NO862605L - Fremgangsmaate ved fremstilling av spennstaal. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling

av høyfaste, sveisbare, mer korrosjonsbestandige og mer sprø-hetsbruddsikre spennstål.

For tiden blir spennstål som regel fremstilt fra ulegerte edelbygningsstål med høyt carboninnhold, og nærmere bestemt

- varmvalsede, rettede og anløpte stenger med dimensjonene

15 til 40 mm runde med en sammensetning av 0,65 til 0,85 C( 65 til 0,85 Si, 1,10 til 1,70 Mn, 0,035 S, 0,035 P

og eventuelt 0,10 til 0,40 V, såvel som

- patentert eller stelmorbehandlet valsetråd med dimensjonene 5,5 til 14,5 mm runde med en sammensetning av 0,60 til 0,90 C, 0,10 til 0,30 Si, 0,50 til 0,80 Mn, 0,035 S og 0,035 P. Av disse blir kaldtrukket spenntråd fremstilt.

I begge tilfeller blir finemnehalvfabrikata av ca.

120 mm 4-kt anvendt som formateriale som alt efter produk-sjonsverket og eksisterende anlegg blir varmebehandlet i overensstemmelse med forskjellige kriterier, dvs. bragt til valsetemperatur og derfor også oppviser forskjellige støpestrukturer og -egenskaper, men som i sluttproduktet må oppvise til for anvendelsesertifikater vanlige mekaniske egenskaper .

Disse spennstål har den betydelige ulempe at de ikke

er sveisbare. For fremstillingen av disse blir vanlige prosesser anvendt, som for eksempel den kjente Siemens-Martin-, elektroovns- eller oxygenpåblåsingsprosess, hvorved stålet blir behandlet hverken på forhånd eller efterpå. Når over-hodet, finner i enkelte tilfeller en stålforbehandling ved avsvovling og en stålefterbehandling ved vakuumbehandling sted. Som støpeprosess finner som tidligere blokk- og stang-støping anvendelse.

Foruten den manglende sveisbarhet oppviser disse kjente spennstål mangler hva gjelder de mekaniske egenskaper, kor-rosjonsutsattheten og spesielt sprøhetsbrudduømfintligheten, til tross for knapt vesentlig forandrede ideer hva gjelder deres kjemiske sammensetning, strukturoppbygningen og fremstillingsbetingelsene. En kjensgjerning som hittil er blitt oversett ved bedømmelsen av spennstål, beror på at sprøhets-

Viktig informasjon

Av arkivmessige grunner har Patentstyret for denne allment tilgjengelige patentsøknad kun tilgjengelig dokumenter som inneholder håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, eller som kan være stemplet "Utgår" eller lignende. Vi Har derfor måtte benytte disse dokumentene til skanning for å lage en elektronisk utgave.

Håndskrevne anmerkninger eller kommentarer har vært en del av saksbehandlingen, og skal ikke benyttes til å tolke innholdet i dokumentet.

Overstrykninger og stemplinger med "Utgår" e.l. indikerer at det under saksbehandlingen er kommet inn nyere dokumenter til erstatning for det tidligere dokumentet. Slik overstrykning eller stempling må ikke forstås slik at den aktuelle delen av dokumentet ikke gjelder.

Vennligst se bort fra håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, samt eventuelle stemplinger med "Utgår" e.l. som har samme betydning. bruddtilbøyeligheten for spennstål kan begynne allerede vesentlig over 0°C og øker hurtig henimot lavere temperaturer. Sprøhetsbruddsikkerheten blir uttrykt ved hjelp av den såkalte overgangstemperatur til det mulige sprøhetsbrudd. Vanlige spennstål har en Tii av for det meste vesentlig over / +20 C! Da i de fleste spennstålbyggverk regelmessig i løpet av måneder temperaturer til -40°C og mer kan forekomme, spesielt i brofundamenter, må tilsvarende hensyn tas til denne kjensgjerning ved formuleringen og utviklingen av spennstål. Sprøhetsbruddtilbøyeligheten finner på den ene side vidtgående sin grunn i den innvendige renhetsgrad, i oxydiske og sulfidiske inneslutninger og inneslutningsformer, hvilket idag vidtgående kan forbedres ved hjelp av tilsiktet stålefterbehandling. Således står sprøhetsbruddtilbøyeligheten,

og fremfor alt dens temperaturavhengighet, i meget nær sammenheng med perlitt- (sementitt-)-andelen i stålet, dvs. med carboninnholdet som utøver den største negative innvirkning.

Til idag finnes ingen perlittfattige, dvs. carbonfattige, spennstål.

Korrosjon oppstår i mange former i spennstål, det være seg som barre-, hull-, spalte-, interkrystallinsk og trans-krystallinsk korrosjon. Spesiell oppmerksomhet må rettes mot spenningsrisskorrosjonen. De korrosjonshemmende egenskaper til kobber er kjente, men kobber har hittil ikke funnet anvendelse som legeringselement for spennstål.

Til idag er det følgelig ikke lykkes å fremstille høy-faste, samtidig mer korrosjonsbestandige og derved mer sprø-hetsbruddsikkert spennstål som samtidig oppviser egnethet for sveising. Oppfinneren har satt seg som oppgave å ut-

vikle et slik spennstål og samtidig en fremgangsmåte for fremstilling av dette.

En fremgangsmåte fører til løsning av denne oppgave,

ved hvilken et stål bestående av

0,05 til 0,20 masse% carbon

1,20 til 1,70 masse% mangan

0,30 til 0,50 masse% silicium

0,04 til 0,06 masse% niob

0,035 til 0,05 masse% vanadium

0,30 til 0,50 masse% molybden

0,30 til 2,00 masse% kobber

0,04 til 0,06 masse% aluminium

0,015 til 0,02 masse% nitrogen

i 0,030 masse% fosfor

<L 0, 020 masse% svovel

utsettes for en termomekanisk behandling som finner sted efter størkning fra smeiten og en gjenoppvarming fra den annen charge, hvorved stålet før den termomekaniske behandling holdes ved en lavest mulig gjenoppvarmingstemperatur (= annen charge under 1150°C), og derefter utføres en regulert valsing av stålet med et lavt stikktall ved en høy omformningsgrad (10-45%) og en høy omformningshastighet inntil en lav omformningstemperatur nær over 8 50°C: Grunnen for å holde stålet ved en lavest mulig ^jen-oppvarmings temperatur beror på at vanadium og niob går i oppløs-ning ved 850°C henholdsvis 950°C, men igjen blir oppløst over 1150°C. Det sistnevnte skal unngås. Derved skal en partikkelstørrelse av 100-200 Å såvel som en partikkelmengde

6 2

av 20 x 10 pr. mm oppnås for det tilstrebede formål.

Derefter følger en regulert valsing av stålet med et lavt stikktall ved en høy omformningsgrad (10-45%) og en høy omformningshastighet inntil en lavest mulig omformningstemperatur som ligger nær over 8 50°C. Denne temperatur-grense må overholdes på grunn av^ kobberet som foreligger i stålet fordi en virksom fastnende utskillelse av kobber bare kan oppnås ved en akselerert avkjøling fra^a? 850°C til oa^. 650/550°C uten valsing og fordi det er kjent at ved en temperatur under 850 oC finner ingen utskillelse av kobber ved valsing lenger sted.

Ved hjelp av dette første trinn av den termomekaniske behandling blir valsetrådkvaliteter for fremstilling av kaldtrukket tråd, 3-trådsstrenger, 7-trådsstrenger såvel som spennstenger fremstilt som har egenskaper som overens-stemmer med Euro-norm 13 8, men som oppviser de ytterligere bruksegenskaper (mer korrosjonsbestandige, mer sprøhetsbrudd-sikre og sveisbare). Derved unngås en kostbar kaldformning (retting) og påfølgende anløpning for spennstenger, hvilket

allerede betyr en vesentlig fordel ved oppfinnelsen.

