WO2000070107A1 - Stähle für warmfeste und/oder hochfeste umformteile - Google Patents

Stähle für warmfeste und/oder hochfeste umformteile Download PDF

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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes

Definitions

  • the invention relates to steels for the production of heat-resistant and / or high-strength formed parts with increased plasticity, for.
  • Heat-resistant formed parts e.g. B. Boiler tubes that work at elevated temperatures up to 600 ° C have so far been manufactured either from low-alloy chromium-molybdenum-vanadium steels (CrMoV) or from chromium-molybdenum steels (CrMo).
  • the heat treatment consists of normalizing and tempering, or hardening and tempering. When the temperature is raised to the normalization or hardening temperature, which is between approx. 900 and 1000 ° C, the carbides dissolve, but the carbides should not dissolve completely and therefore coarseness.
  • the desired elimination of the dispersive phase of the vanadium carbide occurs in particular when the steel is tempered, which is carried out at temperatures from 650 ° to 740 ° C.
  • thermomechanical or normalizing rolls or with heat treatment by normalizing the products from these steels, it is necessary to determine the temperatures and duration of the heat effect, as well as the cooling rate after the thermomechanical or
  • Normalization rollers or after heat treatment must be observed very precisely, because they are decisive for the consistency and plastic properties of the final product.
  • the fine, dimensionally stable and evenly distributed vanadium carbides and / or niobium carbides are eliminated and this structure is responsible for the required strength and plastic properties absolutely necessary. If the cooling rate and / or the duration of the thermal effect is not maintained during the heat treatment, the large coarsening rate of the carbide and / or the high rate of dissolution of the carbides lead to the formation of undesirable large dimensionally unstable and structurally unevenly distributed particles of the vanadium. Carbides and / or niobium carbides, and / or to form a coarse-grained structure. A product with this structure is then unusable because it does not meet the required strength and plastic properties. The disadvantages of these steels are high demands on the manufacturing technology including heat treatment.
  • N (0.52 times AI + 0.29 times Ti + 0.075 times Nb + 0.005 to 0.07)%
  • Forming products made of such steel always have, after normalizing and tempering, or after hardening and tempering, or after normalizing, or after normalizing rolling, or after thermomechanical rolling, without exception, a uniform fine-grained structure with vanadium carbonitrides and thus also high strength or heat resistance and plasticity at reduced, normal and elevated temperatures. So there are no longer any economic losses and Committee that used to be caused by the non-guaranteed quality of the products.
  • the guaranteed smoothness and uniformity of the grain size is achieved by the fact that during normalization and tempering or hardening and tempering, or normalization, the precipitation of the vanadium carbide, which caused the growth of the grains, does not completely dissolve, since vanadium is less soluble with nitrogen than vanadium. Carbon nitride forms.
  • Vanadium carbide would dissolve completely under the same conditions and coarseness would result.
  • the guaranteed granularity and uniformity of the grain during normalization or thermomechanical rolling is achieved in that the coarsening speed of the coarse grain formation of the vanadium carbonitride is lower than the coarsening speed of the vanadium carbide, so that the disperse phase of the vanadium carbonitride is in a finer and in their dimensions more stable shape.
  • One consequence of this is also the improvement of the heat-resistant properties. It can be reasonably assumed that the creep rupture strength of the steel containing vanadium carbonitride is higher than that of steels that are strengthened with vanadium carbide.
  • Formed products made of such steel always have a uniform fine-grained structure with vanadium carbonitrides after normalizing and tempering, or after hardening or tempering and thus also have a high strength limit or heat resistance and plasticity with normal ones and elevated temperatures. So there are no longer any economic losses and rejects that used to be caused by the non-guaranteed quality of the products.
  • the guaranteed granularity and uniformity of the grain is achieved by the fact that the normalization and tempering or hardening and tempering do not lead to the complete dissolution of the excretion of the vanadium, which caused the growth of the grains, since vanadium forms less soluble vanadurn carbonitrides with nitrogen. Vanadium carbide would dissolve completely under the same conditions and coarseness would result.
  • the heat-resistant properties improve because the coarsening speed of the vanadium carbis is approximately 20 times higher than the coarsening speed of the vanadium carbonitride. It can be reasonably assumed that the creep rupture strength of the steel containing vanadium carbonitride is higher than that of steels that are strengthened with vanadium carbide.
