SE507215C2 - Förfarande för att göra ett stål lättare formbart genom ferritutskiljning samt stål framställt enligt förfarandet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 507215 2 Si Mn P S Ni 0,10% 0,20% 0,015% 0,015% <0,10% Cu Al 0,20% 0,010 - 0,060% Sådant stål har ofta Mo = 0,45 % och C= 0,75 % och kan givetvis efter önskemål lätt kompletteras då högre halter Mo eller C önskas.

Ett annat alternativt riktvärde med avseende på "normala" resthalter är Si 0,05% och Mn 0,10% medan övriga leger- ingsämnen är såsom i föregående exempel.

Uppfinningen liksom utföringsformer därav definieras i de bilagda patentkraven.

Det uppfinningsenliga sättet kan sägas innebära att man väljer ett stål inom ramen för den angivna kompositionen och utsätter detta för en kylning vars hastighet under- skrider ett visst värde såsom anges i det bilagda patent- kravet 1 och närmare diskuteras nedan och i anslutning till de bilagda osjälvständiga patentkraven. Uppfinningen omfattar även sfiä.med den angivna kompositionen och den struktur som erhålles genom sättet.

Effekten av det uppfinningsenliga sättet är att stålets struktur kommer att uppvisa en oväntat hög mängd ferrit så att stålet blir motsvarande mindre hårt att bearbeta.

Uppfinningen kan enklast illustreras i anslutning till ett eutektoidiskt stål. Som bekant har ett eutektoidiskt stål såsom kolstål 0,8% C, definitionsmässigt en perlithalt på 100% och är därför svårt att forma/bearbeta oberoende av hur det har fått svalna. Genom uppfinningen uppträder däremot ett fenomen som är särskilt tydligt då det enligt 10 15 20 25 30 a 507215 uppfinningen utvalda stålet har nära eutektoid sammansätt- ning och underkastas den angivna svalningen.

Fenomenet är att ferrit överraskande först utskiljes och att sedan en urartad perlit bildas. Den normala förvänt- ningen var att strukturen i sin helhet skulle vara av perlitkaraktär eftersom ju stålkompositionen har nära eutektoid sammansättning.

Tack vare den utskilda ferriten blir stålet mindre svårt att bearbeta/forma.

För ett eutektoidiskt stål av den föreskrivna sammansätt- ningen, med Mo halten 0,50 % kan man genom uppfinningen faktiskt erhålla en struktur som nära liknar den för ett kolstål med 0,2% stål, d.v.s. en stor andel ferrit är utskild vid sidan av perliten. En sådan struktur är överr- askande för ett stål som har eutektoid sammansättning.

Vid strukturen som erhålles genom uppfinningen är perliten urartad. Sådan urartad perlit är i sig känd och typisk för stål som innehåller Mo.

Uppfinningen kan generaliseras enligt följande med avseende på en eutektoid sammansättning för det stål som användes.

För att erhålla pro-eutektoid ferrit i stål med nominellt eutektoid sammansättning, kräves: stålet måste innehålla en väsentlig halt av ett starkt karbidbildande ämne. Exempel på sådana ämnen är molybden och wolfram. Effekten av att ett starkt karbidbildande ämne tillsättes är att bildningen av perlit kraftigt fördröjes. 10 15 20 25 30 35 507215 4 Stålet måste vara väsentligen fritt från ämnen som underlättar perlitbildning. Speciellt måste halterna av kisel och mangan hållas låga.

Vid svalnandet måste en viss kritisk kylningshastighet underskridas för att pro-eutektoid ferrit skall ut- skiljas.

Den kritiska kylningshastigheten bestäms av stålets sammansättning, och då framför allt av halten stark karbid- bildare.

Mängden utskild ferrit ökar med sjunkande svalningshastig- het.

Mängden utskild ferrit ökar med stigande halt Mo eller W och sjunker med stigande halter Si och Mn.

Den bildade ferriten innehåller en avsevärd mängd submikro- skopiska partiklar av MC-typ. För ett endast Mo-legerat stål är karbiderna molybdenkarbider.

Typisk storlek för dessa karbidutskiljningar är l nanometer.

Fastän uppfinningen enklast kan beskrivas i anslutning till stål av eutektoid karaktär, inses emellertid att upp- finningen med fördel är tillämpbar även för icke eutektoi- dfi¶æ.stål som är lämpliga att användas som exempelvis sätthärdningsstål, seghärdningsstål, induktionshärdning- sstål, fjäderstål och rullningslagerstål.