De egentlige herdeforløp for de fastningsmekanismer som her kommer til anvendelse, finner fremfor alt sted i løpet av området mellom 850°C og en oppholdstid som skal ligge nær Ar^-grensen. Derved fås i et ytterligere prosess-trinn ifølge oppfinnelsen en akselerert avkjøling uten valsing til 650/550°C, hvorved fås en minskning av7-cx-omvandlingen under samtidig rekrystallisasjonsforsinkelse.

Ved anvendelse av trinnene 1 og 2 av den foreliggende fremgangsmåte oppnås fasthetsklasser av seigherdet tråd over-ensstemmende med Euro-norm 13 8, og nærmere bestemt uten den kostbare seigherding og anløpning, hvilket er en ytterligere fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som beror på

den kjemiske sammensetning ifølge oppfinnelsen. For spenn-stengene og valsetråden blir strekkgrensen øket med minst 20% sammenlignet med de vanlige kvaliteter, hvorav også halv-trukkede tråder og derav strenger med tilsvarende økede fasthetsegenskaper kan fremstilles.

Ifølge oppfinelsen kan det også tas sikte på et tredje behandlingstrinn hvori det fra jzafT 650/550°C nok engang valses regulert med ett eller få stikk, dvs. med en høy omformningsgrad ved høy hastighet. Derefter tas det sikte på

en oppholdstid og en forsinket avkjøling, fortrinnsvis i rolig luft. Derved blir en fasthetsøkning av over (minst)

40% sammenlignet med vanlige spennstål oppnådd på grunn av en forsterket utskillingsherdeprosess. Det vedføyede diagram tjener til å forklare dette prosessforløp.

Efter den termomekaniske behandling og de derved for-løpende fastningsmekanismer kan i tillegg en kaldfastning av stålet finne sted såfremt høyere fasthetsklasser derved tilstrebes eller er nødvendige.

Ved forløpet av den termomekaniske behandling i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse virker mekanismene ved fasthetsøkningen på grunn av den kjemiske sammensetning og den tilsiktede dosering av mikrolegeringselementene additivt sammen. Disse mekanismer er spesielt finkornherdingen, blandingskrystallherdingen og ganske spesielt utskillingsherdingen i hvilken legeringselementet kobber tar spesielt virksomt del. Dette innebærer at den termomekaniske behandling ved siden av den kjemiske sammensetning for fin-kornsmelting og -herding er det mest betydelige skritt for å realisere det tilstrebede mål, nemlig for fremstilling av høyfaste, mer korrosjonsbestandige, mer sprøhetsbruddsikre og sveisbare spennstål. Doseringen av legeringselementene er derved slik utformet at ikke bare fastheten får en betydelig økning, men spesielt økes også samtidig seigheten via finkornherdingen. Likeledes bevirker den tilstrebede dosering av legeringselementene at den høyeste fastning finner sted via utskillingsherdingen. En utskillelse i ferritten er mest virksom for fasthetsøkningen.

Da spesielt utskillingsherdingen gir den høyeste virkning for fasthetsøkningen på grunn av den akselerte av-kjøling såvel som en lav sluttvalsetemperatur med samtidig høy deformasjonsgrad og høy deformasjonshastighet med på-følgende oppholdstid efter sluttdeformasjonen og forsinket avkjøling, må denne fase av den termomekaniske behandling også tilskrives den største betydning, fordi via denne fase blir på grunn av den tilsiktede dosering av legeringselementene også samtidig den høyeste sprøhetsbruddsikkerhet oppnådd, spesielt ved kombinert virkning av elementene mangan og molybden.

Forutsetning for en virksom fasthetsøkning i henhold

til oppfinnelsen er dessuten finkornherdingen, hgvorved det for optimalt å realisere denne er nødvendig med en finkorn-smelting som samtidig øker seigheten. Kornstørrelsen som skal oppnås i henhold til ASTM 1112, skal være minst 9, om mulig imidlertid minst 12, til hvilken et øket manganinnhold av 1,45% i midlet bidrar.

For dette formål skal allerede mest mulig fint austenittkorn tilstrebes da dette er merbestemmende for ferrittkornets størrelsesorden. For dette formål er det nødvendig at de i henhold til den retningsgivende analyse forutsatte mikrolegeringselementer, spesielt aluminium, nitrogen, niob og vanadium, innleirer seg i austenittstrukturen ved fine ut-skillelser for å hemme kornveksten og for å danne fasthets-økende hindre mot dislokasionene. En partikkelstørrelse av

100 til 200 Å er derved den mest virksomme, idet partikkel-

2 6

mengden pr. mm skal utgjøre ca. 20 • 10 .

Finkornsmeltingen skal da omfatte de følgende trinn i henhold til oppfinnelsen: 1. En stålforbehandling, hvorved en vidtgående avsvovling tilstrebes. Dette finner sted f.eks. ved kalsiumbehandling, CAB, for eksempel ved TN-prosessen. 2. En stålefterbehandling, hvor det spesielt tas sikte på en spyling med inert gass, en vakuumbehandling, en desoxydasjon, fullstendig tetting, såvel om mulig og hensiktsmessig en innleiringsmodifikasjon og/eller en øsebehandling med metallisk kalsium eller kalsium-halogenidslagger.

Som støpemetode turde stangstøping være å anbefale.

Stangstøping er den mest økonomiske og samtidig kvalitativt beste metode for støping og størkning av stålsmelten for det formateriale som skal anvendes for spenn-stålfremstillingen: finemne. For å sikre en høy kvalitetsgrad som er nødvendig for spennstål, må imidlertid for å unngå kjernefeil, som midtseigring og størkningsbroer såvel som overflatefeil, alt efter hva som er hensiktsmessig ganske spesielle forholdsregler tas for å unngå slike feil, som f.eks. reoxydasjonsbeskyttelse, tildekket støping, elektro-magnetisk omrøring.

Det i henhold til den veiledende analyse forutsatte lave carboninnhold på 0,1% hindrer da riktignok vidtgående fore-komsten av de ovennevnte feil og begunstiger samtidig økonomien ved stangstøpingen for fremstilling av spennstålkvaliteter, idet de kostbare forholdsregler faller bort i større omfang, slik disse er nødvendige for de vanlige høy-carbonholdige spennstålkvaliteter, under samtidig sikring av en høy renhets-, homogenitets- og kvalitetsgrad.

For å ta hensyn til den første av de ovennevnte delopp-gaver, nemlig økningen av fastheten for spennstål, må hensyn tas til de viktigste påvirkningsvariable for fastheten. Blant disse gjelder spesielt hindringer for dislokasjonsbevegelserv Strukturen har en spesielt sterk innvirkning på fasthets-egenskapene til spennstål fordi tilstedeværelsen eller dann- eisen av hindere mot dislokasjonsbevegelse må foreligge for oppnåelse av enhver type av fasthetsøkning. Disse hindere kan i henhold til deres dimensjoner inndeles i - nulldimensjonale. Dette er punktformige hindere, som fremmedatomer i blandingskrystallen. Økning av fastheten ved blandingskrystallherding. - Endimensjonal. Disse er linjeformige hindere, som for-skyvninger. Fastning ved kaldformning. - Todimensjonale. Disse er flateformige hindere, som korn-grenser. Fastning ved kornforfining. - Tredimensjonale. Disse er rommessige hindere, som utskill-elser. Fastning ved partikkelherding eller dispersjons-herding.

Blandkrystallherdingen virker ved typen av den kjemiske sammensetning, hvorved fremmedatomene i substitusjonsbland-krystaller og de■interstisielt oppløste fremmedatomer må tilskrives spesiell betydning. For dette finnes tallrike dia-grammer og tabeller fra hvilke de enkelte legeringselementer og deres virkning på strekkgrenseøkningen kan utleses. Innvirkningen av de forskjellige legeringselementer lar seg forklare ved den deformasjon som disse elementer forårsaker i gitteret. Jo større deformasjonen er, desto høyere er fast-hetsøkningen.

