SE461661B - Borhaltigt staal och foerfarande foer att framstaella staalet - Google Patents

Description

461 661 (1) Om en ståltråd med en brottgräns av 150 kg/mmz framställes genom oljehärdning blir duktiliteten hos produkten icke mycket hög omedelbart efter värmebehandlingen, men âtergâr'till ett förutbestämt värde med tiden. Om produkten under tiden står under spänning är det risk för att "fördröjt brott" uppträder. (2) Om ett stränggjutämne varmvalsas finns det risk för sprickning längs ett oskillationsmärke. Denna risk är särskilt hög när ett hett stränggjutämne återupphettas och valsas. (3) Borstål är svårt att stränggjuta eftersom aluminium, som är väsentligt för borstâl, har benägenhet att tillsluta gjut- sänkmunstycket. Titan har en likartad verkan men om mängden därav är ringa uppträder kraftig korrosion av munstyckets eld- fasta material vilket gör stränggjutning svår.

Vid framställning och användning av borstål är det ett ändamål med föreliggande uppfinning att förhindra bildning av ytsprickor under varmvalsning, i synnerhet varmvalsning (hot charge rolling) av stränggöt, förbättra beständigheten hos fördröjd sprickning av en störtkyld och anlöpt stâlprodukt med drag- brottgräns och underlätta uppnåendet av läng stränggjutnings- tid.

Såsom ett försök att eliminera olägenheterna med tidigare känd teknik såsom nämnts ovan har uppfinnarna av föreliggande upp- finning omsorgsfullt studerat effekterna av spårelement, såsom B, Al, Ti, N och O, på stålets egenskaper. Såsom ett resultat av dmfi2.har1g@íinnarna funnit att det är nödvändigt att minska mängderna av aluminium och titan så mycket som möjligt efter- som dessa har en ofördelaktig inverkan på duktiliteten hos produkten under en tidrymd av ett flertal tiotal timmar efter störtkylning och anlöpning. Det har även visat sig'betydelse- fullt att hålla mängden aluminium vid eller under en viss nivå och eliminera titan fullständigt för att förhindra sprickning av stål under hot charge-valsning av ett stränggjutämne, och i synnerhet när ett stränggjutämne direktvarmvalsas. Dessa åt- gärder underlättar i hög grad kontinuerlig stränggjutning av 461 661 borstâl, men frånvaron eller låg halt av aluminium och titan erbjuder ett problem för fixering av kväve. Om kväve icke fixeras i erforderlig grad utnyttjas bor icke fullständigt för att säkerställa stålets härdbarhet. Enligt föreliggande upp- finning tillsättes därför en större mängd bor till stål så att bor kan fixera kväve, som hittills fixerats med aluminium och titan, samtidigt som mängden syralöslig bor, som har inverkan på stålets härdbarhet, bibehålles vid en viss nivå.

Uppfinningen avser sålunda borbehandlat stål bestående väsent- ligen av 0,15 - 0,85 % C, 0,15 - 2,0 Si, 0,3 - 1,5 Mn, icke mer än 1,0 % Cr, icke mer än 0,020 % vardera av P och S, en total borhalt av 40 ppm eller mer, varav 6 - 30 ppm syralöslig bor, icke mer än 0,008 % Al och icke mer än 0,010 % Ti.

Stålet enligt uppfinningen har en total borhalt av minst 40 ppm till skillnad mot konventionellt borstål i vilket den syralös- liga borhalten och den totala borhalten är väsentligen lika och ligger inom området 4 - 20 ppm, och som innehåller 0,015 - 0,050 % Al och 0,020 - 0,060 Ti.

Figur 1 är ett diagram som visar förändringar med tiden av areareduktionen hos ståltråd med hög brottgräns erhâllen genom störtkylning och anlöpning.

Figur 2 är ett diagram som visar sambandet mellan mängden syra- löslig bor i stål och stålets hårdhet på ett avstånd av 5 mm från änden vid störtkylning för en Jominy-provning.

