DE69210120T2

DE69210120T2 - Verfahren zum Herstellen plattierter Bleche aus Stahl mit einer nichtrostenden Metallauflage

Info

Publication number: DE69210120T2
Application number: DE69210120T
Authority: DE
Inventors: Jean Beguinot; Jacques Charles; Daniel Jobard; Gilbert Schweitzer
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1991-07-03
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2012-07-01
Also published as: NO301027B1; EP0521774B1; NO922607D0; EP0521774A1; DE69210120D1; NO922607L; FR2678642A1; FR2678642B1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von plattierten Blechen, die eine Plattierung aus nichtrostendem Stahl oder nichtrostender Legierung auf einer Basis aus Baustahl besitzt, und die erhaltenen Bleche.
Die plattierten Bleche, die aus einer Plattierung beispielsweise aus nichtrostendem Stahl auf einer Basis aus Baustahl wie einem Mangankohlenstoffstahl bestehen, sind wohlbekannt. um der Basis befriedigende mechanische Merkmale zu verleihen, unterzieht man das plattierte Blech einer Normalglühbehandlung zwischen etwa 950ºC und 1020ºC. Dieses Verfahren besitzt einen Nachteil für manche Plattierungssorten, der sich daraus ergibt, daß die Normalglühtemperatur nicht ausreicht, um die Karbide oder die intermetallischen Ausfällungen, die sich im Plattierungsmetall befinden können, in Lösung zu bringen. Die Karbide beeinträchtigen die Korrosionsfestigkeit der Plattierung und die intermetallischen Ausfällungen können eine Versprödung der Plattierung einführen.
Um die Karbide und die intermetallischen Niederschläge zu lösen, wäre es notwendig, das plattierte Blech auf eine Temperatur zu bringen, die 1150ºC erreichen kann. Derartige Temperaturen vergrößern jedoch das Korn des Metalls der Basis übermäßig, was deren mechanische Merkmale beeinträchtigt. Insbesondere ist es bei Normalglühbehandlungen mit solchen Temperaturen nicht möglich, Geschmeidig/Sprödeübergangstemperaturen von weniger als -20ºC zu erhalten.
Das Deutsche Patent DE 37 33 481 schlägt ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Blechen durch gesteuertes Walzen vor, auf das eine Abschreckung folgt, die ggf. unterbrochen oder von einem Anlassen gefolgt wird, dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß es ein gesteuertes Walzen mit Temperaturen umfaßt, die die Ausfällung von Karbiden oder intermetallischen Verbindungen bei manchen Plattierungssorten begünstigen, was ihre Korrosionsfestigkeit verringert.
Die Stahlsorten, bei denen die bekannten Techniken zur Herstellung von plattierten Blechen nicht befriedigend sind, erfordern, um ihre volle Korrosionsfestigkeit zu erhalten, eine Abschreckbehandlung von einer Temperatur von über 1050ºC aus. Wenn man einer solchen Behandlung plattierte Bleche mit einer Basis aus Mangankohlenstoffstahl nach der gegenwärtigen Technik unterzieht, werden die mechanischen Merkmale der Basis, insbesondere ihre Schlagzähigkeit, sehr beeinträchtigt. Die Erhitzung auf eine Temperatur von über 1050ºC vergrößert nämlich beträchtlich das Korn des Metalls der Basis und für die Schlagzähigkeit ist es nicht möglich, Geschmeidig/Spröde-Übergangstemperaturen von weniger als -20ºC zu erhalten.