Finkornherdingen må det tas mest hensyn til av samt-lige fire fastningstyper fordi den fastningsmekanisme som er betinget av denne, utmerker seg ved en økning ikke bare av fastheten, men også en samtidig økning av seigheten. Dessuten er nettopp de todimensjonale hindringer så sterke hindringer for vandrende dislokasjoner at de ikke kan over-vinnes av disse. Dislokasjonen er da umuliggjort, og av et stort antall dislokasjoner dannes en oppstuvning langs korn-grensen, hvorfra fås en betydelig spenningskonsentrasjon og derfor fasthetspåvirkning. Nettopp den midlere kornstørrelse påvirker imidlertid den nedre strekkgrense.

Ved partikkelherdingen ved utskilling må det fremheves at den sterkeste fastning da er sikret når partikkelstørrelsen og partikkelavstanden er nøyaktig så store at ingen skjæring inntreffer. Utskillingsprosessene for partikkelherdingen blir sterkt påvirket av overmettingsgraden, deformasjon, omvandlingen og til slutt rekrystallisasjonen som må vies spesiell oppmerksomhet videre nedenfor ved den termomekaniske behandling for fasthetsøkningen. Ved utviklingen av høyfaste spennstål må derfor utskillelsen av carbider, nitrider hhv. carbonitrider ved partikkelherding også tas hensyn til. Det må dessuten iakttas at på grunn av utskillelsen av spesial-carbider eller carbonitrider må mikrolegeringselementene niob og vanadium tilskrives en spesifikt høyere herdevirkning enn ved for eksempel kobberutskillelser. I henhold til oppfinnelsen kan disse enkelte fastningsmekanismer kombineres med hverandre og med en tilsiktet kaldfastning, hvorved deres virkning er additiv, men hvor deres andeler kan forandre seg betydelig alt efter de foreliggende betingelser. Ifølge oppfinnelsen ble det imidlertid fastslått at de grunnleggende mekanismer for de enkelte herdinger først blir optimale ved et ytterligere, det viktigste, behandlingstrinn, nemlig ved den såkalte termomekaniske behandling.

Under begrepet den termomekaniske behandling skal en rekke spesielt styrte formningsprosesser oppsummeres hvor på-virknings var i ab lene

- deformasjonstemperatur,

- deformasjonsgrad,

- deformasjonshastighet,

- deformasjonstidspunkt,

- sluttdeformasjonstemperatur,

avkjølingshastighet,

omvandling7"—ot,

- oppholdstid efter deformasjonen såvel som

- påfølgende avkjøling

hver for seg spiller en betydelig rolle hva gjelder den optimale forbedring av stålegenskapene. Ved en termomekanisk behandling kan praktisk talt alle kjenneverdier for de mekaniske egenskaper påvirkes, men spesielt fasthet- og seighetsegenskapene såvel som overgangstemperaturen og dermed sprøhetsbrudduømf intligheten.

Den termomekaniske behandling innen rammen av oppfinnelsen finner sted ved en meget bestemt rekkefølge av den regulerte valsing av det for dette formål spesielt utviklede mikrolegerte og finkornsmeltede stål, idet spesielt en lav sluttvalsetemperatur, en hurtig avkjøling før det siste valsestikk og en høy sluttdeformasjonsgrad innstilles, slik at rekrystallisasjonen mest mulig fører til etjiint austenittkorn før ferritt-perlittomvandlingen. Ved regulert valsing av stålet ifølge oppfinnelsen efter tilnærmet analyse i rekke-følgen i henhold til oppfinnelsen blir for dette mikrolegerte stål dessuten såvel en blandkrystall- som en finkorn- og partikkelherding bevirket ved utskillelse av carbider, nitrider eller carbonitrider. I tillegg blir temperaturføringen legerings- og valseteknisk styrt slik at f- a -omvandling finner sted kort før og/eller efter den lavest mulige sluttvalsetemperatur som kommer til å ligge kort før I ethvert tilfelle skal en martensittdannelse utelukkes.

For de perlittfattige,mikrolegerte stål er det viktig at carbidene

og nitridene av mikrolegeringselementene niob og vanadium oppviser kubisk flatesentrerte gittere og at de dessuten er isomorfe og derfor kontinuerlig blandbare. Den sterkeste fasthetsøkende virkning på grunn av de ovennevnte fastningsmekanismer blir imidlertid virksom i det kubisk-romsentrerte gitter. Dessuten må carbonitridutskillingsform og størrelse tas hensyn til. For å påvirke de mekaniske egenskaper er partikkelstørrelsen og -mengden henholdsvis partikkelavstanden såvel som formen og anordningen av utskillingene og deres fasthet i seg selv utslagsgivende.

Disse variable påvirkes av den kjemiske sammensentning og fremfor alt av temperatur-tids-betingelsene ved hvilke utskillingene dannes. I avhengighet av temperaturen kan carbonitridene utskilles i austenitten, under if-a-omvandlingen eller i ferritten. En utskilling i ferritten er mest virksom for fasthetsøkningen. Kinetikken, omfanget og temperatur-situasjonen for utskillingene er ikke bare avhengige av de termodynamiske betingelser, men også av legeringsatomenes diffusjonsevne, underkjølingsgraden og utskillingenes kim-betingelser.

De praktiske forholdsregler som må anvendes for å optimalisere andelen av finkornherdingen i sammenheng med den termodynamiske behandling som er nødvendig for å utvikle denne, er for den foreliggende legering ifølge oppfinnelsen: - lav, finkorngivende gjennomskyvningsovnstemperatur, spesielt for å hindre eller begrense gjenoppløsningen av carbid-,

nitrid- og/eller carbonitridutskillinger,

- høy deformasjonsgrad med få stikkrekkefølger,

- lav omformningstemperatur,

- nedsettelse av -y-a-omvandlingstemperaturen ved akselerert avkjøling og/eller ved legering og/eller

- rekrystallisasjonsforsinkelse.

I den termomekanisk behandlede tilstand innstilles

den optimalt gunstigste (fineste) kornstørrelse med alle fordeler hva gjelder fasthetsøkningen og samtidig den gunstigste virkning på seighetsegenskapene og overgangstemtperaturen,

Andelene av finkornherding og utskillingsherding og dermed en betydelig andel av den mulige fasthetsøkning blir ved den foreliggende oppfinnelse også bestemt ganske vesentlig av fremstillingsbetingelsene, dvs. den termomekaniske behandling. Denne betinger for dette formål

- en høy omformningshastighet og -grad,

- en hurtig og styrt avkjøling før og/eller efter det siste valsestikk og

- en påfølgende forsinket avkjøling,

- avpasset til fremstillingen av termomekanisk behandlede, kaldrettede spennstenger eller valsetråd for fremstillingen av kaldtrukkede spenntråder og strenger av disse.

For de oppnåelige mekaniske egenskaper er på den ene

side sluttvalsetemperaturen og på den annen side deformasjons- ;; graden, spesielt i det siste stikk, utslagsgivende. Med synkende sluttvalsetemperatur avtar perlittandelen hvilket fører til at carbonfattige, mikrolegerte strukturteksturer i regulert sluttvalset tilstand bare oppviser en lav, ofte slett ingen, perlittandel i strukturen. De mekaniske egenskaper får derved en ytterligere gunstig påvirkning.

