NO790013L

NO790013L - Silisiumlegert staal.

Info

Publication number: NO790013L
Application number: NO790013A
Authority: NO
Inventors: Harri Nevalainen
Original assignee: Ovako Oy
Priority date: 1978-01-05
Filing date: 1979-01-03
Publication date: 1979-07-06
Also published as: DK583778A; FI780026A; EP0003208A1; CA1130617A; IT1110730B; IT7919100A0

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører silisiumlegert høy-karbon-stål som ved isoterm varmebehandling oppnår særlig for- ..• . ; delaktige fasthets- og seighetsegenskaper og som er anvendbart særlig i slitedeler som er utsatt for tunge støt.

For slike slitedeler er det generelt kjent å "anvende Mn-legert austenittstål, såkalt Hadfield-stål når det i til-legg til slitestyrke er nødvendig med seighet hos delen.

Dersom seighet ikke er nødvendig, er det mulig å anvende kromlegerte høykarbon-stål.(1,0% C, 12% Cr). Begge disse stål-

typer har atskillige ulemper. Hadfield-stål (1,0% C, 13% Mn) er vanskelig å fremstille, det kan bare formes ved støping og dets korrosjonsbestandighet og sveisbarhet er dårlig. På grunn av det høye Mn-legeringsinnhold er dette stål også kostbart.

Kromstål med høyt karboninnhold er på den annen side sprø

og deres bearbeidbarhet er dårlig. De er også kostbare på grunn av høyt legeringsinnhold.

De fordelaktige mekaniske egenskaper til stålet ifølge

den foreliggende oppfinnelse er basert på den bainitt-austenitt-dobbeltfase mikrostruktur som oppnås ved isoterm varmebehandling. Mikrostrukturens bainittkomponent gir stålet god begynnelses-hardhet, og høyt restaustenittinnhold bibringer det høy defor-masjons-herdingskapasitet.

I stålet ifølge oppfinnelsen har man utnyttet fordelen med den kjente effekt at silisium hindrer karbiddannelse. Ved å øke silisiuminnholdet i et høykarbon-stål opptil 2,0-3,0%,

kan karbiddannelse hindres under isoterm dekomponering av austenitt ved en egnet temperatur.

Anvendelsen av silisium som et legeringselement er kjent, f.eks. i fjærstål hvor C- og Si-inneholdene vanligvis er C<0,8%, Si^2,0%. I disse stål anvendes vanligvis silisium som legerings-' element som øker herdbarhet og anløpningsmotstand.

Det er også kjent lavkarbon-stål med høye Si-innhold (C<0,1%, Si~2,0-4,0%) som anvendes som kjerneplater i elek-tromagneter.

Formålet med legering med silisium er å hindre dannelsen

av karbid (cementitt), dersom stålet etter austenitisering til-lates å -dekomponere isotermt til øvre bainitt i et temperaturområde på 350-450°C eller til nedre bainitt i et temperaturområde på 280-350°C. Det frembrakte bainitt-ferritt inneholder således bare ca. 0,01% karbon. Når karbondannelse hindres må karbonet diffundere inn i det resterende austenitt når bainittreaksjonen skrider frem. Dette øker på den annen side austenitts stabilitet medøkende karboninnhold. Dersom f.eks. karboninnholdet i et stål er 1,0% og det dekomponerer til 50% bainitt uten karbiddannelse, øker karboninnholdet i det resterende austenitt til ca. 2%. Ved således å kontrollere stålets sammensetning (C- og Si-innhold), dekomponeringstemperaturen og holdetid, er det

mulig å kontrollere det oppnådde bainitt-austenitt forhold som et resultat av dekomponeringen av austenitt.

De etterfølgende eksempler illustrerer mekaniske egenskaper oppnådd med stålet ifølge oppfinnelsen.

Den kjemiske sammensetning av stålet er angitt i tabell 1.

Prøvestålene ble varmebehandlet på følgende måte: austenitisering 920-1030°C, 10 minutter + isoterm bainitisering ved 380°C, 350°C eller 320°C, vannkjøling. Prøvestykkene ble<*>underkastet strekkprøver som ble utført med et strekkprøve-stykke med diameter på 8 mm, og støtprøver (KV), og resterende austenittinnhold ble bestemt med røntgenstrålemålinger. Prøveresultatene er angitt i tabell 2.

