierende Korngröße bemerkenswert klein, so daß Festigkeit und Zähigkeit beträchtlich verbessert werden. Dagegen ist es bei einer Dickenverminderung. von weniger als 60 % nicht möglich, ein hohes Maß an Festigkeit und hervorragende Zähigkeit zu erhalten.If the thickness reduction carried out at temperatures not exceeding 8500C is at least 60%, the resulting grain size is remarkably small, so that strength and toughness are considerably improved. On the other hand, it is at a reduction in thickness. of less than 60% does not allow a high level of strength and maintain excellent toughness.
Andererseits kann das erhaltene gewalzte Produkt auch dann keine hervorragende Festigkeit und Zähigkeit zeigen, wenn zwar die bei einer Temperatur von höchstens 8500C durchgefürte Dickenverminderung mindestens 60 % beträgt,die Fertigwalztemperatur aber höher als 7500C ist. Dadurch, daß die Fertigwalztemperatur bei höchstens 7500C gehalten wird, wird die Kornverfeinerung gefördert, wodurch sowohl Festigkeit und Zähigkeit verbessert werden, oder zumindest die Festigkeit ohne Verschlechterung der Zähigkeit verbessert wird.On the other hand, the rolled product obtained may not be excellent even then Strength and toughness show, although that at a temperature of at most 8500C the reduction in thickness carried out is at least 60%, the finishing rolling temperature but is higher than 7500C. In that the finishing rolling temperature is at most 7500C is held, grain refinement is promoted, increasing both strength and Toughness can be improved, or at least strength without deterioration the toughness is improved.
Wenn ein Stahl mit der erfindungsgemäß festgelegten Zusammensetzung unter den vorstehend erläuterten Walzbedingungen gewalzt wird, kann eine befriedigende Tieftemperaturzähigkeit auch dann erhalten werden, wenn eine beträchtliche Dickenverminderung in der Ferrit-Austenit-Zone oder in der Ferrit-Zone durchgeführt wird. Ein derartiges Walzen bewirkt eine Verbesserung der Festigkeit. Wenn dagegen die Fertigwalztemperatur unter 650°C liegt, wird die Kaltverfestigung so merklich, daß die Zähigkeit verschlechtert wird. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist die Fertigwalztemperatur deshalb im Bereich von 650 bis 750 OC festgelegt.When a steel with the composition defined according to the invention is rolled under the rolling conditions described above, a satisfactory Low temperature toughness can also be obtained when there is a significant reduction in thickness is carried out in the ferrite-austenite zone or in the ferrite zone. Such a thing Rolling causes an improvement in strength. If, on the other hand, the finishing rolling temperature is below 650 ° C, the work hardening becomes so noticeable that the toughness deteriorates will. In the method according to the invention, the finishing rolling temperature is therefore in the range set from 650 to 750 OC.
In b-ezug auf die Kühlung nach dem Walzen bestehen keine besonderen Beschränkungen. Bevorzugt ist jedoch eine Kühlgeschwindigkeit im Bereich von 0,2 bis 100C/Sekunde. In einer anderen Ausführungsform kann der Stahl nach dem Walzen auch auf eine Temperatur erhitzt werden, die nicht höher ist als der Ac1-Umwandlungspunkt. Dies erfolgt erfindungsgemäß beispielsweise zum Zweck der Entfernung von Wasserstoff.There are no special requirements for cooling after rolling Restrictions. However, a cooling rate in the range of 0.2 is preferred up to 100C / second. In another embodiment, the steel can after rolling can also be heated to a temperature not higher than the Ac1 transformation point. According to the invention, this is done, for example, for the purpose of removing hydrogen.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Stahl besitzt besonders hervorragende Eigenschaften sowohl als Grundmetall als auch als geschweißtes Metall. Er besitzt ferner die besonderen Eigenschaften von normal geglühten oder vergüteten Stählen und eignet sich deshalb für einen sehr breiten Anwendungsbereich, beispielsweise zu Rohrleitungen für saure Gase, Rohrleitungen in extrem kalten Gegenden, Druckgefäßen, Meeresbauten und für den Schiffsbau.The steel obtained by the process according to the invention has particularly excellent properties both as a base metal and as a welded metal. It also has the special properties of normally annealed or tempered Steels and is therefore suitable for a very wide range of applications, for example for pipelines for acid gases, pipelines in extremely cold areas, pressure vessels, Marine constructions and for shipbuilding.