  • Forming products made of such steel always have a uniform, fine-grained structure with vanadium carbonitrides after normalizing, or normalizing rolls, or thermomechanical rolls, and thus also a high yield strength. Tensile strength or creep rupture strength and plasticity at reduced, normal and elevated temperatures. So there are no longer any economic losses and rejects that were previously caused by the non-guaranteed quality of the products.
  • the guaranteed granularity and uniformity of the grain size in normalizing rolling or thermomechanical maize can be achieved in that the disperse phase of the vanadium-carbon nitride is eliminated in a finer and more dimensionally stable form.
  • a tube made from such a melt is unusable for the given purpose.
  • V 0.25%
  • Al jns g 0.005%
  • Cu 0.08%
  • Ti 0.002%
  • Ni 0.13%
  • As 0.008%
  • Rpo 2 is the yield strength at 20 ° CR m the tensile strength at 20 ° C KCV is the notched impact strength at 20 ° C.
  • the tube with dimensions 0 457 x 25 mm was controlled hot rolled with a rolling temperature of about 900 ° C and cooled with a water shower and then calibrated with heating to 870 ° C for a period of about 40 minutes and after calibration it was cooled with air.
  • R to5 is the yield strength at 20 ° CR m the tensile strength at 20 ° C KV is the notched impact strength at - 20 ° C.
  • the steel with modified nitrogen content according to Example 2 has much better mechanical properties than the steel without modified nitrogen content according to Example 1.
  • the steel does not contain vanadium or niobium carbides, but only vanadium or niobium arboriitrides, which do not dissolve during the heat treatment mentioned and thus prevent coarse grain formation.
  • the steels according to the present invention are suitable for the production of formed parts, which require increased heat resistance and high strength combined with increased plasticity and which are mainly used in highly stressed mechanical engineering, power engineering and chemical facilities, e.g. B. can be used as boiler tubes, sheets and forgings.

Abstract

Stahl für warmfeste und/oder hochfeste Umformteile, insbesondere Rohre, Bleche und Schmiedestücke, mit erhöhter Warmfestigkeit bis zu 600 °C und erhöhter Plastizität bzw. Kerbschlagzähigkeit bis zu -60 °C mit chemischer Zusammensetzung: Kohlenstoff C = 0,02 bis 0,3 %, Silizium Si = 0,0 bis 0,8 %, Mangan Mn = 0,0 bis 2,0 %, Chrom Cr = 0,0 bis 3,5 %, Molybdän Mo = 0,0 bis 1,5 %, Vanadium V = 0,02 bis 0,8 %, Niob Nb = 0,0 bis 0,1 %, Nickel = 0,0 bis 2,5 %, Titan Ti = 0,0 bis 0,1 %, Phosphor P = max. 0,05 %, Schwefel S = max. 0,05 %, Aluminium Alinsg. = 0,0 bis 0,05 %, Kupfer Cu = 0,0 bis 0,8, Rest Eisen Fe und Stickstoff N, gekennzeichnet dadurch, dass der Gesamtgehalt von Stickstoff N durch folgende Beziehung gegeben ist: N = (0,52 mal Al + 0,29 mal Ti + 0,075 mal Nb + 0,005 bis 0,07) %.

Description

Stähle für warmfeste und/oder hochfeste Umformteile
Die Erfindung betrifft Stähle für Herstellung von warmfesten und/oder hochfesten Umformteilen mit erhöhter Plastzitität, z. B. Rohre, Bleche und Schmiedestücke, die in hoch beanspruchten Maschinebau-, Energetik - und Chemieeinrichtungen bei Temperaturen von -60°° bis +600°C arbeiten.
