WO2018083029A1 - Nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes rohr aus einem mittelmanganhaltigen stahl und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes rohr aus einem mittelmanganhaltigen stahl und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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steel
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Manuel Dr. Otto
Thomas Dr. Evertz
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Salzgitter Flachstahl Gmbh
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    • C21D2211/008—Martensite

Definitions

  • the invention relates to a seamless manufactured and semi-hot-formed tube of a medium manganese steel with advantageous mechanical properties and a method for its preparation.
  • the invention relates to a seamlessly manufactured
  • semi-thermoformed tube made of a medium manganese steel, which has a good combination of strength and elongation at break and a good residual toughness and also a TRANS (TRANSFORMED INDUCED PLASTICITY) and / or TWIP (TWinning Induced Plasticity) effect.
  • TRANS TRANSFORMED INDUCED PLASTICITY
  • TWIP TWinning Induced Plasticity
  • Seamlessly manufactured tubes made of a manganese-containing steel for airbags are known, for example, from the published patent application DE 100 22 462 A1.
  • the steel has a high strength in% by weight with the following alloy composition: about 0.07 to about 0.15 C, about 1 to about 2 Mn, less than about 0.02 P, less than about 0.015 S, about 0, From 5 to about 2.10 Cr, from about 0.2 to about 1.0 Ni, from about 0.2 to about 0.7 Mo, less than about 0.65 Cu, less than about 0.25 residual elements and the residual weight of the composition Fe. Nothing is revealed about a TRIP and / or TRIP effect.
  • German patent DE 39 35 965 C1 also discloses the use of a steel as a material for producing pipes for reinforcing motor vehicle doors.
  • the steel used has, in addition to iron and common impurities, the following composition in% by weight: C: 0.15 to 0.25; Mn: 3.4 to 6.1; Ni: 0 until 10; Cr: 0 to 1, 0; Mo: 0 to 1, 0; V: 0 to 0.15; P: max. 0.03; S: max. 0.03; Si: max. 0.6; AI: max. 0.05.
  • the following relationship must be satisfied for the sum of some of the alloy components: Mn + Ni + Cr + Mo + 10x V> 4.5% by weight.
  • the published patent application WO 99/01585 discloses an austenitic lightweight structural steel with TRIP and TWIP properties, which besides iron and conventional
  • Steel accompanying elements in mass% contains: Si: 1 to 6, Al: 1 to 8, wherein Al + Si ⁇ 12 and Mn: 10 to 30.
  • a steel having this composition is particularly good cold formable and deep drawable and can be used for sheets for cryogen Containers or piping can be used.
  • Japanese Unexamined Patent Publication JP H 052 631 94 A describes a wear-resistant, double-walled steel pipe made of a high-manganese steel which, in addition to iron and unavoidable impurities, contains the following elements: C: 0.5 to 1.2%; Si: ⁇ 1%; Mn: 10 to 25%, N: ⁇ 0.3%; solved AI: ⁇ 1%.
  • TRIP steel Because of its high work hardening, the TRIP steel achieves high levels of uniform elongation and tensile strength. TRIP steels u. a. in structural, chassis and crash-relevant components of vehicles, as sheet metal blanks, as well as welded blanks. Disclosure DE 10 2008 020 757 A1 discloses, in addition to TRIP steels, also austenitic TWIP steels (Twinning Induced Plasticity), in which intense twinning takes place during plastic cold forming. This process solidifies the steel, whereby the solidification takes place even at low load (from 300 MPa) and the elongation at break is above 60%.
  • the TWIP steel has a carbon content of about 0.6% by weight.
  • the alloying elements used are Mn (25 to 30%), Al and Si (up to 2%).
  • the present invention is based on the object to provide a seamlessly manufactured and semi-hot-formed tube, which is inexpensive to produce and a good property combination of strength and elongation at break, as well as a good residual toughness and a TRIP and / or TWIP effect. Furthermore, a method for producing such a tube should be specified. This object is achieved by an inventive seamlessly manufactured and semi-hot-formed tube having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims. An inventive method for producing such a tube is specified with the features of claim 25.
  • a seamless and semi-hot tube of medium manganese steel having a TRIP and / or TW IP effect on deformation, has the following chemical composition in weight%: C: 0.0005 to 0.9; Mn: 4 to 12, P: ⁇ 0.1, S: ⁇ 0.1, N: ⁇ 0.1, balance iron including unavoidable steel-supporting elements, with optional addition of one or more of the following elements: Al, Si, Cr , Ni, Nb, V, Ti, Mo, Sn, Cu, W, Co, Zr, Ta, Te, Sb, B, having a microstructure consisting of 10 to 90% by volume austenite, less than 40% by volume Ferrite and / or bainite and residual martensite, an excellent combination of strength, elongation and toughness properties.
  • this manganese-containing medium manganese steel seamless tube (medium manganese steel or MMnS) based on the alloying elements C and Mn of the present invention is very inexpensive.
  • the steel advantageously has a TRI P / TW IP effect during deformation or deformation, which, in combination with the optionally alloyed elements, results in a very broad field of property combinations of the mechanical properties:
  • Elongation at break A80 > 4 to 45%, whereby higher tensile strengths tend to be attributed to lower elongations at break and vice versa.
  • Hydroforming preferably at a temperature of 60 ° C to below Ac3 temperature, more preferably 60 ° C to 450 ° C and most preferably at a temperature of 100 to 350 ° C,
  • the seamless tube can be manufactured, for example, with the following sequence:
  • a solid block is essentially understood to mean a continuous casting section produced by round continuous casting which already has a desired length.
  • the optional forming of the tube at a temperature of 60 ° C to below Ac3, preferably 60 ° C to 450 ° C and particularly preferably at a temperature of 100 to 350 ° C can be advantageous deformation twins in the material are introduced, whereby the strength, in particular the yield strength, increased and the Restumformlibrary largely retained.
  • a final deformation below 60 ° C causes a hardening of the tube by the TRIP effect, whereby the remoulding capacity decreases.
  • the manganese-containing steel according to the invention for seamless tubes as a substitute for high-alloy steels, especially Cr, CrNi, CrMn, CrMnNi, CrN, high Mn-containing steels, especially for the chemical industry, food industry, automotive industry, aerospace, sanitary applications, machinery - and plant construction, consumer goods industry, line and apparatus construction are used, whereby the seamless tubes produced can be produced more cheaply.
  • the optionally alloyed elements advantageously have the following contents in% by weight:
  • Al 0-10, preferably 0.01-5, particularly preferably> 0.5-3
  • Si 0-6, preferably 0.05-3, particularly preferably 0.1-1.5
  • Ni 0-3, preferably 0.01-0.8, particularly preferably 0.01-0.5
  • Nb 0-1, preferably 0.005-0.4, more preferably 0.01-0.1
  • V 0-1.5, preferably 0.005-0.6, particularly preferably 0.01-0.3
  • Mo 0-3, preferably 0.005-1.5, more preferably 0.01-0.5
  • Cu 0-3, preferably ⁇ 0.5, particularly preferably ⁇ 0.1
  • W 0-5, preferably 0.01-3, particularly preferably 0.2-1.5
  • Co 0-8, preferably 0.01-5, particularly preferably 0.3-2
  • Zr 0 - 0.5, preferably 0.005 - 0.3, particularly preferably 0.01 - 0.2
  • Ta 0 - 0.5, preferably 0.005 - 0.3, particularly preferably 0.01 - 0.1
  • Te 0 - 0.5, preferably 0.005 - 0.3, particularly preferably 0.01 - 0.1
  • the seamless tube according to the invention has a multi-phase structure consisting of 5 to 90% by volume austenite, less than 40% by volume ferrite and / or bainite and the remainder martensite.
