DEP0012770DA - Stähle mit erhöhter Streckgrenze - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß durch Ausscheidung von Metallen bzw. metallischen Verbindungen in feinst verteilter Form eine Blockierung der Gleitebenen der Metalle bewirkt wird, die sich in einer Erhöhung der Festigkeit, besonders aber in einer starken Steigerung der Streckgrenze und des Streckgrenzenverhältnisses auswirkt. Diese Tatsache wird technisch in großem Umfange bei Duraluminium, sowie gewissen Stählen ausgenutzt (Ausscheidungseffekt bei Kohlenstoff, Stickstoff, Kupfer, Karbiden usw.). Diese Wirkung kann aber bei den vorstehend angeführten Metallen und Stählen nur durch eine besondere Wärmebehandlung herbeigeführt werden und geschieht in der Weise, daß die zur Ausscheidung gelangenden Komponenten zunächst durch eine mehr oder weniger beschleunigte Abkühlung in Lösung gehalten und dann durch eine nachträgliche Erwärmung zur Ausscheidung gebracht werden. Die zur Herbeiführung der Ausscheidung erforderliche Erwärmungstemperatur liegt in allen Fällen weit unterhalb der Warmverformungstemperatur. Bei einer Erwärmung oberhalb der Ausscheidungstemperatur findet eine Zusammenballung des zur Ausscheidung gelangten Bestandteiles statt, wodurch die Wirkung auf die Festigkeitseigenschaften wieder verloren geht. Diese Tatsache bedeutet insofern einen technischen Nachteil, als eine nachträgliche Warmverformung und eine Wärmebehandlung oberhalb der Ausscheidungstemperatur nicht mehr erfolgen darf.

Der Erfindungsgedanke der Anmeldung beruht auf der Erkenntnis, dass es bestimmte Metalle und metallische Verbindungen gibt, die in einer noch dispersen Verteilung in den flüssigen Stahl gebracht werden können und die ohne eine besondere zu diesem Zweck anzuwendende Wärmebehandlung eine Blockierung der Gleitebenen hervorrufen und damit eine Erhöhung der Festigkeit, vor allem aber der Streckgrenze und des Streckgrenzenverhältnisses bewirken. Diese Erhöhung wird sowohl bei Raum- als auch bei erhöhter Temperatur festgestellt. Die durch diese Blockierung erzielten Eigenschaften gehen im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Metallen durch eine Wärmebehandlung, z.B. bis zur Verformungstemperatur, nicht verloren. Das Streckgrenzenverhältnis nimmt allerdings bei Temperaturen, die zur Kornvergröberung führen (etwa oberhalb 1000°) erheblich ab, liegt aber immer noch höher als das Streckgrenzenverhältnis von normalen Stählen, die der gleichen Wärmebehandlung unterworfen sind. Bemerkt sei noch, daß die Temperatur der Kornvergröberung bei den Stählen gemäß der Erfindung höher liegt als bei den normal behandelten.

Es hat sich nun gezeigt, daß eine hoch disperse Verteilung nur bei bestimmten Metallen bzw. metallischen Verbindungen bewirkt wird. So konnte z.B. eine Steigerung der Festigkeitseigenschaften von Stählen durch Tonerde, die gleichfalls im Eisen unlöslich ist, nicht festgestellt werden. Offenbar ist es unmöglich, Tonerde in dem Verteilungsgrad in den Stahl zu bringen, der zu einer Blockierung der Gleitebenen erforderlich ist. Dagegen hat es sich gezeigt, dass Aluminium-Nitrid, sowie die Nitride von Tantal, Niob und Titan die erwünschte Wirkung aufweisen. Es muß aber hierbei betont werden, daß dieser Verteilungsgrad nur dann erzielt wird, wenn die Zugabe in einer bestimmten sehr niedrigen Konzentration erfolgt. Die in den mit Aluminium, Tantal und Niob behandelten Stählen festgestellten Mengen können nur als Spuren bezeichnet werden und liegen in keinem Falle höher als 0,05%. Die Metalle können als reine Metalle, in Form von Ferrolegierungen oder in Form von tantal-, niob- und titanhaltigem Schrott zugegeben werden. Bei Aluminium ist auf eine weitgehende Vordesoxydation des Stahles zu achten, um zu erreichen, daß ein Teil des Aluminiums an den im Stahl vorhandenen Stickstoff gebunden wird. Die übrigen angegebenen Metalle, die eine hohe Affinität zum Stickstoff besitzen, bilden ohne weiteres Nitride, die bei Einhaltung der richtigen Konzentration zu der beschriebenen Wirkung führen. Die genauen Mengen sind betrieblich gegebenenfalls durch Vorversuch festzustellen.

Die Bedeutung des angegebenen Verfahren ist in folgendem zu erblicken

1.) Die zuzugebenden Mengen an Legierungsmetallen sind derart gering, daß sie kostenmässig nicht ins Gewicht fallen.

2.) Eine nachträgliche besondere Wärmebehandlung bzw. Vergütungsbehandlung zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften kommt in Fortfall. Die aus diesen Stählen hergestellten Erzeugnisse kommen in üblicher Weise im gewalzten oder nor- malisiertem Zustande zur Verwendung.

3.) Infolge des hohen Streckgrenzenverhältnisses bei Raum- bzw. erhöhter Temperatur ergibt sich entweder eine Wandstärkenverminderung der aus diesen Stählen hergestellten Konstruktionselemente (z.B. Bauteile aus hochfestem Bandstahl, geschweißte und nahtlose Behälter) oder eine Herabsetzung des C-Gehaltes um 20 - 50% bzw. die Einsparung metallischer Legierungselemente. Diese letztere Tatsache ist von besonderer Bedeutung im Hinblick auf die Schweißbarkeit (Preß- und Schmelzschweissung), da diese bekanntlich durch C bzw. metallische Legierungselemente herabgesetzt wird. So ist es von besonderer Bedeutung, daß durch die Erfindung die Möglichkeit gegeben ist, die C-Gehalte der heute für Schweißzwecke verwandten Stähle, für die C-Gehalte bis etwa 0,6% in Frage kommen, weitgehend ermässigt werden können, z.B. von etwa 0,40 - 0,60% C auf etwa 0,25 - 0,35% C. Ein Beispiel hierfür die zur Herstellung von Druckgas-Stahlflaschen verwendeten Stähle mit 0,42 - 0,50% C (SEL Nr. 167), bei denen erfindungsgemäß der C-Gehalt unter Beibehaltung der geforderten Streckgrenze auf 0,23 - 0,30% gesenkt werden konnte, wodurch die für die Zukümpelung solcher Flaschen erforderliche Preßschweißbarkeit wesentlich verbessert werden konnte.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Stählen mit erhöhter Streckgrenze und verbessertem Streckgrenzenverhältnis bei Raum- bzw. erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass dem flüssigen Stahl bestimmte Metalle, z.B. Aluminium, Tantal, Niob, Titan, in solcher Menge zugegeben werden, daß im Stahl unlösliche Verbindungen dieser Metalle in einem solchen Verteilungsgrad entstehen, daß eine Blockierung der Gleitebenen hervorgerufen wird, wobei die Menge so groß ist, daß im fertigen Stahl nur Spuren bzw. Gehalte bis zu etwa 0,05% vorliegen.