Das Französische Patent FR 2.594.732 schlägt ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Blechen vor, indem man das plattierte Blech durch schnelles Abkühlen bis auf eine Temperatur zwischen 550ºC und 620ºC und dann durch langsames Abkühlen abschreckt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es für die Basis zu einer Ferrit-Perlit-Struktur führt, deren Schlagzähigkeit nicht sehr gut ist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Blechen zu schaffen, die eine Plattierung mit einer sehr guten Korrosionsfestigkeit und eine Basis mit sehr guten mechanischen Merkmalen besitzt.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines plattierten Blechs, bestehend aus einer Plattierungsschicht aus nichtrostendem Stahl oder nichtrostender Legierung mit einer sehr guten Korrosionsfestigkeit und aus einer Basisschicht aus Baustahl mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, Verfahren, gemäß welchem - man eine plattierte Einheit herstellt, die aus mindestens einem plattierten Blech besteht und mindestens eine Plattierungsschicht aus einer nichtrostenden Legierung oder einem nichtrostenden Stahl und mindestens eine Basisschicht aus schwach legiertem Baustahl umfaßt, der, in Gewichtsprozent, Kohlenstoff in einem Anteil von weniger als 0,14 % Kohlenstoff, Titan in einem Anteil von weniger als 0,06 %, Stickstoff in einem Anteil von wenigstens 0,005 %, wenigstens ein Element, das ausgewählt ist aus Mangan, Silicium, Nickel und Bor in einer ausreichenden Menge, um eine gute Härtbarkeit der Basisschicht zu erhalten, und mindestens ein Aufkohlungsmittel enthält, das aus Niob, Vanadium, Chrom oder Molybdän ausgewählt ist,
- man die plattierte Einheit auf eine Abschrecktemperatur von mindestens gleich 1050&sup0;c erhitzt, die ausreicht, um die intermetallischen Verbindungen und die Karbide der Plattierungsschicht in Lösung zu bringen, und
- man eine Abschreckung der plattierten Einheit durch schnelles Abkühlen von der Abschrecktemperatur bis auf eine Temperatur von unter 550ºC und langsamer bis auf Raumtemperatur vornimmt, so daß das Metall der Basis eine nadelige Struktur mit feinen Karbidausfällungen hat, indem man die Bildung einer Ferrit-Perlit-Struktur vermeidet.
Die Abschreckung kann durch schnelles Abkühlen bis auf eine Temperatur zwischen 500ºC und 400ºC und dann langsamer bis zur Raumtemperatur vorgenommen werden.
Die Abschreckung kann mit Wasser bis zu einer Temperatur von ungefähr 500ºC und dann mit Luft vorgenommen werden und die plattierte Einheit erfährt kein Anlassen.
Die Abschreckung kann auch mit Öl vorgenommen werden und wird nicht von einem Anlassen gefolgt.
Die Abschreckung kann schließlich mit Wasser bis zur Raumtemperatur vorgenommen und von einem Anlassen auf eine Temperatur zwischen 450ºC und 680ºC gefolgt werden. Diese Anlaßbehandlung ist so eingestellt, daß sie keine Ausfällungen von Karbiden oder intermetallischen Phasen im Plattierungsmetall bewirkt.
Für die Basis verwendet man vorzugsweise einen Stahl, der in Gew.-% enthält:
weniger als 0,14 % Kohlenstoff
weniger als 0,06 % Titan
mehr als 0,005 Stickstoff
weniger als 2,5 % Mangan
ggf. Nickel oder Bor und Elemente, die ausgefällte Karbide bilden können und aus den folgenden Elementen gewählt sind: V, Nb, Cr, Mo.
Die Summe der Gehalte an Chrom und Molybdän liegt vorzugsweise zwischen 0,2 % und 1,5 %.
Die Erfindung betrifft auch ein in dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes plattiertes Blech. In diesem Blech ist das Plattierungsmetall frei von Karbiden oder ausgefällten intermetallischen Phasen; das Metall der Basis hat eine nadelige Struktur mit feinen Karbidausfällungen.
Das Plattierungsmetall ist vorzugsweise ein Superaustenitoder Superaustenoferritstahl oder eine Legierung auf der Basis von Nickel, die mehr als 20 Gew.-% Chrom und mehr als 2 Gew.-% Molybdän enthält.
Solche plattierten Bleche haben eine Plattierung, deren Korrosionsfestigkeit optimal ist, und deren Basis sehr gute mechanische Eigenschaften sowohl hinsichtlich Zug als auch Schlagzähigkeit besitzt.