  • Part of the martensite is tempered martensite and part of austenite Up to 90% may be in the form of annealing or deformation twins.
  • the steel may optionally have both a TRIP and a TWIP effect, with one portion of the austenite remaining during a subsequent one
  • Deformation / FormingAmaking seamless pipe can transform into martensite.
  • Alloying elements are usually added to the steel in order to specifically influence certain properties.
  • An alloying element in different steels can influence different properties. The effect and interaction generally depends substantially on the amount, the presence of other alloying elements and the dissolution state in the material.
  • Carbon C is needed to form carbides, stabilizes austenite and increases strength. Higher contents of C deteriorate the welding properties and lead to the deterioration of the elongation and toughness properties, therefore, a maximum content of less than 0.9% by weight is set. In order to achieve a fine precipitation of carbides, a minimum addition of 0.0005% by weight is required.
  • Mn stabilizes the austenite, increases strength and toughness, and optionally allows deformation-induced martensite and / or twin formation in the alloy of the present invention. Contents less than 4% by weight are not sufficient to stabilize the austenite and thus worsen the
  • the manganese steel of the present invention having average manganese contents is preferred to have a range of 5 to 10% by weight.
  • Phosphorus P is a trace element or trace element from iron ore and is dissolved in the iron lattice as a substitution atom. Phosphor boosts
  • Solid solution solidifies the hardness and improves the hardenability.
  • it is usually attempted to lower the phosphorus content as much as possible, since it is highly susceptible to segregation, among other things, by its low diffusion rate and greatly reduces the toughness.
  • the addition of phosphorus to the grain boundaries can cause cracks along the grain boundaries during hot rolling.
  • phosphorus increases the transition temperature from tough to brittle behavior by up to 300 ° C.
  • Sulfur S S, like phosphorus, is bound as a trace element or accompanying element in iron ore or is introduced by coke during production via the blast furnace route. It is generally undesirable in steel, as it tends to segregate severely and has a strong embrittlement, which increases the elongation and elongation
  • the sulfur content is limited to values less than 0.1% by weight.
  • N is also a companion element of steelmaking. In the dissolved state, it improves the strength and toughness properties of steels containing more than or equal to 4% by weight of Mn. Low Mn-alloyed steels with less than 4% by weight Mn tend to have a strong aging effect in the presence of free nitrogen. The nitrogen diffuses even at low
  • an Al content of 0.01 to 5% by weight is preferred in order to increase the strength while maintaining good elongation.
  • contents of> 0.5 to 3% by weight enable a particularly large product of strength and elongation at break.
  • Silicon Si hinders carbon diffusion, reduces specific gravity and increases strength and elongation and toughness properties. Contents of more than 6% by weight prevent further processing by cold rolling due to embrittlement of the material. Therefore, a maximum content of 6% by weight is set. Optionally, a content of 0.05 to 3% by weight is determined, since contents in this range have a positive influence on the forming properties. Si contents of> 0.1 to 1.5% by weight have proven to be particularly advantageous for the forming and conversion properties.
  • Chromium Cr improves strength and reduces corrosion rate, retards ferrite and pearlite formation and forms carbides.
  • the maximum content is set at 6% by weight because higher contents result in deterioration in elongation properties and significantly higher costs.
  • a Cr content of 0.1 to 4% by weight is preferable to reduce the precipitation of crude Cr carbides.
  • contents of> 0.5 to 2.5% by weight have proven to be advantageous for the stabilization of austenite and the precipitation of fine Cr carbides.
  • Nickel Ni The optional addition of at least 0.01 weight percent nickel stabilizes the austenite, improves strength and toughness properties, and reduces carbide formation. Furthermore, even at low levels, Ni compensates for any negative effects of Cu during continuous casting.
  • the maximum Salary is determined here for cost reasons to 3% by weight.
  • a maximum content of Ni of preferably 0.8 or especially preferably 0.5% by weight has proven to be particularly economical.
  • Niob Nb With optional addition, Nb acts as a carbide former to fine grain, thereby improving strength, toughness, and elongation properties. Contents of Nb of more than 1% by weight give no further advantages, which is why a maximum content of 1% by weight is determined.
  • a minimum content of 0.005% by weight and a maximum content of 0.4% by weight, or particularly preferably a range of 0.01% to 0.1% by weight is established in order to achieve the most efficient possible precipitation of fine carbides.
  • Vanadium V acts as a carbide-forming agent that refines grain, thereby improving its strength, toughness, and elongation properties. Levels of V of more than 1, 5% by weight give no further advantages, which is why a maximum content of 1, 5% by weight is set. Optionally, a minimum content of 0.005% by weight and a maximum content of 0.6% by weight, or
  • Titanium Ti acts as a fine grain carbide former, enhancing its strength, toughness, and elongation properties. Furthermore, Ti reduces intergranular corrosion. Contents of Ti more than 1.5% by weight deteriorate the elongation properties, therefore, a maximum content of Ti of 1.5% by weight is determined.
  • a maximum content of Ti of 1.5% by weight is determined.
  • Molybdenum Mo acts as a carbide former, increasing strength and increasing resistance to hydrogen induced delayed cracking and cracking
  • Sn Sn increases strength but, similar to copper, accumulates at higher temperatures below the scale and grain boundaries. It leads by penetration into the grain boundaries to the formation of low-melting phases and associated with cracks in the structure and solder brittleness, which is why an optional
  • Copper Cu reduces the corrosion rate and increases the strength. Contents greater than 3% by weight deteriorate the manufacturability by forming low-melting phases during casting and hot rolling, and therefore a maximum content of 3% by weight is set to increase the strength. To improve the castability, a content of ⁇ 0.5% by weight, particularly preferably ⁇ 0.1% by weight is determined.
  • Tungsten W acts as a carbide former and increases strength. Contents of W of more than 5% by weight deteriorate the elongation properties, therefore, one
  • Maximum content of 5% by weight W is determined.
  • a minimum content of 0.01% by weight and a maximum content of 3% by weight, or particularly preferably a range of 0.2 to 1.5% by weight is established in order to achieve the most efficient possible precipitation of fine carbides.
  • Cobalt Co increases the strength of the steel and stabilizes the austenite. Contents of more than 8% by weight deteriorate the elongation properties, which is why optionally a maximum content of 8% by weight is determined.
  • an optional minimum content of 0.01% by weight and a maximum content of 5% by weight, or particularly preferably a range of 0.3 to 2% by weight is provided which, in addition to the strength properties, in particular advantageously influences the austenite stability.
  • Zirconium Zr acts as a carbide former and improves strength. Contents of Zr of more than 0.5% by weight deteriorate the elongation properties, and therefore a maximum content of 0.5% by weight is set. To get rid of Carbides allow an optional minimum content of 0.005% by weight and a maximum content of 0.3% by weight, or more preferably set a range of 0.01 to 0.2% by weight. Tantalum Ta: Ta, like niobium, acts as a carbide-forming agent to refine grain, thereby improving strength, toughness and elongation properties. Contents of more than 0.5% by weight cause no further improvement in the properties. Therefore, a maximum content of 0.5% by weight is optionally set.
  • a minimum content of 0.005 and a maximum content of 0.3% by weight are determined, in which the grain refining can be advantageously effected.
  • a content of from 0.01% by weight to 0.1% by weight is particularly desirable.