Warmfeste Umformteile, z. B. Kesselrohre, die bei erhöhten Temperaturen bis zu 600°C arbeiten, werden bisher entweder aus niedriglegierten Chrom-Molybdän- Vanadium-Stählen (CrMoV) oder aus Chrom-Molybdän-Stählen (CrMo) hergestellt. Die benutzten CrMoV-Stähle haben folgende chemische Zusammensetzung: C=0,08 bis 0,30%, Mn=0,4 bis 0,7%, Si=0,15 bis 0,4%, Cr=0,3 bis 1,7%, Mo=0,4 bis 1,2%, V=0,22 bis 0,7%, Alinsg .= max.0,04%, P= max. 0,04%, S= max.0,04%, den Rest bildet Fe und unerläßliche Produktionsverunreinigungen. Zu den Produktionsverunreinigungen gehörte auch Stickstoff, dessen Massenmenge sich im Bereich N=0,004 bis 0,013% befand, und zwar in Abhängigkeit vom benutzen Schmelzaggregat bei der Stahlerzeugung, die jedoch nicht genau spezifiert war. Bei der Herstellung des Produkts, z. B. Rohre, aus diesem Stahl, wird der Stahl warmverformt, bzw. kaltverformt und einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlung besteht im Normalisieren und Anlassen, oder im Härten und Anlassen. Bei der Erwärmung auf die Normalisierungs- oder Härtetemperatur, die sich zwischen ca. 900 und 1000°C bewegt, kommt es zur Auflösung der Karbide, es sollte aber nicht zur vollständigen Auflösung der Karbide und damit zur Grobkörnigkeit kommen. Zur gewünschten Ausscheidung der dispersiven Phase des Vanadium-Karbids kommt es insbesondere beim Anlassen des Stahls, das bei Temperaturen von 650° bis 740°C durchgeführt wird.
In der Praxis wurde festgestellt, daß bei Einhaltung der geforderten chemischen Zusammensetzung, inkl. Mikroreinheit und üblicher Wärmebehandlungsmethode, bei Produkten aus irgendwelchen Schmelzen eine feinkörnige Struktur entsteht und bei Produkten aus anderen Schmelzen beobachtet man eine grobkörnige Struktur, was sowohl die Festigkeitseigenschaften als auch plastischen Eigenschaften negativ beeinflußt, die unmittelbar bei den Übernahmeprüfungen feststellbar sind. Die Produkte einer derartigen Schmelze sind dann unverwendbar, was die Wirtschaftlichkeit der Produktion wesentlich verschlechtert. Ebenfalls kann man bei Produkten aus irgendwelchen Schmelzen eine Dimensionsunbeständigkeit der ausgeschiedenen Karbide beobachten, was -hauptsächlich die Zeitstandfestigikeit negativ beeinflußt. Diese Eigenschaft kann durch langzeitige Kriechbeständigkeit ermittelt werden, oder durch langzeitige Betriebsbeanspruchung bei erhöhten Temperaturen, es ist aber nicht möglich sie bei den Übernahmeprüfungen zu ermitteln.
Ähnliche Mängel entstehen auch bei Produkten aus mikrolegierten Hochfestigkeitsstählen, die durch Warmverformung, bzw. Kaltverformung hergestellt und event. bei Wärmebehandlung unterzogen werden mit folgender chemischen Zusammensetzung: C=0,08 bis 0,25 %, Si=0,0 bis 0,8 %, Mn=0,2 bis 1,8 % , AI ^=0,001 bis 0,04 %, Cr=0 ,0 bis 1 ,5 %, Mo= 0,0 bis 0,6 %, Nb = 0,0 bis 0,1 %, Ti = 0,00 bis 0,05 %, V = 0,0 bis 0,2 %, Cu = 0,0 bis 0,3 %, P = max. 0,03 %, S = max. 0,025 %, N = max. 0,015 % und den Rest bildet Fe und die unerläßlichen Produktionsverunreinigungen.
Beim thermomechanischen oder Normalisierungswalzen, bzw. bei der Wärmebehandlung durch Normalisieren der Produkte aus diesen Stählen, ist es erforderlich die die Temperaturen und Dauer der Wärmewirkung, sowohl auch die Abkühlgeschwindigkeit nach dem thermomechanischen oder
Normalisierungswalzen, bzw. nach der Wärmebehandlung sehr genau einzuhalten, denn sie sind für die Folgefestigkeit und plastischen Eigenschaften des Finalprodukts entscheidend. Bei einer schnellen gesteuerten Abkühlung kommt es zur Ausscheidung der feinen, in ihren Abmessungen beständigen und in der Struktur gleichmäßig verteilten Vanadium-Karbide und/oder der Niob-Karbide und diese Struktur ist für die geforderte Festigkeit und plastische Eigenschaften unbedingt erforderlich. Sofern die Abkühlungsgeschwindigkeit und/oder die Dauer der termischen Wirkung während der Wärmebehandlung nicht eingehalten wird, kommt es infolge der großen Vergröberungsgeschwindigkeit des Karbids und /oder infolge der großen Auflösungsgeschwindigkeit der Karbide zur Bildung unerwünschter großen dimensionsunbeständigen und in der Struktur ungleichmäßig verteilten Partikeln der Vanadium-Karbide und/oder Niob-Karbide, und/oder zum Entstehen einer grobkörnigen Struktur. Ein Produkt mit dieser Struktur ist dann unverwendbar, weil es nicht die geforderten Festigkeitseigenschaften und plastischen Eigenschaften erfüllt. Die Nachteile dieser Stähle sind hohe Ansprüche an die Herstellungstechnologie inkl. Wärmebehandlung.
