DE60130755T2

DE60130755T2 - Warmgewalzter draht oder stahlblock, die wärmebandelbar und verwendbar im maschinenbau sind und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60130755T2
Application number: DE60130755T
Authority: DE
Inventors: Kiichiro Muroran-shi TSUCHIDA; Koji Muroran-shi TANABE; Koji Muroran-shi ADACHI; Seiji Muroran-shi ITO
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: US6896746B2; WO2001075186A1; KR20020088425A; EP1281782A4; KR100517674B1; JP4018905B2; EP1281782A1; US20030098104A1; EP1281782B1; DE60130755D1; TW512175B

Description

Technisches Fachgebiet:
Diese Erfindung betrifft warmgewalzte Stahldrähte und -stäbe für den Maschinenbau und ein Herstellungsverfahren dafür. Insbesondere betrifft die Erfindung weiche Stahldrähte und -stäbe oder -barren, die im warmgewalzten Zustand mechanische Eigenschaften, so wie Festigkeit und Verformbarkeit erzielen, die normalerweise nur durch Warmwalzen und anschließendes Weichglühen erzielt werden können, was in einem zweiten Arbeitsschritt als eine notwendige Behandlung für die Produktion von Bauteilen für Kraftfahrzeuge, Bauteilen für den Anlagenbau und dergleichen betrachtet wird, und betrifft ebenfalls ein Verfahren zu deren Herstellung.
Stand der Technik:
Herkömmlicherweise werden Bauteile für Kraftfahrzeuge, Maschinenteile für den Anlagenbau und ähnliches aus warmgewalzten Stahldrähten und -stäben mittels Weichglühen zur Gewährleistung der Kaltbearbeitbarkeit, Kaltumformen, so wie Ziehen und Kaltverformung, und Aushärten und Zwischenglühen hergestellt. Während des Weichglühschrittes wird zum Beispiel im Fall der Bolzenherstellung als Bauteil aus warmgewalztem Draht eine Niedertemperaturglühung bei etwa 650°C für 2 h an einem Gewindebolzen oder ähnlichem mit einem geringen Kaltbearbeitungsbetrag durchgeführt, wobei Normalglühen für 3 h bei etwa 700°C an einem Sechskantbolzen und ähnlichem durchgeführt wird und Weichglühen für 20 h bei etwa 720°C an einem Bolzen mit Flansch und ähnlichem mit einem hohen Kaltbearbeitungsbetrag durchgeführt wird, um dadurch die Kaltbearbeitbarkeit zu sichern. Diese Weichglühschritte benötigen viel Zeit und, darüber hinaus machen die Kosten für das Glühen einen großen Teil der Produktionskosten für Bauteile und ähnliches dank kürzlicher Steigerungen der Energiepreise aus. Daher wurden in Bezug auf die Produktivitätsverbesserung und Energieeinsparung verschiedene Techniken vorgeschlagen, um das Weichglühen vor dem Kaltumformen zu vermeiden. Es wurde zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-73123 ein Herstellungsverfahren für einen niedriglegierten Stahl mit verbesserter Kaltbearbeitbarkeit vorgeschlagen, sowie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 58-58235 ein Verfahren zur Entfestigung von Walzdrähten oder Drahtbarren aus Stahl für den Maschinenbau, in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2-185920 ein Herstellungsverfahren für direkt enthärtete Drähte oder Stäbe und in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 8-209236 ein Herstellungsverfahren für Baustahl im Maschinenbau, geeignet für das Kaltumformen, vorgeschlagen.
US-A 4 604 145 bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für Drähte bzw. Stäbe aus Stahl mit einer verbesserten Feinstruktur, bestehend aus Ferrit, Perlit und sphäroidischem bzw. kugelförmigem Zementit. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass Fertigwalzen innerhalb A_r1–A_r3 oder A_rcm nach einer kontrollierten Abkühlung durchgeführt wird. Eine isotherme Behandlung wird unmittelbar im Anschluss an das Fertigwalzen durchgeführt.
Jedoch weisen die durch diese Verfahren erzeugten warmgewalzten Stahldrähte und -stäbe eine nicht ausreichende Kaltbearbeitbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen, weichgeglühten Walzdrähten oder -stäben aus Stahl auf. Zurzeit können enthärtete Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl für die Anwendung im Ma schinenbau in der Praxis im gewalzten Zustand nicht zufriedenstellend eingesetzt werden.
Die Erfinder haben diese Problemstellungen untersucht und stellen in der japanischen Patentanmeldung Nr. 11-146625 einen Stahl, vergleichbar mit einem geglühten Stahl vor. Ein Stahl jedoch, der eine verbesserte Bearbeitbarkeit als die herkömmlichen enthärteten und geglühten Stähle auch im Fall eines starken Bearbeitungsgrades aufweist, wird immer noch gesucht.