  • Tellurium Te Te improves corrosion resistance and mechanical properties as well as machinability. Furthermore, Te increases the strength of manganese sulfides (MnS), which is thereby less strongly stretched in the rolling direction during hot and cold rolling. Contents above 0.5% by weight deteriorate the elongation and toughness properties, and therefore a maximum content of 0.5% by weight is determined.
  • a minimum content of 0.005% by weight and a maximum content of 0.3% by weight are determined, which advantageously improves mechanical properties and increases the strength of existing MnS. Furthermore, a minimum content of 0.01% by weight and a maximum content of 0.1% by weight are preferred, which allow an optimization of the mechanical properties while reducing the alloying costs.
  • Antimony Sb Sb delays carbon diffusion and carbide precipitation and deposits at grain boundaries. Contents above 0.5% by weight significantly reduce the elongation and toughness properties, therefore, a maximum content of 0.5% by weight is set. Optionally, a minimum content of 0.005% by weight and a maximum content of 0.06% by weight, or more preferably a range of 0.01 to 0.03% by weight is set to delay the excretion of undesirably coarse carbides.
  • Boron B B delays the austenite transformation, improves the Hot forming properties of steels and increases strength
  • Ca is used to modify non-metallic oxide inclusions, which could otherwise result in undesirable alloy failure due to inclusions in the structure which act as stress concentration sites and weaken the metal composite. Furthermore, Ca improves the
  • the seamless tube thus produced receives a surface refinement, for example by electrolytic galvanizing or hot-dip galvanizing and instead of galvanizing or additively a coating on an organic or inorganic basis.
  • the coating systems may be, for example, organic coatings, plastic coatings or lacquers or other inorganic coatings such as iron oxide layers.
  • the seamless tube according to the invention is also characterized by an increased resistance to delayed fracture and to hydrogen embrittlement. This is achieved mainly by a precipitation of molybdenum carbide, which acts as a hydrogen trap.
  • the steel has a high resistance to
  • Liquid metal embrittlement (LME) during welding Liquid metal embrittlement (LME) during welding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes Rohr aus einem mittelmanganhaltigen Stahl, aufweisend einen TRIP-und/oder TWIP-Effekt bei Verformung, mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gewichts-%: C: 0,0005 bis 0,9; Mn: 4 bis 12, P: < 0,1, S: <0,1, N: <0,1, Rest Eisen einschließlich unvermeidbarer stahlbegleitender Elemente, mit optionaler Zulegierung von einem oder mehreren der folgenden Elemente: Al, Si,Cr, Ni, Nb, V, Ti, Mo, Sn, Cu, W, Co, Zr,Ta, Te, Sb, B,Ca, aufweisend ein Gefüge bestehend aus 5 bis 90 Vol.-% Austenit, weniger als 40 Vol.-% Ferrit und/oder Bainit und Rest Martensit. Dieses nahtlos hergestellte und halbwarmumgeformte Rohr ist kostengünstig herstellbar und weist eine gute Eigenschaftskombination aus Festigkeit und Bruchdehnung sowie eine gute Restzähigkeit sowie einen TRIP-und/oder TWIP-Effekt auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres.

Description

Nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes Rohr aus einem mittelmanganhaltigen Stahl und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes Rohr aus einem mittelmanganhaltigen Stahl mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein nahtlos hergestelltes und
halbwarmumgeformtes Rohr aus einem mittelmanganhaltigen Stahl, welches eine gute Kombination von Festigkeit und Bruchdehnung sowie eine gute Restzähigkeit und außerdem einen TRIP (TRansformation Induced Plasticity)- und/oder TWIP (TWinning Induced Plasticity )-Effekt aufweist.
Die grundsätzlichen Verfahrensschritte zur Herstellung nahtloser Stahlrohre werden beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 052 178 A1 beschrieben. Danach wird ausgehend von einem auf Umformtemperatur befindlichen massiven Block in einem ersten Umformschritt durch Lochen ein dickwandiger Hohlblock erzeugt, der anschließend in einem zweiten Umformschritt durch Walzen unter Veränderung des Durchmessers und der Wanddicke zu einem Vorrohr (Luppe) gestreckt und woraus in einem anschließenden dritten Umformschritt durch
Reduzierwalzen (Fertigwalzen) ein Fertigrohr erzeugt wird.
Nahtlos hergestellte Rohre aus einem manganhaltigen Stahl für Airbags sind zum Beispiel aus der Offenlegungsschrift DE 100 22 462 A1 bekannt. Der Stahl weist eine hohe Festigkeit mit folgender Legierungszusammensetzung in Gewichts-% auf: ungefähr 0,07 bis ungefähr 0,15 C, ungefähr 1 bis ungefähr 2 Mn, weniger als ungefähr 0,02 P, weniger als ungefähr 0,015 S, ungefähr 0,5 bis ungefähr 2,10 Cr, ungefähr 0,2 bis ungefähr 1 ,0 Ni, ungefähr 0,2 bis ungefähr 0,7 Mo, weniger als ungefähr 0,65 Cu, weniger als ungefähr 0,25 Restelemente und das Restgewicht der Zusammensetzung Fe. Über einen TRIP- und/oder TRIP-Effekt wird nichts offenbart.
Auch ist aus dem deutschen Patent DE 39 35 965 C1 die Verwendung eines Stahls als Werkstoff zur Herstellung von Rohren zur Verstärkung von Kraftfahrzeugtüren bekannt. Der verwendete Stahl weist neben Eisen und üblichen Verunreinigungen folgende Zusammensetzung in Gewichts% auf: C: 0,15 bis 0,25; Mn: 3,4 bis 6,1 ; Ni: 0 bis 1 ,0; Cr: 0 bis 1 ,0; Mo: 0 bis 1 ,0; V: 0 bis 0,15; P: max. 0,03; S: max. 0,03; Si: max. 0,6; AI: max. 0,05. Auch muss folgende Beziehung für die Summe einiger der Legierungsanteile erfüllt sein: Mn + Ni + Cr + Mo + 10 x V > 4,5 Gewichts%. Die Offenlegungsschrift WO 99/01585 offenbart einen austenitischen Leichtbaustahl mit TRIP- und TWIP-Eigenschaften, welcher neben Eisen und üblichen
Stahlbegleitelementen in Masse-% enthält: Si: 1 bis 6, AI: 1 bis 8, wobei AI + Si < 12 und Mn: 10 bis 30. Ein Stahl mit dieser Zusammensetzung ist insbesondere gut kaltumformbar und gut tiefziehfähig und kann für Bleche für Cryogen-Behälter oder Rohrleitungen verwendet werden.
Die Offenlegungsschrift JP H 052 631 94 A beschreibt ein verschleißbeständiges, doppelwandiges Stahlrohr aus einem hochmanganhaltigen Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen die folgenden Elemente enthält: C: 0,5 bis 1 ,2%; Si: < 1 %; Mn: 10 bis 25%, N: < 0,3%; gelöstes AI: < 1 %.
