DE3730379C2

DE3730379C2 -

Info

Publication number: DE3730379C2
Application number: DE19873730379
Authority: DE
Inventors: Christo 7513 Stutensee De Wassilew; Bernhard 7520 Bruchsal De Dafferner
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1987-09-10
Filing date: 1987-09-10
Publication date: 1991-02-21
Also published as: EP0306609A3; DE3730379A1; EP0306609A2; EP0306609B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs oder Endprodukts aus einphasigem hochlegiertem, martensitischem Chromstahl durch Warm- und/oder Kaltverfor mung.

Für bestimmte hochbeanspruchte Anlagenteile wird als Werk stoff hochlegierter martensitischer Chromstahl verwendet. Üb licherweise werden solche Halbzeuge oder Endprodukte durch Kalt- und/oder Warmverformung hergestellt, wobei nach Kaltver formung von mehr als etwa 20% eine Wärmebehandlung in Va kuum, Inertgas- oder leicht reduzierender Atmosphäre durchge führt wird.

Als Zwischenglühung wird eine Weichglühung bei Temperaturen von etwa 600 bis 800°C und einer typischen Glüh dauer von 1 bis 2 Stunden vorgenommen, wobei die Temperaturen und die Glühdauer von der Stahlsorte abhängen. Für den Stahl 1.4914 beispielsweise beträgt die Temperatur der Zwischenglühung 700-780°C.

Durch die Zwischenglühung wird die während des Walzens, Ziehens, Pilgerns oder Rundhämmerns entstehende Materialver festigung abgebaut.

Die Abschlußwärmebehandlung der Halbzeuge oder Endprodukte aus martensitischen Stählen ist die Vergütungsbehandlung. Diese besteht aus der Austenitisierungsglühung (Härteglühung), an die sich eine Anlaßglühung, die zur Verbesserung der Zähig keit führt, anschließt. Die Austenisitisierungsglühung wird bei Temperaturen oberhalb der A_C1-Temperatur und einer ty pischen Glühdauer von 0,1-1 h vorgenommen. Für den Stahl 1.4914 liegt beispielsweise die Temperatur der Austenitisierungsglühung bei 1075°C und die Glühdauer bei 0,5-1 h. Die anschließende Anlaßglühung wird bei Tempera turen unterhalb der A_C1-Temperatur mit einer typischen Glüh dauer von 1-2 h durchgeführt. Für den Stahl 1.4914 wird die Temperatur der Anlaßglühung je nach gewünschter Festigkeit und Zähigkeit des Halbzeugs oder Endprodukts bei Temperaturen zwischen etwa 580 und 780°C gewählt. Die Dauer der Anlaßglühung liegt bei 1-2 h.

Die Dauer der Wärmebehandlungen soll bei Platten mit einer Dicke über 10 mm bzw. bei Stangen mit einem Durchmesser von mehr als 15 mm um jeweils 1-2 Minuten pro zusätzlichem mm erhöht werden.

Nach jeder Wärmebehandlung wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt an Luft mit einer minimalen Ab kühlgeschwindigkeit von 30 K/min bei Austenitisierungsglühun gen und von maximal 15 K/min bei Anlaß- und Weichglühungen.

Häufig treten bereits bei der Verarbeitung von hochlegierten martensitischen Stählen nach diesem Verfahren Rissebildungen durch Sprödbrucherscheinungen auf, die die weitere Verarbei tung in Frage stellen oder sogar völlig unmöglich machen. Solche Schäden können sich in manchen Fällen in hochbean spruchten Anlagenteilen erst während des Einsatzes bemerk bar machen und zu unvorhersehbaren Ausfällen führen.

Eine Untersuchung ergab, daß das Auftreten dieser Schäden nicht von der chemischen Zusammensetzung des Stahls, sondern von der Art seiner Bearbeitung abhängt. Selbst Halbzeuge oder Endprodukte, die aus derselben Charge stammten, weisen unterschiedliche mechanische Eigenschaften und eine un terschiedliche Neigung zur Sprödbruchrißbildung auf.

Weitere Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, daß für diese Schäden der Gefügebestandteil δ-Ferrit verantwortlich ist, der sich häufig während der Verarbeitung des Stahls bildet.

Die Bildung dieser δ-Ferrit-Phase wird vor allem durch die Folge Kaltverformung/Zwischenglühung begünstigt. Die Neigung zur δ-Ferrit-Bildung nimmt mit der Zunahme der Zyklenanzahl bzw. des Kaltverformungsgrades zu. Dabei wird die Austenitisierungstemperatur, ab der die δ-Ferrit-Bildung ein setzt, erniedrigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen und Endprodukten zu schaffen, das die Bildung von δ-Ferrit während der Stahlbearbeitung ausschließt bzw. durch das das evtl. während der Stahlbearbeitung gebildete δ- Ferrit wieder aufgelöst wird, so daß ein beliebig hoher Ver formungsgrad erreicht werden kann und nach Abschluß der Form gebungs- und Vergütungsbehandlung unabhängig von der Anzahl der Folgen Kaltverformung/Zwischenglühung ein einphasiges von δ- Ferrit freies Material zur Verfügung steht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) nach Kaltverformung mit einem Verformungsgrad von mehr als etwa 20%
b) nach Abschluß des Verformungsprozesses durch Warm- und/oder Kaltverformung

zur Erzielung eines von δ-Ferrit freien Gefüges vor der Vergü tungsbehandlung eine zusätzliche, als Stabilisierungs glühung bezeichnete Wärmebehandlung durchgeführt wird.