S-innehållet i stålet kan vara anpassat till stålets använd- ningsområde varvid S-innehållet lämpligen är mindre än eller lika med 0,0l5% för stål med ett användningsområde i vilket plastisk formning är den primära formningsopera- 10 15 20 25 30 35 s 507215 tionen. S-innehållet kan ligga inom intervallet 0,010 - 0,025 för stål som primärt skall utsättas för skärande bearbetning. Då kraven för stålets skärbarhet är höga bör S-innehållet lämpligen ligga i intervallet 0,010 - 0,080%.

Ti-innehållet är lämpligen mindre än 50 ppm och 0-innehållet är lämpligen mindre än eller lika med 20 ppm.

På den bifogade figuren 1 visas ett CCT-diagram som illu- strerar uppfinningen.

Fig. 2, 3 och 4 visar i tre olika förstoringar, som anges på respektive fig., strukturen hos ett stål med en uppfin- ningsenlig sammansättning efter kylning med en kylnings- hastighet inom det uppfinningsenliga området.

Fig. 5, 6 och 7 visar, såsom jämförelse, i samma förstor- ingar som fig 2 - 4 respektive strukturen hos ett kolstål C = 0,2 % som kylts med samma kylningshastighet.

Fig. 8 visar strukturen hos ett enligt uppfinningen fram- bringat stål, men hög Mo-halt och låga halter Si och Mn.

Fig. 9 och 10 visar strukturen hos stål som kylts med samma hastighet som stålet enligt fig. 8, men har låg Mo- halt, låg Mn-halt och hög Si-halt, respektive ett stål med låg Mo-halt, hög Si-halt och hög Mn-halt.

På figur 1, undre delen visas för varje kylningskurva ett antal sifferuppgifter vilka avser de storheter som anges i mitten av tabellraderna. Fig. 1 hänför sig till ett eutekto- idisk stål med Mo = 0,5 % och resthalter understigande de angivna gränserna.

Med Diameter/mm avses ett jämförelsemått för kylningen, d.v.s. kylningshastigheten för den ifrågavarande kurvan är 10 15 20 25 30 507215 6 den som erhålles vid luftkylning av en stålstång med den angivna diametern i millimeter.

C/s (800-400) avser kylningshastigheten i C° per sekund i temperaturintervallet 800 - 400°C.

Ps/C avser den temperatur i °C vid vilken perlit börjar bildas.

HV (30 kg) avser resultatet av hårdhetsmätning enligt Vickers med belastningen 30 kg.

På figur l visas även perlitutvecklingsområdet markerat med P mellan två allmänt horisontella linjer som illustrerar perlitutvecklingens början och slut. Vid den undre hori- sontella linjen anges strukturens perlitmängd i procent för respektive svalningshastighet.

I högra övre delen av figur 1 finns ett kilformat område ovanför den övre perlitgränskurvan. Detta kilformade område är försett med markeringen F och illustrerar den uppfin- ningsenliga ferritutvecklingen.

Av figur 1 kan man klart se att ferrit F har börjat ut- vecklas när kylningshastigheten underskrider 0,74°C/s. I och för sig kan man spåra en ferritutveckling redan vid kyl- ningshastigheten 0,84°C/s, men ferritmängden är då liten.

I praktiken bör därför kylningshastigheten vara mindre än 0,80°C/s för det stål som figur 1 avser, d.v.s. ett eutek- oidstål som förutom Fe och C väsentligen består av Mo 0,5% varvid Si är O,lO% och Mn 0,20%, medan övriga ämnen har de resthalter som ovan angivits vara acceptabla för skrot- baserat kullagerstål. 10 15 20 25 30 35 7 507215 Det bör emellertid stå klart att man kan ersätta eller komplettera Mo med W, varvid gränsen 0,2 - l,0%, gäller för summan av Mo och W, och varvid övriga legeringsmaterial, särskilt Si och Mn är begränsade på tidigare häri angivet sätt, och i den utsträckning som är tillämplig för den tillverkningsprocess som är applicerbar för stålet.

Likaså kan en komplettering med Cr göras för att öka stålets genomhärdbarhet.

Figurerna 2 - 4 tjänar till att illustrera att strukturen av det stål som beskrives i anslutning till figur l och avkyles med en hastighet av ca 0,21°C per sekund, får en struktur vilken väl kan jämföras med strukturen av rent kolstål med C = 0,2%, som kylts med samma hastighet och som illustreras på fig. 5 - 7 respektive.

Av denna jämförelse framgår att ett enligt uppfinningen valt och enligt uppfinningen behandlat Mo- eller W-stål med eutektoidisk sammansättning får en struktur med en uttalad mängd fri ferrit varvid ferritmängden motsvarar den som uppkommer i kolstål med C = 0,2 % och därför erhåller det enligt uppfinningen åstadkomna eutektoidiska stålet en formbarhet/bearbetbarhet som är jämförbar med den för ett kolstål med 0,2% C. Det bör emellertid stå klart att den redovisade effekten åtminstone i någon mån erhålles även för övriga stål och kylningshastigheter inom de föreskrivna gränserna.