Ved å sammenlikne de oppnåde fasthets- og seighetsverdier med innhold av resterende austenitt, kan man se at de beste kombinasjoner av egenskaper oppnås med resterende austenittinnhold på mellom 30 og 40%. Således vil den konvensjonelle flytegrense være R _ „T850 N/mm 2 og strekkfastheten R ^ 1300

2 p 0 , 2 > J om

N/mm når den isoterme bainitiseringstemperatur er 380 C. Senk-ning av bainitiseringstemperaturen til under 3 50°C øker stålets fasthet betydelig. Bainitiseringstemperaturen vil da være lenger, og den oppnådde mikrostruktur vil ha lavere bainittinnhold. Bruddforlengelse A5> 20%; for lavt C- + Si-innhold fører til for lav mengde resterende austenitt, sterkere, men sprøere bainitt som regulerer egenskapene. Dette er tilfellet med stålet ifølge eksempel 1, så C + Si må være JL2,80.

For høyt C- + Si-innhold fører på den annen side til for

høyt resterende austenittinnhold. Resterende austenitt regulerer således de mekaniske.egenskaper for mye, slik at den resterende fasthet blir lavere. Resterende autenitt er således også mekanisk mer ustabilt, noe som skader bruddforlengelsen. Dette er tilfellet med stålet i eksempel 4, slik at C + 'Si må være <_ 3, 5.

Ifølge prøveresultatene er det mest egnete område for

summen av C + Si = 2,90 - 3,40%, imidlertid med C>0,8% og Si A 2,0%. Bruddforlengelsen er således 30 - 40% og utgjør hovedsakelig jevn forlengelse som er en indikasjon på deforma-sjons-herdingskapasitet som bare finnes hos austenitisk Hadfield-manganstål og rustfritt stål. Men i ubearbeidet tilstand er den konvensjonelle flytegrense for begge disse stål <L50% av flytegrensen for stålet ifølge den foreliggende oppfinnelse.

For å bedre dets varmebehandlingsegenskaper kan stålet

ifølge oppfinnelsen legeres med austenittstabiliserende legeringselementer, såsom mangan og nikkel, opptil ca. 1%. Når det gjelder C-innholdet er det derved nødvendig å ta i betraktning virkningen av den ytterligere legering på stabiliteten til austenitt. Karbiddannende krom og niob kan også anvendes for legeringsdannelse. Det førstnevnte bedrer herdbarheten for barrer med større diametre, og det kan anvendes i mengder på

1%, fortrinnsvis f^.0,5%. Niob kan på den annen side anvendes

for regulering av kornvekstegenskaper. Den mengde som er nød-vendig for dette er ^. 0,1%. Legeringsdannelse med Al fore-trekkes for binding av fritt nitrogen i ferritt-bainitt som er fordelaktig for seighet, særlig ved lavere temperaturer. Legeringsmengden som er nødvendig for dette er _^L0,1%.

Stålet ifølge oppfinnelsen har en kombinasjon av fasthets-og seighetsegenskaper som det er umulig å oppnå med kjente stål-typer. Idet disse egenskaper oppnås ved enkel, isoterm varmebehandling og rimelig legeringsdannelse kan stålet ifølge den' foreliggende oppfinnelse dessuten forventes å bli godt mot-tatt og å bli mye anvendt ved anvendelser som krever høy fasthet og god slitestyrke.

Claims

1. Stål med høy fasthet, omfattende en bainitt-austenitt-mikrostruktur som er frembrakt ved isoterm varmebehandling,karakterisert vedat stålet inneholder for-skjellige legeringselementer i følgende mengder i vektsprosent:

mens resten består av jern og vanlige forurensninger.

2. Stål i samsvar med krav 1,karakterisertved at summen av legeringselementene C + Si = 2,9 - 3,4%.

3. Stål i samsvar med krav 1,karakterisertved at det inneholder ett eller flere følgende legeringselementer i følgende mengder:

4. Stål i samsvar med krav 1,karakterisertved at det har en dobbeltfase-mikrostruktur frembrakt ved isoterm varmebehandling som er utført ved en temperatur på 350-450°C, idet mikrostrukturen hovedsakelig består av øvre bainitt og resterende austenitt og hvor andelen resterende austenitt er 30-40%.

5. Stål i samsvar med krav 1,karakterisertved at det inneholder en dobbeltfasé-mikrostruktur frembrakt ved isoterm varmebehandling utført ved en temperatur på 280-350°C, hvor mikrostrukturen hovedsakelig består av lavere bainitt og andelen resterende austenitt er 3 0-40%.