Figur 3 är ett diagram som visar exempel på sambandet mellan den totala borhalten hos stål och dess syralösliga borhalt.

Om halten av kol är under 0,15 viktprocent har stålet icke tillräcklig hâllfasthet, och om den är över 0,85 viktprocent erhålles icke effekten av bor och det framställda stålet blir sprött.

När kiselhalten är under 0,15 viktprocent erhålles otillräcklig 461 661 desoxidation varför ett felfritt stål icke kan erhållas. Stål innehållande mer än 2,0 viktprocent kísel är sprött.

Stål med manganhalt under 0,3 viktprocent blir sprött vid varm- valsning. Halter av mangan över 1,5 viktprocent medför icke någon ytterligare effekt men gör stålet förhållandevis sprött.

Krom ger en ofördelaktig inverkan på svetsbarheten hos stålet vid en halt över 1,0 viktprocent.

Fosfor och svavel har båda en ofördelaktig effekt på fördröjt brott när de ingår i stålet i mängder över 0,020 viktprocent.

Tillräcklig härdbarhet erhålles icke när halten syralösligt bor är under 6 ppm. Å andra sidan blir stålet sprött vid varm- valsning om halten överstiger 30 ppm.

En aluminiumhalt överstigande 0,008 viktprocent har benägenhet att ge upphov till ytdefekter under varmsvalsning vid samtidig närvaro av bor. Även titan har vid en halt överstigande 0,010 viktprocent benägenhet att orsaka ytdefekter under varmvalsning vid samti- dig närvaro av bor.

Ett föredraget borbehandlat stål består väsentligen av 0,20 - 0,35 % C, 0,18 - 0,30 % Si, 0,60 - 0,90 % Mn, 0,01 - 0,50 % Cr, icke mer än 0,015 % av P och S vardera, 6 - 25 ppm syralösligt bor, icke mer än 0,008 % Al och icke mer än 0,10 % Ti.

Särskilt föredraget borstål består väsentligen av 0,25 - 0,35 % C, 1,3 - 1,7 % Si, 0,6 - 0,9 % Mn, 0,05 - 0,30 % Cr, icke mer än 0,010 % av P och S vardera, samt 10 - 20'ppm syralösligt bor. I Dragprovning genomföras med vissa tidsintervall, med början omedelbart efter anlöpning, för att klarlägga den möjliga in- verkan av åldring på de mekaniska egenskaperna hos ståltråden. 461 661 =HQo.o N@oo.o oc.Q mHQo.@ ßm@o.o ~@.c @H@@.O o«Q°.° =@.Q mHoo.@ @H@Q.Q ~@.o -c@.@ wHQQ.° @°.Q fiwq han »om “F umflflwmfiwuæm uflwpoß mßo .o .wood ßflo .o mNo .c æmoó H< ßoo.= fiH°.@ ßß.@ m~.Q Hm.= m @oo.@ mOo.@ m~.O @N.° Hfi.o = NH@.° m~o.o ß~.@ m~.o °m.° Q wQQ.° -o.o ~w.Q w~.o Hm.= m mHo.c @Ho.o Hw.o fi~.Q =M.o < |m| Q :z Mm U Hmum A H H 6 Q Q B 461 661 Provningen visade en väsentligen konstant brottgräns, men den visade ett åldringsfenomen i fråga om areareduktionen, som är ett mått på duktiliteten, såsom visas på figur 1. Såsom fram- går av figur 1 uppvisade samtliga stålkvalitêer en förhållande- vis låg grad av areareduktion omedelbart efter värmebehandling, men förbättrad och konstant areareduktion efter ett flertal dygn, samtidigt som den ursprungliga duktiliteten hos stål A var mycket låg jämfört med de andra stålkvalitêerna.