Offenbarung der Erfindung
Unter diesen Umständen ist das Ziel dieser Erfindung, Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl für den Maschinenbau herzustellen, wobei diese die gleiche Kaltbearbeitbarkeit wie herkömmliche warmgewalzte Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl aufweisen, die einer Weichglühung unterzogen wurden.
Die Erfinder haben die Struktur und die Querschnittsverringerung (Verformbarkeit) der Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl nach dem Weichglühen berücksichtigt und Untersuchungen durchgeführt, um die gleiche Struktur und Querschnittsverringerung (Verformbarkeit), die durch das Weichglühen erreichbar wäre, zu erhalten, um damit Kaltbearbeitbarkeit im warmgewalzten Stadium zu erzielen.
1 ist ein Mikrofotogramm (bei 4.000-facher Vergrößerung) eines warmgewalzten CH45K Stahldrahts, der einer Normalweichglühbehandlung (700°C, 3 h) unterzogen wurde. Wie in 1 dargestellt, besteht die Feinstruktur des Stahls aus Ferrit 1 und lamellarem Perlit, wobei Teile des plattenförmigen Zementits in den Perlitlamellen unter Bildung von Karbid 2 unterteilt sind. Das Entfestigen des Stahls ist auf das Teilverhältnis des vorgegebenen Ferritanteils in der Stahlstruktur zurückzuführen, und den unterteilten Zementit in den Perlitlamellen, wobei dies die Kaltbearbeitbarkeit des Stahldrahts gewährleistet.
Die Erfinder haben festgestellt, dass wenn Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl einer vorgegebenen Stahlzusammensetzung bei einer Temperatur von 850 bis 1.000°C warmvorgewalzt, bei einer Temperatur von 700 bis 1.000°C fertiggewalzt und auf einer Temperatur von 550 bis 650°C mit einer Abkühlrate von 0,1°C/s oder mehr abgekühlt, unmittelbar danach bei einer Ofenatmosphärentemperatur von 650 bis 720°C 15 min bis 90 min gehalten werden und dann abgekühlt bzw. eine Abkühlung zugelassen wird, weisen die so hergestellten Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl eine neuartige Stahlstruktur auf, wobei, wie im Mikrofotogramm von 2(a) und der schematischen Darstellung des Mikrofotogramms von 2(b) dargestellt, das Ferritteilverhältnis des Ferrits 1 in der Struktur hoch ist, die Lamellen unterteilt sind und Teile des Zementits in den Perlitlamellen 3 sphäroidisiert sind, wie beim sphäroidisierten körnigen Karbid 4 und dem körnigen, an den Korngrenzen ausgeschiedenen Karbid 5 ersichtlich, und sie haben ebenfalls festgestellt, dass diese warmgewalzten Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl eine hohe Querschnittsverringerung und daher sicherlich Kaltbearbeitbarkeit aufweisen. Die Erfindung wurde basierend auf diesen Ergebnissen vollendet.
Der Kern der Erfindung ist nachstehend beschrieben:

(1) Warmgewalzte Stahldrähte oder -stäbe für die Verwendung im Maschinenbau ohne Glühen, in Massen% aufweisend: C: 0,1 bis 0,5%, Si: 0,01 bis 0,5% Mn: 0,3 bis 1,5%, wahlweise eines oder mehrere aus Cr: 0,05 bis 2,0%, Mo: 0,1 bis 1,0%, Ni: 0,3 bis 1,5%, Cu: 1,0% oder weniger und B: 0,005% oder weniger, weiterhin wahlweise eines oder mehrere aus Ti: 0,005 bis 0,04%, Nb: 0,005 bis 0,1% und V: 0,03 bis 0,3%, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen, wobei die Feinstruktur des Stahls aus Ferrit und Perlit besteht, die Ferritkorngröße gemäß der Definition in JIS G 0552 Nr. 11 oder größer ist, ein körniges Karbid mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 2 μm oder weniger und ein Aspektverhältnis von 3 oder weniger, in einem Flächenanteil von 5 bis 40% enthalten ist und der Stahl eine Zugfestigkeit TS (MPa) von ≤ 573·C_eq + 257 und eine Querschnittsverringerung RA (%) von ≥ –23·C_eq + 75 (wobei C_eq = C + Si/7 + Mn/5 + Cr/9 + Mo/2 ist) aufweist.
