DE1275559B

DE1275559B - Verfahren zur Herstellung von Stahl hoher Zugfestigkeit und Kerbschlagzaehigkeit

Info

Publication number: DE1275559B
Application number: DEY368A
Authority: DE
Inventors: Susumu Goda; Sadayoshi Morita; Makoto Sato Yawata
Original assignee: Yawata Seitetsu KK
Current assignee: Yawata Seitetsu KK
Priority date: 1958-08-25
Filing date: 1959-08-25
Publication date: 1968-08-22

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WZW PATENTAMT Int. Cl.:

C21d

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

Deutsche KL: 18 c-1/00

P 12 75 559.8-24 (Y 368)

25. August 1959

22. August'1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl hoher Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit.

Es ist bekannt, daß gute Kerbschlagzähigkeitsund Zugfestigkeitseigenschaften gewalzter Baustähle mit zu den wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Stahlkonstruktionen, insbesondere von geschweißten Bauwerken aus Stahl gehören.

Es wurden daher zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Stählen eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen: So behandelt die deutsche Patentschrift 926074 ein Verfahren, bei welchem Stahl mit Wasser oder einem anderen Medium von einer Temperatur unmittelbar oberhalb des Umwandlungspunktes abgeschreckt wird.

Nach der britischen Patentschrift 252420 werden Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,28 bis 0,3% auf einen Temperaturbereich von 800 bis 900⁰C erhitzt und anschließend in Luft, öl oder Wasser abgekühlt. Ein Halten der Stähle während eines bestimmten Zeitraumes bei einer bestimmten Temperatur wird jedoch nicht erwähnt.

Nach der deutschen Patentschrift 881 354 werden Stähle neben anderen Maßnahmen über einen Zeitraum von 30 Minuten bei einer Temperatur von 690⁰C einer Wärmebehandlung unterworfen. Bei allen diesen Verfahren wird jedoch keinesfalls eine für die Verbesserung der Zugfestigkeits- und Kerbschlagzähigkeitseigenschaften günstige Ferrit- und Perlitstruktur erhalten.

Das nachstehend beschriebene, erfindungsgemäße Vergütungsverfahren zeigt nun auf, daß bei einer ganz bestimmten Reihenfolge von Zeit- und Temperaturbedingungen überraschenderweise gewisse Stähle in solche mit hervorragenden mechanischen Eigenschäften übergeführt werden können.

Es wurde nun gefunden, daß man Stahl von hoher Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit dadurch erhält, daß der Stahl innerhalb des Temperaturbereiches über einen Bereich von mehr als 100° C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 1 bis 10°C/Sekunde abgekühlt, auf einer Temperatur von 350 bis 650⁰C über einen Zeitraum von 30 bis 90 Minuten gehalten und anschließend an der Luft abgekühlt wird.

Durch dieses Glühen bei niedriger Temperatur kann man ausgezeichnete Eigenschaften des Stahls hinsichtlich Kerbschlagzähigkeit und Dehnung erzielen, wie sie bisher durch das Verfahren der beschleunigten Kühlung entweder nach dem Walzen oder nach dem Normalglühen nicht zu erreichen waren.

Vor kurzem haben J. H. Gross, E. M. Ko U-Verf ahren zur Herstellung von Stahl hoher
Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit

Anmelder:

Yawata Seitetsu Kabushiki Kaisha

(Yawata Iron and Steel Company Limited), Tokio

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. J. Berg,

Patentanwalt, 8000 München 2, Hilblestr. 20

Als Erfinder benannt:

Sadayoshi Morita,

Susumu Goda,

Makoto Sato Yawata, Fukuoka (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 25. August 1958 (24 041)