Det är känt att åldringsfenomenet som beskrives ovan beror på inverkan av diffunderande väte i stålet. Om produkten användes eller bringas under hög spänning under en första tidrymd när dess stabilitet fortfarande är låg är det mycket sannolikt att ett fördröjt brott börjar vid en spänningskoncentrationspunkt, 'exempelvis en ytdefekt. Stålen D och E, som endast innehåller på sin höjd mycket små mänçfler aluminium och titan, har en förhållandevis hög utgångsduktilitet såsom framgår av figur 1, och därför en hög grad av beständighet mot fördröjt brott.

Detta beror sannolikt på att titan inhiberar diffusionen av väteatomer.

Varmbearbetabarheten hos stränggjutna ämnen provades. Vad beträffar stål A framställdasett ämne av ett göt och varmval- sades till en stång, och dess yta undersöktes beträffande sprickning under varmvalsningsoperationen. Vad beträffar de övriga stålekvalitëerna beskickades ett hett plattämne erhållet genom stränggjutning (a) direkt i en värmeugn vid en temperatur av minst 900°C, (b) beskickades direkt i en värmeugn vid en temperatur av ca 800°C, eller (c) kyldes till rumstemperatur varefter plattämnen upphettades till 1200°C, samt varmvalsades till ett ämne, och dess yta undersöktes beträffande sprickning under varmvalsningsoperationen. Sedan varje ämne hade kondi- tionerats för avlägsnande av ytdefekter återupphettades det till 1200°C och valsades till en stång, och dess yta undersök- tes beträffande sprickning under varmvalsningsoperationen.

I tabell 2 jämföres de fem stâlkvalitëerna beträffande varmbe- arbetbarhet, lämpligheten för stränggjutning och härdbarheten 461 661 ufl _ I vOc ._ KK _. O våæ _ _. X ._ MÉC . O _. < E\H <.cW uoxuflumm Hmucm nu Hwfl Émw O O O O m Q o fw .ämm O < VQ x m 5=<=aao . Q o :vomw a _ _.. _ Sök :B mål C å? O < x x N o S 2:2. ._ S . CM .Em .M Ü < xx x - - =fi=>=s~ .a Apmïww. Som. dfiw C32 Hoám.. å? O - - - - - . - m:w>xwHm lllmwñflmm uwämfim ufläåmflhë . 303 fišuwn wficflfi, 9,3 v02; Uëâ s: EH. Lä. å .à må: ufimäänm :mama ëäß Him? _ coflmofiow ...Jüwwäflä umwwoumflwvw :H 9 w Ewuw flflnxofixmmn mxfifio mcfløußfimmawuum ufl> mnHsmHm>mmcfi:xoflxm |wnEHm> H mzflcxoflummuw N Hflwnma Qwüflfl |m>z 461 661 samt beständigheten hos fördröjt brott hos stålprodukten.

Av tabell 2 framgår följande: (1) Inga sprickor uppträder i ett varmvalsat ämne när det varmvalsas på nytt. Detta beror troligen på att korngränserna hos ursprungliga kristaller i ytskiktet, som är sprött till följd av valsningen, förstöres, vilket medför försvinnandet av anvisningsskåror och dispergering av en borförening som ut- fälles i korngränsen. ' (2) Borstâl, med undantag av stål E enligt uppfinningen, visar stor benägenhet till sprickning i ytan under varmbe- skickningsvalsning av ett stränggjutämne d v s när ett sträng- gjutet ämne direkt beskickas i en värmeugn, värmes och valsas.

Denna benägenhet blir mycket större när ämnet beskickas i värmeugnen vid 800°C än när den beskickas vid 900°C. Den dåliga varmbearbetbarheten hos borstâl beror på att korngränsen hos de ursprungliga kristallerna försprödas genom utfällning av en borförening, såsom är väl känt.