Nachstehend wird die Zusammensetzung des Stahls im erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.The following is the composition of the steel in the present invention Procedure explained.
Die Grundstahllegierung enthält: C : 0,01 - 0,15 % Si : höchstens 0,6 % Mn : 0,5 bis 2,0 % Al : 0,01 bis 0,08 % S : höchstens 0,004 % Ca : 0,0005 bis 0,005 % Ti : 0,008 bis 0,025 % N : 0,001 bis 0,007 % Rest: Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.The base steel alloy contains: C: 0.01-0.15 % Si: at most 0.6% Mn: 0.5 to 2.0% Al: 0.01 to 0.08% S: at most 0.004 % Ca: 0.0005 to 0.005% Ti: 0.008 to 0.025% N: 0.001 to 0.007% balance: iron and inevitable impurities.
Die Begrenzung der Zusammensetzung des Stahls hat folgende Gründe: Die Untergrenze von 0,01 % C ist die Mindestmenge, die zur Sicherstellung der gewünschten Festigkeit als Grundmetall und als geschweißtes Metall sowie zur Entwicklung der vollen Wirksamkeit der carbidbildenden Elemente, wie Nb und V erforderlich ist. Wenn der Kohlenstoffgehalt dagegen zu groß ist, dann entsteht eine große Menge grobkörniger Bainit oder inselartiger Martensit im Grundmetall uiid in dem der Hitze ausgesetzten Bereich (beim Schweißen; HAZ),was eine ungünstige Auswirkung auf die Zähigkeit und eine Verminderung der Schweißbarkeit zur Folge hat. Aus diesem Grund ist die Obergrenze des Kohlenstoffgehalts auf 0,15 % festgelegt.The reasons for limiting the composition of steel are: The lower limit of 0.01% C is the minimum amount required to ensure the desired Strength as a base metal and as a welded metal as well as to develop the full effectiveness of the carbide-forming elements such as Nb and V is required. On the other hand, if the carbon content is too high, then a large amount of coarse grain is produced Bainite or island-like martensite in the base metal and in the one exposed to heat Area (when welding; HAZ), which has an adverse effect on toughness and leads to a reduction in weldability. Because of this, the upper limit is of the carbon content is set at 0.15%.
Silicium ist ein nicht erforderliches Element, das aber unvermeidlich während der Oxidationsstufe in den Stahl gelangt.Silicon is an unnecessary element, but it is inevitable gets into the steel during the oxidation stage.
Es ist aus Gründen der Schweißbarkeit und der HAZ-Zähigkeit nicht erwünscht. Die Obergrenze des Siliciumgehalts ist deshalb auf 0,6 % festgelegt. Die Desoxidierung des Stahls kann auch mit Al allein durchgeführt werden und der Siliciumgehalt wird vorzugsweise auf höchstens 0,2 % gehalten.It is not for weldability and HAZ toughness reasons he wishes. The upper limit of the silicon content is therefore set at 0.6%. The deoxidation of the steel can also be carried out with Al alone and the The silicon content is preferably kept at 0.2% or less.
Mangan ist ein wichtiges Element, da es den Umwandlungspunkt erniedrigt, die günstigen Wirkungen des kontrollierten Walzens auf den Stahl erhöht und gleichzeitig Festigkeit und Zähigkeit verbessert. Bei Mangangehalten unter 0,5 % zeigt der erhaltene Stahl eine Verschlechterung von Festigkeit und Zähigkeit.Manganese is an important element because it lowers the transformation point, the beneficial effects of controlled rolling on the steel are increased and at the same time Strength and toughness improved. If the manganese content is below 0.5 %, the steel obtained shows deterioration in strength and toughness.
Die Untergrenze des Mangangehalts ist erfindungsgemäß deshalb auf 0,5 9 festgelegt. Andererseits erhöht sich bei zu hohem Mangangehalt die Härtbarkeit,und es entsteht eine große Menge grobkörniger Bainit und inselartiger Martensit, wodurch die Zähigkeit des Grundmetalls und die HAZ-Zähigkeit vermindert wird. Aus diesem Grund ist die Obergrenze des Mangangehalts auf 2,0 % festgelegt.According to the invention, the lower limit of the manganese content is therefore on 0.5 9 fixed. On the other hand, if the manganese content is too high, the hardenability increases, and a large amount of coarse-grained bainite and island-like martensite are produced, as a result of which the toughness of the base metal and the HAZ toughness are reduced. For this The reason is that the upper limit of the manganese content is set at 2.0%.