Die oben angeführten Nachteile beseitigt im wesentlichen Stahl für wannfeste und/oder hochfeste Umformteile, insbesondere Rohre, Bleche und Schmiedestücke, mit folgender chemischen Zusammensetzung: C=0,08 bis 0,25%, Si=0,0 bis 0,8%, Mn=0,0 bis 1 ,8%, Cr=0,3 bis 3,5%, Mo=0,0 bis 0,8%, V=0,04 bis 0,8%, Nb=0,0 bis 0,10% Ni=0,0 bis 2,5%, Ti=0,00 bis 0,05%,, P=max.0,025%, S=max.0,025%, Alinsg.=0,001 bis 0,04%, Cu=0,0 bis 0,3% und den Rest bildet Fe und die unerläßlichen Produktionsverunreinigungen, zu denen auch Stickstoff N gezählt wurde, dessen Wesen darin besteht, daß der Stickstoffgesamtgehalt im Stahl in Massenprozenten durch folgende Beziehung gegeben ist:
N = (0,52 mal AI + 0,29 mal Ti + 0,075 mal Nb + 0,005 bis 0,07)%
Umformprodukte aus derartigem Stahl weisen nach dem Normalisieren und Anlassen, oder nach dem Härten und Anlassen, oder nach dem Normalisieren, oder nach dem Normalisierungswalzen, oder nach dem thermomechanischen Walzen immer, ohne Ausnahme, eine gleichmäßige feinkörnige Struktur mit Vanadium-Karbonitriden auf und damit auch eine hohe Festigkeit bzw. Warmfestigkeit und Plastizität bei verringerten, normalen und erhöhten Temperaturen. Es kommt also nicht mehr zu ökonomischen Verlusten und Ausschuß, der früher durch die nicht garantierte Qualität der Produkte verursacht wurde. Die garantierte Feinkömigkeit und Gleichmäßigkeit der Korngröße erzielt man dadurch, daß es beim Normalisieren und Anlassen oder Härten und Anlassen, bzw. Normalisieren nicht zur vollständigen Auflösung der Ausscheidungen des Vanadiumkarbides kommt, welche das Wachsen der Körner verursachte, da Vanadium mit Stickstoff schwerer löslichen Vanadium- Karbonnitride bildet. Vanadium-Karbid würde sich bei den gleichen Bedingungen vollkommen auflösen und es würde zur Grobkörnigkeit kommen. Die garantierte Feinkömigkeit und Gleichmäßigkeit des Korns beim Normalisieren bzw. thermomechanischen Walzen wird dadurch erreicht, daß die Vergröberungsgeschwindigkeit der Grobkornbildung des Vanadium-Karbonitrids geringer ist als die Vergröberungsgeschwindigkeit des Vanadium-Karbids, so daß die disperse Phase des Vanadium-Karbonnitrids in einer feineren und in ihren Abmessungen beständigeren Form ausscheidet. Eine Folge dessen ist ebenfalls die Verbesserung der warmfesten Eigenschaften. Es kann berechtigt angenommen werden, daß die Zeitstandfestigkeit des Vanadium-Karbonitrid enthaltenen Stahls höher als bei Stählen ist, die mit Vanadium-Karbid verfestigt sind.
