DE3719569C2 - Mikrolegierte Stähle. - Google Patents
Mikrolegierte Stähle.Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
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- C22C—ALLOYS
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- C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
Description
Die Erfindung bezieht sich auf mikrolegierte perlitische
Stähle als Werkstoff für Formteile, die vorzugsweise durch
Massivumformung durch Schmieden im Gesenk bei hohen Temperaturen
erhalten werden.
(Prozentangaben im Text sind Masse-%.)
Aus dem Schrifttum ist die Wirkung einer feinen Dispersion
von Titannitriden in geringer Konzentration auf die Beständigkeit
gegen Kornwachstum bekannt (C. J. Cuddy, J. C. Raley:
"Austenite Grain Coarsening in Microalloyed Steels", Met
tallgurgical Traus. A, Vol. 14A, Oct. 1983, S. 1989-1995).
Eine großtechnische Nutzung dieser Wirkung ist jedoch kaum
möglich, da bei üblichen Erstarrungsgeschwindigkeiten der
Temperaturbereich zwischen Liquids- und Solidustemperatur
zu langsam durchlaufen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stähle zu schaffen,
die auch bei großtechnischer Erzeugung eine hohe Feinkornbeständigkeit
bis zu Temperaturen von 1300°C und damit in
Kombination hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit aufweisen.
Ebenso soll deren Verwendung angegeben werden.
Die erfindungsgemäßen mikrolegierten perlitischen Stähle
haben folgende Zusammensetzung: 0,20 bis 0,50% C, 0,40 bis
1,0% Si, 0,80 bis 1,80% Mn, 0,008 bis 0,2% S, 0 bis
0,7% Cr, 0 bis 0,1% Al, 0 bis 0,04% N, 0,01 bis 0,05%
Ti, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,
wobei auf den Korngrenzen Mischsulfide (Mangan-, Titankarbonitride
u. dgl.) ausgeschieden sind. Bevorzugt können
zusätzlich bis 0,20% V und/oder 0,10% Nb im Stahl enthalten
sein.
Stähle mit erfindungsgemäßer chemischer Analyse
sind an sich bekannt (DE-OS 19 58 548 und
DE-OS 21 13 418). Jedoch sind diese nicht
rein perlitisch; auch sind dort keine Mischsulfide
auf den Korngrenzen beschrieben.
Solche Stähle können bei einer Erstarrungsgeschwindigkeit
im Bereich von 3 bis 25 mm/min so erstarren, daß dabei
zwischen Liquidus- und Solidustemperatur Misch-Sulfide in feinverteilter
Form ausgeschieden werden. Die Feinverteilung
dieser Phase ist für die hohe Feinkornbeständigkeit und
die dadurch bedingte Kombination von hoher Festigkeit und
hoher Zähigkeit verantwortlich (Bild 1).
Vorzugsweise wird ein Stahl aus folgendem Bereich ausgewählt:
0,20 bis 0,35% C, 0,50 bis 0,80% Si, 1,00 bis
1,70% Mn, 0,01 bis 0,09% S, 0,20 bis 0,50% Cr, 0,015
bis 0,06% Al, 0,015 bis 0,030% N, 0,05 bis 0,15% V
und/oder 0,02 bis 0,10% Nb, 0,01 bis 0,04% Ti, Rest
Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Es wurde festgestellt, daß nur Stähle der beanspruchten
Zusammensetzung bis zu Verformungstemperaturen oder Glühtemperaturen
von 1300°C eine hohe Feinkornbeständigkeit
besitzen (s. Bilder 1 und 2). Anhand der in den Tafeln
2 und 3 aufgeführten Beispiele wird deutlich, daß von den
Stählen (Zusammensetzung siehe Tafel 1) nur die erfindungsgemäßen
Stähle F und G die hervorragende Kombination von
hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit zeigen. Diese Stähle
weisen eine Zugfestigkeit von mindestens 800 N/mm², eine
0,2%-Dehngrenze von mindestens 550 N/mm² bei Bruchverformbarkeitskennwerten
von mindestens 15% Bruchdehnung (I o =5 d o )
und mindestens 45% Brucheinschnürung auf. Die bei Raumtemperatur
an DVM-Proben ermittelten Werte der Kerbschlagarbeit
betragen mindestens 35 Joule. Die Vergleichsstähle A bis E
ohne Titan haben zwar auch hohe Festigkeit, s. Tafel 2, aber
unzureichende Zähigkeit von unter 30 Joule, s. Tafel 3.
Bevorzugt werden auch Stähle aus folgendem Bereich:
0,35 bis 0,45% C, 0,5 bis 0,8% Si, 1,0 bis 1,7% Mn,
0,01 bis 0,09% S, 0,2 bis 0,5% Cr, 0,015 bis 0,06% Al,
0,015 bis 0,030% N, 0,05 bis 0,15% V und/oder 0,02 bis
0,10% Nb, 0,01 bis 0,04% Ti, Rest Eisen einschließlich
erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Es wurde festgestellt, daß auch diese Stähle bis zu
Verformungstemperaturen oder Glühtemperaturen von 1300°C
eine hohe Feinkornbeständigkeit besitzen (s. Bild 3).