Med høyere stikkreduksjon og lavere stikktall fås

mindre austenittkornstørrelser som via et tilsvarende mindre ferrittkori. gir gunstigere mekaniske egenskaper. I denne forbindelse virker økende stikkreduksjoner fra 10 til 45%

spesielt gunstig på en finere ferrittkornstørrelse og dermed på en merkbar forbedring av overgangstemperaturen henholdsvis sprøhetsbrudduømfintlighet. Stikkreduksjon og sluttvalsetemperatur såvel som eventuelle holdetider må være avpasset i forhold til de tilstrebede egenskaper og dimensjoner for sluttproduktene, spennstenger (termomekanisk behandlede, kalderettede) og valsetråd (for fremstilling av kaldtrukkede tråder), for på den ene side å sikre den tilstrebede metalliske virkning og på den annen side et valseteknisk økonomisk forløp. Den hurtige valsing såvel som avkjølingen efter ferdigvalsingen er følgelig av utslagsgivende betydning for de oppnåelige mekaniske egenskaper. En lav temperatur innvirker på den ene side på ferrittkorn-størrelsen som følge av7-cc-omvandling som på grunn av akselerert avkjøling er forskjøvet til lavere temperaturer, og for det annet blir de utskillingsprosesser som forløper under den påfølgende, langsomme avkjøling, betraktelig under-støttet.

For strukturdannelsen som fås i spennstål, er rekrystallisasjonen, Y-a-omvandlingen og utskillingen av mikrolegeringselementer avgjørende. Disse prosesser kan i løpet av meget kort tid av noen minutter finne sted ved siden av hverandre og påvirker hverandre dessuten gjensidig. Av disse grunner er det nødvendig for utviklingen av høyfaste, mer korrosjonsbestandige og mer sprøbruddsikre spennstål, basert på mekaniske egenskaper og dimensjonsområder, å foreta og optimalisere en nøye analyse av de forløp som finner sted og av deres tilordning til de strukturdannelser som inn-stiller seg og de derav betingede egenskaper.

Det siste trinn av fremgangsmåten efter den termomekaniske behandling er en kaldfastning som spesielt består

i en retting eller trekking. Ved denne påfølgende kaldbe-arbeiding som anvendes for fremstilling av alle spennstål og for hvilke stålene i henhold til den nye erkjennelse er spesielt godt egnede, fås igjen en betydelig fasthetsøkning sammenlignet med de for tiden forekommende spennstålkvaliteter ved hjelp av den deformasjonsgrad som skal anvendes.

Tilegeringen av mikrolegeringselementer må tilskrives en ytterligere forbedring av egenskapene til spennstålet ifølge oppfinnelsen i sammenheng med den termomekaniske behandling. Av mulige mikrolegeringselementer har niob den mest virksomme virkning på finkornherdingen og utskillingsherdingen ved den termomekaniske behandling, dvs. på fasthets-økningen, fulgt av vanadium. Det samme gjelder også for forbedringen av overgangstemperaturen.

Ved mikrolegering med niob og vanadium øker også den fasthetsøkende andel av mangan- og siliciuminnholdet med økende innhold og ved samtidig armhet på perlitt.

En økning av nitrogeninnholdet bevirker ved samtidig nærvær av vanadium en ytterligere økning av strekkgrensen.

Også strekkfastheten blir derved øket, slik at en økning av strekkgrenseforholdet som er spesielt viktig for spennstål, av^pa"T 70% til 90% blir bevirket. Når stålet er nioblegert,

fås en vesentlig større andel av finkornherding enn av utskillingsherding og dermed ikke bare en høyere strekkgrense enn ved en legering med titan eller vanadium, men fremfor alt også, som allerede nevnt, en meget gunstig lav overgangstemperatur. Det høye forhold mellom finkornherding og utskillingsherding ved tilsetning av niob er derfor en vesentlig årsak til at niob her må bli foretrukket tilsatt fordi niob også samtidig bevirker den sterkeste senkning av overgangstemperaturen .

Hva gjelder forbedringen av overgangstemperaturen

hhv. sprøhetsbrudduømfintligheten må det fastholdes at ved legering med niob og vanadium består en sammenheng mellom strekkgrenseøkningen og forbedringen av overgangstemperaturen uavhengig av mikrolegeringselementene. For den samme strekkgrense men ved forskjellige niob- hhv. vanadiuminnhold blir .nesten den samme sprøhetsbrudduømfintlighet hhv. overgangstemperatur nådd.

Også mangan og nikkel såvel som silicium ved innhold under ^paff 0,5% forskyver overgangstemperaturen likeledes til lavere temperaturer.

Kornforfiningen bevirker foruten en fastning også en tydelig forbedring av seigheten som gir seg utslag i en sterk senkning av overgangstemperaturen. Dessuten blir den tilstrebede påvirkning forsterket ved en avtagende perlittandel. Perlittfattige stål er derfor generelt ved fint ferrittkorn spesielt uømfintlige mot sprøhetsbrudd.

Også hva gjelder kalddeformasjonsegenskapene for spennstål må deres kjemiske sammensetning vies spesiell oppmerksomhet. ^Svéojælinnholdet spiller den avgjørende rolle for seighetens anisotropi som er den viktigste påvirkningsvariable for kalddeformerbarheten. Et tilstrebet lavere svovelinnhold, dvs. et redusert antall av sulfidinneslutninger, forbedrer seigheten ganske vesentlig hva gjelder bruddinnsnevring som er en spesielt viktig egenskap for spennstål. Ved siden av dette er reduksjonen av sulfidlengden spesielt virkningsfull for en gunstigere bruddinnsnevring. En sterk avsvovling kan oppnås ved hjelp av den kalsiumtilsetning som er vanlig ved støpeøsemetallurgien, hvorved kalsiumets høye damptrykk som utgjør 1,86 bar ved en smeltetemperatur av 1600°C, såvel som dets høye affinitet overfor oxygen må vies spesiell oppmerksomhet, dvs. at det må treffes forholdsregler for å hindre fordampningen av kalsiumet. Selv ved svovelinnhold av 0,008% kan ingen mangansulfider lenger fastslås i aluminiumtettede stål, men kulef ormincjer^inneslutninger av kalsium- og aluminiumoxyder som på deres overflate inneholder små mengder oppløst svovel. På grunn av de gunstige betingelser for kalsiumaluminater hva gjelder en utskilling fra smeiten, blir dessuten en forbedring av den oxydiske renhetsgrad oppnådd.

De oppnåelige mekaniske egenskaper ved kalsiumbehandling oppviser en tydelig redusert rommessig anisotropi for seighetsegenskapene. Bruddinnsnevringen som er så viktig for å sikre kvalitetsverdiene for spennstål, blir ganske vesentlig forbedret ved kalsiumbehandlingen og med avtagende svovelinnhold. Avsvovlingen skal om mulig finne sted til under 0,020 masse%.

Hva gjelder den mest egnede kombinerte anvendelse av mikrolegeringselementer, gir molybden-niob-legerte støpe-strukturer de beste egenskaper. En ytterligere forbedring av

egenskapene blir oppnådd ved kombinasjonen niob-vanadium-molybden-kobber ved samtidig termomekanisk behandling ifølge oppfinnelsen, hvorved de beste resultater blir oppnådd ved anvendelse av en lav sluttvalsetemperatur og en høyest mulig

sluttdeformasjonsgrad.

For fremstilling av spennstål blir <i tillegg til følgene av den termiske behandling også valse- og avkjølingshastig-heten og avkjølingen i laget virksom. Ned til 750°C blir såvel fasthet- som seighetsforbedringer fastslått. Virkningen av mekanismene som er ansvarlige for fasthetsøkningen, blir øket ganske betydelig ved innlegering av molybden såvel som ved regulering av valsehastigheten med det formål å redusere T-a-omvandlingen mest mulig innen området mellom 650 og 550°C som nettopp er et område hvori de fasthetsøkende mekanismer, spesielt ved utskillingsherding, er mest virksomme.

Det mest virksomme middel for å oppnå optimale mekaniske egenskaper er imidlertid dannelsen av en vidtgående finkornet-het. Forfiningen av kornstørrelsen bevirker en økning av strekkgrensen med samtidig forbedring av overgangstemperaturen. I praksis tilstrebes et mest mulig fint austenittkorn fordi dette er medbestemmende for ferrittkornets størrelsesorden.