Ferner sind in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 013 1 13 A1 bereits sogenannte TRIP-Stähle beschrieben, die ein überwiegend ferritisches Grundgefüge mit eingelagertem Restaustenit aufweisen, der während einer Umformung zu
Martensit umwandeln kann (TRIP-Effekt). Wegen seiner starken Kaltverfestigung erreicht der TRIP-Stahl hohe Werte der Gleichmaßdehnung und Zugfestigkeit. Zum Einsatz kommen TRIP-Stähle u. a. in Struktur-, Fahrwerks- und crashrelevanten Bauteilen von Fahrzeugen, als Blechplatinen, sowie als geschweißte Platinen. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 020 757 A1 sind neben TRIP-Stählen auch austenitische TWIP-Stähle (Twinning Induced Plasticity) bekannt, bei denen bei plastischer Kaltverformung eine intensive Zwillingsbildung stattfindet. Dieser Vorgang verfestigt den Stahl, wobei die Verfestigung schon bei geringer Belastung (ab 300 MPa) stattfindet und die Bruchdehnung über 60 % liegt. Der TWIP-Stahl besitzt einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,6 Gewichts-%. Als Legierungselemente kommen Mn (25 bis 30%), AI und Si (bis 2%) zum Einsatz.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes Rohr anzugeben, welches kostengünstig herstellbar ist und eine gute Eigenschaftskombination aus Festigkeit und Bruchdehnung sowie eine gute Restzähigkeit sowie einen TRIP- und/oder TWIP- Effekt aufweist. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres angegeben werden. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes Rohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres wird mit den Merkmalen des Anspruchs 25 angegeben.
Erfindungsgemäß bietet ein nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes Rohr aus einem mittelmanganhaltigen Stahl, aufweisend einen TRIP- und/oder TW IP-Effekt bei Verformung, mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gewichts-%: C: 0,0005 bis 0,9; Mn: 4 bis 12, P: < 0,1 , S: <0,1 , N: <0,1 , Rest Eisen einschließlich unvermeidbarer stahlbegleitender Elemente, mit optionaler Zulegierung von einem oder mehreren der folgenden Elemente: AI, Si, Cr, Ni, Nb, V, Ti, Mo, Sn, Cu, W, Co, Zr, Ta, Te, Sb, B, aufweisend ein Gefüge bestehend aus 10 bis 90 Vol.-% Austenit, weniger als 40 Vol.-% Ferrit und/oder Bainit und Rest Martensit, eine hervorragende Kombination von Festigkeits-, Dehnungs- und Zähigkeitseigenschaften.
Außerdem ist die Herstellung dieses erfindungsgemäßen nahtlosen Rohres aus manganhaltigem Stahl mit mittlerem Mangangehalt (medium manganese steel oder MMnS) auf der Basis der Legierungselemente C und Mn sehr kostengünstig. Der Stahl weist vorteilhaft einen TRI P/TW IP-Effekt bei Verformung bzw. Umformung auf, wodurch sich in Kombination mit den optional zulegierten Elementen ein sehr breites Feld von Eigenschaftskombinationen der mechanischen Eigenschaften ergibt:
0,2 % Dehngrenze Rp0,2: 450 - 1 150 MPa
Zugfestigkeit Rm: 500 - 2100 MPa
Bruchdehnung A80: > 4 bis 45 %, wobei höheren Zugfestigkeiten tendenziell geringere Bruchdehnungen und umgekehrt zuzurechnen sind.
Für das Produkt aus Zugfestigkeit Rm und Bruchdehnung A80 ergeben sich dabei folgende Werte:
Rm von 500 bis 800 MPa: Rm x A80 > 15400 bis 50000 MPa% - Rm von über 800 bis 900 MPa: Rm x A80 > 14400 bis 50000 MPa% Rm von über 900 bis 1200 MPa: Rm x A80 > 13200 bis 45000 MPa%
Rm von über 1200 bis 1400 MPa Rm x A80 > 1 1200 bis 42000 MPa%
Rm von über 1400 bis 1800 MPa Rm x A80 > 10000 bis 40000 MPa%
Rm von über 1800 MPa: Rm x A80 > 7200 bis 24000 MPa%
Erfindungsgemäße nahtlose Rohre können vorteilhaft mit folgenden
Verfahrensschritten erzeugt werden:
- Erschmelzen einer Stahlschmelze enthaltend in Gewichts-%: C: 0,0005 bis 0,9; Mn: 4 bis 12, P: < 0,1 , S: <0,1 , N: <0,1 , Rest Eisen einschließlich unvermeidbarer stahlbegleitender Elemente, mit optionaler Zulegierung von einem oder mehreren der folgenden Elemente: AI, Si, Cr, Ni, Nb, V, Ti, Mo, Sn, Cu, W, Co, Zr, Ta, Te, Sb, B, Ca, über die Prozessroute Hochofen-Stahlwerk oder Elektrolichtbogenofen-Stahlwerk jeweils mit optionaler Vakuumbehandlung der Schmelze;
- Vergießen des Stahls im Rundstranggießverfahren zu einem Strang und Teilen des Strangs in einen Stranggießabschnitt, insbesondere einen massiven Block,
- Erwärmen des Blocks auf eine Umformtemperatur von 700 °C bis 1250 °C,
- Lochen des auf Umformtemperatur befindlichen massiven Blocks zu einem
Hohlblock
- Optional-Wieder-Erwärmen des Hohlblocks vor einem Warmwalzen auf 700 °C bis 1250 °C,
- Warmwalzen zu einem nahtlosen Vorrohr (Luppe), beispielsweise in einem
Stopfenwalzwerk, Schrägwalzwerk, Lösewalzwerk, Diescherwalzwerk,
Asselwalzwerk, Kontiwalzwerk, Pilgerwalzwerk oder einer Stoßbankanlage,
- Optional Zwischenerwärmen zwischen den Walzschritten auf eine Temperatur von 60 °C bis 1250 °C
- Optionales Beizen des Rohres,
- Optional Nachwalzen oder Kalibrierwalzen oder sonstige anschließende Umformung des Rohres beispielsweise Ziehen mittels Reduzierring, Aufweiten oder
Innenhochdruckumformen, bevorzugt bei einer Temperatur von 60 °C bis unterhalb Ac3-Temperatur, weiterhin bevorzugt 60 °C bis 450 °C und insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur von 100 bis 350 °C,
- Optional Ausnutzen des TRIP-Effektes beim Umformen von Raumtemperatur bis unter 60 °C zur Erzielung einer höheren Festigkeit,
- Optional Ausnutzen des TWIP-Effektes durch ein abschließendes Umformen in einem Temperaturbereich von 60 °C bis 450 °C, insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur von 100 bis 350 °C zur Erzielung einer höheren Restbruchdehnung und höheren Streckgrenze,
- Optional abschließendes Wärmebehandeln bei 400 °C bis 900 °C für 1 min bis 24 h in einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Glüheinrichtung, wobei kürzere Zeiten tendenziell höheren Temperaturen zugeordnet werden und umgekehrt,
- Optional Weiterverarbeiten des nahtlosen Rohres zu einem Bauteil mittels
Innenhochdruckumformung, Halbwarmumformung oder Halbwarm- Innenhochdruckumformung. Im Zusammenhang mit dem vorgenannten Verfahren wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die als optional angegeben Verfahrensschritte alle oder jede Unterkombination hiervon auch zwingend in dem Verfahren vorgesehen werden können. Das nahtlose Rohr kann beispielsweise mit folgendem Ablauf gefertigt werden:
Fertigung eines Hohlblocks aus einem massiven Block, anschließendes Elongieren (Strecken) des Hohlblocks zu einem dickwandigen Vorrohr (Luppe) und anschließend Fertigwalzen der Luppe zum einem Rohr mit den geforderten Endabmessungen. Unter einem massiven Block (round cast bar) wird im Wesentlichen ein durch Rundstrangguss hergestellter Stranggussabschnitt verstanden, der bereits eine gewünschte Länge aufweist.