(2) Verfahren zur Herstellung von warmgewalzten Stahldrähten oder -stäben ohne Weichglühen für den Maschinenbau, mit den Schritten: Warmvorwalzen des Stahls mit den vorstehend in (1) beschriebenen Bestandteilen bei einer Temperatur von 850 bis 1.000°C, Fertigwarmwalzen des warmvorgewalzten Stahls bei einer Temperatur von 700 bis 1000°C, Abkühlen des warmfertiggewalzten Stahls auf eine Temperatur von 550°C bis 650°C bei einer Abkühlrate von 0,1°C/s oder mehr, Halten des Stahls bei einer Ofenatmosphärentemperatur von 650 bis 720°C für 15 bis 90 min und dann abkühlen lassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Mikrofotogramm (4.000 fach) zur Darstellung der Stahlstruktur, die durch Durchführung einer Normalglühung (700°C, 3 h) erzielt wird.
2(a) ist ein Mikrofotogramm (4.000 fach) zur Darstellung der Struktur des warmgewalzten Stahldrahts der Erfindung.
2(b) ist die schematischen Darstellung des Mikrofotogramms von 2(a).
3 ist ein Diagramm zur vergleichenden Darstellung der Zugfestigkeit eines herkömmlichen warmgewalzten Stahldrahts, eines Stahldrahts nach dem Normalglühen, eines warmgewalzten Stahldrahts nach dem Normalglühen und eines warmgewalzten Stahldrahts der Erfindung.
4 ist ein Diagramm zur vergleichenden Darstellung der Querschnittsverringerung eines herkömmlichen warmgewalzten Stahldrahts, eines Stahldrahts nach dem Normalglühen, eines warmgewalzten Stahldrahts nach dem Normalglühen und eines warmgewalzten Stahldrahts der Erfindung.
Beste Ausführungsform der Erfindung:
Die Erfindung wird nachstehend im Detail beschrieben. Herkömmliche warmgewalzte Stahldrähte oder -stäbe bzw. -barren weisen eine Stahlstruktur, bestehend aus Ferrit und Perlitlamellen, mit einer hohen Festigkeit auf, und daher kann ein warmgewalzter Stahl fast nicht kalt bearbeitet werden. Daher wird der Stahl vor dem Kaltumformen einer Entfestigungsglühung unterzogen, nach dem Kaltumformen wird er zur Aushärtung wärmebehandelt und angelassen, um ein Formbauteil mit einer vorgegebenen Festigkeit zu erzielen.
In der Erfindung weisen die Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl im warmgewalzten Zustand die gleiche oder eine höhere Festigkeit und Querschnittsverringerung auf, die bei einem Stahl, der weichgeglüht wurde, erzielt werden, wobei der warmgewalzte Stahl kaltbearbeitet werden kann. Insbesondere stellt die Erfindung warmgewalzte Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl für den Maschinenbau mit verbesserter Verformbarkeit bei einer Querschnittsverringerung RA (%) ≥ –23·C_eq + 75 (wobei C_eq = C + Si/7 + Mn/5 + Cr/9 + Mo/2) vor.
3 ist ein Diagramm zur vergleichenden Darstellung der Festigkeiten eines herkömmlichen warmgewalzten Stahldrahts, eines Stahldrahts nach der Normalglühung und eines warmgewalzten Stahldrahts der Erfindung. In der Abbildung, stellt (1) die Festigkeit eines herkömmlichen warmgewalzten Stahldrahts, (2) die Festigkeit eines Stahldrahts, der einer Normalglühung nach dem Warmwalzen unterzogen wurde, (3) die Festigkeit eines warmgewalzten Stahldrahts der Erfindung dar.
Wie in 3 dargestellt, ist bei allen Stahldrähten mit unterschiedlichen C-Anteilen (0,25 bis 0,45%) die Festigkeit des warmgewalzten Stahldrahts (3) der Erfindung um 60 bis 100 MPa im Vergleich zum herkömmlichen warmgewalzten Stahldraht (1) verringert und dies zeigt, dass eine deutliche Entfestigung erzielt wurde. Es wurde bestätigt, dass die Festigkeit bei (3) dieser Erfindung fast der Festigkeit der Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl nach dem Normalglühen entsprach oder dass die Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl der Erfindung eher noch weicher waren. 4 ist eine Ansicht zur vergleichenden Darstellung der Querschnittsverringerung bei (2) einem Stahldraht nach dem Normalglühen und (3) einem warmgewalzten Stahl der Erfindung. Es ist ersichtlich, dass der warmgewalzte Stahldraht (3) der Erfindung stärker enthärtet ist und gegenüber dem Stahldraht (2), der einer Normalglühung nach dem Warmwalzen unterzogen wurde, eine verbesserte Querschnittsverringerung aufweist. Gemäß den herkömmlichen Techniken kann es während des Kaltschmiedens bei starken Bearbeitungsbedingungen zum Bruch des Stahls kommen. Es konnte jedoch bestätigt werden, dass beim warmgewalzten Stahldraht (3) der Erfindung kein Bruch auftrat, sogar bei einer Kompressibilität von 80% oder mehr (bei einer Kompressibilität von mehr als 80% könnte der Ziehstein der Messanordnung beschädigt werden und die Untersuchung kann nicht durchgeführt werden).
