EP0013331B1 - Verfahren zum Herstellen von Profilen und die Verwendung eines Feinkornstahles für Profile - Google Patents
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- C21D8/0226—Hot rolling
Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
- the aim is to use profiles with high strength values in the delivery state for use as construction parts when high component strengths are to be achieved with small weights, e.g. B. for vehicle parts, hydraulic cylinders, steel structural components or when high loads are inevitable in the design limitation of dimensions, such as. B. in oilfield pipes for drilling technology.
- small weights e.g. B. for vehicle parts, hydraulic cylinders, steel structural components or when high loads are inevitable in the design limitation of dimensions, such as. B. in oilfield pipes for drilling technology.
- the pipes to limit the yield strength of the profiles to about 500 N / mm 2 and the tensile strength to about 650 N / mm 2 . Accordingly, the pipes must be formed from strips or piercing soft grades with a yield strength of up to 500 N / mm 2 , welded and, if the demands on the yield strength are higher, liquid-hardened and tempered, ie tempered.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, by means of which the disadvantages of the known methods avoided and in a relatively simple and therefore cost-effective manner while avoiding costly remuneration a manufacture of high-strength profiles, in particular closed tube profiles with a yield strength of more than 500 N / mm 2 , a tensile strength of more than 600 N / mm 2 and high toughness including the required mechanical welding.
- a precipitation-hardenable fine-grained steel is preferably understood to mean a steel which has a composition of Remainder has iron and usual impurities and which has an ASTM grain size of finer 6 in the finished state.
- the überalternde artificial aging of the precipitation hardenable fine-grain steel is done in which no grain refinement during cooling of preferably carried out above the A I -temperature at 850 to 750 ° C into a coil gehaspelten steel strip.
- cooling is slowed down speed reached, through which finely divided excretions are avoided and coagulated excretions are achieved.
- a corresponding microstructure is achieved according to the invention in sheet metal by furnace cooling, by means of which radiation and convection are prevented, from the rolling heat. With both the coiled steel strip and the steel sheet, it is essential that the slowed down cooling is carried out up to a temperature of 400 ° C., while the subsequent cooling down to room temperature is carried out in any way.
- an open profile produced cold in this way is preferably welded to a closed tubular profile before further treatment.
- the open or closed profiles produced according to the invention are subsequently subjected to precipitation hardening, which is also referred to as particle hardening and fine grain hardening, to dissolve the coarse precipitates by solution annealing above the A C3 temperature with subsequent cooling.
- precipitation hardening which is also referred to as particle hardening and fine grain hardening
- the type of cooling should be used to achieve the formation of finely divided carbides, nitrides and carbonitrides with simultaneous fine grain formation.
- the temperature of the solution annealing is advantageously chosen to be the temperature at which the stretch reduction of the starting pipe is started, ie the piercing temperature. A separate solution annealing is then no longer required in these reduced-stretch pipes, since the cooling following the solution annealing takes place during the reduction in stretch or immediately afterwards.
- tempering at a temperature of 500 to 600 ° C.
- This tempering can advantageously also be carried out in such a way that the cooling following the solution annealing is interrupted and continued in the range from 500 to 600 ° C. at a reduced cooling rate.
- a steel with a chemical composition of The rest of the iron and unavoidable impurities are coiled after the hot rolling to a strip, preferably hot wide strip without intermediate cooling after the last rolling pass at a temperature of about 750 ° C. and cooled to 400 ° C. in still air.
- the natural heat storage capacity of the federal government is used for the aging hot aging, in which the precipitation and coagulation of the carbides, nitrides and carbonitrides take place largely completely, avoiding grain refinement. Further cooling to room temperature is done in any way.
- the hot wide strip has a yield strength of 455 N / mm 2 and a tensile strength of 650 N / mm 2 after it has completely cooled to room temperature or has aged.
- the hot wide strip is then cut into strips, trimmed as necessary and subsequently cold formed, in the present example in a continuous process formed into a slotted tube, which is welded to a tube with a diameter of 159 mm by means of a high-frequency welding device.
- This tube is heated to a temperature of about 1030 ° C and rolled with this temperature as the piercing temperature in a stretch reduction process to the desired diameter of 60.3 mm.
- the finished tube is cooled on a cooling bed in still air to room temperature.
- the coarse carbides, nitrides and carbonitrides are dissolved in the steel while the tube is being heated or held to the rolling temperature and are finely distributed during cooling or after the rolling with simultaneous formation of fine grains.
- the finished tube has a yield strength of 648 N / mm 2 and a tensile strength of 845 N / mm 2 .
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Angestrebt wird der Einsatz von Profilen mit hohen Festigkeitskennwerten im Lieferzustand zur Verwendung als Konstruktionsteile dann, wenn hohe Bauteilfestigkeiten bei kleinen Gewichten erzielt werden sollen, z. B. für Fahrzeugteile, Hydraulikzylinder, Stahlhochbauteile oder, wenn bei der konstruktiven Begrenzung der Abmessungen hohe Belastungen zwangsläufig sind, wie z. B. bei Ölfeldrohren für die Bohrtechnik.