Durch das optionale Umformen des Rohres bei einer Temperatur von 60 °C bis unterhalb Ac3, bevorzugt 60 °C bis 450 °C und insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur von 100 bis 350 °C (Halbwarmumformung, Halbwarm- Innenhochdruckumformung) können vorteilhaft Verformungszwillinge in das Material eingebracht werden, wodurch die Festigkeit, insbesondere die Streckgrenze, erhöht und das Restumformvermögen größtenteils erhalten bleibt. Eine abschließende Umformung unterhalb 60 °C bewirkt eine Verfestigung des Rohres durch den TRIP- Effekt, wobei das Restumformvermögen abnimmt. Vorteilhaft ist eine Kombination beider Umformungen in der vorgenannten Reihenfolge, da dadurch das
Gesamtumformvermögen im Vergleich zu niedrig legierten Werkstoffen erhöht, bzw. im Vergleich zu sonstigen hochlegierten Werkstoffen, insbesondere Cr, CrNi, CrMn, CrMnNi, CrN, hoch Mn-haltige Stähle (TRIP/TWIP-Stähle) bei geringeren Legierungskosten erhöht wird.
Vorteilhaft kann daher der erfindungsgemäße manganhaltige Stahl für nahtlose Rohre als Substitut für hochlegierte Stähle, insbesondere Cr, CrNi, CrMn, CrMnNi, CrN, hoch Mn-haltige Stähle, insbesondere für chemische Industrie, Lebensmittelindustrie, Automobilindustrie, Luft-und Raumfahrt, Sanitäranwendungen, Maschinen- und Anlagenbau, Konsumgüterindustrie, Leitungs- und Apparatebau eingesetzt werden, wodurch die erzeugten nahtlosen Rohre kostengünstiger herstellbar sind. Die optional zulegierten Elemente weisen vorteilhaft folgende Gehalte in Gewichts-% auf:
AI: 0- 10, vorzugsweise 0,01 - 5, insbesondere bevorzugt > 0,5 - 3
Si: 0 - 6, vorzugsweise 0,05 - 3, insbesondere bevorzugt 0,1 - 1 ,5
Cr: 0 - 6, vorzugsweise 0,1 - 4, insbesondere bevorzugt > 0,5 - 2,5
Ni: 0 - 3, vorzugsweise 0,01 - 0,8, insbesondere bevorzugt 0,01 bis 0,5
Nb: 0 - 1 , vorzugsweise 0,005 - 0,4, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,1
V: 0 - 1 ,5, vorzugsweise 0,005 - 0,6, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,3
Ti: 0 - 1 ,5, vorzugsweise 0,005 - 0,6, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,3
Mo: 0 - 3, vorzugsweise 0,005 - 1 ,5, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,5
Sn: 0 - 0,5, vorzugsweise < 0,2, insbesondere bevorzugt < 0,05
Cu: 0 - 3, vorzugsweise < 0,5, insbesondere bevorzugt < 0,1
W: 0 - 5, vorzugsweise 0,01 - 3, insbesondere bevorzugt 0,2 - 1 ,5
Co: 0 - 8, vorzugsweise 0,01 - 5, insbesondere bevorzugt 0,3 - 2
Zr: 0 - 0,5, vorzugsweise 0,005 - 0,3, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,2
Ta: 0 - 0,5, vorzugsweise 0,005 - 0,3, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,1
Te: 0 - 0,5, vorzugsweise 0,005 - 0,3, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,1
Sb: 0 - 0,5, vorzugsweise 0,005 - 0,06, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,03
B: 0 - 0,15, vorzugsweise 0,001 - 0,08, insbesondere bevorzugt 0,002 - 0,01 Ca: 0 - 0,004
Das erfindungsgemäße nahtlose Rohr weist ein mehrphasiges Gefüge, bestehend aus 5 bis 90 Vol.-% Austenit, weniger als 40 Vol.-% Ferrit und/oder Bainit und Rest Martensit auf. Ein Teil des Martensits liegt als angelassener Martensit vor und ein Teil des Austenits von bis zu 90% kann in Form von Glüh- oder Verformungszwillingen vorliegen. Der Stahl kann optional sowohl einen TRIP-, als auch einen TWIP-Effekt aufweisen, wobei ein Teil des Austenits während einer nachfolgenden
Verformung/EinformungA erarbeitung des nahtlosen Rohres in Martensit umwandeln kann.
Die Verwendung des Begriffs„bis" in den Definitionen der Gehaltsbereiche, wie beispielsweise 0,01 bis 1 Gewichts-%, bedeutet, dass die Eckwerte - im Beispiel 0,01 und 1 - mit eingeschlossen sind.
Legierungselemente werden dem Stahl in der Regel zugegeben, um gezielt bestimmte Eigenschaften zu beeinflussen. Dabei kann ein Legierungselement in verschiedenen Stählen unterschiedliche Eigenschaften beeinflussen. Die Wirkung und Wechselwirkung hängt im Allgemeinen erheblich von der Menge, der Anwesenheit weiterer Legierungselemente und dem Lösungszustand im Werkstoff ab. Die
Zusammenhänge sind vielseitig und komplex. Im Folgenden soll auf die Wirkung der Legierungselemente in der erfindungsgemäßen Legierung näher eingegangen werden. Nachfolgend werden die positiven Effekte der erfindungsgemäß verwendeten Legierungselemente beschrieben:
Kohlenstoff C: C wird benötigt zur Bildung von Karbiden, stabilisiert den Austenit und erhöht die Festigkeit. Höhere Gehalte an C verschlechtern die Schweißeigenschaften und führen zur Verschlechterung der Dehnungs- und Zähigkeitseigenschaften, weshalb ein maximaler Gehalt von weniger als 0,9 Gewichts-% festgelegt wird. Um eine feine Ausscheidung von Karbiden zu erreichen, ist eine Mindestzugabe von 0,0005 Gewichts-% erforderlich.
Mangan Mn: Mn stabilisiert den Austenit, erhöht die Festigkeit und die Zähigkeit und ermöglicht optional eine verformungsinduzierte Martensit- und/oder Zwillingsbildung in der erfindungsgemäßen Legierung. Gehalte kleiner 4 Gewichts-% sind nicht ausreichend zur Stabilisierung des Austenits und verschlechtern somit die
Dehnungseigenschaften, während bei Gehalten von 12 Gewichts-% und mehr der Austenit zu stark stabilisiert wird, somit die verformungsinduzierten Mechanismen TRIP- und TWIP- Effekt nicht ausreichend wirksam werden und dadurch die
Festigkeitseigenschaften, insbesondere die 0,2 % Dehngrenze, verringert werden. Für den erfindungsgemäßen Manganstahl mit mittleren Mangangehalten wird ein Bereich von 5 bis 10 Gewichts-% bevorzugt.
Phosphor P: P ist ein Spuren- oder Begleitelement aus dem Eisenerz und wird im Eisengitter als Substitutionsatom gelöst. Phosphor steigert durch
Mischkristallverfestigung die Härte und verbessert die Härtbarkeit. Es wird allerdings in der Regel versucht, den Phosphorgehalt soweit wie möglich abzusenken, da er unter anderem durch seine geringe Diffusionsgeschwindigkeit stark seigerungsanfällig ist und im hohen Maße die Zähigkeit vermindert. Durch die Anlagerung von Phosphor an den Korngrenzen können Risse entlang der Korngrenzen beim Warmwalzen auftreten. Zudem setzt Phosphor die Übergangstemperatur von zähem zu sprödem Verhalten um bis zu 300 °C herauf. Aus vorgenannten Gründen ist der
Phosphorgehalt auf Werte kleiner 0,1 Gewichts-% begrenzt. Schwefel S: S ist wie Phosphor als Spuren- oder Begleitelement im Eisenerz gebunden oder wird bei der Erzeugung über die Hochofenroute durch Koks eingetragen. Er ist im Stahl im Allgemeinen unerwünscht, da er zu starker Seigerung neigt und stark versprödend wirkt, wodurch die Dehnungs- und
Zähigkeitseigenschaften verschlechtert werden. Es wird daher versucht, möglichst geringe Mengen an Schwefel in der Schmelze zu erreichen (z. B. durch eine
Tiefentschwefelung). Aus vorgenannten Gründen ist der Schwefelgehalt auf werte kleiner 0,1 Gewichts-% begrenzt.