Det gjelder som generell erfaringsverdi at en nedsettelse av austenittkornstørrelsen innvirker med en faktor av ca. 0,3 på nedsettelsen av ferrittkornstørrelsen. Det vesentlige forløp ved vekst av austenittkornet er ikke oppløsningen av utskillingene, men deres sammenhopning til store og dermed virksomme partikler.

En forholdsregel for å styre austenittkornstørrelsen er innleiring av fine utskillinger i austenittstrukturen, hvorved kornveksten blir hemmet. Foruten aluminium som via aluminiumnitrid bevirker denne effekt, er det fremfor alt mikrolegeringselementene niob, vanadium og titan med partikkelstørrelser fra 100 til 200 Å som via deres carbider, nitrider hhv. carbonitrider utfolder sin virkning på sammenlignbar måte.

De gunstigste forhold for å hindre den sterke kornvekstøkning ved gjenoppvarming i gjennomskyvningsovnen for valsing viser høyere aluminiuminnhold (inntil 0,050%) og nitrogeninnhold (inntil 0,020%). Med økende niobinnhold blir begynnelsen av den sprangmessige kornvekst likeledes forskjøvet henimot høyere temperaturer.

En ytterligere forholdsregel for å hindre eller begrense gjenoppløsningen av slike utskillinger ved oppvarming før valsingen er en lavest mulig gjennomskyvningsovnstemperatur. Dessuten kan austenittkornet likeledes forfines ved høyere omformningsgrader. Derved er kornforfiningsvirkningen mest utpreget ved lavere sluttdeformasjonstemperaturer.

Dersom Y-«-omvandlingen forskyves henimot lavere temperaturer ved en akselerert avkjøling, betinger den lavere omvandlingstemperatur en høyere kimdannelses-hyppighet og en lavere korngrensebevegbarhet, hvorav fås en reduksjon av ferrittkornstørrelsen.

Foruten kornforfining består muligheten for å forsinke rekrystallisasjonen av austenitten. Andeler av ikke rekrystallisert austenitt blir da deformert i løpet av sluttvalsetemperaturen, hvorved fås langstrakte korn og dermed sterkt økede austenittkornoverflater. Ved omvandlingen av denne struktur i ferritt-perlitt-trinnet fås en sterk kornforfining på grunn av denøkede kimdensitet og den hemmede vekst av de korn som dannes fra disse kim.

Forsinkelsen av austenittrekrystallisasjonen kan også foruten ved styring av avkjølingshastigheten begunstiges ved innlegering av små mengder av molybden i de mikrolegerte, perlittfattige støpestrukturer, hvorved -y-cx-omvandlingen blir forskjøvet henimot lavere temperaturer. Også denne mulighet blir utnyttet ved den termomekaniske behandling, hvorved en ennu mer finkornet struktur blir oppnådd ved samtidig ytterligere forbedring av overgangstemperaturen.

At den gunstige overgangstemperatur ved niob- og vanadium- eller niob- pluss vanadiumlegerte støpestrukturer holder seg uforandret eller endog blir forbedret kan forklares ved .større andel av kornforfiningen. Kornforfiningen bevirker følgelig foruLen en fastning likeledes den ved den foreliggende oppfinnelse tilstrebede tydelige forbedring av seigheten som samtidig gir seg uttrykk i en sterk nedsettelse av overgangstemperaturen. Dessuten blir denne tilstrebede innvirkning forsterket ved denne utvikling på grunn av en avtagende perlittandel.Perlittfattige støpestrukturer er derfor generelt spesielt uømfintlige mot sprøhetsbrudd ved fint ferrittkorn.

For sammenhengen mellom mikrolegeringsbestanddelene

og finkornherdingen må det tas hensyn til at usammenhengende niob-, vanadium- og titancarbonitrider i virksomme par-tikkelstørrelser og -mengder innvirker forskjellig på ferritt-kornstørrelsen. I termomekanisk behandlet tilstand bevirker vanadium bare en svak kornforfining. Grunnsammensetningen spiller da en rolle forsåvidt som høyere carbon- og nitrogeninnhold via en sterkere eller hurtigere utskilling før eller under Y-a-omvandlingen fremkaller en finere sekundærstruktur. Det kan da også fastslås at den optimale kornforfining ved ni^biuminnhold mellom 0,04 og 0,10% er jevnt virksom, mens imidlertid den på grunn av titan og vanadium også er tiltagende virksom med økende innhold.

Stålets carbon- og nitrogeninnhold påvirker ferritt-kornstørrelsen i stål med niob vesentlig svakere enn i slike med vanadium. Med avtagende carboninnhold avtar innvirkningen av kimdannelsen ved utskilte partikler på kornstørrelsen til fordel for en meget utpreget og i det foreliggende tilfelle ønsket rekrystallisasjonshemning på grunn av oppløst niob. Perlittfattige stål oppviser derfor i termomekanisk behandlet tilstand mindre ferrittkornstørrelser enn stål med høyere carboninnhold.

Oppløst vanadium, niob eller titan forårsaker en ytterligere finkornvirkning via en forsinkelse av den her ønskede austenittomvandling. Økende manganinnhold senker likeledes omvandlingstemperaturen, sikrer en optimal utskilling av partikler og dermed en optimal virkning av partikkelherdingen.

I tillegg til den tidsmessig forskjøvne austenittomvandling oppstår som regel en forsinkelse av rekrystallisasjonen, dvs. at rekrystallisasjonen finner sted senere ved lavere temperaturer, hvilket imøtekommer kravet til

- reduksjon av Y-a-omvandlingen

- rekrystallisasjonsforsinkelse og dermed

- innstillingen av en lavest mulig sluttvalsetemperatur og muliggjør samtidig den optimale utskilling, for eksempel av kobber, hvorved en maksimalt mulig fasthetsøkning finner sted ved samvirkning. En vidtgående strukturforfining inntreffer da som følge av øket kimdensitet og veksthindring for de ny-

dannede ferrittkorn.

I forbindelse med utskillingsherdingen må det i sammenheng med den termomekaniske behandling tas hensyn til at utherdingsmaksimaene oppstår i temperaturområdet mellom 550 og 650°C. Dette kan forklares ved virkningen av de kjemisk ikke fastslåbare sammenhengende utskillinger (dusters) av niob-, carbon- og nitrogenatomer (også titan) som går forut for den usammenhengende utskilling. Efter at utskillingsmaksimumet er blitt nådd, må betydning tilskrives fallet i strekkgrensen. Dette fall bevirkes av stigende temperaturer eller overskridelse av holdetiden og er betinget av nedbygningen av koherentspenningene ved overgangen av de sammenhengende partikler til usammenhengende og ved den påfølgende vekst av partikkeldiameteren og -mengden.

Som utgangsmateriale (råstål) for utførlesen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal ifølge oppfinnelsen et stål anvendes som oppviser følgende legeringselementer i henhold til sin veiledende analyse:

carbon 0,05 til 0,20 masse%

mangan 1,20 til 1,70 masse%

silicium 0,30 til 0,50 masse%

niob 0,04 til 0,06 masse*

vanadium 0,035 til 0,05 masse%

molybden 0,30 til 0,50 masse%

kobber 0,30 til 2,00 masse%

aluminium 0,04 til 0,06 masse%

nitrogen 0,015 til 0,02 masse%

fosfor ± 0,030 masse%

svovel <_ 0,020 massel.