Das körnige Karbid, das zur Erzielung einer Entfestigung erforderlich ist, ist ein körniges Karbid mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 2 μm oder weniger und einem Aspektverhältnis von 3 oder weniger. Dieses gekörnte Karbid kann deutlich von dem Karbid, das aufgrund der Aufteilung des plattenförmigen Karbids bei der Erwärmung entsteht, unterschieden werden. Um ein hohes Umformvermögen zu erreichen, um Bruch auch bei einer Kompressibilität von 80% zu verhindern, muss die Querschnittsverringerung RA (%) ≥ –23·C_eq + 75 (wobei C_eq = C + Si/7 + Mn/5 + Cr/9 + Mo/2) betragen.
Um eine Entfestigung gleich der eines geglühten Stahldrahts zu erreichen, müssen die in der Feinstruktur vorhandenen Ferritkörner verfeinert werden und eine Korngröße bzw. Korngrößenzahl Nr. 11 oder mehr gemäß JIS G 0552 aufweisen. Wenn die Korngröße bzw. Korngrößenzahl des Ferrits kleiner ist als Nr. 11, dann verläuft die Granulation des Zementits im Perlit nicht zufriedenstellend und die erwünschte Entfestigung kann nicht erzielt werden. Weiterhin muss, um eine Entfestigung zu erreichen, die Menge des vorhandenen gekörnten Karbids von 5 bis 40% in Bezug auf den Flächenanteil betragen und sollte vorzugsweise 10% oder mehr betragen.
Ein warmgewalzter Formling wird zur Erzeugung eines Formteils durch Kaltverformen unter Verwendung einer Metallform verwendet und daher wird, wenn die Festigkeit des Formlings um 100 MPa verringert (enthärtet) wird, die Lebensdauer der Metallform 4 bis 5 mal verlängert. Dementsprechend erfüllen, um die Lebensdauer der Metallform bedeutend zu verlängern, die warmgewalzten Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl der Erfindung das Zugfestigkeitsverhältnis: TS (MPa) ≤ 573·C_eq + 257 (wobei C_eq = C + Si/7 + Mn/5 + Cr/9 + Mo/2). Wenn dieses Verhältnis nicht erfüllt wird, kann die Verformbarkeit nicht sichergestellt werden und es wird schwierig, die Glühung zur Entfestigung zu vermeiden bzw. umgehen.
Die Gründe für die Eingrenzung der Komponenten im angestrebten Stahl dieser Erfindung werden nachstehend beschrieben:
C ist ein Element, das zur Erhöhung der Festigkeit von Bauteilen für den Maschinenbau erforderlich ist. Wenn der C-Anteil geringer als 0,1% ist, weist das Endprodukt eine unzureichende Festigkeit auf, wenn er 0,5% überschreitet, dann wird eher die Zähigkeit des Endproduktes verringert. Daher wird der C-Anteil auf 0,1 bis 0,5% festgelegt.
Si wird als desoxidierendes Element zur Erhöhung der Festigkeit des Endprodukts durch Mischkristallverfestigung bzw. Mischkristallhärtung zugegeben. Wenn der Si-Anteil unter 0,01% liegt, dann kommt es zu nicht ausreichenden Aushärteergebnissen, wenn es dagegen 0,5% übersteigt, dann ist die Aushärtung gesättigt und die Zähigkeit verschlechtert sich. Daher wird der Si-Anteil auf 0,01% bis 0,5% festgelegt. Für die Desoxidierung von Stahl, wird die Desoxidierung durch Al zusätzlich zur Desoxidierung durch Si verwendet. Speziell für die Verringerung des Sauerstoffanteils wird eine starke Al-Desoxidierung bevorzugt. In diesem Falle verbleibt manchmal 0,2% Al oder weniger im Stahl, solche Al-Rückstände sind bei der Erfindung zugelassen.
Mn ist ein Element, das einen Effekt auf die Festigkeitserhöhung des Endprodukts durch die Verbesserung der Aushärteeigenschaften aufweist. Wenn der Mn-Anteil weniger als 0,3% beträgt, ist der Effekt nicht ausreichend, wenn er 1,5% übersteigt, wird die Wirkung gesättigt und eher die Zähigkeit verschlechtert. Daher wird der Mn-Anteil auf 0,3 bis 1,5% festgelegt.