camp und R. D. S t ο u t im Welding Journal, 37 (1958), Nr.4, 160-8, und A. I. Rubin, J. H. Gr oss und R. D. Stout im Welding Journal, 38 (1959), Nr. 4, 182-S, die Verwendung des Abspritzabschrekkens für Druckgefäßbaustähle großen Querschnitts vorgeschlagen, um die Abkühlgeschwindigkeit zu erhöhen, wodurch sie infolge der beschleunigten Abkühlung die Festigkeit und insbesondere die Kerbschlagzähigkeit der Stahlplatten von 101,6 mm für Druckgefäße verbessern konnten, vorausgesetzt allerdings, daß auf die Behandlung ein Spannungsfreiglühen oder Anlassen bei einer Temperatur von über 620⁰C erfolgte. Die obige B6handlung besteht jedoch in der Anwendung des Abspritzabschreckens innerhalb der Betriebstemperaturen von der Austenitbildung bis zur Zimmertemperatur, und das Gefüge des auf diese Weise erhaltenen Stahls zeigt nicht immer nur Perlit allein, also zum Unterschiede von der vorliegenden Erfindung, sondern das eines gehärteten Gefüges im Falle legierter Stähle, wobei die Kerbschlagzähigkeit des Stahls durch Härten und Anlassen verbessert wird. Außerdem sieht die obige Behandlung wegen des Abspritzabschreckens bis auf Zimmertemperatur nur ein Abkühlen unterhalb einer Temperatur von rund 705°C vor; auf ein Abkühlen bei verhältnismäßig hoher Temperatur, wie es die vorliegende Erfindung ins Auge faßt, wird dort nicht Bezug genommen. Demzufolge ist bei dem Abkühl-

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verfahren der vorliegenden Erfindung die Abkühlgeschwindigkeit bei erhöhter Temperatur so wichtig, daß der Betriebstemperaturbereich der Ferrit- und Perlitumwandlung sehr rasch durch beschleunigtes Abkühlen abgekühlt wird unter Bildung eines Gefüges von entweder feinem Ferrit und Perlit oder Ferrit, Perlit und etwas oberem Bainit. Hernach werden die Karbide dieses Gefüges durch Glühen bei niedriger Temperatur zu Sphäroidit umgewandelt.

Die Temperatur, bei welcher die beschleunigte Abkühlung beendet ist, soll vorzugsweise bei etwa 700⁰C liegen. Bei Stahlplatten großen Querschnitts besteht jedoch ein Temperaturgefälle zwischen der Oberfläche der Platten und dem Kern derselben. So ist beispielsweise bei einer Stahlplatte von 50 mm Stärke die Temperatur an der Oberfläche um etwa 100 bis 150⁰C höher als im Kern derselben. Daraus ergibt sich, daß man die Oberfläche der Stahlplatte

Bei der üblichen Wärmebehandlung; wie z. B. io auf eine Temperatur bis herunter zu 600° C kühlen beim Martempering und beim Austempering bzw. muß, um bei dem Kern derselben eine Temperatur der Zwischenstufenvergütung ist die Abkühlgeschwin- von 700⁰C zu erreichen. Vermutlich ist es schwer, digkeit zur Zeit des Abschreckens so erheblich viel an einer Stahlplatte einen Ausgleichvorgang vorschneller gegenüber der vorliegenden Erfindung, daß zunehmen, wenn die Temperatur der Oberfläche eine derartige Wärmebehandlung für die Weiter- i₅ derselben eine Höhe von 600° C erreicht hat, aber in behandlung bzw. Verarbeitung großer Baustahlquer- der Tat wird die Oberfläche infolge der hohen Tempeschnitte und von Stählen hoher Zugfestigkeit nicht ratur des Kerns wieder erhitzt, wodurch die Schwieriganwendbar ist. Bei der Zwischenstufenvergütung ist keit des Ausgleichvorganges vermieden wird,
das Gefüge des Stahls unmittelbar nach dem Härten Was den Temperaturbereich des Glühens bei

immer noch das des Austenits, welcher allmählich ₂o niedriger Temperatur anbelangt, so ist die Anlaßdurch die nachfolgende Haltetemperatur zu Bainit temperatur, wie sie von J. N. Gross, E. M. Kottumgeformt werden soll. Das Endziel richtet sich auf camp und R. D. S t ο u t in dem vorerwähnten die Bildung eines Gefüges, das in der Hauptsache Artikel vorgeschlagen wird, eine ziemlich hohe Tempeaus Bainit besteht. Weiterhin wird beim Martempering ratur, entweder rund 620⁰C oder rund 730⁰C, und der Stahl direkt auf eine Temperatur unterhalb der 25 damit gänzlich verschieden von der erfindungs-Ms-Temperatur abgeschreckt, um sich bei der kon- gemäßen Wärmebehandlungstechnik. Augenscheinstanten Temperatur in Martensit umwandeln, und lieh versprechen sich die Autoren Wirkungen vom wird dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, um die Abschrecken und vom Anlassen, jedoch werden bei Bildung von Martensit bei konstanter Temperatur dieser Art der Wärmebehandlung keine guten Ergebzu vollenden. 30 nisse erzielt, da der Stahl bei einer solch hohen Tempe-