Aluminium gelangt unvermeidlich in einen beruhigten Stahl, da es erfindungsgemäß für die Desoxidierung erforderlich ist.Aluminum inevitably ends up in a killed steel, since it is according to the invention is required for deoxidation.
Weniger als 0,01 % Aluminium ist nicht ausreichend für eine befriedigende Desoxidierung und verursacht eine Verschlechterung der Zähigkeit des Grundmetalls. Die Untergrenze des Aluminiumgehalts ist deshalb auf 0,01 % festgelegt.Less than 0.01% aluminum is insufficient for satisfactory Deoxidation and causes deterioration in toughness of the base metal. The lower limit of the aluminum content is therefore set at 0.01%.
Andererseits werden bei einem Aluminiumgehalt über 0,08 % die Reinheit des Stahls und die HAZ-Zähigkeit vermindert. Die Obergrenze des Aluminiumgehalts beträgt deshalb 0,08 %.On the other hand, if the aluminum content exceeds 0.08%, the purity becomes of the steel and the HAZ toughness is reduced. The upper limit of the aluminum content is therefore 0.08%.
Der Hauptgrund für die Begrenzung des Gehalts an Schwefel, der eine Verunreinigung darstellt, auf höchstens 0,004 % und für den Zusatz von 0,0005 bis 0,005 % Calcium liegt in dr Verminderung der Anisotropie des Stahls als Grundmetall und der Erhöhung der Brucharbeit. Erfindungsgemäß wird das Walzen in der Nähe oder unterhalb des Ar3-Punktes durchgeführt, so daß die auf niedrige Temperatur erhitzten Stähle eine größere Anisotropie aufweisen als ein gewöhnlicher kaltgewalzter Stahl und die Charpy-Brucharbeit stark vermindert ist. Dies wird, wie vorstehend erwähnt, durch die Entstehung von MnS im Stahl und die Entwicklung der Textur beim Walzen verursacht.The main reason for limiting the content of sulfur, the one Represents impurity, to a maximum of 0.004% and for the addition of 0.0005 to 0.005% calcium is the reduction in the anisotropy of steel as the base metal and the increase in the work of fracture. According to the invention, the rolling near or performed below the Ar3 point, so that the heated to low temperature Steels have greater anisotropy than ordinary cold rolled steel and the Charpy fracture work is greatly reduced. As mentioned above, this is due to the formation of MnS in steel and the development of the texture during rolling caused.
Der Schwefelgehalt wird wie vorstehend erläutert begrenzt, um die absolute Menge an MnS zu vermindern. Wenn der Schwefelgehalt auf höchstens 0,004 % gehalten wird, wird eine merkliche Verbesserung der Zähigkeit erreicht. In diesem Fall ergibt ein geringerer Schwefelgehalt im angegebenen Bereich eine größere Verbesserung der Zähigkeit; eine merkliche Verbesserung wird bei einem Schwefelgehalt von höchstens 0,0015 % erreicht. Indessen ist eine vollständige Entfernung des MnS trotz der Verminderung des Schwefelgehalts ebensowenig möglich, wie eine Steuerung der Entwicklung der Textur.As explained above, the sulfur content is limited to the to decrease the absolute amount of MnS. When the sulfur content is less than or equal to 0.004 % is held, becomes a noticeable improvement in toughness achieved. In this case, a lower sulfur content results in the specified range a greater improvement in toughness; there will be a noticeable improvement in one Sulfur content of at most 0.0015% is achieved. Meanwhile, there is a complete removal of the MnS, in spite of the reduction in the sulfur content, is just as impossible as one Control of the development of the texture.
Ca wird dem Stahl erfindungsgemäß zur Steuerung der Form der Sulfide sowie der Textur zugesetzt. Der Grund für die Begrenzung des Calciumgehalts auf den Bereich von 0,0005 bis 0,005 % liegt darin, daß bei weniger als 0,0005 % Ca keine praktische Wirkung erreicht werden kann, und daß andererseits beim Zusatz von mehr als 0,005 % Ca große Mengen nicht-Verbindunaen aus Calcium'Sauerstoff pnd Schwefel metallischer Einschlffssë ton und undähnliöhen Verbindungen entstehen, wodurch nicht nur die Zähigkeit sondern auch die Reinheit des Stahls verschlechtert werden und Schwierigkeiten in der Schweißbarkeit durch Phenol-Lichtbogenschweißen verursacht werden.According to the invention, Ca is used in the steel to control the shape of the sulfides as well as added to the texture. The reason for limiting the calcium content to the range of 0.0005 to 0.005% is that less than 0.0005% Ca no practical effect can be obtained and that, on the other hand, upon addition of more than 0.005% Ca, large amounts of non-compounds of calcium and oxygen Sulfur, metallic inclusions and similar compounds are formed, whereby not only the toughness but also the purity of the steel deteriorates and difficulties in weldability by phenolic arc welding caused.