Die Erfindung wird nun genauer, jedoch nicht begrenzend beschrieben.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen plattierten Blechs plattiert man auf an sich bekannte Weise durch Walzen oder durch Explosion und Nachwalzen ein Plattierungsmetall auf eine Baustahlbasis.
Das Plattierungsmetall ist ein Superaustenit- oder Superaustenoferritstahl oder eine Legierung auf der Basis von Nickel mit starken Beigaben von Chrom oder Molybdän, um sie nichtrostend zu machen. Diese Legierungen, die gegenüber der Ausfällung von Karbiden oder intermetallischen Phasen sehr empfindlich sind, entsprechen insbesondere den amerikanischen Kennzeichnungen UNS, deren Nummer und deren mittlere chemische Zusammensetzung in % in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind: andere max
Wenn die Plattierung durch Walzen eines Blocks vorgenommen wird, erhält man ein Sandwich, das aus zwei plattierten Blechen besteht, die mit ihren Plattierungsschichten aneinandergefügt sind, zwischen denen eine dünne Trennschicht angeordnet ist. Wenn die Plattierung durch Explosion und Nachwalzen vorgenommen wird, erhält man ein plattiertes Blech. Die nach Walzen erhaltene plattierte Einheit (Sandwich oder plattiertes Blech) wird nun auf eine ausreichende Temperatur erhitzt, um die Karbide oder die intermetallischen Phasen, die im Plattierungsmetall ausfallen konnten, wieder in Lösung zu bringen.
Der Fachmann kann diese Temperatur in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Plattierungsmetalls bestimmen, diese ist jedoch immer höher als oder gleich 1050ºC; sie kann 1150ºC erreichen.
Nach dem Erhitzen wird die plattierte Einheit abgeschreckt und ggf. einem Anlassen unterzogen, so daß
- das Plattierungsmetall frei von ausgefällten Karbiden oder intermetallischen Phasen ist,
- der Stahl der Basis eine nadelige Abschreckstruktur vorzugsweise mit feinen Karbidausfällungen hat.
Zwei Ausführungsformen sind möglich.
Bei der ersten Ausführungsform wird die plattierte Einheit sehr schnell bis auf eine Temperatur von unter 550º und vorzugsweise zwischen 500ºC und 400ºC und dann langsamer bis auf Raumtemperatur abgekühlt.
Sofern die chemische Zusammensetzung eingestellt ist, wie unten angegeben wird, gestattet die schnelle Abkühlung unter 550ºC
- die Vermeidung der Bildung von Ausfällungen im Plattierungsmetall,
- die Bildung einer nadeligen Struktur im Basisstahl.
Die langsamere Abkühlung bis auf Raumtemperatur gestattet die Bildung feiner Karbidausfällungen im Stahl der Basis, was deren mechanische Merkmale verbessert.
Diese abgestufte Abkühlung kann entweder durch Abschreckung in Wasser auf eine Temperatur zwischen 550ºC und 400ºC, auf welche eine Abkühlung in der Luft bis auf Raumtemperatur folgt, oder vorzugsweise durch Abschrecken in Öl erhalten werden. Die Abschreckung in Öl führt nämlich von selbst zu einer schnellen Abkühlung über 500ºC und viel langsamer darunter. Allgemeiner kann man ein Abschreckfluid verwenden, mit dem man eine Abschreckgeschwindigkeit erhalten kann, die sich mit der Temperatur stark ändert.
Bei dieser Ausführungsform ist es nicht zweckmäßig, ein Anlassen vorzunehmen.
Die zweite Ausführungsform besteht darin, daß eine sehr schnelle Abschreckung in Wasser bis auf Raumtemperatur vorgenommen wird und das Produkt einem Anlassen auf eine solche Temperatur T und während einer solchen Zeit t unterzogen wird, daß keine Ausfällung von Karbiden oder intermetallischen Phasen im Plattierungsmetall auftritt.