- In bekannter Weise werden bei der Warmherstellung von z. B. nahtlosen Rohren naturharte Stähle mit höheren Kohlenstoffgehalten bis zu 0,50% C und/oder anderen festigkeitssteigernden Legierungszusätzen eingesetzt. Bei der Herstellung von aus Bändern oder Blechen geformten und ggfs. zum Rohrprofil verschweißten Profilen stößt der Einsatz derartiger Stähle bei der Kaltverarbeitung, Zerteilen, Besäumen, Einformen zum Profil wegen des hohen Formänderungswiderstandes und bei der maschinellen Schweißung, insbespndere wegen mangelnder Hochfrequenz-Schweißbarkeit auf bisher nicht zu überwindende Schwierigkeiten.
- Die Beeinträchtigung der maschinellen Hochfrequenz-Schweißbarkeit könnte zwar sowohl durch den Einsatz der nach dem Warmwalzen flüssigkeitsvergüteten Stähle (z. B. STE 70, Merkblatt 365, »Feinkornbaustähle für geschweißte Konstruktionen«, Teil C, Beratungsstelle für Stahlverwendung, Düsseldorf, 1. Auflage, 1972) als auch durch den Einsatz von gegenüber den normalgeglühten Feinkornbaustählen (Merkblatt 365, Teil B) mit erhöhten Streckgrenzen hergestellten Feinkornstählen vermieden werden. Es besteht jedoch auch hier das Problem, daß der Werkstoff zwar die für den Lieferzustand geforderte hohe Festigkeit hat, aber aufgrund des hohen Formänderungswiderstandes für die Kaltverarbeitung zu Profilen nicht geeignet ist. In der Praxis haben diese Gegebenheiten bei der Herstellung von z. B. geschweißten Rohren zu einer Begrenzung der Streckgrenze der Profile auf etwa 500 N/mm2 und der Zugfestigkeit auf etwa 650 N/mm2 geführt. Die Rohre müssen demgemäß aus Bändern oder Stechen weicher Güten mit einer Streckgrenze bis 500 N/mm2 geformt, geschweißt und bei höheren Anforderungen an die Streckgrenze flüssigkeiisgehärtet und angelassen, d. h. vergütet werden.
- Die Erhöhung von Zugfestigkeit und Streckgrenze durch eine Flüssigkeitshärtung und ein Anlassen (Vergüten) ist jedoch kostenaufwendig und nachteilig, weil die zuvor erzeugten höheren Festigkeitswerte wieder verlorengehen, wenn nachfolgend eine austenitisierende Wärmebehandlung, beispielsweise ein Normalisieren, Warmumformen usw. vorgenommen werden muß.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden und auf verhältnismäßig einfache und daher auch kostengünstige Weise unter Vermeidung einer aufwendigen Vergütung eine Herstellung hochfester Profile, insbesondere geschlossener Rohrprofile mit einer Streckgrenze von mehr als 500 N/mm2, einer Zugfestigkeit von mehr als 600 N/mm2 und hoher Zähigkeit einschließlich des erforderlichen maschinellen Schweißens ermöglicht wird.
- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte gelöst:
- a) das aus einem ausscheidungshärtbaren Feinkornstahl bestehende Stahlband oder -blech wird aus der Walzhitze nach dem letzten Walzstich von einer Endwalztemperatur oberhalb der Al-Temperatur auf eine Temperatur von etwa 400°C überalternd warmausgelagert und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt;
- b) das Stahlband oder -blech wird zu einem offenen Profil kaltverarbeitet;
- c) das Profil wird einer Lösungsglühung zur Auflösung der groben Ausscheidungen unterworfen und anschließend zur Bildung feinverteilter Ausscheidungen (Karbide, Nitride, Karbonitride) abgekühlt.
- Unter einem ausscheidungshärtbaren Feinkornstahl wird dabei bevorzugterweise ein Stahl verstanden, der eine Zusammensetzung von
- Durch diese verhältnismäßig hohen Haspeltemperaturen mit nachfolgender Abkühlung allein durch die natürliche Wärmeabstrahlung des Bundes wird eine verlangsamte Abkühlungsgeschwindigkeit erreicht, durch die feinverteilte Ausscheidungen vermieden und koagulierte Ausscheidungen erreicht werden. Eine entsprechende Gefügeausbildung wird nach der Erfindung bei Blechen durch eine Ofenabkühlung, durch die Abstrahlung und Konvektion verhindert werden, aus der Walzhitze erreicht. Sowohl beim gehaspelten Stahlband als auch beim Stahlblech ist es wesentlich, daß die verlangsamte Abkühlung bis zu einer Temperatur von 400°C geführt wird, wähernd die nachfolgende Abkühlung auf Raumtemperatur in beliebiger Weise durchgeführt wird.