Anhand der in den Tafeln 4 bis 6 aufgeführten Beispiele
(Zusammensetzungen in Tafel 4) wird deutlich, daß nur
die erfindungsgemäßen Stähle I und J die hervorragende
Kombination von hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit
aufweisen. Diese Stähle weisen eine Zugfestigkeit von
mindestens 850 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze von mindestens
600 N/mm² bei Bruchverformbarkeitskennwerten von
mindestens 12% Bruchdehnung (I o =5 d o ) und mindestens
40% Brucheinschnürung bei einer Kerbschlagarbeit bei
Raumtemperatur von mindestens 30 Joule an DVM-Proben auf.
Der Stahl 4 ohne Titan erweist sich dagegen mit Werten
unter 22 Joule als nicht ausreichend zäh.
Auch diese Kombination von noch höherer Festigkeit bei
guter Zähigkeit von mindestens 30 Joule ist bei einem
mikrolegierten perlitischen Stahl ungewöhnlich.
Die erfindungsgemäßen Stähle sind daher in hervorragender
Weise für den Einsatz für Automobil-Bauteile und für Gesenk-Schmeidebauteile geeignet.
Claims (10)
1. Mikrolegierter perlitischer Baustahl mit hoher Feinkornbeständigkeit
bis 1300°C, bestehend aus
0,2 bis 0,5%Kohlenstoff
0,4 bis 1,0%Silicium
0,8 bis 1,8%Mangan
0,008 bis 0,2%Schwefel
0 bis 0,7%Chrom
0 bis 0,1%Aluminium
0 bis 0,04%Stickstoff
0,01 bis 0,05%TitanRest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,
wobei auf den Korngrenzen Mischsulfide ausgeschieden
sind
2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er
zusätzlich Vanadium bis 0,2% und/oder Niob bis 0,1%
enthält.
3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus 0,20 bis
0,35% C, 0,5 bis 0,8% Si, 1,0 bis 1,7% Mn, 0,01 bis
0,09% S, 0,2 bis 0,5% Cr, 0,015 bis 0,06% Al, 0,015
bis 0,030% N, 0,05 bis 0,15% V und/oder 0,02 bis 0,10%
Nb, 0,01 bis 0,04% Ti, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter
Verunreinigungen.
4. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus 0,35 bis
0,45% C, 0,5 bis 0,8% Si, 1,0 bis 1,7% Mn, 0,01 bis
0,09% S, 0,2 bis 0,5% Cr, 0,015 bis 0,06% Al, 0,015
bis 0,030% N, 0,05 bis 0,15% V und/oder 0,02 bis 0,10%
Nb, 0,01 bis 0,04% Ti, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter
Verunreinigungen.
5. Verwendung des Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als
Werkstoff für Bauteile im Automobilbau.
6. Verwendung des Stahls nach Anspruch 3, für den Zweck nach
Anspruch 5, mit der Maßgabe, daß der Stahl eine Zugfestigkeit
von mindestens 800 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze
von mindestens 550 N/mm², eine Bruchdehnung von
mindestens 15% und eine Brucheinschnürung von mindestens
45% bei einer Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur von
mindestens 35 Joule an DVM-Proben aufweist.
7. Verwendung des Stahls nach Anspruch 4, für den Zweck
nach Anspruch 5, mit der Maßgabe, daß der Stahl eine
Zugfestigkeit von mindestens 850 N/mm², eine 0,2%-
Dehngrenze von mindestens 600 N/mm², eine Bruchdehnung
von mindestens 12% und eine Brucheinschnürung von
mindestens 40% bei einer Kerbschlagarbeit bei
Raumtemperatur von mindestens 25 Joule an DVM-Proben
aufweist.
8. Verwendung des Stahls nach einen der Ansprüche 1 bis 4
als Werkstoff für Gegenstände, die im Gesenk geschmiedet
werden.
9. Verwendung des Stahls nach Anspruch 3, für den Zweck
nach Anspruch 8, mit der Maßgabe, daß der Stahl eine
Zugfestigkeit von mindestens 800 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze
von mindestens 550 N/mm², eine Bruchdehnung von
mindestens 15% und eine Brucheinschnürung von mindestens
45% bei einer Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur
von 35 Joule an DVM-Proben aufweist.
10. Verwendung des Stahls nach Anspruch 4, für den Zweck
nach Anspruch 8, mit der Maßgabe, daß der Stahl eine
Zugfestigkeit von mindestens 850 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze
von mindestens 600 N/mm², eine Bruchdehnung von
mindestens 12% und eine Brucheinschnürung von
mindestens 40% bei einer Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur
von mindestens 25 Joule an DVM-Proben
aufweist.
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