Stickstoff N: N ist ebenfalls ein Begleitelement aus der Stahlherstellung. Er verbessert im gelösten Zustand bei höher manganhaltigen Stählen mit größer oder gleich 4% Gewichts-% Mn die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften. Niedriger Mn-Iegierte Stähle mit weniger als 4 Gewichts-% Mn neigen in Gegenwart von freiem Stickstoff zu einem starken Alterungseffekt. Der Stickstoff diffundiert schon bei geringen
Temperaturen an Versetzungen und blockiert diese. Er bewirkt damit einen
Festigkeitsanstieg verbunden mit einem rapiden Zähigkeitsverlust. Ein Abbinden des Stickstoffes in Form von Nitriden ist beispielsweise durch Zulegieren von Aluminium und/oder Titan sowie Nb, V, B möglich, wobei sich insbesondere Aluminiumnitride negativ auf die Umformeigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung auswirken. Aus vorgenannten Gründen ist der Stickstoffgehalt auf weniger als 0,1 Gewichts-% begrenzt. Aluminium AI: AI verbessert die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften, senkt die spezifische Dichte und beeinflusst das Umwandlungsverhalten der
erfindungsgemäßen Legierung. Gehalte an AI von mehr als 10 Gewichts-%
verschlechtern die Dehnungseigenschaften und bewirken ein überwiegend sprödes Bruchverhalten. Für den erfindungsgemäßen Manganstahl mit mittleren
Mangangehalten wird ein AI-Gehalt von 0,01 bis 5 Gewicht-% bevorzugt, um die Festigkeit bei gleichzeitig guter Dehnung zu erhöhen. Insbesondere Gehalte von > 0,5 bis 3 Gewichts-% ermöglichen ein besonders großes Produkt von Festigkeit und Bruchdehnung.
Silizium Si: Si behindert die Kohlenstoffdiffusion, verringert die spezifische Dichte und erhöht die Festigkeit und die Dehnungs- sowie Zähigkeitseigenschaften. Gehalte von mehr als 6 Gewichts-% verhindern eine Weiterverarbeitung durch Kaltwalzen aufgrund einer Versprödung des Werkstoffs. Daher wird ein maximaler Gehalt von 6 Gewichts-% festgelegt. Optional wird ein Gehalt von 0,05 bis 3 Gewichts-% festgelegt, da Gehalte in diesem Bereich die Umformeigenschaften positiv beeinflussen. Als besonders vorteilhaft für die Umform- und Umwandlungseigenschaften haben sich Si-Gehalte von > 0,1 bis 1 ,5 Gewichts-% herausgestellt.
Chrom Cr: Cr verbessert die Festigkeit und verringert die Korrosionsrate, verzögert die Ferrit- und Perlitbildung und bildet Karbide. Der maximale Gehalt wird mit 6 Gewichts-% festgelegt, da höhere Gehalte eine Verschlechterung der Dehnungseigenschaften und wesentlich höhere Kosten zur Folge haben. Für den erfindungsgemäßen Manganstahl mit mittleren Mangangehalten wird ein Cr-Gehalt von 0,1 bis 4 Gewicht-% bevorzugt, um die Ausscheidung grober Cr-Karbide zu vermindern. Insbesondere Gehalte von > 0,5 bis 2,5 Gewichts-% haben sich als vorteilhaft für die Stabilisierung des Austenits und die Ausscheidung feiner Cr-Karbide erwiesen.
Nickel Ni: Die optionale Zugabe von mindestens 0,01 Gewichts-% Nickel bewirkt eine Stabilisierung des Austenits, verbessert die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften und vermindert die Karbidbildung. Des Weiteren kompensiert Ni bereits in geringen Gehalten eventuelle negative Einflüsse von Cu beim Strangguss. Der maximale Gehalt wird hierbei aus Kostengründen auf 3 Gewichts-% festgelegt. Als besonders wirtschaftlich hat sich ein Maximalgehalt an Ni von bevorzugt 0,8 bzw. insbesondere bevorzugt 0,5 Gewichts-% herausgestellt. Niob Nb: Bei optionaler Zugabe wirkt Nb als Karbidbildner kornfeinend, wodurch gleichzeitig die Festigkeit, Zähigkeit und Dehnungseigenschaften verbessert werden. Gehalte an Nb von über 1 Gewichts-% ergeben keine weiteren Vorteile, weshalb ein Maximalgehalt von 1 Gewichts-% festgelegt wird. Optional wird ein Mindestgehalt von 0,005 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 0,4 Gewichts-%, bzw. insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,01 bis 0,1 Gewichts-% festgelegt, um eine möglichst effiziente Ausscheidung feiner Karbiden zu erreichen.
Vanadium V: Bei optionaler Zugabe wirkt V als Karbidbildner kornfeinend, wodurch gleichzeitig die Festigkeit, Zähigkeit und Dehnungseigenschaften verbessert werden. Gehalte an V von über 1 ,5 Gewichts-% ergeben keine weiteren Vorteile, weshalb ein Maximalgehalt von 1 ,5 Gewichts-% festgelegt wird. Optional wird ein Mindestgehalt von 0,005 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 0,6 Gewichts-%, bzw.
insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,01 bis 0,3 Gewichts-% festgelegt, um eine möglichst effiziente Ausscheidung feiner Karbiden zu erreichen.
Titan Ti: Bei optionaler Zugabe von Titan wirkt Ti als Karbidbildner kornfeinend, wodurch gleichzeitig die Festigkeit, Zähigkeit und Dehnungseigenschaften verbessert werden. Des Weiteren vermindert Ti die interkristalline Korrosion. Gehalte an Ti von über 1 ,5 Gewichts-% verschlechtern die Dehnungseigenschaften, weshalb ein Maximagehalt an Ti von 1 ,5 Gewichts-% festgelegt wird. Optional wird ein
Mindestgehalt von 0,005 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 0,6 Gewichts-%, bzw. insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,01 bis 0,3 Gewichts-% festgelegt, um eine möglichst effiziente Ausscheidung feiner Karbiden zu erreichen. Molybdän Mo: Mo wirkt als Karbidbildner, erhöht die Festigkeit und erhöht den Widerstand gegenüber wasserstoffinduzierter verzögerter Rissbildung und
Wasserstoffversprödung. Gehalte an Mo von über 3 Gewichts-% verschlechtern die Dehnungseigenschaften, weshalb ein Maximalgehalt von 3 Gewichts-% festgelegt wird. Als vorteilhaft in Bezug auf eine Festigkeitssteigerung in Kombination mit möglichst geringen Kosten hat sich ein Gehalt an Mo von 0,005 bis 1 ,5 Gewichts-%, bzw. insbesondere vorteilhaft ein Gehalt an Mo von 0,01 bis 0,5 Gewichts-%, erwiesen.