Für die Produktion von warmfesten Umformteilen, die bei Temperaturen bis zu 600°C mit erhöhter Warmfestigkeit in Temperaturintervallen von 500°C bis 600°C arbeiten und dies bei hoher Plastizität bei normalen und erhöhten Temperaturen, ist es vorteilhaft niedriglegierten CrMoV-Stahl mit folgender chemischen Zusammensetzung zu verwenden: C=0,08 bis 0,25%, Mn=0,00 bis 0,7%, Si=0,00 bis 0,4%, Cr=0,4 bis 1 ,7%, Mo=0,2 bis 1 ,2%, V=0,2 bis 0,7%, Alinsg =0,0 bis 0,025%, P=max. 0,025%, S=max.0,025%, N=(0,52 mal Gehalt Aling.+ 0,29 mal Gehalt Ti + 0,005 bis 0,07)%, den Rest bildet Fe und die unerläßlichen Produktionsverunreinigungen.
Umformprodukte aus derartigem Stahl weisen nach dem Normalisieren und Anlassen, oder nach dem Härten oder Anlassen immer ohne Ausnahme eine gleichmäßige feinkörnige Struktur mit Vanadium-Karbonitriden auf und damit auch eine hohe Festigkeitsgrenze bzw. Warmbeständigkeit und Plastizität bei normalen und erhöhten Temperaturen. Es kommt also nicht mehr zu ökonomischen Verlusten und Ausschuß, der früher durch die nicht garantierte Qualität der Produkte verursacht wurde. Die garantierte Feinkörnigkeit und Gleichmäßigkeit der Korns erzielt man dadurch, daß es beim Normalisieren und Anlassen oder Härten und Anlassen, nicht zur vollständigen Auflösung der Ausscheidung des Vanadiums kommt, welche das Wachsen der Kömer verursachte, da Vanadium mit Stickstoff schwerer löslichen Vanadiurn-Karbonitride bildet. Vanadium-Karbid würde sich bei den gleichen Bedingungen vollkommen auflösen und es würde zur Grobkörnigkeit kommen. Außerdem verbessern sich die warmfesten Eigenschaften, weil die Vergröberungsgeschwindigkeit des Vanadium-Karbis annähernd 20x höher ist als die Vergröberungsgeschwindigkeit des Vanadium-Karbonitrids. Es kann berechtigt angenommen werden, das die Zeitstandfestigkeit des Vanadium-Karbonitrid enthaltenen Stahls höher als bei Stählen ist, die mit Vanadium-Karbid verfestigt sind.
Für die Produktion von Hochfestigkeitsteilen mit abgestufter Streckgrenze von 340 MPa bis 690 MPa, ber denen bei erhöhter Festigkeit gleichzeitig eine erhöhte Plastizität bzw. Kerbschlagzä igkeit mit Garantie bis zu -60° C, Beständigkeit gegen Sprödigkeitsverletzung und dynamische Beanspruchung, sowie auch Kriechbeständigkeit mit Garantie der Zeitstandfestigkeit bei Temperaturen bis zu 500°C gefordert ist, ist es vorteilhaft mikrolegierten Stahl mit folgender chemischen Zusammensetzung zu benutzen: C=0,04 bis 0,22%, Mn=0,2 bis 1,7%, Si=0,00 bis 0,8%, Nb=0,02 bis 0,06 %, V=0,04 bis 0,12%, Al=0,02 bis 0,06%, Cr=0,0 bis 1,5%, Cu=0,0 bis 0,3%, Mo=0,0 bis 0,7%, Ni=0,0 bis 2,5%, Ti=0,0 bis 0,05%, wobei Nb+ Ti+V nicht 0,22% übersteigen, P=0,0 bis 0,025%, S=0,0 bis 0,025%, N= (0,52 mal Gehalt Alinβg + 0,29 mal Gehalt Ti + 0,075 mal Gehalt Nb + 0,005 bis 0,07)%, Rest Fe und unerläßliche Produktionsverunreinigungen.