Fig. 8 visar en enligt uppfinningen erhållen struktur hos ett stål med Mo = 0,5 %, Si < 0,15 % och Mn < 0,15 %.

Fig. 9 visar strukturen hos ett stål med Mo = 0,2 %, Si ungefär = 0,30 % och Mn < 0,15 %, varvid strukturen erhål- lits vid en kylningshastighet motsvarande den för stålet enligt fig. 8. 10 15 20 25 30 35 507215 8 Fig. 10 visar den resulterande strukturen när Mo-halten är = 0,2 %, Mn-halten är hög, d.v.s. = 0,30 % och = 0,30 %. låg, d.v.s.

Si-halten är hög, d.v.s.

Fig. 8 - 10 tyder på att den önskade gynnsamma strukturen (fig. 8) med relativt stor mängd fri ferrit primärt erhålles när stålkompositionen har en Mo-halt inom området 0,2 - 1,0 % och låga halter Si och Mn (varvid övriga resthalter är låga såsom beskrivits) och när stålet kyles med en hastighet som är lägre än ett kritiskt värde, såsom be- skrivits i anslutning till fig. 1.

Med hänvisning till figur 1 inses att om man väljer en lägre Mo-halt i stålet, så krävs en lägre kylningshastig- het för att man skall bibehålla den ferritutveckling som indikeras på figur 1. Ju större mängd restämnen det valda stålet innehåller, särskilt då beträffande Si och Mn, desto mindre blir mängden F.

Den i strukturen utvecklade ferriten är förhållandevis "ren" eftersom alla element som sätter sig i ferriten är undertryckta i det valda stålet, varigenom ferritfasens storlek och renhet erbjuder god bearbetbarhet för stålet.

De element som ger slutprodukten dess önskade slutegen- skaper, avsättes i karbidform och frigöres endast när så erfordras, d.v.s. vid härdning av stålet.

De submikroskopiska partiklar som utskiljs i samband med ferritbildningen är tämligen jämnt fördelade i stålet.

Fördelningen, och den mycket ringa storleken, medför inga negativa konsekvenser för stålets formbarhet. Däremot underlättar de i de submikroskopiska karbiderna bundna halterna kol och karbidbildare (exempelvis Mo) att härd- ningen av stålet underlättas genom snabbare homogenisering vid austenitiseringen.

Claims (8)

10 15 20 25 30 9 507215 Patentkrav

1. Sätt att göra ett stål lättare formbart före slut- behandling, exempelvis' härdning, k ä n n e t e c k n a t a v att man väljer ett stål med en kolhalt i området 0,10 - 1,20 % och som förutom Fe och C i mängder som är anpassade för stålets användningsområde, såsom enda avsiktliga legerings- tillsats innehåller Mo och/eller W i en halt i intervallet 0,2 - 2,0 %, eventuellt i kombination med Cr, medan övriga i stål normalt använda legeringsämnen såsom Ni, V och särskilt Si och Mn, är begränsade till den lägsta normala nivå som gäller för den industriella tillverkningsprocess viken är applicerbar för stålet, och att stålet kyles med en avkyl- ningshastighet som underskrider 0,80 °C/S så att en förhöjd ferritmängd utskiljes i stålstrukturen före perlitbildningen däri, vilken ferrit innehåller submikroskopiska partiklar av MC-typ.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att man väljer ett stål vilket som enda avsiktliga legeringstillsats har Mo och/eller W i en halt i intervallet 0,2 - 2,0 % i kombination med Cr i intervallet 1 - 2 %.

3. Sätt enligt något av kraven 1 - 2, kännetecknat awr att man väljer ett stål med en total halt Si och Mn mindre än 0,30 %, varvid Si- och Mn-mängden företrädesvis är mindre än 0,15 % vardera.

4. Sätt enligt kravl-3, kännetecknat av att C- halten är 0,1 - 0,35 % varvid stålet är lämpligt såsom sätthärdningsstål.

5. Stål enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknat av att C-halten är 0,25 - såsom seghärdningsstål. 0,60 % varvid stålet är lämpligt 507215 ,O

6. Sätt enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknat awr att C-halten är 0,45 - 0,85 % varvid stålet är lämpligt såsom induktionshärdningsstàl.

7. Sätt enligt något: av kraven 1 - 3, kännetecknat awr att C-halten är 0,70 - 1,15 % varvid stålet är lämpligt såsom fjäderstàl och rullningslagerstàl.

8. Stål framställt enligt något av kraven 1 - 7.