EP0098564B1 - Verfahren zur Herstellung von feinkörnigen, schweissbaren Grossrohrblechen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing fine-grained, weldable large-diameter tube sheets from a micro-alloyed steel having the following composition
- Remainder iron and usual admixtures including calcium, if necessary, the titanium content being adjusted to about 3.5 to 4 times the nitrogen content present.
- the percentages indicate percentages by weight.
- the titanium content of the steel is in the range of 0.008 to 0.025%.
- the titanium content is not matched to the nitrogen content.
- Niobium is not a mandatory alloying element.
- the steels are TiN-controlled steels in terms of precipitation hardening and grain refinement. After continuous casting, one works at a high cooling speed in order to produce a large number of fine, quasi-fine-grained TiN precipitates, the size of which does not exceed 0.05 Jlm. Thereafter, precautions are taken to ensure that the size of the fine TiN precipitates does not increase in the further process and that the very fine TiN precipitates are also present in the finished rolled heavy plate.
- niobium can also be added to the steel, up to a maximum of 0.08%. However, this addition is not mandatory.
- This addition of niobium which can be combined with a considerable addition of vanadium, nickel and chromium, is expected to improve the strength and toughness.
- vanadium and / or nickel and / or chromium an improvement in the strength and toughness of the steels grown to a high content of fine TiN precipitates cannot be confirmed.
- the element niobium does not work as expected with steels controlled by TiN, since the low annealing temperature of the continuous cast slabs does not sufficiently dissolve the niobium bonds. If the titanium content is low in the known measures, the niobium forms NbCN with the effect of reducing the strength properties. If there is too much titanium, the toughness is impaired, including TiC.
- the invention has for its object to perform the method for a steel containing niobium as a compulsory microalloying element so that the large tube sheets are not controlled by TiN, but are controlled by niobium in terms of precipitation hardening and grain refinement.
- the continuous cooling is carried out at a high cooling rate, with TiN precipitates being formed.
- the invention is based on the knowledge that titanium can perform a completely different function in a microalloyed steel of the specified composition with niobium as a compelling purification element than in a TiN-controlled steel. Titanium only acts as a denitrification element and prevents the formation of NbCN when cooling from the continuous casting temperature, i.e. of niobium carbonitride.
- the process is carried out in such a way that the enlargement of the TiN precipitates which is to be carefully avoided according to the prior art (DE-OS 30 12 139, DE-OS 31 46 950) occurs precisely because the specified higher heating is used.
- the temperature at which the described enlargement of the TiN precipitates and the dissolution of the Nb bonds take place can be set as the annealing temperature.
- the time required for the treatment can easily be determined experimentally, ensures that the niobium dissolves in the austenite and can be determined by the limits specified for the size of the TiN precipitates. In general, the effects described already occur when the continuous cast slabs are heated.
- thermomechanical rolling is carried out at a temperature between 820 and 790 ° C, finish rolling at a temperature between 700 and 680 ° C. It is within the scope of the invention, after the finish rolling, to cool the large tube sheet with water at a speed of more than 15 ° C. per second on average to a temperature between 550 and 500 ° C. and then in air to room temperature. As a result, the strength is increased again without a loss of toughness and without the need for special alloying elements.
- Ferritic-pearlitic structure with a grain size of 11 to 12 ASTM.
- Ferritic-bainitic structure that corresponds to a grain size of less than 12 ASTM.
- the large pipes formed from the sheets produced according to the invention are particularly suitable for use as line pipes in permafrost areas because of the outstanding technological values.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von feinkörnigen, schweißbaren Großrohrblechen aus einem mikrolegierten Stahl folgender Zusammensetzung
- Rest Eisen und übliche Beimengungen, einschließlich gegebenenfalls Kalzium, wobei der Titangehalt auf etwa das 3,5- bis 4-fache des vorhandenen Stickstoffgehaltes abgestimmt wird. Die Prozentangaben bezeichnen Gewichtsprozent.