Umformprodukte aus derartigem Stahl weisen nach dem Normalisieren, oder Normalisierungswalzen, oder thermomechanischen Walzen immer ohne Ausnahme eine gleichmäßige feinkörnige Struktur mit Vanadium-Karbonitriden auf und damit auch eine hohe Streckgrenze.Zugfestigkeit bzw. Zeitstandfestigkeit und Plastizität bei verringerten, normalen und erhöhten Temperaturen Es kommt also nicht mehr zu ökonomischen Verlusten und Ausschuß, die früher durch die nicht garantierte Qualität der Produkte verursacht wurden. Die garantierte Feinkörnigkeit und Gleichmäßigkeit der Korngröße beim Normalisierungswalzen bzw. thermomechanischen Maizen erzielt man dadurch, daß die disperse Phase des Vanadium-Karbonnitrids in einer feineren und in der dimensionebeständigeren Form ausscheidet. Die garantierte Feinkörnigkeit und Gleichmäßigkeit der Korngröße erzielt man dadurcivdaß es beim Normalisieren nicht zur voltständigen Auflösung der Vanadium-Karbonitride kommt, weil Vanadium mit Stickstoff schwerer lösliche Vanadium-Karbonitride bildet. Vanadium-Karbid würde sich bei den gleichen Bedingungen vollkommen auflöser+ und es würde zur Grobkömigkeit kommen. Es kann berechtigt angenommen werden, daß die Zeitstandfestigkeit des Vanadium-Karbonitrid enthaltenen Stahls höher als bei Stählen ist, die mit Vanadium-Karbid verfestigt sind.
Beispiele der Durchführung der Erfindung
Beispiel 1
Zur Herstellung des hoch beanspruchten Rohres, das für den Betrieb bei
Temperaturen bis zu 60Q°C bestimmt ist, wurde Statt laut CSN 41 5128 mit folgender chemischer Zusammensetzung benutzt:
C=0,12 %, Mn=0,56 %, Si=0,58 %, Cr=0,64 %, Mo=0,43%, V=0,25%, ^ =0,031
%, P=0,008 %, S=0f009 %, N= 0r0116, Cu, 0,09 %, Ti=0,02 %, Ni=0,12 %,
As=0,008 %, Sb=0,003 %, Sn=O,004 %, der Rest ist Fe und unerläßliche
Produktionsverunreinigungen.
Das Rohr mit Abmessungen von 0 273 x 20 mm wurde warmgewalzt und einer normalen Wärmebehandlung unterzogen, d.h. Normalisieren (960°C/Luft) und Anlassen (720° C/Luft). Nach dieser Wärmebehandlung wies das Rohr ungeeignete mechanische Eigenschaften auf, die in Tabelle I in der Zeile 1 angeführt sind, und zwar deswegen, weil der Stickstoffgehalt im Stahl N=0,0116 % niedriger war, als er durch die Bedingung der Erfindung festgelegt ist, d.h.: N=(0,52 x 0,031 + 0,29 x 0,02 + 0,05)% = 0,0269 %.
Ein Rohr aus einer derartigen Schmelze ist für den gegebenen Zweck unverwendbar.
Beispiel 2.
Für die Herstellung des gleichen Rohrs wurde Stahl laut Norm CSN 41 5128 mit folgender chemischen Zusammensetzung benutzt:
C=0,13 %, Mn=0,54 %, Si=0,27 %, P=0,018 %, S=0,015 %, Cr=0,73 %, Mo=0,46%,
V=0,25%, Aljnsg =0,005 %, Cu, 0,08 %, Ti=0,002 %, Ni=0,13 %, As=0,008 %,
Sb=0,005 %, Sn=0,004 %, N=0,0132 %.
Das Rohr 0 273 x 20 mm aus diesem Stahl wies nach der vollständig übereinstimmenden Behandlung wie im Beispiel 1 , den Anforderungen entsprechende mechanische Eigenschaften auf, die in Tabelle 1 in der Zeile 2 angeführt sind, und zwar weil der Stickstoffgehalt N=0,0132% der
Erfindungsbedingung des Stickstoffgehalts N>(0,52 x 0,05 + 0,29 x 0,002 +
0,005)% = 0,0082 % entspricht.
Die mechanischen Eigenschaften und die Kerbschlagzähigkeit des Rohrs aus diesem Stahl entsprechen voJI den geforderten Werten.