Die sogenannte »Mar-Abschreckvergütung« ist ein ratur spröde wird. Die Kerbschlagzähigkeit von Verfahren, bei welchem der Stahl auf einer Tempe- Stahl wird also durch die Behandlung bei einer ratur unmittelbar über Ms gehalten wird, bis der Temperatur von entweder über 650 oder unterhalb ganze Querschnitt desselben die gleiche Temperatur 350° C nicht verbessert. Insbesondere wird bei einer erreicht hat, worauf der Stahl in Luft gekühlt wird, 35 Temperatur von über 650⁰C die statische Festigkeit um die Ar-Umwandlung allmählich vorzunehmen. von Stahl gesenkt. Demzufolge handelt es sich bei

dem Glühen bei niedriger Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung um den Temperaturbereich zwischen 350 und 650° C.

Das erfindungsgemäße Wärmebehandlungsverfahren kann mit guter Wirkung bei fast allen Arten von Baustählen Anwendung finden und wegen der Art der Wärmebehandlung insbesondere für ein Stahlgefüge mit mehr als 50% Perlit + Ferrit (zuzüglich

neuartige Wärmebehandlungstechnik, nämlich 45 eines sehr geringen Anteils oberen Bainits). Demein Glühen bei niedriger Temperatur nach dem zufolge kann sich die chemische Zusammensetzung beschleunigten Abkühlen, herbeigeführten Wirkungen des Stahls innerhalb der folgenden Grenzen halten: sind vermutlich zurückzuführen auf ein Freiglühen C unter 0,30%, Si unter 0,50%, Mn unter 1,50%, der Abkühlspannungen infolge der beschleunigten sonstige Legierungselemente nach Belieben. Wenn Abkühlung, auf das feine Perlitgefüge, die Sphäroidi- 50 die erfindungsgemäße Wärmebehandlung auf die sierung des oberen Bainitgefüges, die Erscheinung verbesserten Stähle des Mn-Si-Typs mit der hohen der Ferrit-Wiederherstellung sowie die Ausfällung Zugfestigkeit von mehr als 60 kg/mm² angewandt von Nitriden und Karbiden. wird, ist die dabei erhaltene Wirkung erstaunlich.

Der Bereich der Temperaturen beschleunigter Ab- Durch diese Wärmebehandlung kann sowohl die kühlung liegt vorzugsweise zwischen den Umwand- 55 Kerbschlagzähigkeit als auch die Dehnbarkeit des lungspunkten Ar₃ und Ar₁, jedoch werden die erfin- Stahls verbessert werden, wie es die erhebliche Eindungsgemäßen Wirkungen erreicht, wenn der Stahl schnürung und Dehnung zeigen. Ferner ist auch eine von einer erhöhten Temperatur aus von über Ar₃ mit Zunahme des Streckverhältnisses infolge der Zunahme Wasser abgeschreckt wird, vorausgesetzt, daß die der Streckgrenze überraschend gut. Durch das Glühen Temperatur des abschließenden Auswalzens oder 60 bei einer gewählten niedrigen Temperatur ist eine Erhitzens hoch ist. Vom wirtschaftlichen Standpunkt Erzeugung von Baustählen mit ausgezeichneten me-

Das Gefüge eines auf solche Weise behandelten Stahls besteht daher aus Martensit. Eine Wärmebehandlung mit anschließendem Anlassen nennt man die »Mar-Abschreck-Anlaß-Behandlung«.