S ist eine Komponente, die unvermeidlich im Stahl enthalten ist. Im Stahl tritt S als MnS auf und trägt zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit und Bildung einer feinen Struktur bei, und daher ist 0,1% oder weniger S in der Erfindung erlaubt. S ist jedoch ein schädliches Element für die Kaltformung, und wenn keine Maschinenbearbeitbarkeit verlangt wird, wird der S-Anteil vorzugsweise auf 0,035% oder weniger verringert.
P ist ebenfalls eine Komponente, die unvermeidlich im Stahl vorhanden ist, jedoch führt P zu interkristalliner Entmischung, wobei dies zur Verschlechterung der Zähigkeit führt, und daher wird es vorzugsweise auf 0,035% oder weniger verringert.
Dies sind wesentliche Komponenten des angestrebten Stahls der Erfindung, in der Erfindung kann jedoch der Stahl weiterhin eines oder mehrere der Elemente Cr, Mo, Ni, Cu und B enthalten. Diese Elemente werden zur Festigkeitsverbesserung des Endprodukts durch Verbessern der Aushärteeigenschaften oder ähnlichem zugegeben. Die Zugabe dieser Elemente in großen Mengen verringert jedoch nachteilig die Bildung einer Bainit- oder Martensitstruktur im warmgewalzten Stahl zur Verbesserung der Härte, und in Bezug auf die Rentabilität ist dies nicht erwünscht. Daher werden ihre Anteile auf Cr: 0,05 bis 2,0%, Mo: 0,1 bis 1,0%, Ni: 0,3 bis 1,5%, Cu: 1,0% oder weniger und B: 0,005% oder weniger gesetzt.
Darüber hinaus kann in dieser Erfindung eines oder mehrere von Ti, Nb und V enthalten sein, um die Korngrößen anzupassen. Wenn jedoch der Ti-Anteil geringer als 0,005%, der Nb-Anteil geringer als 0,005% und der V-Anteil geringer als 0,03% ist, dann kann kein deutlicher Effekt erzielt werden, wogegen, wenn der Ti-Anteil 0,04% übersteigt, der Nb-Anteil 0,1% übersteigt und der V-Anteil 0,3% übersteigt, es zur Sättigung des Effektes kommt, und die Zähigkeit verschlechtert sich eher. Daher werden ihre Anteile bei Ti auf 0,005 bis 0,04%, bei Nb auf 0,005 bis 0,1% und bei V auf 0,03 bis 0,3% festgelegt.
Das Verfahren dieser Erfindung zur Herstellung von Walzdraht oder -stäben aus Stahl für den Maschinenbau wird nachstehend beschrieben.
In der Erfindung wird ein in Anspruch 1 beschriebener Stahl warmgewalzt, um die Austenitkörner zu verfeinern, dann abge kühlt, um den Ferrit-Perlit-Übergang zu vollenden und anschließend erneut erwärmt, um Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl mit einer neuartigen Struktur zu erhalten. Die so hergestellten Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl sind im warmgewalzten Zustand weicher und weisen eine hohe Querschnittsverringerung auf, daher können sie als Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl für den Maschinenbau mit einer guten Kaltbearbeitbarkeit verwendet werden.
In der Erfindung werden Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl bei einer Temperatur von 850 bis 1.000°C warmvorgewalzt, bei einer Temperatur von 700 bis 1.000°C fertiggewalzt, auf eine Temperatur von 550°C bis 650°C mit einer Abkühlrate von 0,1°/s oder mehr abgekühlt, um den Ferrit-Perlit-Übergang zu vollenden, bei einer Ofenatmosphärentemperatur von 650°C bis 720°C 15 bis 90 min gehalten und anschließend abgekühlt bzw. eine Abkühlung zugelassen.
Die Temperatur für das Warmvorwalzen wird auf 850 bis weniger als 1.000°C festgelegt, da, wenn die Temperatur weniger als 850°C beträgt, das Walzen in Bezug auf die Belastung der Walzmühle schwierig wird, wohingegen, wenn sie 1.000°C oder mehr beträgt, sich die Austenitkristallite vergröbern und nach dem Walzen kein Stahl mit der Ferritkorngrößenzahl Nr. 11 oder mehr erzeugt werden kann. Wenn die Fertigwalztemperatur 1.000°C übersteigt, dann kenn kein Stahl mit einer Ferritkorngröße von Nr. 11 oder mehr erzeugt werden. Daher wird in der Erfindung die zulässige Temperaturobergrenze auf 1.000°C gesetzt. Andererseits, wenn die Temperatur beim Warmfertigwalzen geringer als 700°C ist, dann wird das Walzen in der Austenit-Ferrit-Zweiphasenzone durchgeführt und nach dem Warmwalzen kann keine gleichmäßig verfeinerte Ferrit-Perlit-Struktur erzielt werden. Zusätzlich ist es wenig erwünscht, dass sich eine teilweise nadelförmige Ferrit-Bainit-Struktur bildet. Daher wird das Warmfertigwalzen in einem Temperaturbereich von 700 bis 1.000°C durchgeführt.