Ett flertal metoder är kända för att förhindra sprickning av stålytan under varmbeskickningsvalsning. Exempel på sådana metoder innefattar: (1) Mängden bor i stålet hâlles vid en miniminivâ som är nöd- vändig, liksom noggrann reglering av bearbetnings-upphettnings~ hysteresen så att hela mängden bor i stålet kan utnyttjas effektivt för att förbättra dess härdbarhet, och (2) Avlägsnande av ett ytskikt från ämnet genom varmhyvling eller slipning för eliminering av alla eventuella punkter där sprickor har benägenhet att börja.

Den förstnämnda metoden har emellertid den olägenheten att kräva en hög nivå av kontrollteknik, och den sistnämnda metoden har den olägenheten att medföra lägre utbyte och högre till- verkningskostnad. 461 661 Enligt uppfinningen tillsättes bor i en mängd som är flera gånger större än i vanligt borstål, under det att inget alumi- nium eller titan tillsättes. Den enkla föreningen BN blir sålunda den enda borförening som bildas i borstâlet enligt uppfinningen, och vidare utskiljes denna icke endast i korn- gränsen men även på andra ställen. Därför löses problement med varmsprödhet, och härdbarheten hos stålet säkerställes enligt uppfinningen.

När ett avsvalnat ämne varmvalsas har det avsevärt mindre benä- genhet att spricka än ett hett ämne, eftersom det undergår perlitisk och austenitisk omvandling under kylningen och åter- upphettningen, vilket sannolikt medför rekristallisering av strukturen och omfördelning av en borförening.

Härdbarheten hos stålet undersöktes. Ett Jominy-provstycke uttogs från en snobbad ände under stångvalsningen, och dess hårdhet undersöktes på ett avstånd av 5 mm från änden som störtkylts för Jominy-provning. Figur 2 visar sambandet mellan mängden syralöslig bor i vart och ett av stålen C, D och E samt dess härdbarhet på ett avstånd av 5 mm från den störtkylda änden. Det är uppenbart från figur 2 att syralösligt bor i en mängd av ca 6 ppm eller mer säkerställer en tillfredsställande härdbarhetsnivå.

Figur 3 visar sambandet mellan den totala borhalten för stâlen C, D och E samt dessas halter av syralösligt bor. Större delen av boret i stålet förenas med kväve, och större delen av det återstående boret är syralösligt bor. Figur 3 visar att stål innehåller ca 6 ppm eller mer syralösligt bor om det har en total borhalt av ca 50 ppm eller mer, men sambandet mellan dessa kan givetvis bero på betingelserna vid smältning, raffi- nering och varmvalsning.

Figur 2 jämför även de olika stålkvalitéerna vad beträffar deras lämplighet för stränggjutning. Stål A visar stor ksnä- genhet till igensättning av gjutskänmunstycket. Det är väl- känt att stål innehållande stor mängd titan har benägenhet att 461 661 10 igensätta gjutskänkmunstycket, under det att korrosion av gjut- skänken eller nedsänkt munstycke eller liknande har benägenhet att uppträda om stålet innehåller endast en mycket rihga mängd = titan. AA andra sidan är stål E enligt uppfinningen lämpat för långvarig stränggjutning utan att orsaka problem.

Stålet enligt uppfinningen är mycket ekonomiskt eftersom bor är den enda metall som användes i detta för legeringsändamål.

Kostnaden för bor som användes i stål enligt uppfinningen är mindre än hälften av kostnaden för bor, aluminium och titan som användes i konventionella borstål.