Zinn Sn: Sn steigert die Festigkeit, reichert sich jedoch, ähnlich Kupfer, bei höheren Temperaturen unter der Zunderschicht und an den Korngrenzen an. Es führt durch Eindringen in die Korngrenzen zur Bildung niedrig schmelzender Phasen und damit verbunden zu Rissen im Gefüge und zu Lotbrüchigkeit, weshalb optional ein
Maximalgehalt von kleiner 0,5 Gewichts-%, bevorzugt < 0,2 Gewichts-% und insbesondere bevorzugt < 0,05 Gewichts-% vorgesehen wird.
Kupfer Cu: Cu verringert die Korrosionsrate und steigert die Festigkeit. Gehalte von größer 3 Gewichts-% verschlechtern die Herstellbarkeit durch Bildung niedrig schmelzender Phasen beim Vergießen und Warmwalzen, weshalb zur Steigerung der Festigkeit ein Maximalgehalt von 3 Gewichts-% festgelegt wird. Zur Verbesserung der Vergießbarkeit wird ein Gehalt < 0,5 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt < 0,1 Gewichts-% festgelegt.
Wolfram W: W wirkt als Karbidbildner und erhöht die Festigkeit. Gehalte an W von über 5 Gewichts-% verschlechtern die Dehnungseigenschaften, weshalb ein
Maximalgehalt von 5 Gewichts-% W festgelegt wird. Optional wird ein Minimalgehalt von 0,01 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 3 Gewichts-%, bzw. insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,2 bis 1 ,5 Gewichts-% festgelegt, um eine möglichst effiziente Ausscheidung feiner Karbiden zu erreichen. Kobalt Co: Co erhöht die Festigkeit des Stahls und stabilisiert den Austenit. Gehalte von über 8 Gewichts-% verschlechtern die Dehnungseigenschaften, weshalb optional ein Maximalgehalt von 8 Gewichts-% festgelegt wird. Bevorzugt wird ein optionaler Mindestgehalt von 0,01 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 5 Gewichts-%, bzw. insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,3 bis 2 Gewichts-% vorgesehen, welcher neben den Festigkeitseigenschaften insbesondere die Austenitstabilität vorteilhaft beeinflusst.
Zirkonium Zr: Zr wirkt als Karbidbildner und verbessert die Festigkeit. Gehalte an Zr von über 0,5 Gew-% verschlechtern die Dehnungseigenschaften, weshalb ein Maximalgehalt von 0,5 Gewichts-% festgelegt wird. Um eine Ausscheidung von Karbiden zu ermöglichen, wird ein optionaler Minimalgehalt von 0,005 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 0,3 Gewichts-%, bzw. insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,01 bis 0,2 Gewichts-% festgelegt. Tantal Ta: Ta wirkt ähnlich wie Niob als Karbidbildner kornfeinend und verbessert dadurch gleichzeitig die Festigkeit, Zähigkeit und Dehnungseigenschaften. Gehalte von über 0,5 Gewichts-% bewirken keine weitere Verbesserung der Eigenschaften. Daher wird optional ein Maximalgehalt von 0,5 Gewichts-% festgelegt. Bevorzugt werden ein Minimalgehalt von 0,005 und ein Maximagehalt von 0,3 Gewichts-% festgelegt, in welchem die Kornfeinung vorteilhaft bewirkt werden kann. Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Optimierung der Kornfeinung wird insbesondere bevorzugt ein Gehalt von 0,01 Gewichts-% bis 0,1 Gewichts-% angestrebt. Tellur Te: Te verbessert die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften sowie die Bearbeitbarkeit. Des Weiteren erhöht Te die Festigkeit von Mangansulfiden (MnS), welches dadurch beim Warm- und Kaltwalzen weniger stark in Walzrichtung gestreckt wird. Gehalte oberhalb 0,5 Gewichts-% verschlechtern die Dehnungs- und Zähigkeitseigenschaften, weshalb ein Maximalgehalt von 0,5 Gewichts-% festgelegt wird. Optional wird ein Minimalgehalt von 0,005 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 0,3 Gewichts-% festgelegt, welche mechanischen Eigenschaften vorteilhaft verbessern und die Festigkeit vorhandener MnS erhöht. Weiterhin wird ein Minimalgehalt von 0,01 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 0,1 Gewichts-% bevorzugt, welche eine Optimierung der mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Reduktion der Legierungskosten ermöglichen.
Antimon Sb: Sb verzögert die Kohlenstoffdiffusion und die Karbidausscheidung und lagert sich an den Korngrenzen an. Gehalte oberhalb 0,5 Gewichts-% verringern die Dehnungs- und Zähigkeitseigenschaften deutlich, weshalb ein Maximalgehalt von 0,5 Gewichts-% festgelegt wird. Optional wird Minimalgehalt von 0,005 Gewichts-% und ein Maximalgehalt von 0,06 Gewichts-%, bzw. insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,01 bis 0,03 Gewichts-% festgelegt, um die Ausscheidung unerwünscht grober Karbide zu verzögern. Bor B: B verzögert die Austenitumwandlung, verbessert die Warmumformeigenschaften von Stählen und erhöht die Festigkeit bei
Raumtemperatur. Es entfaltet seine Wirkung bereits bei sehr geringen
Legierungsgehalten. Gehalte oberhalb 0,15 Gewichts-% verschlechtern die
Dehnungs- und Zähigkeitseigenschaften zunehmend, weshalb der Maximalgehalt auf 0,15 Gewichts-% festgelegt wird. Optional wird ein Minimalgehalt von 0,001 Gewichts- % und ein Maximalgehalt von 0,08 Gewichts-%, bzw. insbesondere bevorzugt eine Spanne von 0,002 bis 0,01 Gewichts-% festgelegt, um die festigkeitssteigernde Wirkung von Bor vorteilhaft zu nutzen. Kalzium Ca: Ca wird zur Modifikation nichtmetallischer oxidischer Einschlüsse genutzt, welche sonst zu einem unerwünschten Versagen der Legierung durch Einschlüsse im Gefüge, welche als Spannungskonzentrationsstellen wirken und den Metallverbund schwächen, führen könnten. Des Weiteren verbessert Ca die
Homogenität der erfindungsgemäßen Legierung. Gehalte von oberhalb 0,004
Gewichts-% Ca ergeben keinen weiteren Vorteil bei der Einschlussmodifikation, verschlechtern die Herstellbarkeit und sind aufgrund des hohen Dampfdrucks von Ca in Stahlschmelzen zu vermeiden. Daher ist ein optionaler Maximalgehalt von 0,004 Gewichts-% vorgesehen. In einer vorteilhaften Weiterbildung erhält das so hergestellte nahtlose Rohr eine Oberflächenveredelung, beispielsweise durch elektrolytisches Verzinken oder Feuerverzinken sowie anstelle der Verzinkung oder additiv eine Beschichtung auf organischer oder anorganischer Basis. Die Beschichtungssysteme können zum Beispiel organische Beschichtungen, Kunststoffbeschichtungen oder Lacke oder anderweitige anorganische Beschichtungen wie beispielsweise Eisenoxidschichten sein.
Das erfindungsgemäße nahtlose Rohr zeichnet sich außerdem durch einen erhöhten Widerstand gegenüber verzögerter Rissbildung (delayed fracture) und gegenüber Wasserstoffversprödung (hydrogen embrittlement) aus. Dies wird vorwiegend durch eine Ausscheidung von Molybdänkarbid erreicht, welches als Wasserstofffalle (trap) fungiert. Zudem weist der Stahl einen hohen Widerstand gegenüber
Flüssigmetallversprödung (LME) beim Schweißen auf.

