NL8104580A

NL8104580A - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF ROLLED STEEL PRODUCTS WITH GOOD WELDABILITY, HIGH ELASTICITY LIMIT AND NOTCH STRENGTH AT VERY LOW TEMPERATURES.

Info

Publication number: NL8104580A
Application number: NL8104580A
Authority: NL
Original assignee: Arbed
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-08
Publication date: 1982-05-17
Also published as: IT8123934A0; JPS5779125A; AU546763B2; BR8106653A; GB2087927B; ZA816588B; ES506269A0; AU7635981A; CH645672A5; CA1177370A; FR2492408B1; SE8105317L; GB2087927A; BE890617A; FR2492408A1; IT1139972B; ES8206644A1; DE3139486A1; LU82858A1

Description

- 1 -- 1 -

N/3 0.4 O 7-Kp/vdMN / 3 0.4 O 7-Kp / vdM

Werkwijze voor de vervaardiging van gewalste staalprodukten met een goede lasbaarheid, een hoge elasticiteitsgrens en een kerfsterkte bij zeer lage temperaturen.Method for the production of rolled steel products with good weldability, a high elasticity limit and a notch strength at very low temperatures.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van gewalste staalprodukten, in het bijzonder betonstaal, met een goede lasbaarheid, een hoge elasticiteitsgrens, alsmede een kerfsterkte bij zeer 5 lage temperaturen.The present invention relates to a process for the production of rolled steel products, in particular reinforcing steel, with good weldability, a high elasticity limit, and a notch strength at very low temperatures.

Op gangbare wijze vervaardigd betonstaal met 2 een elasticiteitsgrens boven 400 N/mm vertoont een zeer geringe taaiheid. Zo bedraagt de overgangstemperatuur van dit staal voor de kerfslagproef Charpy V bij 35 J/cm ongeveer 10 +20°C. Deze produkten hebben slechts een zeer geringe weerstand tegen brosse breuk bij lage temperaturen.Conventional steel reinforcing bars with an elasticity limit above 400 N / mm have a very low toughness. For example, the transition temperature of this steel for the notched impact test Charpy V at 35 J / cm is approximately 10 + 20 ° C. These products have only very low resistance to brittle fracture at low temperatures.

De specificatie, bestaande uit een kerfslag-2 sterkte Charpy V bij 35 J/cm en bij temperaturen in de orde van -196°C, was in het verleden niet vereist met betrekking 15 tot staalprodukten als betonstaal. De recente ontwikkeling echter van de fabricagetechnologie en vooral het opslaan van vloeibare gassen heeft het nodig gemaakt te beschikken over vrij belangrijke hoeveelheden tegen intense koude bestendige gewalste staalprodukten. Zo is bijv. uit veiligheidsoverwe-20 gingen beslist, dat de opslagtanks voor vloeibare gassen van een mantel uit gewapend beton zullen worden voorzien in analogie met de veiligheidsmaatregelen, die worden toegepast op het gebied van de kernreactoren.The specification, consisting of a notched impact strength of 2 Charpy V at 35 J / cm and at temperatures on the order of -196 ° C, was not required in the past with regard to steel products such as reinforcing steel. However, the recent development of manufacturing technology and especially the storage of liquefied gases has made it necessary to dispose of quite important quantities of intense cold-resistant rolled steel products. For example, it has been decided from safety considerations that the liquid gas storage tanks will be provided with a reinforced concrete jacket in analogy to the safety measures applied in the field of nuclear reactors.