Wie bereits erwähnt, besteht der Hauptzweck des TiN-Zusatzes in der Verbesserung der HAZ-Zähigkeit durch im Stahl feinverteiltes TiN. Für diesen Zweck ist eine größtmögliche Menge an feinem in der Stahlbramme dispergiertem TiN erwünscht. Bei zu hohen Ti- und N-Gehalten wird jedoch das TiN während des Kühlens und der Verfestigung der Stahlschmelze sogar bei der Anwendung des Stranggießens vergröbert. Die Obergrenzen des Ti- und N-Gehalts sind deshalb auf 0,025 % bzw. 0,007 % festgelegt. Wenn andererseits der Ti- und N-Gehalt zu gering ist, kann keine nennenswerte Verbesserung der HAZ-Zähigkeit erreicht werden. Die Untergrenzen des Ti-und N-Gehalts sind deshalb auf 0,008 % bzw. 0,001 % festgelegt.As mentioned earlier, the main purpose of the TiN additive is to Improvement of the HAZ toughness through finely divided TiN in the steel. For this purpose the greatest possible amount of fine TiN dispersed in the steel slab is desired. If the Ti and N contents are too high, however, the TiN during cooling and the Solidification of the molten steel is coarsened even when using continuous casting. The upper limits of the Ti and N content are therefore set at 0.025% and 0.007%, respectively. On the other hand, if the Ti and N contents are too low, no appreciable improvement can be made HAZ toughness can be achieved. The lower limits of the Ti and N content are therefore set at 0.008% and 0.001%, respectively.
Die erfindungsgemäß verwendete Stahllegierung kann ferner Phosphor, gewöhnlich in einer Menge von höchstens 0,030 %, als Verunreinigung enthalten. Bei geringeren Phosphorgehalten kann eine stärkere Verbesserung der Zähigkeit des Grundmetalls und der HAZ-Zähigkeit sowie der Schweißbarkeit erhalten werden. Für die Schweißeigenschaften sind höchstens 0,015 % Phosphor erwünscht.The steel alloy used according to the invention can also contain phosphorus, usually in an amount not exceeding 0.030%, as an impurity contain. With lower phosphorus levels, there can be a greater improvement in toughness of the base metal and the HAZ toughness as well as the weldability can be obtained. A maximum of 0.015% phosphorus is desired for the welding properties.
Die erfindungsgemäße Stahllegierung kann auch Sauerstoff bis zu einer Menge von 0,008 % enthalten. Geringere Sauerstoffgehalte sind jedoch für die Reinheit, Zähigkeit und dgl.The steel alloy according to the invention can also oxygen up to one Amount of 0.008% included. However, lower oxygen levels are important for purity, Toughness and the like.
des erhaltenen Stahls erwünscht.of the steel obtained.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Stahllegierung neben den vorstehend erläuterten Bestandteilen eines oder mehrere der folgenden Elemente enthalten: Höchstens 0,08 % Nb, höchstens 0,10 % V, höchstens 2,0 % Ni, höchstens 1,0 % Cu, höchstens 1,0 % Cr und höchstens 0,4 % Mo.In a further embodiment of the invention, the steel alloy in addition to the components explained above, one or more of the following Elements contain: a maximum of 0.08% Nb, a maximum of 0.10% V, a maximum of 2.0% Ni, not more than 1.0% Cu, not more than 1.0% Cr and not more than 0.4% Mo.
Diese zusätzlichen Elemente werden hauptsächlich zum Zweck einer weiteren Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit ohne Preisgabe der Eigenschaften des erfindungsgemäß erhältlichen Stahls und Erhöhung der erfindungsgemäß erhältlichen Blechdicke zugesetzt. Die Mengen dieser Zusätze sind aus folgenden Gründen begrenzt.These additional items are mainly used for another purpose Improvement in strength and toughness without sacrificing the properties of the invention available steel and increasing the sheet thickness obtainable according to the invention added. The amounts of these additives are limited for the following reasons.
