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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen kohlenstoffarmen Stahl hoher
Festigkeit und hoher Duktilität
mit einer Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr, mit einer gleichmäßigen Dehnung
von 5% oder mehr und einer Bruchdehnung von 20% oder mehr, der eine
ultrafeine, kristalline, körnige
Ferritstruktur von 100 bis 300 nm besitzt, und in diesem ultrafeinen, kristallinen,
körnigen
Ferrit abgelagerte Eisencarbide aufweist. Der Stahl wird durch ein
Verfahren hergestellt, das folgendes umfasst: (1) Durchführen einer Bearbeitung
und Hitzebehandlung an einem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl oder einem gewöhnlichen kohlenstoffarmen Stahl,
dem Bor in einer Menge von 0,01% oder weniger zugegeben wurde, was
wirkungsvoll für
die Beschleunigung der Umwandlung in Richtung Martensit ist, um
eine Stahlplatte mit einer vergröberten
Austenit-Kristallkörnung herzustellen,
gefolgt von Wasser-Quenchen,
um eine Stahlplatte mit einer Martensit-Phase in einer Menge von
90% oder mehr bereitzustellen, und (2) Durchführen einer beanspruchungsarmen
Kaltwalzung (Low Strain-Kaltwalzung) mit einer Gesamtwalzabnahme
der Dicke von 20% oder mehr und weniger als 80% und Tempern (Glühen) auf
niedriger Temperatur bei 500°C
bis 600°C
mit der Platte, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses kohlenstoffarmen
Stahls hoher Festigkeit und hoher Duktilität.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bezeichnet der gewöhnliche kohlenstoffarme Stahl
einen Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt 0,2% oder weniger beträgt, dessen
Mangangehalt 1,6% oder weniger beträgt, dessen Siliziumgehalt 0,5%
oder weniger beträgt, dessen
Phosphorgehalt 0,05% oder weniger beträgt und dessen Schwefelgehalt
0,05% oder weniger beträgt.
Der gewöhnliche
kohlenstoffarme Stahl, dem winzige Mengen (0,01% oder weniger) von
Bor zugesetzt sind, bezeichnet einen Stahl, der unter Zugabe einer
wirksamen Menge an Bor, die für
eine Beschleunigung der martensitischen Umwandlung notwendig ist,
hergestellt wurde; diese Bor-Zugabe erfolgt in einer Menge von 0,01%
oder weniger zu dem oben genannten gewöhnlichen kohlenstoffarmen Stahl
zum Zweck einer Verbesserung der Quench-Eigenschaft.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bedeutet der %-Gehalt Gewichts-%.
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In
den letzten Jahren sind eine Verbesserung der Nutzbarkeit freistehender
Hochhausgebäude,
die Anforderungen an die Energieeinsparung bei Autos oder Schiffen
und die Wiederverwertung natürlicher Ressourcen
von zunehmender Notwendigkeit, und diese Entwicklung ist auch auf
Stahlmaterialien anwendbar. Um den beiden erstgenannten Erfordernissen
gerecht zu werden, ist es notwendig, die Festigkeit und Duktilität der Stahlplatte
stark zu erhöhen, und
um auch die Wiederverwertung natürlicher
Ressourcen zu verbessern, ist es notwendig, diese Verbesserung dadurch
zu erreichen, dass die Festigkeit und Duktilität der Stahlplatte dadurch stark
erhöht wird,
dass gewöhnlicher
kohlenstoffarmer Stahl verwendet wird, und nicht durch die Zugabe
weiterer Legierungselemente.
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Um
eine Stahlplatte mit einem hohen Maße der gewünschten Eigenschaften zu entwickeln,
wurden mehrere Projektteams etabliert. Diese Projektteams werden
z.B. mit „Supermetall-Projekt" oder „Superstahl-Projekt" bezeichnet und zielen
darauf ab, einen Stahl mit Ferritstruktur zu entwickeln, der eine „800 MPa"-Zugfestigkeit besitzt,
die das zweifache des gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahls beträgt,
der eine hohe Duktilität
besitzt, und der außerdem
die Eigenschaften leichter Schweißbarkeit besitzt, indem eine
ultrafeine Kristallkörnung
von 1 μm oder
weniger bei der vorliegenden Stahlplatte der „400 MPa"-Klasse-Zusammensetzung
erzeugt wird.