Het betonstaal, dat bedoeld is voor het vor-25 men van de wapening van dergelijke mantels van voor vloeibare gassen bestemde tanks, die worden blootgesteld aan temperaturen van —50°C tot -196°C, moet naast een voldoende kerfsterkte in het midden een bevredigende lasbaarheid vertonen, hetgeen koolstofgehalten van minder dan 0,2 % impliceert. Het bekende 30 gekartelde betonstaal echter, dat 0,16-0,2 % C bevat, wordt vervaardigd door koude verwringing, hetgeen weliswaar aan het staal een bevredigende elasticiteitsgrens verleent, maar anderzijds een geringe taaiheid met zich meebrengt, vooral bij lage temperaturen.The reinforcing steel, which is intended to form the reinforcement of such jackets for tanks for liquefied gases, which are exposed to temperatures from -50 ° C to -196 ° C, must have a sufficient notch strength in the middle. exhibit satisfactory weldability, which implies carbon contents of less than 0.2%. However, the known knurled rebar, which contains 0.16-0.2% C, is manufactured by cold twisting, which, while imparting a satisfactory elasticity limit to the steel, on the other hand involves low toughness, especially at low temperatures.

8104580 .-2-8104580.-2-

Men heeft daarom bijv. geprobeerd tijdens de vervaardiging van betonstaal een beperking van het koolstofgehalte tot 0,20 % te combineren met een behandeling omvattende een intense afkoeling van het oppervlak bij het verlaten van 5 de walserij, alsmede een zelfontlating, waardoor lasbaar en taai betonstaal kon worden verkregen. Dergelijk gekarteld 2 betonstaal kon overgangstemperaturen Charpy V - 35 J/cm in de orde van -50°C bereiken.Therefore, attempts have been made, for example, during the production of reinforcing steel to combine a limitation of the carbon content to 0.20% with a treatment comprising an intense cooling of the surface when leaving the rolling mill, as well as a self-tempering, whereby weldable and tough reinforcing steel could be obtained. Such serrated 2 rebar could achieve transition temperatures of Charpy V - 35 J / cm on the order of -50 ° C.

Aan de andere kant heeft men geconstateerd, 10 dat uit gelegeerd staal met 9 % Ni vervaardigde betonstaal dat een dubbele normaal gloeiing, gevolgd door een ontlating, of wel een afschrikking gevolgd door een ontlating, heeft ondergaan, een kerfsterkte Charpy V - 35 J/crn^ minimum bij -196°C vertoont.On the other hand, it has been found that 10 rebar made of alloy steel with 9% Ni which has undergone double normal annealing followed by annealing, or quenching followed by annealing, has a notched strength of Charpy V - 35 J / crn ^ minimum at -196 ° C.

15 De uitvinding heeft dus tot doel een werk wijze te verschaffen voor de vervaardiging van gewalste staal-produkten, die beantwoorden aan de eerder genoemde kriteria, bij voorkeur uitgaande van een staal dat een minimum aan dure legeringselementen bevat, waardoor aldus de kostprijs van de 20 gewalste produkten wordt verminderd.The object of the invention is thus to provide a method for the production of rolled steel products which meet the aforementioned criteria, preferably starting from a steel containing a minimum of expensive alloying elements, thus reducing the cost price of the rolled products are reduced.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door een werkwijze met het kenmerk, dat een staal wordt gebruikt met een gehalte van maximaal 0,16 % C, 2,0 % Mn, 0,55 % Si en tenminste 0,03 % Al, alsmede eventueel tot aan 0,05 % 25 Nb, 0,1 % V en 10 % Ni, en is gewalst onder normale omstandigheden of bij voorkeur een thermomechanische walsbehandeling heeft ondergaan en thermisch is behandeld onder de volgende omstandigheden: — de zo verkregen staven zijn herverwarmd in een tweede ver-30 hitting tot aan de austenitisatietemperatuur, zodanig dat een voldoende verwarmingssnelheid is gegarandeerd om een hoog aantal kiemen te verkrijgen met het oog op een korrel-verfijning.This object is achieved according to the invention by a method characterized in that a steel is used with a content of up to 0.16% C, 2.0% Mn, 0.55% Si and at least 0.03% Al, as well as optionally up to 0.05% 25 Nb, 0.1% V and 10% Ni, and has been rolled under normal conditions or, preferably, has undergone thermomechanical rolling treatment and has been thermally treated under the following conditions: - the bars thus obtained have been reheated in a second heating up to the austenitization temperature, such that a sufficient heating rate is guaranteed to obtain a high number of germs for grain refinement.