- Bei den bekannten Maßnahmen (DE-OS 30 12 139, DE-OS 31 46 950) liegt der Titangehalt des Stahls im Bereich von 0,008 bis 0,025%. Eine Abstimmung des Titangehaltes auf den Stickstoffgehalt wird nicht durchgeführt. Niob ist kein zwingendes Legierungselement. Die Stähle sind in bezug auf Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung TiN-beherrschte Stähle. Man arbeitet nach dem Stranggießen mit hoher Kühlgeschwindigkeit, um eine große Anzahl von feinen, gleichsam feinkörnigen TiN-Ausscheidungen zu erzeugen, deren Größe nicht über 0,05 Jlm liegt. Danach wird Vorsorge getroffen, daß die Größe der feinen TiN-Ausscheidungen im weiteren Verfahren nicht zunimmt, und daß die sehr feinen TiN-Ausscheidungen auch im fertiggewalzten Grobblech vorliegen. Eine Vergrößerung der TiN-Ausscheidungen in nachfolgenden Glüh- und Walzstufen wird sorgfältig vermieden, die Glühtemperatur der Stranggußbrammen vor dem Walzen wird dazu auf 950 bis 1050°C (DE-OS 31 46 950) oder sogar auf lediglich 900 bis 1000°C (DE-OS 30 12 139) begrenzt. Man erwarte, daß die feinen TiN-Ausscheidungen das Austenitkornwachstum behindern. Insbesondere soll eine Grobkornbildung in den Wärmeeinflußzonen von Schweißverbindungen beim Schweißen verhindert werden. Nachteilig ist bei diesen Stählen, daß die Großrohrbleche in ihren Festigkeitswerten (Zugfestigkeit und Streckgrenze) nicht den Bemessungsansprüchen genügen. Unter Bemessungsansprüchen werden beispielsweise der Leitungsdruck und andere Auslegungsdaten verstanden. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen kann dem Stahl auch Niob beigegeben werden, und zwar bis höchstens 0,08%. Diese Beigabe ist jedoch nicht zwingend. Man erwartet durch diese Beigabe von Niob, die zusammen mit einer erheblichen Beigabe von Vanadin, Nickel und Chrom erfolgen kann, eine Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit. Zumindest ohne erhebliche Zugabe der teuren Legierungselemente Vanadin und/oder Nickel und/oder Chrom kann eine Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit der auf einen hohen Gehalt an feinen TiN-Ausscheidungen gezüchteten Stähle jedoch nicht bestätigt werden. Das Element Niob wirkt bei den TiN-beherrschten Stählen nicht erwartungsgemäß, da bei der niedrigen Glühtemperatur der Stranggußbrammen keine ausreichende Auflösung der Niob-Bindungen erfolgt. Ist bei den bekannten Maßnahmen der Titangehalt niedrig, so bildet sich aus dem Niob NbCN mit 'der Wirkung einer Minderung der Festigkeitseigenschaften. Bei einem Zuviel an Titan entsteht, die Zähigkeit beeinträchtigend, auch TiC.
- Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren für einen Stahl, der Niob als zwingendes Mikrolegierungselement enthält, so zu führen, daß die Großrohrbleche nicht durch TiN beherrscht werden, sondern in bezug auf die Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung durch Niob beherrscht sind.
- Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch ein Verfahren zur Herstellung von feinkörnigen, schweißbaren Großrohrblechen aus einem mikrolegierten Stahl folgender Zusammensetzung
- Rest Eisen und übliche Beimengungen, einschließlich gegebenenfalls Kalzium, wobei der Titangehalt auf etwa das 3,5- bis 4-fache des vorhandenen Stickstoffgehaltes abgestimmt wird, bestehend aus folgenden Schritten: Erwärmen der Stranggußbrammen auf eine Temperatur zwischen 1120 und 1160°C, wodurch die Titannitrid-Ausscheidungen eine Größe von 0,2 bis 0,06 um erreichen. Vorwalzen der Stranggußbrammen von dieser Temperatur beginnend mit einem Verformungsgrad von mindestens 55%, thermomechanischem Walzen nach einer Zwischenkühlung mit einem Verformungsgrad von mindestens 60% bei einer Temperatur von höchstens 850°C und Fertigwalzen im Temperaturbereich von 750―650°C.
- Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Stranggießen mit hoher Abkühlungsgeschwindigkeit gearbeitet, wobei TiN-Ausscheidungen entstehen. Die Erfindung geht jedoch von der Erkenntnis aus, daß in einem mikrolegierten Stahl der angegebenen Zusammensetzung mit Niob als zwingendem Leigerungselement Titan eine ganz andere Funktion erfüllen kann als in einem TiN-beherrschten Stahl. Titan wirkt nur noch als Denitrierungselement und verhindert bei der Abkühlung aus der Stranggießtemperatur die Bildung von NbCN, d.h. von Niobkarbonitrid. Das Verfahren wird so geführt, daß die nach dem Stand der Technik (DE-OS 30 12 139, DE-OS 31 46 950) sorgfältig zu vermeidende Vergrößerung der TiN-Ausscheidungen gerade eintritt, weil mit der angegebenen höheren Erwärmung gearbeitet wird. Wegen dieser höheren Vorglühtemperatur wird eine weitgehende Lösung des Niobs im Austenit bewirkt. Bei der Abkühlung während der Verformung und danach entstehen nur noch NbC-Ausscheidungen. Die NbC-Ausscheidungen bewirken die Ausscheidungshärtung und die Kornverfeinerung. Die vergrößerten TiN-Ausscheidungen, die im fertigen Großrohrblech nachweisbar sind, sind in bezug auf die Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung nicht mehr von Bedeutung. Sie haben jedoch zuvor den Stickstoffeinfluß gleichsam neutralisiert. Dazu ist erfindungsgemäß der Titangehalt sorgfältig auf den Stickstoffgehalt abgestimmt. Für die Bildung von NbCN, d.h. von Niobkarbonitrid, steht Stickstoff nicht mehr zur Verfügung. Die Festigkeitseigenschaften sind bei dem erfindungsgemäßen Stahl bzw. den erfindungsgemäßen Großrohrblechen erhöht. Die Sprödbruchneigung ist reduziert, die Zähigkeitseigenschaften sind angemessen. Beides ist von besonderer Bedeutung, wenn aus den Großrohrblechen Rohre hergestellt werden für Leitungen mit höchsten Festigkeitsstufen in permanent kalten Gebieten.
- Besonders ausgeprägt sind die beschriebenen Effekte, wenn nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ein Stahl mit einem Titangehalt von über 0,025% oder sogar über 0,03% erzeugt wird. Im Ergebnis arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Stahl, der die Nachteile der bekannten TiN-beherrschten, thermomechanisch gewalzten Stähle nicht mehr aufweist.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Temperatur, bei der die beschriebene Vergrößerung der TiN-Ausscheidungen und die Auflösung der Nb-Bindungen erfolgen, als Glühtemperatur eingestellt werden. Die Zeit, die für die Behandlung erforderlich ist, läßt sich experimentell leicht ermitteln, stellt sicher, daß das Niob in den Austenit in Lösung geht und ist durch die angegebenen Grenzen der Größe der TiN-Ausscheidungen festlegbar. Im allgemeinen treten die beschriebenen Effekte schon bei der Erwärmung der Stranggußbrammen auf.
- Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden sowohl das thermomechanische Walzen als auch das Fertigwalzen verfeinert. In diesem Zusammenhang lehrt die Erfindung, daß das thermomechanische Walzen bei einer Temperatur zwischen 820 und 790°C durchgeführt wird, das Fertigwalzen bei einer Temperatur zwischen 700 und 680°C. Im Rahmen der Erfindung liegt es, im Anschluß an das Fertigwalzen das Großrohrblech mit Wasser bei einer Geschwindigkeit von mehr als 15°C pro Sekunde im Mittel bis auf eine Temperatur zwischen 550 und 500°C und danach an Luft bis auf Raumtemperatur abzukühlen. Dadurch wird die Festigkeit nochmals erhöht, ohne daß ein Verlust an Zähigkeit entsteht und ohne daß Aufwand für besondere Legierungselemente erforderlich ist.
- Die Erfindung wird in dem folgenden Ausführungsbeispiel näher beschrieben:
- Eine 200 mm dicke Stranggußbramme mit der Stahlzusammensetzung 0,070% Kohlenstoff, 1,88% Mangan, 0,033% Titan, 0,042% Niob, 0,0083% Stickstoff, 0,35% Silizium, 0,04% Aluminium und 0,0018% Schwefel wird auf eine Temperatur von 1150°C erwärmt. Bei dieser Erwärmung bis zur vollständigen Durchwärmung geht das Niob in Lösung. Die Stranggußbramme wird bei dieser Temperatur gezogen und anschließend mit einem Verformungsgrad von 60% auf eine Dicke von 80 mm vorgewalzt. Danach erfolgt eine Abkühlung an ruhender Luft bis auf 790°C, worauf die Platine bis auf 30 mm Dicke weitergehwalzt wird (Verformungsgrad=62,5%). Nach einer weiteren Abkühlung auf 680°C wird das Grobblech auf das Fertigmaß von 20 mm gewalzt. Die Endtemperatur des Bleches liegt zwischen 690 und 720°C, das abschließend bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Dabei ergeben sich die folgenden technologischen Eigenschaften:
- Ferritisch-perlitische Struktur mit einer Korngröße von 11 bis 12 ASTM.
- Werden die Bleche unmittelbar nach dem Fertigwalzen mit Wasser und mit einer Geschwindigkeit von 10°C pro Sek. bis auf 500°C und anschließend an Luft bis auf Raumtemperatur abgekühlt, dann verbessern sich die technologischen Eigenschaften folgendermaßen:
- Ferritisch-bainitische Struktur, die einer Korngröße von kleiner als 12 ASTM entspricht.
- Die aus den erfindungsgemäß hergestellten Blechen gebildeten Großrohre eignen sich wegen der hervorragenden technologischen Werte besonders für den Einsatz als Leitungsrohre in Permafrost-Gebieten.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von feinkörnigen, schweißbaren Großrohrblechen aus einem mikrolegierten Stahl folgender Zusammensetzung
Rest Eisen und übliche Beimengungen, einschließlich gegebenenfalls Kalzium, wobei der Titangehalt auf etwa das 3,5- bis 4-fache des vorhandenen Stickstoffgehaltes abgestimmt wird, bestehend aus folgenden Schritten: Erwärmen der Stranggußbrammen auf eine Temperatur zwischen 1120 und 1160°C, wodurch die Titannitrid-Ausscheidungen eine Größe von 0,2 bis 0,06 um erreichen. Vorwalzen der Stranggußbrammen von dieser Temperatur beginnend mit einem Verformungsgrad von mindestens 55%, thermomechanischem Walzen nach einer Zwischenkühlung mit einem Verformungsgrad von mindestens 60% bei einer Temperatur von höchstens 850°C und Fertigwalzen im Temperaturbereich von 750-650°C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl mit einem Titangehalt von über 0,025% erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl mit einem Titangehalt von über 0,03% erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermomechanische Walzen bei einer Temperatur zwischen 820 und 790°C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigwalzen bei einer Temperatur zwischen 700 und 680°C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Fertigwalzen das Großrohrblech mit Wasser bei einer Geschwindigkeit von mehr als 15°C pro Sekunde im Mittel bis auf eine Temperatur zwischen 550 und 500°C und danach an Luft bis auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
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