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Auf
dem betreffenden technischen Gebiet ist es für die Verbesserung der Festigkeit
durch die Verfeinerung der Ferrit-Kristallkörner des Stahls wohlbekannt,
die Beziehung der Hall-Petch-Gleichung umzusetzen, d.h. Fließspannung
und Zugfestigkeit werden verbessert, indem man die Größe des Ferrit-Kristall-Stahls
verfeinert, und dadurch gleichzeitig auch die Härte verbessert. Hier besteht
jedoch das Problem, dass die Dehnung bei einem Spannungstest abfällt.
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In
CAMP-ISIJ Band 11 (1998), S. 1031–1034 ist folgende Offenbarung
beschrieben. Bei der Studie zum Erhalt eines Stahls sollte die Festigkeit,
ausgehend von einem Stahl der Klasse 400 MPa mit guter Schweißbarkeit
als Ausgangsmaterial, auf 800 MPa verbessert werden, wobei die Zielsetzung
der Studie darin bestand, eine Korngröße von 1 μm oder weniger in einer Ferrit-Carbid-Struktur
zu erreichen. Als spezifische Maßnahmen zum Erreichen dieser
Zielsetzung ist das folgende Verfahren erwähnt. Die Behandlung der Austenit-Transformation
wird bei einer Probe von 8 mm Dicke durchgeführt, genauer gesagt, nachdem
diese Probe bei einer Temperatur von 1000°C für 60 sec hitzebehandelt wurde,
mittels Wasser abgekühlt
wurde, um so eine Martensit-Struktur zu erhalten, wonach dann ein
biaxiales Warmwalzen mit einer Gesamtwalzabnahme der Dicke von 90%
bei 640°C
an der Probe erfolgte. Sie berichteten, dass die Ferritstruktur
des erhaltenen Stahls dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine äquiaxiale
Feinstruktur besitzt, bei der die nominale Korngröße 0,77 μm und die
Vickers-Härte
245 wird, was einer Zugfestigkeit von 760 MPa entspricht. Jedoch
gibt es in dieser Textstelle keine Beschreibung, die über das
tatsächliche
Messverfahren für
die Zugfestigkeit berichtet, indem etwa ein Teststück für einen
Test auf Festigkeit aus der erhaltenen Stahlmasse hergestellt würde. Weiterhin
gibt es keinen Hinweis bezüglich
der Dehnung. Wiederum des weiteren ist der Stahl, der in diesem
Bezugstext verwendet wird, ein Stahl, dessen Mangangehalt auf 2,03%
erhöht
wird, um Quench-Fähigkeit
herzustellen, weiterhin erfolgt das Walzen der Martensit-Struktur
unter warmen Bedingungen bei 640°C.
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Weiterhin
wurden die Verfahren der Mischkristallhärtung, die ein Legierungselement
hinzufügt, der
Ausscheidungshärtung
und der Transformationsverfestigung bei der Entwicklung eines Stahls
untersucht, der den Erfordernissen, wie etwa hoher Festigkeit, hoher
Härte und
hoher Duktilität,
gerecht wird. Jedoch haben diese Verfahren aufgrund der Einbeziehung
hoher Mengen an Legierungselementen den Nachteil hoher Kosten. Weiterhin
haben sie den Nachteil einer Verschlechterung der Wiederverwertungsfähigkeit.
Auf der anderen Seite werden zur Lösung dieser Probleme die Verfestigungsverfahren durch
Verfeinerung der Kristallkörnung
untersucht und beschrieben, die Verfahren darstellen, bei denen kein
Legierungselement zugegeben wird. Da diese Verfahren jedoch auf
einer Bearbeitung unter hoher Beanspruchung (Large Strain-Bearbeitung)
basieren, ergibt sich das Problem des Erfordernisses spezieller
Bearbeitungsgerätschaften.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bereits die Struktur und
die mechanischen Eigenschaften einer Stahlplatte untersucht, die
erhalten wurde durch die Kombination von akkumulierendem Walzplattieren
(Accumulative Roll-Bonding, ARB) bei Raumtemperatur und Tempern,
was eine Large Strain-Bearbeitung darstellt, wobei als Ausgangsmaterial
eine Stahlplatte mit einer Ferrit-Perlit-Struktur verwendet wurde.