Stålet enligt uppfinningen är ett kolstål eller ett prisbilligt låglegerat stål av Si-Mn-Cr-serierna innehållande 6 - 30 ppm syralösligt bor. En syralöslig borhalt som är mindre än 6 ppm kan vara otillräcklig för att ge stål med tillfredsställande härdbarhet, under det att mer än 30 ppm syralösligt bor icke endast är onödigt utan även sänker stålets duktilitet. I Stàlet enligt uppfinningen innehåller företrädesvis icke något aluminium. Mängden aluminium som anges vara närvarande (icke mer än 0,008 %) är den mängd aluminium som oundvikligen när- varar i stålet. Om stålet innehåller stor mängd aluminium är det benäget att spricka under varmvalsning samt att igensätta munstycket under stränggjutningen. Detsamma gäller beträffande titan. Mängden titan som anges vara närvarande (icke mer än 0,010 %) är den mängd som oundvikligen närvarar i stålet. Om stålet innehåller stor mängd titan är det benäget att spricka under varmvalsning, och att korrodera de helt fasta materialen under stränggjutningen. Det vanliga borstâlet innehåller 0,03% eller mer titan, och om det störtkyles samt anlöpes för fram- ställning av höghållfast stål har detta låg ursprunglig dukti- litet vilket kan medföra fördröjt brott. » f Det konventionella borstålet innehåller en minimihalt av bor och stora halter av aluminium och titan för uppnående av maxi- mal grad av härdbarhet och kornförfining. Enligt föreliggande uppfinning tillsättes icke avsiktligt något aluminium eller n: 461 661 11 titan utan däremot stor mängd bor tillsättes för bibehållande av en optimal mängd syralösligt bor för att säkerställa en tillfredsställande härdbarhet hos stålet. -' Stålet enligt uppfinningen har följande fördelar: (1) Det ger stål med hög brottgräns med förbättrad ursprunglig beständighet mot fördröjt brott. (2) Ett stränggjutet ämne erhåller icke ytsprickor även om det varmvalsas direkt. (3) Det orsakar icke igensättning av munstycken eller korro- sion av munstycken under stränggjutning. (4) Kostnaden för legeringen är mindre än hälften av legerings- kostnaden för konventionellt stål.

Stålet enligt uppfinningen innehåller icke mer än 1,0 % Cr.

Om det innehåller mer krom ger det icke stål med hög draghåll- fasthet med önskade egenskaper. Ett ämne visar mindre benägen- het till sprickning vid beskickning i värmeugn vid en tempera- tur nära 900°C, såsom framgår av tabell 2. Det bör företrädes- vis beskickas i ugnen vid en temperatur av minst 700°C eftersom det visar stor benägenhet till sprickning vid beskickning vid lägre temperatur.

Uppfinningen har beskrivits i detalj under hänvisning till speciella utföringsformer av denna, men detärxqpatartför fack- mannen att olika förändringar och modifikationer kan utföras utan att man avviker från uppfinningstanken.

Claims (3)

1. 461 661 lå PATENTKRAV l. Borbehandlat stål, innefattande: ett stål valt från gruppen bestående väsentligen av kolstål och låglegerat stål, k ä n n e t e c k n a t därav, att stålet innehåller: 0,15 - 0,85 % C, 0,15 - 2,0 % Si, 0,3 - 1,5 % Mn, 1,0 % eller mindre Cr, 0,020 % eller mindre av vardera P och S, ' en total borhalt av 40 ppm eller mer, varav 6 - 30 ppm syralösligt bor, 0,008 % eller mindre Al och 0,010 % eller mindre Ti.
2. 2. Förfarande för framställning av ett borbehandlat stål, k ä n n e t'e c k n a t därav, att det innefattar såsom steg: stränggjutning av ett ämne av stål valt från gruppen bestående av kolstâl och låglegerat stål, varvid stålet inne- håller: 0,15 - 0,85 % C, 0,15 - 2,0 % Si, 0,3 - 1,5 % Mn, 1,0 % eller mindre Cr, 0,020 % eller mindre av vardera P och S, en total borhalt av 40 ppm eller mer, varav 6 - 30 ppm syralösligt bor, 0,008 % eller mindre Al och 0,010 % eller mindre Ti, beskickning av ämnet i en värmeugn, när yttemperatu- ren hos ämnet är 700°C eller mer, och . upphettning och varmvalsning av ämnet.
3. 3. Förfarande för framställning av ett borbehandlat stål enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att ämnet beskickas i värmeugnen med en yttemperatur av ca 900°C. I)