For de enkelte elementer:

Carboninnholdet bevirker via sementitten (perlitt)

en vesentlig fastning og spiller en betydelig rolle i denne sammenheng. Da imidlertid carboninnholdet via perlittandelen utøver den mest betydelige negative innvirkning på

den ved denne utvikling likeledes på forhånd gitte sprø-hetsbruddsikkerhet (overgangstemperatur) såvel som på sveisbarheten, og nærmere bestemt økende med tiltakende perlittandel, må carboninnholdet begrenses til andeler som tillater

såvel en fasthetsøkning som forbedring av korrosjonsbestandig-heten, men også muliggjør forbedringen av sprøhetsbrudd-sikkerheten til ca. -40°C såvel som sveisbarheten. Hva gjelder den optimale finkorndannelse som skal tilstrebes,

må det likeledes tas hensyn til at carboninnholdet har en betydelig innvirkning på denne. Med avtagende carboninn-

hold avtar innvirkningen av kimdannelsen på grunn av utskilte partikler på kornstørrelsen til fordel for en mer utpreget og i det foreliggende tilfelle ønsket rekrystallisa-sjonshemming på grunn av oppløst niob. Perlittfattige støpe-strukturer oppviser i termomekanisk behandlet tilstand mindre ferrittkornstørrelser enn støpestrukturer med høyere carboninnhold.

Mangan virker spesielt kornforfinende og samtidig ved blandkrystallfastning og forsterket utskillingsherding,

slik at manganinnholdet fortrinnsvis skal anordnes ved den øvre grense fordi fasthetsøkningen på grunn av mangan er meget sterkt avhengig av perlittinnholdet og ved en gunstig lav perlittandel også sikrer en gunstig overgangstemperatur og dermed også sprøhetsbruddsikkerhet. Økende manganinn-

hold gir et betydelig bidrag til forsinkelsen av den her ønskede austenittomvandling og bevirker derved en optimal finkorndannelse. Ved samtidig nærvær av niob og vanadium som mikrolegeringselementer blir for perlittarme støpe-strukturer med økende manganinnhold den tiltakende fasthets-økende andel av mangan virksom.

Det sistnevnte for mangan gjelder også for siliciuminnholdet. Ved et siliciuminnhold under^e^T 0,5% blir også overgangstemperaturen forskjøvet henimot lavere temperaturer. Imidlertid virker silicium fasthetsøkende også over 0,5%,

men samtidig tiltagende sterkt sprøhetsbefordrende, hvilket her må unngås for spennstål.

Niob har den mest virksomme innvirkning på finkornherdingen og utskillingsherdingen ved termomekanisk behandling, dvs. på den oppnåelige fasthetsøkning, efterfulgt av titan og vanadium. Det bevirker den sterkeste senkning av overgangstemperaturen. Den niobholdige støpestruktur gir en vesentlig større andel av finkornherding enn av utskillingsherding, og dermed blir ikke bare en høyere strekkgrense oppnådd enn for støpestrukturer som er legert med titan eller vanadium, men fremfor alt også en meget gunstig, lav overgangstemperatur. Niob reduserer ferrittkornstørrelsen i spesielt sterk grad. Det høye forhold mellom finkornherding og utskillingsherding for strukturer med niobtilsetning er derfor en vesentlig grunn til at niob foretrekkes. Niob bevirker også ved samtidig perlittarmhet den ytterligere fastnende virkning av økende manganinnhold.

Vanadium danner, som niob, utskillinger av spesial-carbider som på den ene side bidrar til finkorndannelse og -herding og på den annen side til utskillingsherding og dermed vesentlig til fasthetsøkningen. Vanadium bidrar også, som niob, til styring av austenittkornstørrelsen ved innleiring av fine utskillinger i austenittstrukturen, hvorved kornveksten hemmes. På samme måte som niob bidrar vanadium til blandkrystallfastning, men begge er uoppløselige i ferritt. Dets utskilling i ferritten er derfor mest virksom for en fasthetsøkning. Carbidene og nitridene av vanadium og niob har kubisk flatesentrert gitter og er isomorfe og derfor kontinuerlig blandbare. De bidrar, i motsetning til titan, ikke til sulfiddannelsen. Ved øket nitrogeninnhold påvirker vanadium sterkest dannelsen av en fin ferrittkorn-størrelse og bevirker en ytterligere strekkgrenseøkning. På samme måte som niob påvirker oppløst vanadium denne finkornvirkning og -herding via en forsinkelse av austenittom-vandlingen.

Forsinkelsen av austenittrekrystallisasjonen blir meget vesentlig begunstiget ved innlegering av små mengder av molybden i de mikrolegerte, perlittfattige støpestrukturer, hvorved if-cx-omvandlingen blir forskjøvet til lavere temperaturer. Denne mulighet blir ved den termomekaniske behandling utnyttet ved en ennu lavere sluttvalsetemperatur, hvorved en ennu mer finkornet struktur oppnås med samtidig forbedring av overgangstemperaturen. Utover dette blir det ved innlegering av molybden og den derav forekommende mulighet for Tf-a-omvandlingsforskyvningen til lavere temperaturer også dessuten mulig fullstendig å utnytte de betydelige fastnings- egenskaper til kobber. For mikrolegerte støpestrukturer av den her beskrevne type og ved samtitig lave perlittan-deler og høyt kobberinnhold virker begge utskillings-herdings-mekanismer såvel ved utskilling av blandkrystaller som ved dannelse av carbonitrider,- spesielt ved temperaturer mellom 650 og 550°C.

Ved i tillegg høye mangan- og molybdeninnhold, som her for høyfaste spennstål, kan for kobberlegerte støpestrukturer foruten på grunn av partikkelherdingen en ytterligere fast-hetsøkning oppnås på grunn av en høy dislokasjonsdensitet og en finkornherding.

Kobber blir anvendt for det her forutsatte formål på grunn av dets to fordeler. For det første på grunn av dets sterke fastningsvirkning ved utskillingsherding. For det annet på grunn av dets sterke korrosjonshemmende virkning. Kobbers korrosjonshemmende virkning kan for høyfaste, med termomekanisk behandling oppnådde støpestrukturer anvendes spesielt godt fordi ved de lavere sluttvalsetemperaturer som samtidig også fører til høyeste fasthetsøkninger, virker elementet kobber samtidig med de her tilførte, utskillings-herdende elementer mellom 650 og 550°C også som utskillings-herdende element i tillegg til dets korrosjonshemmende virkning. Ved hurtig avkjøling fra7-området ved ca. 840°C kan for perlittfattige støpestrukturer og den her direkte forutsatte termomekaniske behandling ca. 2% kobber bringes i oppløsning. Det utskilles da en kobberrik kubisk flatesentrert blandkrystall i form av usammenhengende, kuleformige partikler, og denne fører fra en bestemt partikkelstørrelse til en betydelig utskillingsherdevirkning på grunn av om-gåelsesmekanismen. Ved nærvær av niob vil for mikrolegerte støpestrukturer og ved samtidig lav perlittandel og høyt kobberinnhold begge utskillingsherdingsmekanismer gjøre seg gjeldende ved utskilling av blandkrystaller og carbonitrider. Ved høye kobberinnhold må det til de kobberlegerte støpe-strukturer imidlertid tilsettes et nikkelinnhold av opp til 1% for å hindre loddesprøheten som forårsakes av kobber. Ved i tillegg høye mangan- og molybdeninnhold, som her likeledes forutsatt, kan for kobberlegerte støpestrukturer en ytterligere fasthetsøkning oppnås på grunn av en høy dis-lokas jonstetthet og en finkornherding foruten på grunn av partikkelherdingen. Kobbers korrosjonshemmende virkning er allerede meget virksom ved et ganske lavt kobberinnhold (0,25 til 0,40%). Det må derfor foretas en avpasning av kobberinnholdet for på den ene side optimalt å kunne utnytte den korrosjonshemmende virkning og fastningsmekanismene og for på den annen side å hindre at loddesprøheten som ikke vil være tolererbar for spennstål, vil gjøre seg gjeldende,

og om mulig å unngå en nikkeltilsetning for å hindre denne.