Demzufolge dürfte es klar sein, daß die obenerwähnten bisherigen Wärmebehandlungsverfahren grundlegend verschieden sind von der Wärmebehandlung gemäß vorliegender Erfindung. Die durch die

aus gesehen ist ein Abschrecken mit Wasser von einer Temperatur von über 120⁰C aus kaum angängig. Weiterhin sind die Vorzüge der vorliegenden Erfindung schwerlich zu erreichen, wenn der Stahl nicht einer beschleunigten Abkühlung um etwa 100" C innerhalb des Temperaturbereiches der Umwandlungspunkte Ar₃ und Ar_x unterzogen wird.

physikalischen Eigenschaften in Maßstab durchaus möglich und

chanischen und
fabrikatorischem
ausführbar.

Die Auswirkungen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgenden Beispiele im Zusammenhang mit den dazugehörigen Schaubüdern erläutert.

Die Fig. 1 bis 6 sind Schaubilder für die Anwendung der Erfindung auf niedrig legierte Baustähle.

F i g. 1 zeigt die Einwirkung eines Glühens bei niedriger Temperatur (Verweildauer: 1 Stunde) auf die statischen mechanischen Eigenschaften von Walzstahl, der einem beschleunigten Abkühlen (900 bis 700° C — um 3⁰C je Sekunde) unterzogen wurde.

Die F i g. 2-1 und 2-2 zeigen die Einwirkung des Glühens bei niedriger Temperatur (Verweildauer:

1 Stunde, dann Abkühlen in Luft) auf die Ergebnisse des Kommerei- und des Kinzel-Tests bei einem Walzstahl, der dem Normalglühen bei einer Temperatur von 910⁰C auf die .Dauer einer Stunde und dann dem beschleunigten Abkühlen (900 bis 700⁰C — um 3°C je Sekunde) unterworfen wurde.

Die Fig. 8-1, 8-2 und 8-3 zeigen die Einwirkung des Glühens bei niedriger Temperatur (Verweildauer: 1 Stunde) auf die statischen mechanischen

1 Stunde) auf die Ergebnisse des Charpy-Kerbschlag- io Eigenschaften der Walzstähle Nr. 5, 6 und 7, die

einem beschleunigten Abkühlen unterworfen worden waren.

Die F i g. 9-1 und 9-2 zeigen die Einwirkung des Glühens bei niedriger Temperatur (Verweildauer:

,
unterworfen waren.

Die F i g. 10 zeigt die Einwirkung des Glühens bei niedriger Temperatur auf die statischen mechah f h h

tests bzw. des Faserbruches bei Walzstählen, die einer beschleunigten Abkühlung (900 bis 700°C — um 3⁰C je Sekunde) unterworfen wurden.

Die F i g. 3-1, 3-2, 3-3 und 3-4 zeigen die Einwirkung des Glühens bei niedriger Temperatur (Ver- 15 1 Stunde) auf die Kerbschlagzähigkeit der Walzweildauer: 1 Stunde) auf die statischen mechanischen stähle Nr. 6 und 7, die einem beschleunigten Abkühlen Eigenschaften der Walzstähle Nr. 1, 2, 3 und 4,
welche dem Normalglühen (900⁰C — 1 Stunde)
sowie der beschleunigten Abkühlung (900 bis
700⁰C — um 3°C je Sekunde) unterworfen wurden. 20 nischen Eigenschaften des Walzstahls Nr. 8, welcher

Die Fig. 4-1, 4-2, 4-3 und 4-4 zeigen die Ein- dem Normalglühen (910⁰C — 1 Stunde) und dann wirkung des Glühens bei niedriger Temperatur (Ver- dem beschleunigten Abkühlen (900 bis 700⁰C — um weildauer: 1 Stunde) auf die Kerbschlagzähigkeit der 3⁰C je Sekunde) unterworfen worden war.
Walzstähle Nr. 1, 2, 3 und 4, welche dem Normal- Die Fig. 11-1 und 11-2 zeigen die Einwirkung

glühen (900° C — 1 Stunde) und später dem beschleu-25 des Glühens bei niedriger Temperatur (Verweilnigten Abkühlen (900 bis 700°C — um 3°C je Se- dauer: 1 Stunde) auf die Kerbschlagzähigkeit des künde) unterworfen wurden. Walzstahls Nr. 8, welcher den gleichen Wärme-

Die Fig. 5-1, 5-2, 5-3 und 5-4 zeigen die Ein- behandlungen wie oben unterworfen worden war. wirkung des Glühens bei niedriger Temperatur (Ver- Die Fig. 12-1 und 12-2 zeigen die Einwirkung

weildauer: 1 Stunde) auf den Faserbruch der Walz- 30 des Glühens bei niedriger Temperatur (Verweildauer: stähle Nr. 1, 2, 3 und 4, welche ebenfalls den obigen 1 Stunde) auf die Ubergangstemperaturen Trs bzw. Wärmebehandlungen unterworfen worden waren.