Niob wird zur Verfeinerung der Walzstruktur und Förderung der Ausscheidungshärtung zugesetzt. Dieses Element ist auch wichtig, da es au8ardan eine Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit bewirkt. Bei einem Zusatz von Niob in einer Menge über 0,08 08 % übt es dagegen einen ungünstigen Einfluß auf die Schweißbarkeit und die HAZ-Zähigkeit aus. Die Obergrenze für den Niobgehalt beträgt deshalb 0,08 %.Niobium is used to refine the rolled structure and promote precipitation hardening added. This element is also important as it is also an improvement in the Causes strength and toughness. When adding niobium in an amount over 0.08 08%, however, it has an unfavorable influence on the weldability and the HAZ toughness. The upper limit for the niobium content is therefore 0.08%.
Vanadium hat ähnliche Wirkungen wie Niob und kann in einer Menge bis 0,10 % enthalten sein.Vanadium has effects similar to niobium and can in an amount up to 0.10% should be included.
Nickel bewirkt eine Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit des Grundmetalls ohne einen ungünstigen Einfluß auf die HAZ-Härtbarkeit und Zähigkeit auszuüben. Die Obergrenze für den Nickelgehalt ist auf 2,0 8 festgelegt, weil es in größerer Menge unerwünscht für die HAZ-Hrtbarkeit und Zähigkeit ist.Nickel causes an improvement in the strength and toughness of the Base metal without an adverse effect on HAZ hardenability and toughness exercise. The upper limit for the nickel content is set at 2.0 8 because of it is undesirable in large amounts for HAZ hardenability and toughness.
Kupfer besitzt ähnliche Wirkungen wie Nickel und verleiht dem erhaltenen Stahl ferner Korrosionsbeständigkeit. Wenn der Kupfergehalt jedoch über 1,0 % liegt, entstehen Kupferrisse während des Niedertemperatur-Heißwalzens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Obergrenze des Kupfergehalts beträgt deshalb 1,0 %.Copper has effects similar to those of nickel and gives the obtained one Steel also has corrosion resistance. However, if the copper content is above 1.0%, copper cracks arise during the low-temperature hot rolling according to the invention Procedure. The upper limit of the copper content is therefore 1.0%.
Chrom bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit des Grundmetalls sowie der HAZ-Festigkeit und ist außerdem wirksam bei der Verhinderung von Wasserstoff-Rißbildung. Andererseits vergrößert sich bei zu hohem Chromgehalt die HAZ-Härtbarkeit, und die Zähigkeit und Schweißbarkeit werden verschlechtert.Chromium causes an increase in the strength of the base metal as well HAZ strength and is also effective in preventing hydrogen cracking. On the other hand, if the chromium content is too high, the HAZ hardenability and the Toughness and weldability are deteriorated.
Die Obergrenze des Chromgehalts ist deshalb auf 1,0 | festgesetzt.The upper limit of the chromium content is therefore 1.0 | fixed.
Molybdän verbessert die Festigkeit und Zähigkeit des Grundmetalls. Ebenso wie Chrom,erhöht jedoch auch zu viel Molybdän die Härtbarkeit und vermindert die HAZ-Zähigkeit und die Schweißbarkeit. Die Obergrenze des Molybdängehalts beträgt deshalb 0,4 % In bezug auf die Untergrenzen der vorstehend genannten zusätzlichen Elemente ist festzustellen, daß sie vorzugsweise in den für die Erzielung merklicher Wirkungen auf die Stahleigenschaften erforderlichen Mindestmengen zugesetzt werden.Molybdenum improves the strength and toughness of the base metal. Just like chromium, however, too much molybdenum increases hardenability and reduces it the HAZ toughness and weldability. The upper limit of the molybdenum content is therefore 0.4% in relation to the lower limits of the above-mentioned additional Elements should be noted that they are preferred in those for achieving more noticeable Effects on the steel properties required minimum quantities are added.
Dabei werden Niob und Vanadium in Mengen von mindestens 0,01 %, Nickel, Kupfer und Chrom in Mengen von mindestens 0,1 % und Molybdän in einer Menge von mindestens 0,05 % zugesetzt.Niobium and vanadium are used in quantities of at least 0.01%, nickel, Copper and chromium in amounts of at least 0.1% and molybdenum in an amount of at least 0.05% added.