Ved aluminiuminnholdet blir den sprangmessige kornvekst ved oppvarming av utgangsmaterialet til ca. 1150°C øket, hvorved også holdetiden er av betydning. Foruten aluminium som gir denne virkning via aluminiumnitrid, er det fremfor alt mikrolegeringselementene niob og vanadium som via deres carbider, nitrider hhv. carbonitrider utfolder sin virkning på sammenlignbar måte. For å hindre eller begrense gjenopp-løsningen av slike utskillinger ved oppvarming før valsingen er en lavest mulig gjennomskyvningsovntemperatur av vesentlig betydning. De gunstigste forhold for å hindre den sterke kornvekstøkning ved gjenoppvarming for valsing viser høyere aluminiuminnhold. Aluminium bidrar dessuten til blandkrystallfastning.

Foruten aluminiumet blir den sprangmessige kornvekst

før oppvarmingen for valsingen også øket til høyere temperaturer av ca. 1150°C av nitrogen. Et øket nitrogeninnhold gir dessuten på grunn av økning av nitridinnholdet et betydelig bidrag til fasthetsøkningen. Spesielt i nærvær av vanadium kan en tydelig økning av strekkgrensen noteres. Dessuten blir derved strekkfastheten øket, slik at en for spennstål spesielt viktig økning av strekkgrenseforholdet fra 70% til 90%

blir bevirket.

I det foreliggende tilfelle må fosforinnholdet holde

seg begrenset selv om et høyere innhold ville ha øket strekkgrensen, men samtidig ha gjort stålet meget sterkt sprøtt.

Ved kombinert oxygenblåsing/inertgasspyling er det mulig å senke fosforinnholdet og vidtgående å hemme dets sprøhets-befordrende virkning. En tilsvarende senkning av fosforinn-

holdet er også mulig ved støpeøsemetallurgi.

Ifølge oppfinnelsen er det lavest mulige fosforinnhold av spesiell betydning og skal derfor tilstrebes.

Den avgjørende rolle for anisotropien til seigheten

som for spennstål er den viktigste påvirkningsvariable på deres kalddeformerbarhet, spiller svovelinnholdet.

Et lavere svovelinnhold, dvs. et redusert antall av sulfidinneslutninger, forbedrer seigheten ganske vesentlig hva gjelder bruddinnsnevring, hvilket er en spesielt viktig egenskap for spennstål. Dertil er reduksjonen av sulfidlengden spesielt virkningsfull for en gunstigere bruddinnsnevring. Ved de kalsiumtilsetninger som er vanlig ved støpe-øsemetallurgien, kan en sterk avsvovling oppnås.

Til titan som ikke tar del i henhold til oppfinnelsen, skal det bemerkes at det på den ene side tar del i sulfiddannelsen i motsetning til niob og vanadium. For det annet binder det først det samlede nitrogen til nitrider, TiN, og derefter svovelet til et titancarbosulfid, Ti^C2S2«Av begge grunner tas det her ikke hensyn til titan fordi blant annet virkningen av at en austenittkornvekst og virkningen av en fasthetsøkning i samarbeide med de øvrige mikrolegeringselementer ville bli opphevet ved et øket nitrogeninnhold.

Ved fremstillingen ifølge oppfinnelsen av høyfaste,

mer korrosjonsbestandige og mer sprøhetsbruddsikre spennstål unngås alle de vanskeligheter som det må tas hensyn til ved fremstillingen av vanlige, høycarbonholdige spennstålkvaliteter. Fremfor alt bortfaller de vesentlige betenkelig-heter mot en fremstilling ved stangstøpeprosessen som der fremfor alt er resultatet av forekommende midtseigringer og overflatefeil som uheldig påvirker trekkbarheten. Økonomien ved stangstøping sammenlignet med blokkstøping vil da gjøre seg fullt gjeldende og nærmere bestemt såvel hva gjelder inn-satsen som hva gjelder kvaliteten. Den hittil mulige anrikning av carbon i midten av stangen og som fører til eutektoide utskillinger av sementittnettverk og dermed til en betydelig forringelse ikke bare av støpestrukturen og derved av egenskapene, men også av sprøhetsbruddsikkerheten, faller vidtgående bort.

Likeledes faller vidtgående de forholdsregler bort

som på grunn av carbonets høye oxygenaffinitet må treffes under den samlede fremstilling, såvel ved smelting (f.eks. ved oppbygnings- eller omsmeltingsprosessen), ferskning og den påfølgende stålefterbehandling, men spesielt også

en omfattende reoxydasjonsbeskyttelse. Realiseringen av en høy mikroskopisk renhetsgrad, vidtgående unngåelse av oxydiske og sulfidiske inneslutninger, blir begunstiget. For stangstøpegods faller vidtgående den høye innsats/ bort som må gjøres for den elektromagnetiske omrøring ved fremstillingen av høycarbonholdige trådkvaliteter, hvorved også de meget uheldige midtseigringer, størkningsbroer, orienterte størkningsstrukturer, innvendige feil og overflatefeil vidtgående kan hindres.

De foreliggende ifølge oppfinnelsen fremstilte spennstål har

- vesentlig høyere fasthetsverdier,

- vesentlig senkede egenspenninger,

- vesentlig økede sprøhetsbruddsikkerheter,

- vesentlig økede slitasjefastheter,

- vesentlig forbedrede anvendelsesmuligheter på grunn av deres egnethet for sveising og

- vesentlig forbedret korrosjonsbestandighet.

Hva gjelder de to sistnevnte fordeler skal det også vises til at angående forbedringen av korrosjonsbestandig-heten i henhold til den foreliggende oppfinnelse tas økonomisk anvendbare elementer i betraktning som blir virksomme på lignende måte som krom for stål som ikke ruster. Dessuten kan slike korrosjonshemmende elementer spesielt godt anvendes for høyfaste, med termomekanisk behandling fremstilte stål fordi disse ved de lave sluttvalsetemperaturer som samtidig også bevirker de høyeste fasthetsøkninger, i tillegg til den korrosjonshemmende virkning bidrar til fasthetsøkningen på grunn av utskillingsherding. Dersom det i tillegg også lykkes foruten fasthetsøkningen til høyfaste spennstål også

å realisere egnetheten for sveising, fås derved store og betydelige muligheter for konstruksjonsmQssig forenkling og forbedring av de for tiden anvendte spennsystemer. Som

kjent er f.eks. ved brobygging koplingsleddene de mest ømfintlige svake steder for forekomst av skader på grunn av inntrengning av korrosjonsbefordrende medier til stålet. I overensstemmelse med de for tiden tekniske muligheter er slike koplingsledd som regel anordnet med for korte avstander fra hverandre. På grunn av det derved betingede høye antall av koplingsfuger fås et samtidig høyt antall av svake steder.

Ved anvendelse av de ifølge oppfinnelsen høyfaste, mer korrosjonsbestandige og mer sprøhetsbruddsikre spennstål blir det mulig å fremstille lengre spennstenger, hvorved antallet av koplingsledd og dermed av de svake steder blir redusert. Dersom i tillegg spennsystemene på grunn av disse spennståls egnethet for sveising blir konstruksjonsmessig forenklet og forbedret, fås derved i tilleg en ytterligere minskning av skadeutsattheten.

Ytterligere fordeler er

- lavere og derved lettere beherskbare diametere for spenntråder, -stenger eller -strenger, - på grunn av de høyere fasthetsegenskaper blir også konstruk-sjon av mindre betongtykkelser mulig, hvorved - på den ene side fås en innsparing av den samlede konstruk-sjonsvekt og - på den annen side betydelig økede muligheter for konstruk-sjonsutformningen, følgelig - utførelser av konstruksjoner som av tekniske eller økonomiske grunner ikke lar seg realisere med spennstål av

vanlig type med lavere fasthet, såvel som

- en minskning av totallasten av bevegte konstruksjoner (f.eks. brobygging, elementbygging) og - reduksjon av transportomkostningene for bevegte konstruksjoner og for spennstål.