De duur van de handhaving bij de austeniti-35 satietemperatuur moet zeer kort zijn om een vermindering van het aantal kiemen en een korrelvergroting te vermijden.The duration of maintenance at the austenitization temperature should be very short to avoid a reduction in the number of germs and a grain increase.

Het staal ondergaat vervolgens een intensieve afkoeling aan het oppervlak, teneinde binnen in het produkt 8104580The steel then undergoes intensive surface cooling to enter the product 8104580

• I• I

t - 3 - een. zeer fijnkorrelige f err iet- en per liet structuur te verkrijgen.t - 3 - a. very fine-grained ferrite and per structure.

De binnen in het produkt behouden warmte is voldoende om na de bovengenoemde afkoeling de afgeschrokken .5 oppervlaktezone opnieuw te verwannen, gevolgd door een intensieve afkoeling om het staal een ontlating te doen ondergaan en ontlaten martensiet te vormen.The heat retained within the product is sufficient to re-heat the quenched surface zone after the above cooling, followed by intensive cooling to anneal the steel and form annealed martensite.

De snelle afkoeling van de staaf na de eerder genoemde behandeling maakt het anderzijds mogelijk binnen-10 in herkristallisatie van de korrels te vermijden.On the other hand, the rapid cooling of the rod after the aforementioned treatment makes it possible to avoid recrystallization of the grains within-10.

Het doel van de thermische behandeling welke het doel van de onderhavige uitvinding vormt, is het verkrijgen van een buitengewoon fijne korrel om een hoge elastici-teitsgrens en een goede kerfsterkte bij zeer lage temperaturen 15 te garanderen.The purpose of the heat treatment which is the object of the present invention is to obtain an extremely fine grain to ensure a high elasticity limit and good notch strength at very low temperatures.

Gezien het feit dat een zeer fijne korrel wordt nagestreefd, verdient het de voorkeur een staalsoort te gebruiken, die in de ruwe walstoestand reeds een fijne korrelstructuur vertoont.In view of the fact that a very fine grain is desired, it is preferable to use a steel which already has a fine grain structure in the rough rolling state.

20 Een thermische behandeling volgens de uit vinding is bijv. uit te voeren door het toepassen van een continue inrichting voor snelle inductieverwarming, gevolgd door een koelzone (zie figuur 1). Het is evenzeer mogelijk achtereenvolgens meerdere thermische cycli van dit soort uit 25 te voeren.For example, a thermal treatment according to the invention can be carried out by using a continuous rapid induction heating device, followed by a cooling zone (see figure 1). It is likewise possible to successively perform several thermal cycles of this kind.

De gedachte, die de grondslag vormt van de onderhavige uitvinding, bestaat dus uit het combineren van de apart te verwezenlijken gunstige effecten dankzij een oordeelkundige keuze van de opgenomen chemische elementen in be-30 paalde gehalten in het staal met de effecten van een bijzondere thermische behandeling.The idea, which forms the basis of the present invention, therefore consists of combining the beneficial effects to be realized separately, thanks to a judicious choice of the chemical elements included at certain levels in the steel with the effects of a special heat treatment. .

Het is van belang te onderstrepen dat de bijzondere thermische behandeling, die een onderdeel vormt van de uitvinding, dient voor het verkrijgen van een buitengewoon 35 fijne korrelstructuur in het midden van het produkt, daar de kerfsterkte bij zeer lage temperaturen moet worden gewaarborgd . in het midden van het produkt.It is important to emphasize that the special heat treatment, which forms part of the invention, serves to obtain an extremely fine grain structure in the middle of the product, since the notch strength has to be ensured at very low temperatures. in the center of the product.

De chemische samenstelling van het gebruikte 8104580 \ .-4-The chemical composition of the used 8104580 \.-4-

Staal wordt gekozen volgens de ervaringen, die werden verzameld in de loop van talrijke proeven, waaruit bleek dat het koolstofgehalte des te lager zal zijn naarmate een lagere overgangstemperatuur wordt beoogd. Bijv. wordt voor een over-5 gangstemperatuur Charpy V - 35 J/cm2 bij -140°C de koolstof bij voorkeur tot maximaal 0,08 % beperkt.Steel is chosen according to the experiences gathered over numerous tests, which showed that the lower the transition temperature, the lower the carbon content will be. E.g. for a transition temperature of Charpy V - 35 J / cm 2 at -140 ° C, the carbon is preferably limited to a maximum of 0.08%.