Da jedoch die Struktur, die nach einer Large Strain-Bearbeitung
erhalten wird, eine heterogene Struktur darstellt, bei der sowohl
eine Region, die Eisenkarbid enthält, als auch eine Region ohne
Eisenkarbid vorkommen, wird eine heterogene gemischte Kornstruktur
mit einer nichteinheitlichen Ferrit-Korngröße beim Prozess des Temperns
erzeugt. Daher kann die Stahlplatte mit der erwarteten hohen Festigkeit
und hohen Duktilität nicht
erhalten werden.
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Die
Idee, die ultrafeine Ferrit-Kristallkorn-Struktur von gewöhnlichem
kohlenstoffarmem Stahl aus einer Martensit-Struktur zu erzeugen,
ist nicht neu, da diese Idee auch von dem STX-21 Projekt oder dem
Supermetall-Projekt, das die Entwicklung von Superstahl fördert, verwendet
wird. Jedoch ist die Entwicklung zur Verwirklichung des hochfesten
und hochduktilen kohlenstoffarmen Stahls mit einer Zugfestigkeit
von 800 MPa oder mehr, einer gleichmäßigen Dehnung von 5% oder mehr
und einer Bruchdehnung von 20% oder mehr durch dieses Verfahren
noch nicht verwirklicht worden. Insbesondere kommt die Idee, einen
Stahl mit hoher Festigkeit, hoher Duktilität und hoher Härte zu erhalten,
im Konzept dieser Projekte nicht vor.
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Die
Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stahlplatte
mit den gewünschten Eigenschaften
und ein Verfahren zur Herstellung einer Stahlplatte mit den gewünschten
Eigenschaften bereitzustellen, ohne dass die Notwendigkeit besteht,
Veränderungen
an den Produktionsanlagen für konventionelle
Stahlplatten vorzunehmen.
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Wie
oben erwähnt,
ist die Idee, eine Stahlplatte mit einer Martensit-Struktur als
Ausgangsmaterial zur Verwirklichung der ultrafeinen Ferrit-Kristallkornstruktur
zu verwenden, eine wohlbekannte Technik. Jedoch wurde es als schwierig
angesehen, eine Martensit-Struktur
flächendeckend
in dem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl zu erzeugen, dessen Quench-Vermögen bei
dem Herstellungsverfahren der gewöhnlichen, kohlenstoffarmen
Stahlplatte nicht so gut ist.
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Um
einen hochfesten und hochduktilen kohlenstoffarmen Stahl mit einer
Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr, einer gleichmäßigen Dehnung
von 5% oder mehr und einer Bruchdehnung von 20% oder mehr im ersten
Schritt aus einem Martensitstahl als Ausgangsmaterial herzustellen,
haben die vorliegenden Erfinder die Beziehung zwischen Martensitstahl
als Ausgangsmaterial und den Eigenschaften, wie etwa Festigkeit
oder Duktilität
von kohlenstoffarmem Stahl, wie sie durch eine nachfolgende Behandlung
erhalten werden, untersucht. Wir haben herausgefunden, dass der
hochfeste und hochduktile kohlenstoffarme Stahl mit der erwarteten
Festigkeit, Dehnung und Bruchdehnung aus einem Stahl erhalten werden
kann, dessen Martensitphase 90% oder mehr beträgt, wobei letzterer erhalten
wird, indem man die Austenit-Kristallkörnung vergröbert und dann in Wasser quencht,
gefolgt von einer Kaltwalzung mit einer Gesamtwalzabnahme der Dicke
von 20% oder mehr und weniger als 80% sowie Tempern.