Die Fig. 6-1, 6-2, 6-3 und 6-4 zeigen die Einwirkung des Glühens bei niedriger Temperatur (Verweildauer: 1 Stunde) auf die Ubergangstemperaturen Tr 15 bzw. Trs bei den Walzstählen Nr. 1, 2, 3 und 4, welche ebenfalls den obigen Wärmebehandlungen unterworfen worden waren.

Die Fig. 7 bis 12 sind Schaubilder für die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf gewöhn- 40 behandlungstechnik auf niedrig legierte Baustähle liehe Baustähle. einschließlich der Stähle hoher Zugfestigkeit erhält

Die F i g. 7-1 und 7-2 zeigen die Einwirkung des man sehr viel bessere Ergebnisse als bei der Anwen-Glühens bei niedriger Temperatur (500⁰C auf dung auf gewöhnliche Baustähle.

Tabelle 1
Chemische Analyse der zu testenden niedrig legierten Baustähle

Tr 15 bei dem Walzstahl Nr. 8, welcher den gleichen Wärmebehandlungen wie oben unterworfen worden war.

I. Die Anwendung der Erfindung auf niedrig

legierte Baustähle einschließlich der Stähle hoher

Zugfestigkeit

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Wärme-

Stahlplatte 20 mm stark	C	Mn	Si	P	S	Cu	Ti	Cr	Ni	Mo	V	Al löslich	Al unlöslich
1	0,15	1,20	0,35	0,009	0,017	0,08	—	0,20	0,53	—	'—-	0,020	0,009
2	0,13	1,08	0,42	0,009	0,011	0,07	0,014	0,24	0,12	0,16	0,09	0,034	0,006
3	0,13	1,11	0,34	0,010	0,011	0,07	0,009	0,03	0,61	0,12	0,12	0,040	0,010
4	0,17	1,16	0,43	0,016	0,007	0,07	0,006	0,21	0,61	0,09	0,09	0,050	0,017

Tabelle 2

Mechanische Eigenschaften der zu testenden
niedrig legierten Baustähle

	Mechanische Eigenschaften	Streck grenze	im gewalzt Zug festigkeit	en Zustand Dehnung	Streck verhältnis
Stahlplatte 20 mm stark	kg/mm²	kg/mm²	%	%
	39,5	62,1	25,7	63,6
1	51,1	67,2	18,8	76,0
2	38,9	72,9	17,3	53,4
3	57,9	78,8	18,0	73,5
4

Wendet man das Glühen bei niedriger Temperatur bei den Stahlplatten 1, 2, 3 und 4 von der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften, wie sie in den Tabellen 1 und 2 angeführt sind, an, ohne nach dem abschließenden Walzvorgang zu dem beschleunigten Abkühlen zu schreiten, dann ist eine Zunahme der Kerbschlagzähigkeit nicht zu bemerken. Werden jedoch diese Stähle nach dem Walzen dem beschleunigten Abkühlen (900 bis 700° C: — um 30° C je Sekunde) und dann dem Glühen bei niedriger Temperatur unterzogen, dann werden Streckgrenze und Dehnung des Stahls Nr. 1 verbessert, wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist. Ebenso