Een mangaangehalte in de orde van 1,7 % verleent aan het staal de gewenste kerfsterkte, waarbij tevens de taaiheid wordt verbeterd, terwijl een siliciumgehalte in de 10 orde van 0,3 % gunstig is voor de verhoging van de sterkte.A manganese content of the order of 1.7% imparts the desired notch strength to the steel, while also improving toughness, while a silicon content of the order of 0.3% is favorable for increasing the strength.

Het staal wordt fijnkorrelig gekalmeerd met aluminium om de lasbaarheid te verbeteren en de neiging tot veroudering aanzienlijk te verminderen. De korrelverfijning verhoogt overigens de elasticiteitsgrens, alsmede de taaiheid. 15 Niobium en/of vanadium kunnen eventueel wor den toegevoegd om een hoge elasticiteitsgrens, vooral in het geval van grote diameters, te verzekeren.The steel is fine-grained with aluminum to improve weldability and significantly reduce the tendency to age. The grain refinement also increases the elastic limit, as well as the toughness. Niobium and / or vanadium can optionally be added to ensure a high elastic limit, especially in the case of large diameters.

Nikkel wordt toegevoegd om overgangsterapera- turen beneden -140°C te garanderen. Voor een kerfsterkte 2 20 Charpy V - 35 J/cm bij -196°C ligt het nikkelgehalte tussen 5 en 10 %.Nickel is added to ensure transition stera below -140 ° C. For a notch strength of 2 20 Charpy V - 35 J / cm at -196 ° C, the nickel content is between 5 and 10%.

Volgens de uitvinding wordt het produkt na het walsen onderworpen aan een bijzondere thermische behandeling met de korrelverfijning als doel.According to the invention, the product is subjected, after rolling, to a special thermal treatment with the aim of grain refinement.

25 De afkoelingsbehandeling bij het verlaten van de walserij bestaat volgens de uitvinding uit een intense afkoeling van het oppervlak van het produkt.According to the invention, the cooling treatment upon leaving the rolling mill consists of an intense cooling of the surface of the product.

De voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding blijken duidelijk uit de voorbeelden I-VI, die hierna 30 worden beschreven.The advantages of the method according to the invention are evident from Examples I-VI, which are described below.

VOORBEELD IEXAMPLE I

Een natuurlijk hard staal voor betonstaal (C = ongeveer 0,35 %) leidde tot bevredigende trekeigenschap-pen, waarvan in het bijzonder een elasticiteitsgrens groter 35 dan 400 MPa.A natural hard steel for rebar (C = about 0.35%) gave satisfactory tensile properties, in particular an elasticity limit of more than 400 MPa.

De overgangstemperatuur echter in de Charpy V proef bij een energieniveau van 35 J/cm2 was slechts +20°C. Dit staal vertoonde geen enkele taaiheid bij lage temperatuur.However, the transition temperature in the Charpy V test at an energy level of 35 J / cm2 was only + 20 ° C. This steel did not show any toughness at low temperature.

8104580 4 - 5 -8104580 4 - 5 -

De lasbaarheid was matig.The weldability was moderate.

VOORBEELD IIEXAMPLE II

.. Staal met een koolstofgehalte van niet hoger dan 0,18 %, dat de behandeling volgens de uitvinding had on-5 dergaan, vertoonde evenzo bevredigende trekeigenschappen. Vergeleken met voorbeeld I werd een duidelijke verbetering van de rek en in het bijzonder van de overgangstemperatuur, die daalde tot -65°C, bereikt. Het staal bleek lasbaar te zijn.Steel with a carbon content of not more than 0.18%, which had undergone the treatment according to the invention, likewise exhibited satisfactory tensile properties. Compared to Example I, a marked improvement in elongation and in particular of the transition temperature, which fell to -65 ° C, was achieved. The steel turned out to be weldable.