Der Stahl wird mit einer Abkühlrate von 0,1°C/s oder mehr abgekühlt, um den Ferrit-Perlit-Übergang zu vollenden. Dies ist vorgegeben, da, wenn die Abkühlrate vom Bereich 0,1°C/s oder mehr abweicht, der Übergang zeitaufwändig ist und eine industrielle Produktion unmöglich wird. Die Abkühlrate beträgt vorzugsweise 0,1 bis 50°C/s. Zusätzlich wird nach dem Warmfertigwalzen die Temperatur auf 550 bis 650°C gesetzt, um den Ferrit-Perlit-Übergang zu vollenden. Wenn die Stahltemperatur am Ende des Perlit-Übergangs weniger als 550°C beträgt, dann braucht der Stahl innerhalb einer Spule, deren Temperatur bei einer nachfolgenden Aufwärmung schwierig zu erhöhen ist, eine lange Zeit (90 min oder mehr), um einen Temperaturbereich von 650°C oder mehr zu erreichen, und dies verursacht ernsthafte Produktivitätseinbußen und eine Kostenzunahme. Weiterhin wird, wenn der Stahl auf weniger als 550°C abgekühlt wird, in einigen Stählen eine harte Bainitstruktur bzw. ein hartes Zwischenstufengefüge gebildet. Daher wird die Temperaturuntergrenze auf 550°C festgelegt. Andererseits, wenn die Stahltemperatur am Ende des Perlitübergangs höher als 650°C ist, dann ist eine lange Zeitdauer erforderlich, bis der Perlit-Übergang vollendet ist, und dies verursacht eine Produktivitätsabnahme, eine sinnlose Zunahme der Kühlstreckenlänge und eine Zunahme der Betriebseinrichtungskosten, und ist daher nicht profitabel. Daher wird die Temperaturobergrenze auf 650°C festgelegt.
Nach der Vollendung des Ferrit-Perlit-Übergangs wird die Aufwärmtemperatur und die Aufwärmzeit jeweils auf von 650°C bis 720°C und von 15 bis 90 min festgelegt. Dies geschieht, da, wenn die Temperatur weniger als 650°C beträgt, keine Granulation des Zementits und Erhöhung des Ferrit-Teilverhältnisses erreicht werden kann, und, daraus folgend, keine Entfestigung und hohe Querschnittsverringerung erzielt werden kann. Andererseits, wenn die Temperatur über 720°C liegt, dann wird ein Teil der ferritisch-perlitischen Struktur wieder austenitisiert und die Festigkeit durch einen nachfolgenden Schritt, indem man den Stahl abkühlen lässt, erhöht. Daher wird die Aufwärmtemperatur auf 650 bis 720°C festglegt. Weiterhin wird, wenn die Aufwärmzeit weniger als 15 min beträgt, die Temperatur nicht ausreichend innerhalb der Spule erhöht und eine erwünschte Entfestigung und Querschnittsverringerung kann nicht erreicht werden. Daher wird die Aufwärmzeit auf 15 min und mehr festgelegt. Andererseits, wenn die Aufwärmzeit 90 min überschreitet, dann werden ernsthafte Produktivitätseinbußen in Bezug auf die Ausrüstung und damit Kostenzunahmen nachteilig verursacht. Daher wird die Aufwärmzeit auf 90 min oder weniger festgelegt.
Daraus resultierend können ein Walzdraht oder -stab aus Stahl hergestellt werden, wobei die Feinstruktur des Stahls aus Ferrit und Perlit besteht, die Ferritkristallitgrößenzahl nach JIS G 0552 Nr. 11 oder mehr beträgt, ein gekörntes Karbid einen äquivalenten Kreisdurchmesser von 2 μm oder weniger und ein Aspektverhältnis von 3 oder weniger in einem Flächenanteil von 5 bis 40% enthalten ist und der Stahl eine Zugfestigkeit TS (MPa) ≤ 573·C_eq + 257 und eine Querschnittsverringerung RA (%) ≥ –23·C_eq + 75 (wobei C_eq = C + Si/7 + Mn/5 + Cr/9 + Mo/2) aufweist.