Die schnelle Abschreckung gestattet die Vermeidung der Bildung von Ausfällungen im Plattierungsmetall während des Abkühlens und die Bildung einer nadeligen Struktur im Stahl der Basis.
Durch das Anlassen können feine Karbidausfällungen im Stahl der Basis erhalten werden.
Der Fachmann weiß, wie die Temperatur und die Dauer des Anlassens zu wählen sind, um die Ausfällung von Karbiden oder intermetallischen Phasen im Plattierungsmetall zu vermeiden.
Bei den beiden Ausführungsformen hat man festgestellt, daß es, um befriedigende mechanische Eigenschaften der Basis (Zug und Schlagzähigkeit) zu erhalten, erforderlich war, für die Basis einen Stahl zu verwenden, der folgendes enthält:
- Titan, um das Größerwerden des Korns bei hoher Temperatur zu vermeiden, in einem Gewichtsanteil von weniger als 0,06 % und vorzugsweise 0,03 % bis 0,045 %;
- wenig Kohlenstoff, um eine Abschreckstruktur mit guter Schlagzähigkeit zu erhalten; der Stahl der Basisschicht muß weniger als 0,14 % Kohlenstoff und vorzugsweise 0,03 % bis 0,01 % Kohlenstoff enthalten;
- Legierungselemente, um eine ausreichende Härtbarkeit zu erhalten, beispielsweise 1 % bis 2,0 % Mangan und 0,1 % bis 1 % Silicium, Nickel oder Bor; der Fachmann weiß, wie diese Gehalte in Abhängigkeit von der Dicke des schnell abzuschreckenden Produkts einzustellen sind;
- Aufkohlungsmittel wie Nb, V, Cr, Mo, um feine Karbidausfällungen zu bilden, die das Metall härten; vorzugsweise wählt man einen Stahl, der Cr und Mo enthält, und zwar so, daß 0,2 % < Cr + Mo < 1,5 %.
Dieser Stahl muß außerdem ausreichend Stickstoff enthalten, um mit dem Titan zu reagieren, und man kann ihm 0,01 % bis 0,07 % Aluminium beigeben, um den Gehalt an freiem Stickstoff einzustellen. Der ausreichende Stickstoffgehalt ist derjenige, den man gewöhnlich in den beispielsweise im Elektroofen hergestellten Stählen erhält, und beträgt mindestens 0,005 % Stickstoff.
Beispielsweise mit einer Plattierung aus UNS Nr. 06022, deren Zusammensetzung in der vorstehenden Tabelle angegeben ist, und mit einem Stahl für die Basis, der in Gew.-%
C = 0,05 %
Si = 0,3 %
Mn = 1,9 %
Cr = 0,8 %
Mo = 0,35 %
Al = 0,03 %
Ti = 0,04 %
N = 0,0095 %
enthält, hat man plattierte Bleche hergestellt, deren Plattierung eine Dicke von 3 mm und deren Basis eine Dicke von 6 mm hatte.
Diese plattierten Bleche wurden auf 1200ºC erhitzt und mit Öl abgeschreckt.
Die Plattierung war frei von Ausfällungen und die Basis hatte eine nadelige Struktur mit feinen Karbidausfällungen und besaß die folgenden mechanischen Merkmale:
Re = 420 MPa
Rm = 680 MPa
KCV = 150 J/cm² bei -20ºC.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel mit einer Plattierung UNS Nr. N 06022 wurde für die Basis ein Stahl verwendet, der folgendes enthielt:
C = 0,065 %
Si = 0,3 %
Mn = 1,1 %
Ni = 0,5 %
Cr = 0,7 %
Mo = 0,3 %
Ti = 0,025 %
V = 0,06 %
Al = 0,025 %
N = 0,008 %
Man hat plattierte Bleche hergestellt, deren Plattierung eine Dicke von 5 mm und deren Basis eine Dicke von 15 mm hatte.
Diese plattierten Bleche wurden auf 1200ºC erhitzt, mit Wasser bis auf Raumtemperatur sehr schnell abgeschreckt und dann einem Anlassen zwischen 500ºC und 550ºC unterzogen.
Die Plattierung war frei von Ausfällungen und die Basis hatte eine nadelige Struktur mit feinen Karbidausfällungen und besaß die folgenden mechanischen Eigenschaften:
Re = 550 MPa
Rm = 670 MPa
KCV = 88 Joule/cm² bei -20ºC.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Blechs, bestehend aus einer Plattierungsschicht aus nichtrostendem Stahl oder nichtrostender Legierung mit einer sehr guten Korrosionßfestigkeit und aus einer Basisschicht aus Baustahl mit sehr guten mechanischen Eigenschaften, Verfahren, gemäß welchem