VOORBEELD IIIEXAMPLE III

10 De toepassing van staal, dat de in de onder havige aanvrage gedefinieerde chemische samenstelling bezit, maar zonder toepassing van de behandeling volgens de uitvinding, leidde tot ontoereikende mechanische eigenschappen, wat betreft de elasticiteitsgrens en de sterkte. De rek was hoog.The use of steel, which has the chemical composition defined in the present application, but without the use of the treatment according to the invention, led to inadequate mechanical properties with regard to the elastic limit and the strength. The elongation was high.

15 De overgangstemperatuur bevond zich zelfs zonder behandeling reeds vrijwel op het niveau als dat van voorbeeld II, waarbij de behandeling volgens de uitvinding was toegepast.Even without treatment, the transition temperature was already almost at the level of that of Example II, the treatment according to the invention having been applied.

VOORBEELD IVEXAMPLE IV

De combinatie van de chemische samenstelling 20 en van de thermische behandeling volgens de uitvinding leidde tot een dubbele verbetering, te weten: - bevredigende mechanische eigenschappen en een hoge rek; - een tot de zeer lage temperatuur van tenminste - 140°C dalende overgangstemperatuur.The combination of the chemical composition and of the heat treatment according to the invention led to a double improvement, namely: - satisfactory mechanical properties and a high elongation; - a transition temperature falling to the very low temperature of at least -140 ° C.

25 VOORBEELD VEXAMPLE V

Een staal met 9 % Ni, dat heet was gewalst, 2 gaf een overgangstemperatuur Charpy V - 35 J/cin van -50°C.A steel with 9% Ni, which was hot-rolled, 2 gave a Charpy V-35 J / cin transition temperature of -50 ° C.

VOORBEELD VIEXAMPLE VI

Hetzelfde staal met 9 % Ni, waarvoor de 30 kerfsterkte bij -196°C gewoonlijk slechts verkrijgbaar is door middel van een omslachtige thermische behandeling (dubbel normaal gloeien + ontlating of afschrikking + ontlating), maakte het mogelijk een overgangstemperatuur van -196°C te bereiken, wanneer de aanbevolen thermische behandeling werdThe same steel with 9% Ni, for which the notch strength at -196 ° C is usually only available through a cumbersome heat treatment (double normal annealing + annealing or quenching + annealing), allowed a transition temperature of -196 ° C to be when the recommended heat treatment has been achieved

MM

35 toegepast.35 applied.

De voorbeelden I-VI worden kort samengevat in tabel A.Examples I-VI are briefly summarized in Table A.

Hoewel de onderhavige beschrijving is ge- 8104580 - 6 - . » richt op de vervaardiging van betonstaal, kan de werkwijze volgens de uitvinding evengoed worden toegepast voor andere handelsvormen van staal, zoals gladde, platte, ronde staven en vierkante staven, boekstaven, profielen en platen, wanneer een 5 combinatie van goede lasbaarheid, hoge elasticiteitsgrens en kerfsterkte bij zeer lage temperaturen in hetzelfde produkt wordt gewenst.Although the present disclosure is 8104580-6 -. »Focuses on the production of reinforcing steel, the method according to the invention can equally well be applied for other commercial forms of steel, such as smooth, flat, round bars and square bars, book bars, profiles and plates, when a combination of good weldability, high elasticity limit and notch strength at very low temperatures in the same product is desired.

