NL8104580A - Werkwijze voor de vervaardiging van gewalste staalprodukten met een goede lasbaarheid, een hoge elasticiteitsgrens en een kerfsterkte bij zeer lage temperaturen. - Google Patents

Description

- 1 -

N/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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Het staal ondergaat vervolgens een intensieve afkoeling aan het oppervlak, teneinde binnen in het produkt 8104580

• I

t - 3 - een. zeer fijnkorrelige f err iet- en per liet structuur te verkrijgen.

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.

De snelle afkoeling van de staaf na de eerder genoemde behandeling maakt het anderzijds mogelijk binnen-10 in herkristallisatie van de korrels te vermijden.

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.

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.

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.

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.

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.

De chemische samenstelling van het gebruikte 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.

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.

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.

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 %.

Volgens de uitvinding wordt het produkt na het walsen onderworpen aan een bijzondere thermische behandeling met de korrelverfijning als doel.

25 De afkoelingsbehandeling bij het verlaten van de walserij bestaat volgens de uitvinding uit een intense afkoeling van het oppervlak van het produkt.

De voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding blijken duidelijk uit de voorbeelden I-VI, die hierna 30 worden beschreven.

VOORBEELD 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.

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.

8104580 4 - 5 -

De lasbaarheid was matig.

VOORBEELD 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.

VOORBEELD 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.

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.

VOORBEELD 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.

25 VOORBEELD V

Een staal met 9 % Ni, dat heet was gewalst, 2 gaf een overgangstemperatuur Charpy V - 35 J/cin van -50°C.

VOORBEELD 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 werd

M

35 toegepast.

De voorbeelden I-VI worden kort samengevat in tabel 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.

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 'f

η (d cj co in I

II 44 < Si O Oi _________

H

pq dp Ό

rij 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 Ό

M

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' **

Sj J334-J td '— g 44 <N

Ö H Ai Φ P S

c+j φφ φ g - -ft © ©

rrt 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 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 8104580

Claims (4)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van gewalste staalprodukten, in het bijzonder betonstaal, met een goede lasbaarheid, hoge elasticiteitsgrens, alsmede een kerf- 5 sterkte bij zeer lage temperaturen, met het kenmerk , dat gebruik wordt gemaakt van een staal met een gehalte van maximaal 0,16 % C, 2,0 % Mn en tenminste 0,03 % Al, alsmede eventueel tot aan 0,55 % Si, 0,05 % Nb, 0,1 % V en 10 % Ni, dat een bijzondere thermische behandeling ondergaat 10 om een zeer fijne korrel te verkrijgen, welke thermische behandeling bestaat uit het opnieuw verwarmen van de gewalste produkten in een tweede verhitting tot aan de austenitisatie-temperatuur, uit het handhaven bij die temperatuur gedurende een tijd die voldoende kort is om het vergroten van de korrel 15 te verhinderen en uit het vervolgen met een intense afkoeling aan het oppervlak.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de bijzondere behandeling tenminste tweemaal achter elkaar toepast.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat een des te lager koolstofgehalte wordt gekozen naarmate een lagere overgangstemperatuur wordt beoogd.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met 25 h e t kenmerk, dat een des te hoger nikkelgehalte wordt gekozen, naarmate een lagere overgangstemperatuur wordt beoogd. 30 8104580