Claims

Patentansprüche
1. Nahtlos hergestelltes und halbwarmumgeformtes Rohr aus einem
mittelmanganhaltigen Stahl, aufweisend einen TRIP- und/oder TW IP-Effekt bei Verformung, mit folgender chemischer Zusammensetzung in Gewichts-%: C: 0,0005 bis 0,9; Mn: 4 bis 12, P: < 0,1 , S: <0,1 , N: <0,1 , Rest Eisen einschließlich
unvermeidbarer stahlbegleitender Elemente, mit optionaler Zulegierung von einem oder mehreren der folgenden Elemente: AI, Si, Cr, Ni, Nb, V, Ti, Mo, Sn, Cu, W, Co, Zr, Ta, Te, Sb, B, Ca, aufweisend ein Gefüge bestehend aus 5 bis 90 Vol.-% Austenit, weniger als 40 Vol.-% Ferrit und/oder Bainit und Rest Martensit.
2. Rohr nach Anspruch 1 , aufweisend einen Gehalt an Mn von 5 bis 10 Gewichts-%.
3. Rohr nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend einen Gehalt an AI von bis zu 10 Gewichts-%, vorzugsweise 0,01 - 5 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt > 0,5 - 3 Gewichts-%.
4. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend einen Gehalt an Si von bis zu 6 Gewichts-%, vorzugsweise 0,05 - 3 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,1 - 1 ,5 Gewichts-%.
5. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend einen Gehalt an Cr von bis zu 6 Gewichts-%, vorzugsweise 0,1 - 4 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt > 0,5 - 2,5 Gewichts-%.
6. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend einen Gehalt an Ni von bis zu 3 Gewichts-%, vorzugsweise 0,01 - 0,8 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,5 Gewichts-%.
7. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend einen Gehalt an Nb von bis zu 1 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 0,4 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,1 Gewichts-%.
8. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend einen Gehalt an V von bis zu 1 ,5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 0,6 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,3 Gewichts-%.
9. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend einen Gehalt an Ti von bis zu 1 ,5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 0,6 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,3 Gewichts-%.
10. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend einen Gehalt an Mo von bis zu 3 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 1 ,5 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,5 Gewichts-%.
1 1. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend einen Gehalt an Sn von bis zu 0,5 Gewichts-%, vorzugsweise < 0,2 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt <0,05 Gewichts-%.
12. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , aufweisend einen Gehalt an Cu von bis zu 3 Gewichts-%, vorzugsweise < 0,5 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt <0,1 Gewichts-%.
13. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend einen Gehalt an W von bis zu 5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,01 - 3 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,2 - 1 ,5 Gewichts-%.
14. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend einen Gehalt an Co von bis zu 8 Gewichts-%, vorzugsweise 0,01 - 5 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,3 - 2 Gewichts-%.
15. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend einen Gehalt an Zr von bis zu 0,5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 0,3 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,2 Gewichts-%.
16. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend einen Gehalt an Ta von bis zu 0,5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 0,3 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,1 Gewichts-%.
17. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, aufweisend einen Gehalt an Te von bis zu 0,5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 0,3 Gewichts-%,
insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,1 Gewichts-%.
18. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, aufweisend einen Gehalt an Sb von bis zu 0,5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,005 - 0,06 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,01 - 0,03 Gewichts-%.
19. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, aufweisend einen Gehalt an B von bis zu 0,15 Gewichts-%, vorzugsweise 0,001 - 0,08 Gewichts-%, insbesondere bevorzugt 0,002 - 0,01 Gewichts-%.
20. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, aufweisend einen Gehalt an Ca von bis zu 0,004 Gewichts-%.
21 . Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge einen Austenitanteil von 5 bis 90 Vol.-% und einen Ferrit- bzw. Bainit-Anteil von unter 10 Vol.-%, Rest Martensit aufweist.
22. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil von bis zu 90 % des Austenits in Form von Glüh- oder
Verformungszwillingen vorliegen.
23. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl eine Dehngrenze Rp0,2 von 450 bis 1 150 MPa, eine Zugfestigkeit Rm von 500 bis 2100 MPa und eine Bruchdehnung A80 von mehr als 4 bis 45% aufweist.
24. Rohr nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr metallisch, anorganisch oder organisch beschichtet ist und optional auf die Beschichtung eine oder mehrere weitere metallische, sonstige anorganische oder organische Beschichtungen aufgebracht sind.
25. Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Rohres mit folgenden
Verfahrensschritten:
- Erschmelzen einer Stahlschmelze enthaltend in Gewichts-%: C: 0,0005 bis 0,9; Mn: 4 bis 12, P: < 0,1 , S: <0,1 , N: <0,1 , Rest Eisen einschließlich unvermeidbarer stahlbegleitender Elemente, mit optionaler Zulegierung von einem oder mehreren der folgenden Elemente: AI, Si, Cr, Ni, Nb, V, Ti, Mo, Sn, Cu, W, Co, Zr, Ta, Te, Sb, B, Ca über die Prozessroute Hochofen-Stahlwerk oder Elektrolichtbogenofen-Stahlwerk jeweils mit optionaler Vakuumbehandlung der Schmelze;
- Vergießen des Stahls im Rundstranggiessverfahren zu einem Strang und Teilen des Strangs in massive Blöcke,
- Erwärmen des Blocks auf eine Umformtemperatur von 700 °C bis 1250 °C,
- Lochen des auf Umformtemperatur befindlichen massiven Blocks zu einem
Hohlblock,
- Optional Wieder-Erwärmen des Hohlblocks vor einem Warmwalzen auf 700 °C bis 1250 °C,
- Warmwalzen zu einem nahtlosen Rohr, beispielsweise in einem Stopfenwalzwerk, Schrägwalzwerk, Lösewalzwerk, Diescherwalzwerk, Asselwalzwerk, Kontiwalzwerk, Pilgerwalzwerk oder einer Stoßbankanlage, wobei mindestens ein oder mehrere letzte Walzschritte bei einer Temperatur von 60 °C bis unterhalb der Ac3-Temperatur, bevorzugt 60 °C bis 450 °C, besonders bevorzugt von 100 °C bis 350 °C unter bevorzugter Ausnutzung des TWIP-Effekts erfolgen,
- Optional Zwischenerwärmen zwischen den Walzschritten auf eine Temperatur von 60 °C bis 1250 °C,
- Optionales Beizen des Rohres,
- Optional Nachwalzen oder Kalibrierwalzen oder sonstige anschließende Umformung des Rohres beispielsweise Ziehen mittels Reduzierring, Aufweiten oder
Innenhochdruckumformen, bevorzugt bei einer Temperatur von 60 °C bis unterhalb Ac3-Temperatur, weiterhin bevorzugt 60 °C bis 450 °C und insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur von 100 bis 350 °C,
- Optional Ausnutzen des TRIP-Effektes beim Umformen von Raumtemperatur bis unter 60 °C zur Erzielung einer höheren Festigkeit,
- Optional Ausnutzen des TWIP-Effektes durch ein abschließendes Umformen in einem Temperaturbereich von 60 °C bis 450 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 100 bis 350 °C zur Erzielung einer höheren Restbruchdehnung und höheren Streckgrenze,
- Optional abschließendes Wärmebehandeln bei 400 °C bis 900 °C für 1 min bis 24 h in einer kontinuierlichen oder stationären Glüheinrichtung, wobei kürzere Zeiten tendenziell höheren Temperaturen zugeordnet werden und umgekehrt,
- Optional Weiterverarbeiten des nahtlosen Rohres zu einem Bauteil mittels
Innenhochdruckumformung, Halbwarmumformung oder Halbwarm- Innenhochdruckumformung.
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