10 8104580 - 7 - Γ" Μ *Η 0) (Ο Ο Ο "» > dP Η ·η ο μ Μ 2 (β ο σ' Γ4 00 44 1 0) 0> Ό •Η $4 8 φ φ Ο Ο ^ Ο > * a s S S ΐ σι Π3 44 Φ θ' _ dP π3 ρ 00 Φ Ο Φ _ > Κ g fÖ ο ο νο ο Η Ο rH Τ'» © £ m ^ td mm 7 II 44 1 Φ U θ' dP Ό Μ co Φ Η°! Φ ο ο m to η ο rH Φ <Π τ! Μ 'f10 8104580 - 7 - Γ "Μ * Η 0) (Ο Ο Ο" »> dP Η · η ο μ Μ 2 (β ο σ 'Γ4 00 44 1 0) 0> Ό • Η $ 4 8 φ φ Ο Ο ^ Ο> * as SS ΐ σι Π3 44 Φ θ '_ dP π3 ρ 00 Φ Ο Φ _> Κ g fÖ ο ο νο ο Η Ο rH Τ' »© £ m ^ td mm 7 II 44 1 Φ U θ 'dP Ό Μ co Φ Η °! Φ ο ο m to η ο rH Φ <Π τ! Μ 'f

η (d cj co in Iη (d cj co in I.

II 44 < Si O Oi _________II 44 <Si O Oi _________

HH

pq dp Όpq dp Ό

rij Prow P

Ed oo Φ η φ h * g Φ to o CM in Η ο Ή ·η co oo η ιο H-l tO dj· LD l II Η 44 td Φ O Xi Öi dP ΌEd oo Φ η φ h * g Φ to o CM in Η ο Ή · η co oo η ιο H-l tO dj · LD l II Η 44 td Φ O Xi Öi dP Ό

MM

in φ ^ g Φ m o σι o h o i—i Φ <n ^ ^ ™ m td d ^ ^ + II H 44 td Φ ü X! O' — Ö ^ td <ö > O» Ai ·> .in φ ^ g Φ m o σι o h o i — i Φ <n ^ ^ ™ m td d ^ ^ + II H 44 td Φ ü X! O '- Ö ^ td <ö> O »Ai ·>.

ö O» g u o1 •H d ^ h ft Η -H 2 J| φ Ό ra 3 Φ ö d d ^ m d Ή Φ td u ^ § > S ft _ * d ij tJi Φ Φ * Φ Ή W Τ' **ö O »g u o1 • H d ^ h ft Η -H 2 J | φ Ό ra 3 Φ ö d d ^ m d Ή Φ td u ^ §> S ft _ * d ij tJi Φ Φ * Φ Ή W Τ '**

Sj J334-J td '— g 44 <NSj J334-J td '- g 44 <N

Ö H Ai Φ P SÖ H Ai Φ P S

rrt sj c* rrj 4J v— *—* Λ -Prrt sj c * rrj 4J v— * - * Λ -P

HO -H « tJi Hl b φ o w tn o φ SlIio Φ tn -Hd -H -ft tn © ft Λ>-ί g Φ +> ^ w P* S n «jtd SdOito p p 44HO -H «tJi Hl b φ o w tn o φ SlIio Φ tn -Hd -H -ft tn © ft Λ> -ί g Φ +> ^ w P * S n« jtd SdOito p p 44

Otd φ h td Φ 44 © *? 04-1 xl O H -P φ > © Tj >M +J> Φ Φ Μ O Ό 43 m o 8104580Otd φ h td Φ 44 © *? 04-1 xl O H -P φ> © Tj> M + J> Φ Φ Μ O Ό 43 m o 8104580

Claims

1. Method for the production of rolled steel products, in particular reinforcing steel, with good weldability, high elasticity limit, and a notch strength at very low temperatures, characterized in that use is made of a steel with a content of maximum 0.16% C, 2.0% Mn and at least 0.03% Al, as well as optionally up to 0.55% Si, 0.05% Nb, 0.1% V and 10% Ni, which is a special heat treatment undergoes 10 to obtain a very fine grain, which thermal treatment consists of reheating the rolled products in a second heating up to the austenitization temperature, from maintaining at that temperature for a time short enough to increase prevent the grain 15 and then proceed with intense surface cooling.

Method according to claim 1, characterized in that the special treatment is applied at least twice in succession.

A method according to claims 1-2, characterized in that the lower the carbon content, the lower the transition temperature desired.

4. Process according to claims 1-3, characterized in that the higher the nickel content is chosen, the lower the transition temperature desired. 30 8104580