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Die
Zielsetzung der vorliegenden Erfindung wird verwirklicht durch die
Kombination der Low Strain-Bearbeitung und des Temperns und durch
den spezifischen Stahl, der für
die Low Strain-Bearbeitung und das Tempern zur Verfügung gestellt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine kohlenstoffarme Stahlplatte hoher
Festigkeit und hoher Duktilität
mit einer Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr, mit einer gleichmäßigen Dehnung
von 5% oder mehr und einer Bruchdehnung von 20% oder mehr, die eine
ultrafeine, kristalline, körnige
Ferritstruktur von 100 bis 300 nm besitzt, und in diesem ultrafeinen,
kristallinen, körnigen
Ferrit abgelagerte Eisencarbide aufweist, bereit. Die Erfindung
stellt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffarmen Stahls
hoher Festigkeit und hoher Duktilität mit einer Zugfestigkeit von
800 MPa oder mehr, einer gleichmäßigen Dehnung
von 5% oder mehr und einer Bruchdehnung von 20% oder mehr bereit,
das folgendes umfasst:
Durchführen einer Kaltwalzung mit
einer Gesamtwalzung von 20% oder mehr und weniger als 80% und Tempern
bei einer Temperatur von 500°C
bis 600°C bei
einem Stahlprodukt mit einer Martensitphase in einer Menge von 90%
oder mehr, dieses erhalten durch Vergröbern der Größe einer Austenit-Kristallkörnung, die
vorkommt bei einem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl oder bei einem gewöhnlichen kohlenstoffarmen Stahl,
dem Bor in einer Menge von 0,01% oder weniger zugegeben wurde, was
wirkungsvoll für
die Beschleunigung der martensitischen Umwandlung ist, auf 100 μm oder mehr,
gefolgt von Wasser-Quenchen. Erstrebenswerter Weise ist der Stahl
ein hochfester und hochduktiler kohlenstoffarmer Stahl, der eine
ultrafeine kristallin-körnige
Ferritstruktur mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von
1,0 μm oder
weniger besitzt, hergestellt durch eine Niedrigtemperatur-Bearbeitung
und Tempern, indem man eine Kaltwalzung mit einer Gesamtwalzabnahme
der Dicke von 20% oder mehr und einer geringeren Abnahme als 80%
und ein Niedrigtemperatur-Tempern im Temperaturbereich zwischen
500°C oder
mehr und weniger als 600°C durchführt.
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1 ist
ein optisch-mikroskopisches (OM)-Bild, das die Struktur der longitudinal-vertikalen Querschnittsansicht
einer Platte aus gewöhnlichem kohlenstoffarmem
Stahl (JIS-SS400,
2 mm Dicke) zeigt, die bei 1000°C
für 15
Minuten austenitisiert und dann in Wasser gequencht wurde.
In
der Abbildung zeigt RD die Walzrichtung und ND die normale Ausrichtung
der Platte an.
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2 ist
ein optisch-mikroskopisches Bild, das die Struktur der longitudinal-vertikalen
Querschnittsansicht des kaltgewalzten, gewöhnlichen kohlenstoffarmen Stahls
(JIS-SS400) zeigt, dessen Ausgangsstruktur eine Martensit-Struktur
war.
(a) zeigt den Fall einer 50%igen Kaltwalzung und (b) zeigt
den Fall einer 70%igen Walzung.
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3 zeigt
die Nominalbeanspruchungs-Nominaldehnungs-Kurven des gequenchten Stahls
aus dem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl (JIS-SS400) und des kaltgewalzten Stahls
bei verschiedenen Walzabnahmen der Dicke. In der Figur ist a ein
kaltgewalzter Stahl mit einer Walzabnahme der Dicke von 70%, b ein
kaltgewalzter Stahl mit einer Walzabnahme der Dicke von 50%, c ein
kaltgewalzter Stahl mit einer Walzabnahme der Dicke von 25%, d ein
gequenchter Stahl mit Martensit-Struktur und e ein Stahl, wie erhalten,
mit Ferrit-Perlit-Struktur.
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4 zeigt
die Nominalbeanspruchungs-Nominaldehnungs-Kurven. In der Figur ist
a ein kaltgewalzter Stahl mit einer Walzabnahme der Dicke von 50%
bei einem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl (JIS-SS400), dessen Ausgangsstruktur eine
Martensit-Struktur ist, und daraus erzeugte Stähle, die für 30 Minuten getempert wurden
(b: getempert bei 400°C,
c: getempert bei 500°C,
d: getempert bei 550°C
und e: getempert bei 600°C).