Beispiele:
Die Erfindung wird nachstehend detaillierter in Bezug auf die Beispiele beschrieben:
Die chemischen Komponenten jeder Stahlprobe sind in Tab. 1 dargestellt. Alle Stahlproben werden durch Stranggießverfahren nach einem Konverterverfahren hergestellt. Jede Stahlprobe wurde in einen Stangenabschnitt bzw. Rohling mit 162 mm Stärke warmgewalzt und dann zu Stahldraht mit einem Durchmesser von 11 mm mit den in Tab. 2 dargestellten Walzbedingungen warmgewalzt. Im Walzgrad (1) gemäß des Verfahrens der Erfindung werden die Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl bei 950°C warmvorgewalzt, bei 900°C fertiggewalzt, wobei sie in den Temperturbereich von 700 bis 1000°C fallen, in eine Ringform aufgewickelt bzw. aufgenommen, sofort in einem Behälter mit kochendem Wasser getaucht, wobei auf 600°C abgekühlt wurde, wobei dies in den Temperaturbereich von 550 bis 650°C fällt, und dann sofort in eine Spulenform umgeformt. Die Spule wurde 30 min auf 700°C erwärmt, wobei sie im Ofen bewegt wurde, und dann ließ man sie außerhalb des Ofens abkühlen. Im Vergleichsgrad (2) werden Drähte aus Stahl, dargestellt durch die Nummern (2, 11 und 20) in Tabelle 3, auf die gleiche Weise wie im Walzgrad (1) hergestellt, gemäß des Verfahrens der Erfindung, mit der Ausnahme, dass die Stahlbramme bzw. der Stahlrohling bei 1.050°C warmvorgewalzt wurde, wobei dies höher liegt als der Temperaturbereich von 850 bis 1.000°C.
Im Vergleichsgrad (3) werden Stahldrähte, dargestellt durch die Nummern (3, 12 und 21) in Tabelle 3 auf die gleiche Weise wie in Walzgrad (1) hergestellt, gemäß des Verfahrens der Erfindung, mit der Ausnahme, dass die Stahldrähte bei 1.050°C fertiggewalzt wurden, wobei dies höher liegt als der Temperaturbereich von 700 bis 1.000°C. Im Vergleichsgrad (4) wurden Stahldrähte, dargestellt durch die Nummern (4, 13 und 22) in Tabelle 3 auf die gleiche Weise wie im Walzgrad (1) erstellt, gemäß des Verfahrens der Erfindung, mit der Ausnahme, dass die Stahldrähte auf eine Endabkühltemperatur von 660°C abgekühlt wurden, wobei dies höher ist als der Temperaturbereich von 550 bis 650°C. In den Vergleichsgraden (5) und (6) werden Stahldrähte, dargestellt durch die Nummern (5, 6, 14, 15, 23 und 24) in Tabelle 3 auf die gleiche Weise wie in Walzgrad (1) erstellt, hergestellt, gemäß des Verfahrens der Erfindung, mit der Ausnahme, dass die Spule mit einer Ofenatmosphärentemperatur von 600°C erwärmt wurde, wobei dies niedriger ist als der Temperaturbereich von 650 bis 720°C (Vergleichsgrad (5)), oder mit einer Ofenatmosphärentemperatur von 730°C erwärmt wurde, wobei dies höher ist als der Temperaturbereich von 650 bis 720°C (Vergleichsgrad (6)).
In Vergleichsgrad (7) werden Stahldrähte, dargestellt durch die Nummern (7, 16 und 25) in Tabelle 3 auf die gleiche Weise wie in Walzgrad (1) gemäß des Verfahrens der Erfindung hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Spule 10 min gehalten wurde, wobei dies kürzer als der Bereich von 15 bis 90 min. Im Vergleichsgrad (8) wurde das Stahlband bei 900°C warmvorgewalzt und bei 750°C warmfertiggewalzt, die nachfolgende Abkühlung wurde durch die Austeilung einer Abdeckung zur langsamen Abkühlung auf der Förderlinie und danach durch Positionieren der aufgewickelten bzw. aufgenommenen Spule in einem Ofen zur langsamen Abkühlung eingestellt, und anschließend ließ man die Spule abkühlen, wobei die Stahldrähte, dargestellt durch die Nummern (8, 17 und 26) in Tabelle 3 hergestellt wurden. Im Vergleichsgrad (9) wurde eine Stahlbramme bzw. ein Stahlrohling bei 1.000°C warmvorgewalzt und bei 900°C fertiggewalzt, wobei die nachfolgende Abkühlung durch die Austeilung einer Abdeckung zur langsamen Abkühlung auf der Förderlinie eingestellt wurde und man die Spule danach abkühlen ließ. Die Spule wurde nach der Abkühlung einer Weichglühung unterzogen mit den Bedingungen, dass die Spule 4 h bei 700°C gehalten wurde und dann abkühlte, wobei die Stahldrähte, dargestellt durch die Nummern (9, 18 und 27) in Tabelle 3, hergestellt wurden.