Tabelle I
Figure imgf000009_0001
wobei: Rpo2 die Streckgrenze bei 20°C Rm die Zugfestigkeit bei 20°C KCV die Kerbschlagzähigkeit bei 20°C ist. Beisp e : _ß_
Für die Herstellung von hochfesten Dieselrohren, die bei Temperaturen bis zu - 20°C arbeiten, wurde Stahl laut amerikanischer Norm API 5L in Qualität X60 benutzt, von dem eine erhöhte Festigkeit bei gleichzeitig erhöhter Plastizität bzw. Kerbschlagfähigkeit mit Garantie bis zu - 20°C und die Beständigkeit gegen Sprödigkeitszerstörungen und dynamische Beanspruchung gefordert wurde. Die chemische Zusammensetzung dieser Stahl wurde :
00,13 %, Si=0,16 %, Mn=0,59 %, Cr=0,011 %, Cu=0,015 % Mo=0,02%, Nb=0,04 %, Ni=0,12 %, Tϊ=0,01 %, V=0,05%, A g =0,017 %, P=0,018 %, S=0,011 %, N= 0,009 %, Rest Fe und unerläßliche Produktionsverunreinigungen.
Das Rohr mit Abmessungen 0 457 x 25 mm wurde gesteuert warmgewalzt mit Nachwalztemperatur von ca 900°C und mit Wasserbrause abgekühlt und anschließend mit Erhitzung auf 870°C für eine Dauer von ca. 40 Minuten kalibriert und nach der Kalibrierung wurde es mit Luft gekühlt.
Nach dieser Bearbeitung wies es ungenügende Werte der Streckgrenze und Zugfestigkeit auf, weiterhin eine niedrige Plastizität und große Streuung der Schlagarbeit bei einer Temperatur von - 20°C (siehe Werte in Zeile 3 in der Tabelle II) und zwar deswegen, weil der Stickstoffgehalt im Stahl N=0,009 % niedriger war, als durch die Bedingung der Erfindung festgelegt ist, d.h.: N=(0,52 x 0,017 + 0,29 x 0,01 + 0,075x0,04+0,005 bis 0,07)% = 0,0198 %
Beispiel 4
Für die Herstellung des gleichen Rohrs wurde Stahl laut amerikanischer Norm API 5L in Qualität X60 mit folgender chemischen Zusammensetzung benutzt:C=0,14 %, Si=0,18 %, Mn=1 ,15 %, Cr=0,23 %, Cu=0,17 % Mo=0,003, Nb=0,039 %, Ni=0,12 %,Ti=0,00 %, V=0,05%, Alinsg =0,015 %, P=0,015 %, S=0,007 %, N= 0,017, Rest Fe und unerläßliche Produktionsverunreinigungen. Das Rohr 0 508 x 25 mm wies nach der vollständig übereinstimmenden Behandlung wie im Beispiel 3, den Anforderungen entsprechende mechanische Eigenschaften auf, die in Tabelle II in der Zeile 4 angeführt sind, und zwar weil άer Stickstoffgehalt im Stahl N=0,017% die Erfindungsbedingung erfüllte: N=(0,52 x 0,015 + 0,29 x 0,00 + 0,75x0,039+0,005 bis 0,07)% = 0,0158%.
Tabelle II
Figure imgf000011_0001
wobei: Rto5 die Streckgrenze bei 20°C Rm die Zugfestigkeit bei 20°C KV die Kerbschlagzähigkeit bei - 20°C ist.
Wie aus Tabelle I, bzw. Tabetle II trervorgeht weist der Stahl mit modifiziertem Stickstoffge talt laut Beispiel 2 wesentlich bessere mechanische Eigenschaften- als der Stahl ohne modifizierten Stickstoffgehalt laut Beispiel 1 auf. Das gleiche gü^füf- den Stahl mit modifizierten Stickstoffgehalt laut Beispiel 4 im Vergleich mit dem Stahl laut Beispiel 3.
Der Grund für diese markanten Unterschiede ist die unterschiedliche Struktur und Korngröße zwischen den Stählen laut Beispiel 1 und 3 im Vergleich mit Stählen laut Beispiel 2 und 4. Bei den Stählen laut Beispiel 1 und 3, bei denen der Stickstoffgehalt geringer ist als die Bedingung laut vorgelegter Erfindung festlegt, und zwar N=(0,52 x AI + 0,29 x Ti + 0,075 x Nb + 0,005 bis 0,07)% , tritt Vanadium und/oder Niob in Form von Vanadium-Karbid bzw. Niob-Karbid auf. Diese Karbide, die sich schneller als Karbonitride auflösen, verursachen bei der Wärmebehandlung des Produkts, d.h. beim Normalisieren, oder Härten und Anlassen, oder bei der thermomechanischen Verformung bei Temperaturen über ^, das Wachsen der Körner. Daher entsteht eine grobkörnige, ungleichmäßige Stahlstruktur, die die oben beschriebenen ungenügenden Parameter zur Folge hat.