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5 zeigt
die Beziehung zwischen der Temperatur des Temperns und den mechanischen Eigenschaften
eines kaltgewalzten und getemperten Stahls bei einer Walzabnahme
der Dicke von 50% bei einem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl (JIS-SS400),
dessen Ausgangsstruktur eine Martensit-Struktur ist. In der Figur
ist -•-
die Zugfestigkeit (σ
B) -o- die 0,2%-Dehngrenze (σ
0,2)
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die Bruchdehnung (e) und -Δ-
die gleichmäßige Dehnung
(σ
U).
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6 ist
ein transmissions-elektronenmikroskopisches (TEM)-Bild, das die
Struktur der longitudinal-vertikalen Querschnittsansicht eines kaltgewalzten
und getemperten Stahls bei einer Walzabnahme von 50% bei einem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl (JIS-SS400),
dessen Ausgangsstruktur eine Martensit-Struktur ist, bei verschiedenen
Temperaturen des Temperns zeigt. Die Temperaturen des Temperns sind
(a) 400°C,
(b) 500°C,
(c) 550°C
und (d) 600°C
für 30
Minuten.
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7 ist
ein Graph, der den Vergleich der Beziehung zwischen der Zugfestigkeit
und der Bruchdehnung (Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität) von gewalztem
und getempertem Stahl bei einer Walzabnahme von 50% bei einem gewöhnlichen
kohlenstoffarmen Stahl (JIS-SS400), dessen Ausgangsstruktur eine
Martensit-Struktur ist, zeigt, und zwar bei den verschiedenen Temperaturen des
Temperns für
30 Minuten (o), und die entsprechende Beziehung von gewalztem und
getempertem Stahl bei einer Walzabnahme mit ARB von 97% bei dem
Stahl, dessen Ausgangsstruktur Ferrit-Perlit ist, und der bei verschiedenen
Temperaturen für
30 Minuten getempert wurde (Δ).
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8 ist
ein JIS 5-Teststück
für den
Dehnungstest.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun in größerem Detail dargestellt.
- A. Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung
werden das Testverfahren und die Messvorrichtung beschrieben.
- 1. Die Form eines Teststücks,
das für
den Zugtest verwendet wird, beträgt
1/5 der Größe des JIS 5-Teststücks (8)
(Messlänge
10 mm × Messbreite
5 mm).
- 2. Die Probe für
die optisch-mikroskopische (Nikon Co., Ltd., Opti Photo 100S) Betrachtung
und TEM (Hitachi Co., Ltd., H-800) Betrachtung wird mittels eines
wohlbekannten Verfahrens hergestellt.
- B. Die wichtigen Punkte der vorliegenden Erfindung werden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung dargestellt.
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Die
vorliegende Erfindung wird zusammen mit den folgenden, spezifischeren
Beispielen veranschaulicht. Jedoch werden die folgenden Beispiele nur
für das
einfache Verständnis
der vorliegenden Erfindung aufgeführt und sind nicht dazu gedacht,
den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
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1 ist
ein optisch-mikroskopisches Bild, das die Struktur der longitudinal-vertikalen
Querschnittsansicht eines gequenchten Stahls zeigt, erhalten bei
Verwendung einer warmgewalzten Platte der Dicke 2 mm eines gewalzten
Stahlmaterials für allgemeine
Bauzwecke, genauer gesagt des Stahlmaterials, das geringfügige Bestandteile
enthält (JIS-SS400), wie etwa
C: 0,13%, Si: 0,01%, Mn: 0,37%, P: 0,02%, S: 0,004%, gelöstes bzw.
lösliches Al:
0,04%, als Empfängerstahl,
wobei eine Austenitisierung bei diesem Stahl bei 1000°C für 15 Minuten durchgeführt wird,
um so die Größe einer
Austenit-Kristallkörnung
auf 100–200 μm Größe zu vergröbern, gefolgt
von Wasser-Quenchen. Dieses Bild zeigt, dass die Struktur der Struktur
einer groben Martensit-Struktur entspricht, die etwa 4% an voreutektoidem
Ferrit enthält.