- Aufgrund des durch die Warmauslegung erzielten niedrigen Formänderungswiderstandes des Stahlbandes bzw. -bleches kann dieses ohne Schwierigkeiten zu einem zunächst offenen Profil kaltverarbeitet, d. h. zerteilt, besäumt, eingeformt, kalibriert und gerichtet werden. Ein auf diese Weise kalt hergestelltes offenes Profil wird nach der Erfindung bevorzugterweise vor der weiteren Behandlung zu einem geschlossenen Rohrprofil verschweißt.
- Die nach der Erfindung hergestellten offenen bzw. geschlossenen Profile werden nachfolgend, um eine Ausscheidungshärtung, die auch als Teilchenhärtung und Feinkornhärtung bezeichnet wird, herbeizuführen, zur Auflösung der groben Ausscheidungen einer Lösungsglühung oberhalb der AC3-Temperatur mit nachfolgender Abkühlung unterworfen. In jedem Fall soll durch die Art der Abkühlung die Bildung feinverteilter Karbide, Nitride und Karbonitride bei gleichzeitiger Feinkornbildung erreicht werden. Wird die Erfindung im Rahmen der Herstellung streckreduzierter Rohre angewendet, so wird in vorteilhafter Weise die Temperatur der Lösungsglühung gleich der Temperatur gewählt, mit der das Streckreduzieren des Ausgangsrohres begonnen wird, d. h. der Anstichtemperatur. Eine gesonderte Lösungsglühung ist dann bei diesen streckreduzierten Rohren nicht mehr erforderlich, da die dem Lösungsglühen folgende Abkühlung während des Streckreduzierens bzw. im unmittelbaren Anschluß daran erfolgt.
- Eine gegebenenfalls erforderliche Nachausscheidung von Nitriden, Karbiden bzw. Karbonitriden und dementsprechend eine Verbesserung der angestrebten Eigenschaften der Fertigprodukte wird durch ein Anlassen bei einer Temperatur von 500 bis 600°C erzielt. Mit Vorteil kann dieses Anlassen auch in der Weise durchgeführt werden, daß die dem Lösungsglühen folgende Abkühlung unterbrochen und im Bereich von 500 bis 600°C mit verminderter Abkühlungsgeschwindigkeit fortgeführt wird.
- Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind im wesentlichen zunächst darin zu sehen, daß auf kostengünstige Weise, und zwar unter Vermeidung einer aufwendigen Flüssigkeitsvergütung hochfeste Profile, insbesondere geschlossene Rohrprofile; einschließlich des erforderlichen maschinellen Schweißens herstellbar sind. Insbesondere wird durch dieses Verfahren und den zum Einsatz gelangenden ausscheidungshärtbaren Feinkornstahl die mangelnde maschinelle Schweißbarkeit bisher eingesetzter Stähle beseitigt und gleichzeitig eine ausreichende Kaltverarbeitungsfähigkeit während des Herstellungsverfaherns erreicht.
- Im folgenden ist das Verfahren nach der Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- Ein Stahl mit einer chemischen Zusammensetzung von
- Bei dieser Abl<ühlung des Bundes von der Haspeltemperatur auf 400°C wird die natürliche Wärmespeicherfähigkeit des Bundes für das überaltemde Warmauslagern genutzt, bei dem die Ausscheidung und Koagulation der Karbide, Nitride und Karbonitride unter Vermeidung einer Kornverfeinerung weitgehend vollständig ablaufen. Die weitere Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt auf beliebige Weise. Das Warmbreitband weist nach der vollständigen Abkühlung auf Raumtemperatur bzw. dem Überaltern eine Streckgrenze von 455 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von 650 N/mm2 auf.
- Das Warmbreitband wird darauf in Streifen zerteilt, soweit erforderlich besäumt und nachfolgend kalt umgeformt, im vorliegenden Beispiel im Durchlaufverfahren zu einem Schlitzrohr eingeformt, das mittels einer Hochfrequenz-Schweißeinrichtung zu einem Rohr mit einem Durchmesser von 159 mm verschweißt wird.
- Dieses Rohr wird auf eine Temperatur von etwa 1030°C erwärmt und mit dieser Temperatur als Anstichtemperatur in einem Streckreduzierverfahren auf den gewünschten Durchmesser von 60,3 mm gewalzt. Das fertige Rohr wird auf einem Kühlbett an ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
- Während des Aufheizens bzw. Haltens des Rohres auf Walztemperatur werden die groben Karbide, Nitride und Karbonitride im Stahl gelöst und während der Abkühlung bzw. nach dem Walzen fein verteilt bei gleichzeitiger Feinkornbildung ausgeschieden.
- Das fertige Rohr weist nach dieser Behandlung eine Streckgrenze von 648 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von 845 N/mm2 auf.
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