sieht man, daß die Ubergangstemperaturen des Stahls nach dem Glühen bei niedriger Temperatur nach der Seite der niedrigen Temperatur zu verschoben werden. Wie aus den F i g. 2-1 und 2-2 ersichtlich ist, werden die Charpy-Kerbschlagwerte bei einem Anstieg der Glühtemperaturen verbessert, und gleichzeitig neigen bei einem Anstieg der Kerbschlagwerte die Faserbrüche zu einer Zunahme. Eine Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit des Stahls, der nach dem Walzen einer beschleunigten Abkühlung und dann gemäß vorliegender Erfindung einem Glühen bei niedriger Temperatur unterzogen wurde, ist so unverkennbar, daß die erfindungsgemäße Wärmebehandlungstechnik mit Vorteil für die Erzeugung von Stählen hoher Zugfestigkeit verwendet werden kann. Bei dem vorliegenden Test beläuft sich die Dauer des Glühens auf 1 Stunde; in der Praxis muß je nach der höheren oder niedrigeren Temperatur ein geeigneter Zeitraum für das Glühen gewählt werden. Außerdem ist eine verhältnismäßig niedrige Glühtemperatur für einen längeren Zeitraum aus wirtschaftlichen Gründen nicht erwünscht und obendrein auch nicht zweckmäßig. Werden die Stähle nach dem Normalglühen der beschleunigten Abkühlung und dann dem Glühen bei niedriger Temperatur unterworfen, dann ist eine Zunahme der Streckgrenze, d. h. eine Zunahme des Streckverhältnisses, und ebenso eine Zunahme der Dehnung und der Einschnürung durch das Glühen bei niedriger Temperatur, wie es in den Fig. 3-1, 3-2, 3-3 und 3-4 dargestellt ist, kennzeichnend. Man ersieht hieraus deutlich, daß man bei einem Glühen bei niedriger Temperatur gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Werte für die statischen mechanischen Eigenschaften erhält. Hinsichtlich der Änderung der Kerbschlagzähigkeit nach dem Charpy-Test, wie sie in den F i g. 4-1, 4-2, 4-3 und 4-4 dargestellt ist, ist zu bemerken, daß der Wert von etwa 5 mkg/cm² bei einer Temperatur von 0⁰C nach dem beschleunigten Abkühlen auf mehr als 20 mkg/cm² nach dem Glühen bei niedriger Temperatur anstieg, was eine unerwartete Verbesserung bedeutet. Es führt also die Wirkung des beschleunigten Abkühlens allein oder des Glühens bei niedriger Temperatur allein nicht zu einer wesentlichen Verbesserung, dagegen ist die Wirkung des beschleunigten Abkühlens kombiniert mit einem Glühen bei niedriger Temperatur ausgesprochen hoch. Eine ähnliche Tendenz besteht auch in der Beziehung zwischen dem faserigen Bruch und der Glühtemperatur, wie aus den Fig. 5-1, 5-2, 5-3 und 5-4 hervorgeht. Weiterhin sind die Tr 15 — und Tr s — Ubergangstemperaturen, bei welchen der Charpy-Kerbschlagwert auf unter 2,6 mkg/cm² und der faserige Bruch auf weniger als 50% absinkt, für diese Stähle in den F i g. 6-1,6-2,6-3 und 6-4 aufgezeichnet, woraus man deutlich sieht, daß die Kerbschlagzähigkeit durch das erfindungsgemäße Glühen bei niedriger Temperatur verbessert wird.

Nun soll eine Anwendung dieser neuartigen Wärmebehandlung auf Stähle hoher Zugfestigkeit betrachtet werden. Diese Stähle haben eine Zugfestigkeit von 60 kg/mm² und eine Streckgrenze von etwa 40 kg/mm², was den Normvorschriften für einen Stahl hoher Zugfestigkeit entspricht. Nun beläuft sich aber der Charpy-Kerbschlagwert dieser Stähle nur auf mehrere mkg/cm²,· was nicht zufriedenstellend ist; er wird aber durch das erfindungsgemäße Glühen bei niedriger Temperatur erheblich erhöht, wobei man dann einen Stahl hoher Kerbschlagzähigkeit mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften erhält.

Übrigens ist in den Transactions of the Institute of Welding, Dezember 1953, S. 154 bis 166, ein Berieht über die Schweißbarkeit von Baustählen hoher Zugfestigkeit des britischen Hüttenmannes L. R e e ν e abgedruckt; danach erfolgt bei der Erzeugung eines Stahls mit der hohen Zugfestigkeit von etwa 60 kg/mm² nach dem Auswalzen oder nach dem Normalglühen ein Anlassen bei der Temperatur von 65O⁰C. Die in diesem Bericht erwähnte Wärmebehandlung ist jedoch eine Kombination schon bekannter Verfahren. Die vorliegende Erfindung dagegen faßt die Wirkung des beschleunigten Abkühlens bei einer Zwischenabkühlgeschwindigkeit ins Auge, mit anderen Worten die Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit und der Dehnbarkeit infolge der Bildung feinen Ferrits und Perlite, die Wirkung des Wiederherstellungsphänomens und des Spannungsfreiglühens infolge des Glühens bei niedriger Temperatur sowie weitere ausgezeichnete Effekte, die durch die Umwandlung des Mikrogefüges zustande kommen.