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2 ist
ein optisch-mikroskopisches Bild, das die Struktur der longitudinal-vertikalen
Querschnittsansicht eines kaltgewalzten Stahls zeigt, der erhalten
wird durch Kaltwalzen des Empfängerstahls aus 1 durch
Mehrfach-Kaltwalzung bei einer Gesamtwalzabnahme der Dicke von 50%
(a) und 70% (b). Das voreutektoide Ferrit, das in den vormaligen Austenitkörnern abgelagert
wird, ist in schwarzem Kontrast zu erkennen. Im allgemeinen sagt
man, dass die Bearbeitbarkeit von Martensit bei Kohlenstoffstahl
nicht so gut ist. Jedoch geht aus 2 klar hervor,
dass der kohlenstoffarme Martensitstahl, zumindest der kohlenstoffarme
Martensitstahl, der gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, über eine Abnahme von 70% oder mehr
kaltgewalzt werden kann.
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3 zeigt
die Nominalbeanspruchungs-Nominaldehnungs-Kurven beim Zugtest des gequenchten
Stahls aus 1 und des kaltgewalzten Stahls
aus 2. Als Bezugnahme ist die Nominalbeanspruchungs-Nominaldehnungs-Kurve
e eines Stahls, wie erhalten, mit einer Ferrit-Perlit-Struktur durch
eine gepunktete Linie gezeigt. Die Zugfestigkeit wird durch Quenchen
von 410 MPa auf 1100 MPA verbessert (d), durch eine Kaltwalzung
von 25% weiter auf 1340 MPa verbessert (c), durch eine Kaltwalzung
von 50% auf 1470 MPa verbessert (b) und durch eine Kaltwaltwalzung
von 70% auf 1640 MPa verbessert (a). Dabei beträgt die Bruchdehnung im Fall
von gequenchtem Stahl etwa 10% und im Fall des kaltgewalzten Stahls
etwa 6%. Die gleichmäßige Dehnung
des kaltgewalzten Stahls beträgt
1% oder weniger.
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4 zeigt
die Nominalbeanspruchungs-Nominaldehnungs-Kurven in Zugtests eines kaltgewalzten
Stahls, der erhalten wird durch eine Walzabnahme von 50% aus 3 und
der daraus erhaltenen getemperten Stähle, die für 30 min bei verschiedenen
Temperaturen behandelt wurden. Obwohl sich die Festigkeit durch
das Tempern verschlechtert, verbessert sich die Duktilität durch
das Tempern bei 500°C
oder mehr, und bei Temperaturen von 500°C bis 550°C verschlechtert sich die Festigkeit
nicht so stark, während
die Bruchdehnung und die gleichmäßige Dehnung
offenkundig gesteigert werden. Dementsprechend wird bei dem bei
550°C getemperten
Stahl (d) der ultrahochfeste hochduktile Stahl mit einer Zugfestigkeit
von 870 MPa, 710 MPa 0,2%-Dehngrenze, 21% Bruchdehnung und 8% gleichmäßiger Dehnung
erhalten.
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5 zeigt
die Beziehung zwischen der Temperatur des Temperns und der Zugfestigkeit
(-•-), der
0,2%-Dehngrenze (-o-), der Bruchdehnung (-
-) und
der gleichmäßigen Dehnung
(-Δ-) bei
kaltgewalztem Stahl von 50% und dem daraus erzeugten getemperten
Stahl. Wenn die Temperatur des Temperns 525°C überschreitet, verbessern sich
die Bruchdehnung und die gleichmäßige Dehnung
plötzlich,
während
die Zugfestigkeit bei der Temperatur im Bereich zwischen 500°C und 550°C weitgehend
unverändert
bleibt. Dies ist der Grund, warum der ultrahochfeste hochduktile
Stahl erhalten wird.