Das Ausführungsbeispiel erläutert die Erfindung.The embodiment explains the invention.
Beispiel Brammen mit unterschiedlicher Stahizusammensetzung werden nach dem Converter-Stranggieß-Verfahren hergestellt und unter verschiedenen Walzbedingungen zu Stahlblechen mit einer Dicke im Bereich von 18 bis 35 mm warmgewalzt. Die mechanischen Eigenschaften des Grundmetalls und des geschweißten Bereiches sind in den Tabellen I und II aufgeführt. Example slabs with different steel composition are manufactured using the converter continuous casting process and under various rolling conditions hot rolled into steel sheets with a thickness in the range of 18 to 35 mm. The mechanical Properties of the base metal and the welded area are in the tables I and II listed.
Stahl 1 und Stahl 2 besitzen die gleiche Zusammensetzung, wobei jedoch Stahl 2 auf eine höhere Temperatur erhitzt wird und aus diesem Grund schlechtere Zähigkeit sowohl im Grundmetall als auch im geschweißten Bereich aufweist. Die Stähle 3 und 4 haben fast die gleiche Zusammensetzung. Da Stahl 4 jedoch kein Titan enthält, besitzt er trotz der gleichen Herstellungsbedingungen geringere Zähigkeit sowohl im Grundmetall als auch im Schweißbereich. Stahl 5 enthält Titan, jedoch in zu großer Menge. Deshalb wird nicht genügend feines TiN erhalten und die Zähigkeit im Schweißbereich wird nicht in befriedigendem Maß verbessert, obwohl eine Verbesserung im Vergleich zu Stählen ohne Titan erzielt wird.Steel 1 and steel 2 have the same composition, but with Steel 2 is heated to a higher temperature and therefore worse Has toughness in both the base metal and the welded area. The steels 3 and 4 have almost the same composition. However, since steel 4 does not contain titanium, it has lower toughness in spite of the same manufacturing conditions in the base metal as well as in the welding area. Steel 5 contains titanium, but too much Lot. Therefore, enough fine TiN and toughness in the weld area are not obtained is not improved to a satisfactory degree, although an improvement in comparison to steels without titanium.
Die Stähle 6 und 7 werden unter den gleichen Bedingungen hergestellt. Stahl 7 enthält jedoch kein Calcium und besitzt aus diesem Grund insbesondere eine geringere Charpy-Bruchårbeit im Grundmetall. Die Stähle 8 und 9 wcisen die gleiche Zusammensetzung auf, wobei jedoch Stahl 9 eine größere Menge Schwefel enthält und deshalb geringere Charpy-Brucharbeit im Grundmetall und im Schweißbereich besitzt. Stahl 10 besitzt eine Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung.Steels 6 and 7 are produced under the same conditions. However, steel 7 does not contain calcium and, for this reason, has one in particular lower Charpy fracture work in the base metal. Steels 8 and 9 are the same Composition, but steel 9 contains a larger amount of sulfur and therefore has lower Charpy fracture work in the base metal and in the welding area. Steel 10 has a composition in accordance with the present invention.
Er wurde jedoch aus einer Stahlbramme erhalten, die nach dem Blockherstellungs- und Vorwalzverfahren hergestellt wurde.However, it was obtained from a steel slab that was and rough rolling process was produced.
Auareichende Wirkung des feinen TiN wird deshalb nicht erhalten,und die Zähigkeit im Grundmetall und im Schweißbereich ist geringer. Stahl 11 besitzt infolge seiner niedrigen Erwärmungstemperatur sehr geringe Zähigkeit im Schweißbereich.Therefore, the high-level effect of the fine TiN is not obtained, and the toughness in the base metal and in the welding area is lower. Steel 11 owns very low toughness in the welding area due to its low heating temperature.
Dagegen zeigen die Stähle 12, 13 und 14, die die gleiche Zusammensetzung wie Stahl 11 aufweisen und auf Temperaturen im erfindungsgemäß festgelegten Bereich erhitzt wurden, besonders hervorragende Zähigkeit im Grundmetall und im Schweißbereich.In contrast, steels 12, 13 and 14, which have the same composition like steel 11 and at temperatures in the range defined according to the invention heated, particularly excellent toughness in the base metal and in the welding area.
Tabelle I
Claims (5)
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