Sofern sich im Stahl die Stickstoffmenge befindet, die durch die Bedingung laut Erfindung gegeben ist, beinhaltet der Stahl keine Vanadium- bzw. Niobkarbide, sondern nur Vanadium - bzw. Niobi arboriitride, die sich bei der angeführten Wärmebehandlung nicht auflösen und damit die Grobkornbildung verhindern.
Die Stähle laut vorgelegter Erfindung sind für die Produktion von Umformteilen geeignet, von denen eine erhöhte Warmfestigkeit und hohe Festigkeit bei gleichzeitig erhöhter Plastizität gefordert wird und die hauptsächlich in hochbeanspruchten Maschinenbau-, Energetik- und Chemieeinrichtungen , z. B. als Kesselrohre, Bleche und Schmiedestücke verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Stahl für warmfeste und/oder hochfeste Umformteile, insbesondere Rohre, Bleche und Schmiedestücke, mit erhöhter Warmfestigkeit bis zu 600 °C und erhöhter Plastizität bzw. Kerbschlagzähigkeit bis zu - 60°C, mit chemischer Zusammensetzung: Kohlenstoff 00,02 bis 0,3% , Silizium Si =0,0 bis 0,8%, Mangan Mn = 0,0 bis 2,0%, Chrom Cr= 0,0 bis 3,5%, Molybdän Mo = 0,0 bis 1,5%, Vanadium V=0,02 bis 0,8 %, Niob Nb =0,0 bis 0,1%, Nickel = 0,0 bis 2,5%, Titan Ti = 0,0 bis 0,1%, Phosphor P = max. 0,05%, Schwefel S = max. 0,05%, Aluminium Alιnsg. = 0,0 bis 0,05%, Kupfer Cu = 0,0 bis 0,8, Rest Eisen Fe und Stickstoff N, gekennzeichnet dadurch, daß der Gesamtgehalt von Stickstoff N durch folgende Beziehung gegeben ist:
N = (0,52 mal AI + 0,29 mal Ti + 0,075 mal Nb + 0,005 bis 0,07)%
2. Stahl für warmfeste Umformteile gemäß Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende chemische Zusammensetzung:Kohlenstoff 00,05 bis 0,3% , Mangan Mn = 0,01 bis 1 ,2%, Silizium Si =0,0 bis 0,8%, Chrom Cr= 0,3 bis 3,5%, Molybdän Mo = 0,2 bis 1,5%, Vanadium V = 0,1 bis 0,8 %, Aluminium AlinSg. = 0,0 bis 0,05%, Phosphor P = 0,0 bis 0,05%, Schwefel S = 0,0 bis 0,05%, Stickstoff N = (052 mal AI + 0,29 mal Ti + 0,005 bis 0,07)%, den Rest bildet Eisen Fe und unerläßliche Produktionsverunreinigungen.
3. Stahl für hochfeste Umformteile gemäß Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende chemische Zusammensetzung: Kohlenstoff 00,02 bis 0,3% , Mangan Mn = 0,2 bis 1 ,7%, Silizium Si =0,0 bis 0,8%, Niob Ni = 0,02 bis 0,1 %, Vanadium V = 0,02 bis 0,3 %, Aluminium A g. = 0,0 bis 0,06%, Chrom Cr= 0,0 bis 2,5%, Kupfer Cu = 0,0 bis 0,8%, Molybdän Mo = 0,0 bis 1 ,0%, Nickel Ni = 0,0 bis 2,5% Titan Ti = 0,0 bis 0,1%, wobei der Gesamtgehalt von Niob Nb, Titan Ti und Vanadium V nicht 0,3% übersteigt, Phosphor P = 0,0 bis 0,05%, Schwefel S = 0,0 bis 0,05%, Stickstoff N = (052 mal AI + 0,29 mal Ti + 0,075 mal Nb + 0,005 bis 0,07)%, den Rest bildet Eisen Fe und unerläßliche Produktionsverunreinigungen.
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