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6 ist
das TEM-Bild, das die Struktur der longitudinal-vertikalen Querschnittsansicht
eines kaltgewalzten und getemperten Stahls bei einer Walzabnahme
von 50% zeigt. Das Bild zeigt an, dass die Struktur von bei 400°C getempertem
Stahl (a) eine lamellare Struktur ist, die einem stark gewalzten Stahl ähnelt. Im
Fall des bei 500°C
getemperten Stahls (b) werden ultrafeine äquiaxiale Körner von 100 bis 300 nm in
breitem Umfang beobachtet. Obwohl nicht in der Zeichnung dargestellt,
wird bereits aus dem begrenzten Ansichtsbereich des Elektronenbeugungsmusters
ersichtlich, dass diese ultrafeinen äquiaxialen Körner von weitwinkeligen
Korngrenzen umgeben sind und keine Unterkörner darstellen. Der bei 550°C getemperte
Stahl besitzt ebenfalls eine ähnliche
ultrafeine äquiaxiale
Kornstruktur. Jedoch werden bei einer Temperatur des Temperns von
600°C größere Körner, deren
Korngröße auf mehrere
um angewachsen ist, sowie kugelig abgelagertes Eisenkarbid beobachtet.
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Es
versteht sich, dass die Abscheidung des Eisenkarbids bei einer höheren Temperatur
als 500°C
erfolgt, um so das Wachstum der Kristallkörner zu begrenzen, sodass folglich
die ultrafeine kristalline Kornstruktur von 100–300 nm erzeugt wird. Weiterhin
wird gleichzeitig die Kalthärtungsfähigkeit bereitgestellt,
die für
die gleichmäßige Dehnung
erforderlich ist.
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Wie
oben erwähnt,
kann durch die Verwendung des kohlenstoffarmen Martensitstahls als
Ausgangsmaterial und durch Low Strain-Bearbeitung bei 50% Walzabnahme
und Tempern bei 550°C
eine ultrafeine kristalline Ferrit-Kornstruktur erhalten werden.
Somit wird es ersichtlich, dass es möglich ist, einen hochfesten
und hochduktilen kohlenstoffarmen Stahl zu erhalten.
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7 zeigt
das Festigkeits-Duktilitäts-Gleichgewicht
bei 50% kaltgewalztem und getempertem Martensitstahl, der ein Stahl
der vorliegenden Erfindung ist (o) und bei unter hoher Beanspruchung
bearbeitetem Stahl (97% kaltgewalzter Stahl), dessen Ausgangsstruktur
eine Ferrit-Perlit-Struktur der herkömmlichen Technik ist (Δ). Wie oben
erwähnt,
erhält
man bei der Durchführung
der Large Strain-Bearbeitung unter Verwendung der Ferrit-Perlit-Struktur
als Ausgangsstruktur durch Tempern eine gemischte Kornstruktur,
und der gewünschte
hochfeste und hochduktile Stahl kann nicht erhalten werden. Im Gegensatz
dazu zeigt das Festigkeits-Duktilitäts-Gleichgewicht im Falle des
kaltgewalzten Stahls und des getemperten Martensitstahls der vorliegenden
Erfindung – wie
aus 7 klar ersichtlich ist – den Versuchspunkt, der den
Bedingungen von 800 MPa oder mehr an Zugfestigkeit gerecht wird,
und es werden 20% oder mehr an Bruchfestigkeit erhalten.
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Wie
oben dargestellt, kann bei einem gewöhnlichen kohlenstoffarmen Stahl
von 0,13C (JIS-SS400) eine ultrafeine, kristalline, körnige Ferrit-Struktur
der Korngröße 100–300 nm
erhalten werden, indem man nach der 50%igen Kaltwalzung unter Verwendung
der Martensit-Struktur der vorliegenden Erfindung als Ausgangsstruktur
tempert, und durch Tempern bei 550°C für 30 Minuten ein Stahl gewonnen
wird, der ausgezeichnete mechanische Eigenschaften mit einer Zugfestigkeit
von 870 MPa, 21% Bruchdehnung und 8% gleichmäßiger Dehnung besitzt. Und
es ist ersichtlich, dass das Verfahren zur Herstellung dieses Stahls
exzellente Ergebnisse ergibt, wie etwa einen guten ökonomischen Vorteil
angesichts der einfachen Durchführbarkeit,
sowie eine Erfüllung
der sozialen Erfordernis vom Blickpunkt der Umwelt und des Wiederverwertungssystems
von Materialien.