- man eine plattierte Einheit herstellt, die aus mindestens einem plattierten Blech besteht und mindestens eine Plattierungsschicht aus einer nichtrostenden Legierung oder einem nichtrostenden Stahl und mindestens eine Basisschicht aus schwach legiertem Baustahl umfaßt, der, in Gewichtsprozent, Kohlenstoff in einem Anteil von weniger als 0,14 % Kohlenstoff, Titan in einem Anteil von weniger als 0,06 %, Stickstoff in einem Anteil von wenigstens 0,005 %, wenigstens ein Element, das ausgewählt ist aus Mangan, Silicium, Nickel und Bor in einer ausreichenden Menge, um eine gute Härtbarkeit der Basisschicht zu erhalten, und mindestens ein Aufkohlungsmittel enthält, das aus Niob, Vanadium, Chrom oder Molybdän ausgewählt ist,

- man die plattierte Einheit auf eine Abschrecktemperatur von mindestens gleich 1050ºC erhitzt, die ausreicht, um die intermetallischen Verbindungen und die Karbide der Plattierungsschicht in Lösung zu bringen, und

- man eine Abschreckung der plattierten Einheit durch schnelles Abkühlen von der Abschrecktemperatur bis auf eine Temperatur von unter 550ºC und langsamer bis auf Raumtemperatur vornimmt, so daß das Metall der Basis eine nadelige Struktur mit feinen Karbidausfällungen hat, indem man die Bildung einer Ferrit-Perlit-Struktur vermeidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abschreckung der plattierten Einheit durch schnelles Abkühlen bis auf eine Temperatur zwischen 500ºC und 400ºC vornimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckung mit Wasser bis auf eine Temperatur von ungefähr 500ºC und dann init Wasser vorgenommen wird, wobei die plattierte Einheit kein Anlassen erfährt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet&sub1; daß die Abschreckung mit Öl vorgenommen wird, wobei die plattierte Einheit kein Anlassen erfährt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckung mit Wasser bis auf Raumtemperatur vorgenommen wird und daß dann die plattierte Einheit eine Anlaßbehandlung zwischen 450ºC und 680ºC erfährt, wobei diese Behandlung so eingestellt ist, daß im Plattierungsmetall keine Ausfällungen von Karbiden oder intermetallischen Phasen verursacht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Basis einen Stahl verwendet, der in Gewicht enthält

weniger als 0,14 % Kohlenstoff,

weniger als 0,06 % Titan,

mehr als 0,005 % Stickstoff,

weniger als 2,5 % Mangan,

gegebenenfalls Nickel oder Bor,

Elemente, die ausgefällte Karbide bilden können und

aus V, Nb, Cr, Mo genommen sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Basis einen solchen Stahl verwendet, daß die Summe der Gehalte an Chrom und Molybdän zwischen 0,2 % und 1,5 % beträgt.

8. In dem verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestelltes plattiertes Blech, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Plattierungsmetall frei von ausgefällten Karbiden oder intermetallischen Phasen ist,

- das Metall der Basis eine nadelige Struktur mit feinen Ausfällungen von Karbiden hat.

9. Plattiertes Blech nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattierungsmetall ein Superaustenit- oder Superaustenoferritstahl oder eine Legierung auf der Basis von Nickel ist, die mehr als 20 Gew.-% Chrom und mehr als 2 Gew.-% Molybdän enthält.