Von jedem fertiggestellten Stahldraht wurden Proben für die Zerreißtests nach JIS Nr. 2 und eine Testprobe mit 10 mm Durchmesser und 15 mm Länge für die Kaltkompression vorbereitet und bei Durchführung eines Zerreißtests und eines Kalt-Kompressionstest, wobei beide Enden eingespannt wurden, wurde die Zugfestigkeit, die Querschnittsverringerung und die kritische Kompressibilität bestimmt. Weiterhin werden als charakte ristische Merkmale in Bezug auf die Struktur die Feinstruktur, der Ferritanteil, die Ferritkorngrößenzahl und der Flächenanteil des körnigen Karbids zum Vergleich zwischen der Erfindung und Vergleichsbeispielen in Tabelle 3 dargestellt. Wie dort offensichtlich wird, weisen die Nummern 1, 10 und 19 der Erfindung eine höhere Querschnittsverringerung und eine höhere kritische Kompressibilität als die des Vergleichsbeispiels mit den Nummern 8, 17 und 26 auf. Es wurde ebenfalls bestätigt, dass der Wertebereich der Entfestigung, der Querschnittsverringerung und der kritischen Kompression des Stahls dieser Erfindung jeweils gleich oder besser als der der gewalzten und weichgeglühten Stähle des Vergleichsbeispiels mit den Nummern 9, 18 und 27, lag.
Industrielle Anwendungsmöglichkeiten
Die warmgewalzten Walzdrähte oder -stäbe dieser Erfindung für den Maschinenbau sind im gewalzten Zustand entfestigt und weisen eine hohe Querschnittsverringerung auf, ohne dass sie einer Entfestigungsglühung unterzogen wurden, und die Entfestigung, die Querschnittsverringerung und die kritische Kompressibilität ist gleich oder besser als die der herkömmlichen Walzdrähte oder -stäbe aus Stahl, die einer Entfestigungsglühung unterzogen wurden. Dementsprechend ist es nicht notwendig, eine Entfestigungsglühung vor der Kaltbearbeitung wie bei den herkömmlichen Fällen durchzuführen, so dass Produktivitätsverbesserungen und Energieeinsparungen erzielt werden können und ein außerordentlicher Verlängerungseffekt der Lebensdauer der Metallform, die für die Kaltbearbeitbarkeit verwendet wird, erreicht werden kann.

Claims

Warmgewalzte Stahldrähte und -stäbe zur Verwendung im Maschinenbau ohne Glühung, die in Massen% enthalten: C: 0,1 bis 0,5% Si: 0,01 bis 0,5% Mn: 0,3 bis 1,5%, wahlweise eines oder mehrere der folgenden Elemente in Massen%, Cr: 0,05 bis 2,0%, Mo: 0,1 bis 1,0%, Ni: 0,3 bis 1,5%, Cu: 1,0% oder weniger und B: 0,005% oder weniger, und weiterhin wahlweise eines oder mehrere der folgenden Elemente in Massen%: Ti: 0,005 bis 0,04%, Nb: 0,005 bis 0,1% und V: 0,03 bis 0,3%, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen, wobei die Feinstruktur des Stahls aus Ferrit und Perlit besteht, wobei die Ferritkorngröße gemäß Definition in JIS G 0552 Nr. 11 oder mehr beträgt, ein körniges Karbid mit einem äquivalenten Kreisdurchmesser von 2 μm oder weniger und einem Aspektverhältnis von 3 oder weniger in einem Flächenanteil von 5 bis 40% enthalten ist und der Stahl eine Zugfestigkeit und eine Querschnittsverringerung, jeweils definiert durch nachstehende Formeln (1) und (2) aufweist: TS ≤ 573·Ceq + 257, (1) RA ≥ –23·Ceq + 75, (2) wobei Ceq = C + Si/7 + Mn/5 + Cr/9 + Mo/2 (Massen%),TS: Zugfestigkeit (MPa), RA: Querschnittsverringerung (%).
Verfahren zur Herstellung von warmgewalzten Stahldrähten und -stäben gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet: Warmvorwalzen eines Stahls mit den Stahlbestandteilen gemäß Anspruch 1 bei einer Temperatur von 850 bis 1.000°C, Warmfertigwalzen des warmvorgewalzten Stahls bei einer Temperatur von 700 bis 1.000°C, Abkühlen des warmfertiggewalzten Stahls auf eine Temperatur von 550 bis 650°C mit einer Abkühlrate von mindestens 0,1°C/s, dann sofortiges Halten des Stahls bei einer Ofenatmosphärentemperatur von 650 bis 720°C für 15 bis 90 min und anschließend Abkühlenlassen.