Diese Stabilisierungsglühung wird vorteilhaft bei einer Tempe ratur oberhalb A_C1-Temperatur, jedoch unterhalb der Austeniti sierungstemperatur für den jeweiligen Stahl, vorzugsweise bei 950°C, in Vakuum, Inertgas- oder leicht reduzierender At mosphäre durchgeführt.

Die erfindungsgemäße, zusätzliche Stabilisierungsglühung vor den Zwischenglühungen bzw. vor der Vergütungs behandlung ist unerläßlich, wenn durch aufeinanderfolgende Kaltverformungsschritte, insbesondere durch Ziehen, Walzen, Pilgern oder Rundhämmern ein hoher Kaltverformungsgrad angestrebt wird, da sich sonst die Verarbeitbarkeit des Mate rials zunehmend verschlechtert und bei weiterer Verformung Schäden durch Rißbildung auftreten, die auf die erhöhte Spröd bruchneigung durch den gebildeten δ-Ferrit-Anteil zurückzufüh ren sind. Solche Schäden können jedoch auch erst am bean spruchten fertigen Produkt auftreten. Durch die zusätzliche Stabilisierungsglühung wird die Ursache der erhöhten Spröd bruchneigung, die Entstehung von δ-Ferrit während der Verar beitung, wirksam beseitigt. Bereits gebildetes δ-Ferrit kann durch die Stabiliserungsglühung wieder aufgelöst werden. Bei vollständig oder hauptsächlich durch Warmverformung herge stellten Halbzeugen oder Endprodukten reicht eine vor der Ver gütungsbehandlung durchgeführte Stabilisierungsglühung aus.

Wie Gefügebilder zeigen, ist es durch die zusätzliche Stabili sierungsglühung möglich, ein von δ-Ferrit freies und somit einpha siges Material zu erhalten; etwaige δ-Ferrit-Anteile, die sich während der Verformung gebildet haben, werden durch die Stabilisierungsglühung aufgelöst.

Die Erfindung wird anhand folgender Anwendungsbeispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Fertigung von nahtlosen Rohren durch Zieh- und Zwischenglüh folgen.

Fig. 1 zeigt ein Gefügebild eines nahtlosen Rohres aus dem 12%-igen Chromstahl 1.4914, das durch mehrere Folgen von Kalt ziehen und Zwischenglühungen (780°C, 1h) mit einem Gesamtverformungsgrad von etwa 70% entstanden ist. Die Austenitisierungsglühung erfolgte bei 1075°C (1/2h), die Anlaßglühung bei 750°C (2 h). Nach der Austenitisierungs glühung wurde durch Anblasen mit Argon (<30°C/min) abgekühlt; die Abkühlgeschwindigkeit nach der Anlaßglühung ist 15°C/min. Aus der Fig. 1 erkennt man, daß das Gefüge dieses Rohres δ- Ferrit in erheblicher Menge enthält. Das Rohr wurde bei der weiteren Bearbeitung durch Rißbildung zerstört. Die genaue Analyse der Rißbildung zeigte, daß die Risse an der Phasengrenze δ-Ferrit/Matrix entstehen.

Fig. 2 zeigt ein Gefügebild eines nahtlosen Rohres derselben Stahlzusammensetzung, das wie oben beschrieben bearbeitet wurde, jedoch mit dem Unterschied, daß nach jeweils 20-25% iger Kaltumformung vor der Zwischenglühung eine Sta bilisierungsglühung bei 950°C mit einer Dauer von 2h durchge führt wurde. Ebenso wurde vor der abschließenden Vergütungs behandlung eine Stabilisierungsglühung (950°C, 2h) durchgeführt. Nach den Stabilisierungsglühungen wurde durch Anblasen mit Argon abgekühlt.

Aus der Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, daß das Gefüge ein phasig und von δ-Ferrit frei ist.

Beispiel 2

Fig. 3 zeigt ein Gefügebild einer 5,5 mm dicken Platte aus dem 12%-igen Chromstahl 1.4914, die durch Walzen mit einem Kaltverformungsgrad von 75% hergestellt wurde, wobei nach jeweils 25% Kaltverformung eine Zwischenglühung erfolgte. Nach Erreichen eines Kaltverformungsgrades von 75% wurde eine Vergütungsbehandlung durchgeführt. Die Bedingungen der Wärmebehandlungen entsprachen denen von Beispiel 1. Die δ- Ferrit-Anteile sind deutlich zu erkennen.

Fig. 4 zeigt ein Gefügebild einer Platte derselben Stahlsorte, die in derselben Weise hergestellt wurde, wobei jedoch vor jeder Zwischenglühung und vor der Vergütungsbehandlung eine Stabilisierungsglühung bei 950°C mit einer Dauer von 2h (Abkühlung durch Anblasen mit Argon) durchgeführt wurde. Aus Fig. 4 ist deutlich zu erkennen, daß das Gefüge einphasig und von δ-Ferrit frei ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs oder Endprodukts aus einphasigem hochlegiertem, martensitischem Chromstahl durch einen oder mehrere aufeinanderfolgende Warm- und/oder Kaltverformungsschritte, dadurch gekennzeichnet, daß

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsglühung bei einer Temperatur oberhalb der A_C1-Temperatur, jedoch unterhalb der Austenitisierungstem peratur für den jeweiligen Stahl, vorzugsweise bei 950°C, in Vakuum, Inertgas- oder leicht reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Stabilisierungsglühung in Abhängigkeit von der Stahlsorte mindestens 1/4 Stunde, vorzugsweise 2 Stun den, beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühdauer bei Platten mit einer Dicke von mehr als 10 mm bzw. bei Stangen mit einem Durchmesser von mehr als 15 mm jeweils um 1-2 Minuten pro mm größerer Materialdicke verlängert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung nach der Stabilisierungsglühung schneller als 30 K/min erfolgt.