Til tross for anvendelsen av mikrolegeringselementer og forbedret stålefterbehandling for fasthetsøkningen, økning av korrosjonsbestandighet og sprøbruddsikkerhet kan det for tiden herskende prisnivå for spennstål tilnærmet opprett-holdes, ja endog forbedres, takket være de store fordeler ved fremstillingen og anvendelsen av disse. På grunn av de ytterligere konstruksjonsmessige muligheter som frembys på grunn av egnetheten for sveising for spennsystemer blir økonomien sterkt forbedret. Samlet ville imidlertid de økonomiske fordeler som sådanne overtreffe ulempen ved en prisøkning.

Claims (25)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av høyfaste, sveisbare, mer korrosjonsbestandige og mer sprøhetsbruddsikre spennstål, karakterisert ved at et stål bestående av 0,05 til 0,20 masse% carbon

1,20 til 1,70 masse% mangan

0,30 til 0,50 masse% silicium

0,04 til 0,06 masse% niob

0,035 til 0,05 masse% vanadium

0,30 til 0,50 masse% molybden

0,30 til 2,00 masse% kobber I

0,04 til 0,06 masse% aluminium ;

0,015 til 0,02 masse% nitrogen <. 0,030 masse% fosfor i. 0,020 masse% svovel utsettes for en termomekanisk behandling som finner sted efter størkning fra smeiten og en gjenoppvarming fra den annen oppvarming, hvorved stålet før den termomekaniske behandling holdes ved lavest mulig gjenoppvarmingstemperatur (=annen oppvarming under 1150°C) og derefter en regulert valsing av stålet med et lavt stikktall ved en høy deformasjonsgrad (10-45%) og en høy deformasjonshastighet inntil en lav deformasjonstemperatur nær over 850°C utføres.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den termomekaniske behandling omfatter et annet trinn i hvilket fra ca. 850°C en akselerert avkjøling uten valsing til^ ea^ r 650/550°C J finner sted, hvorved en reduksjon av Y-a-omvandlingen og en rekrystallisasjonsforsinkeIse bevirkes.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den termomekaniske behandling omfatter et tredje trinn i hvilket fra^ ea^T 650/ o - £ - 1 550 C regulert valsing med ett eller ta stikk, dvs. med en høy deformasjonsgrad ved høy hastighet, til en lav sluttvalsetemperatur nær over Ar^ -grensen igjen foretas og at / derefter en forsinket avkjøling' finner sted efter en oppholdstid. /

4. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 1 til 3, karakterisert /v ed at en kaldfastning av stålet finner sted efter den termomekaniske behandling.

5. Fremgangsmåte ifølge minst ett av kravene 1 til 4, karakterisert : ved at stålet før og/eller efter ferskningen vidtgående avsvovles.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at stålsmelten før og/ eller efter ferskningen utsettes for en kalsiumbehandling.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at i tillegg finner en stålefterbehandling sted, for eksempel en inertgasspyling, vakumbehandling, desoxydasjon, inneslutningsmodifikasjon eller en støpeøsebehandling med metallisk kalsium eller kalsiumhalogenidslagg.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 7, karakterisert ved at som fastningsmekanismer under den termomekaniske behandling finner såvel en blandkrystall-, finkorn- og partikkel- hhv. utskillingsherding med vidtgående additiv virkning anvendelse.

9. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 8, karakterisert ved at den termomekaniske behandling finner sted ved den regulerte valsing av mikrolegerte, finkornsmeltede stål og utelukker .en martensittdannelse.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at rekrystallisasjonen av disse finkornsmeltede, mikrolegerte stål fører til et mest mulig fint austenittkorn før ferritt-perlittomvandlingen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at for de mikrolegerte stål suppleres valseforløpet dessuten ved utskilling av carbider, nitrider og/eller carbonitrider, hvorved såvel en blandkrystall- som en finkorn- log spesielt forsterket partikkelherding bevirkes.

12. Fremgangsmåte dfølge ett av kravene 2 til 11, karakterisert v'ed at temperaturføringen styres slik at en7 -a-omvandling finner sted kort før og/ eller i løpet av den lavest mulige sluttvalsetemperatur, hvilken kommer til å ligge kort før Ar^ .

13. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 4 til 12, karakterisert ved at at efter den termomekaniske behandling finner retting (for spennstenger) eller trekking (for kaldtrukkede tråder) sted som kaldfastning.

14. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 13, karakterisert ved at ved innlegering av mikrolegeringselementene niob og/eller vanadium og/eller molybden bevirkes en optimal mulig partikkelherding i form av carbider, nitrider og/eller carbonitrider ved utskilling i løpet av den termomekaniske behandling i tillegg til finkorn- og blandkrystallherding.

15. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 14, karakterisert ved at en forfining av austenittkornet ved innleiring av fine utskillinger, som aluminiumnitrider såvel som carbider, nitrider og/eller carbonitrider, spesielt av mikrolegeringselementene niob og vanadium, finner sted, og nærmere bestemt i en partikkel-6 2 t mengde av 20 x 10 pr. mm og^ i en partikkeldiameter av 100 til 200 Å, hvorved størst' mulige deformasjonsgrader og hastigheter ved siden av en lavest mulig sluttvalsetemperatur anvendes. 1

16. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 15, karakterisert ved j at andeler av ikke rekrystallisert austenitt deformeres i løpet av de lave sluttvalsetemperaturer på grunn av jen rekrystallisasjonsforsinkelse, hvorved fås langstrakte korn og dermed sterkt forstørrede austenittkornoverflater ved hvis omvandling i / ferritt-perlitttrinnet en sterk kornforfining og derved en optimal f asthetsøkning såvel ved jfinkorn- som partikkelherding fås på grunn av en øket kimdensitet og den hemmede vekst for kornene som er dannet fra disse kim. I i I

17. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 14 til 16, karakterisert ved at austenittrekrystallisasjonen ved siden av styringen av avkjølingshastigheten ved innlegering av molybden og dermed7 -a-omvandlingen forskyves henimot lavere temperaturer.

18. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 14 til 17, karakterisert ved at ved innlegering av et forhøyet manganinnhold innen rammen av den på forhånd gitte veiledende analyse sikres i en tilstrebet kornforfining og dermed samtidig en optimal fasthetsøkning på grunn av blandkrystallfastning og forsterket utskillingsherding.

19. Fremgangsmåte ifølge krav' 18, karakterisert ved at ved stigende manganinnhold sikres samtidig en optimal forsinkelse av den tilstrebede austenittomvandling og derved den optimale finkorndannelse.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18 eller 19, karakterisert ved at ved stigende manganinnhold sikres samtidig den tilstrebede rekrystallisasjonsforsinkelse, og nærmere bestemt ved forskyving av7 -a-omvandlingen til lavere temperaturer og regulering av den lavest mulige sluttvalsetemperatur såvel som samtidig anvendelse av den termomekaniske behandling.

21. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 18 til 20, karakterisert ved at ved et øket manganinnhold sikres den optimale utskilling av partikler og dermed optimal virkning av partikkelherdingen til den høyest mulige fasthetsøkning. I

22 . Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 18 til 21, karakterisert vedj at at ved forhøyet manganinnhold og samtidig tilstedeværelse av niob og vanadium såvel som perlittarmod forhø yes også den fastnende og dermed fasthetsøkende andel av manganet.j

23. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 22, karakterisert ved at perlittandelen senkes. i

24. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 23, karakterisert ved at for å hindre den hurtige kornvekst ved forvarming i gjennomskyvningsovnen eller lignende anvendes forhøyede aluminium- og nitrogeninnhold innenfor rammen av den på forhånd gitte veiledende analyse, hvorved ved denne fremgangsmåte en partikkelmengde av 20 x 10 6 pr. mm 2 og en partikkeldiameter fra 100 til 200 Å tilstrebes for dette formål.

25. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 24, karakterisert ved at ved et stigende niobinnhold innenfor den på forhånd gitte veiledende analyse forskyves begynnelsen av den kornvekst som skal hindres, henimot forhøyede temperaturer.