Man kann also nach dem neuartigen erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahren einen Stahl hoher Kerbschlagzähigkeit erhalten, was durch bloßes Anlassen nach dem Walzen oder dem Normalglühen nicht möglich war. Die Stähle Nr. 1, 2, 3 und 4 sind Beispiele für die erfindungsgemäßen Verbesserungen, und die denselben verliehenen mechanischen Eigenschäften konnten bisher nur durch Härte- und Anlaßvorgänge erzielt werden. Angesichts der obenerwähnten Vorteile ist es wohl klar, daß die erfindungsgemäße Wärmebehandlung einen überraschenden Erfolg bei der Herstellung von Stählen mit der

hohen Zugfestigkeit von mehr als 50 kg/mm² haben kann.

Hinsichtlich der Schweißbarkeit des nach der vorliegenden Erfindung vergüteten bzw. wärmebehandelten Stahls ist zu bemerken, daß beim Kommerel-Test, wie aus der F i g. 7-1 hervorgeht, bei der Temperatur von 6O⁰C keine Rißbildung auftritt, während beim Kinzel-Test bei der Temperatur von — 6O⁰C die horizontale Schrumpfung einen Wert von etwa 1% aufweist.

Tabelle 3
Testergebnisse der I.I.W.-Schweiß-Maximalhärte

Stahl

Nr.

3 4

Grundmetallhärte
HV

Normalisiert,
beschleunigt

gekühlt
und geglüht

201
247
262

Maximale Härte in dem von der

Hitze erfaßten Querschnitt

RV

Normalisiert,

beschleunigt

gekühlt und bei

500⁰C 1 Stunde

lang geglühlt

306
333
376

Normalisiert

und

beschleunigt
gekühlt

314
348
401

Die Testergebnisse des I.I.W.-Schweiß-Maximalhärtetests mit den Stählen Nr. 2, 3 und 4 sind in der vorstehenden Tabelle 3 angeführt, woraus hervorgeht, daß die Maximalhärte an der Schweißstelle des Stahls, welcher einem Glühen bei niedriger Temperatur unterzogen wurde, niedriger ist als bei dem Stahl, welcher lediglich beschleunigt gekühlt wurde, was ebenfalls beweist, daß die Schweißbarkeit des

ersteren besser ist als die des letzteren. Außerdem beläuft sich die Maximalhärte selbst bei dem Stahl Nr. 4 mit einer Zugfestigkeit von etwa 80 kg/mm² auf 376. Demzufolge ist die Schweißbarkeit dieser Stähle so ausgezeichnet, daß man dieselbe bei der Beurteilung der mechanischen Eigenschaften un-

10

bedingt in Betracht ziehen muß. Es geht also aus den Testergebnissen über die Schweißbarkeit der Stähle deutlich hervor, daß die erfindungsgemäße Wärmebehandlung bei der Erzeugung eines Stahles hoher Zugfestigkeit und hoher Kerbschlagzähigkeit von sehr großer Wirkung ist.

Tabelle 4 Chemische Analysen der Stähle WEL-TEN 60 der Yawata Iron & Steel Comp., Ltd.

Stahl	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	V
A B	0,16 016	0,55 0 55	1,30 1 30	0,04 004	0,04 004	0,40 0 40	060	0,15 015

Tabelle 5

Mechanische Eigenschaften

eines WEL-TEN-60-Stahls der

Yawata Iron & Steel Comp., Ltd.

Streck grenze kg/mm²	Zug festigkeit kg/mm²	Dehnung: CL = 200 0/ /0	Charpy-Test Kerbschlag V-Kerbe mkg/cm²
über 46	über 60	über 16	über 6,0 (0⁰C)

Tabelle 6

Testergebnisse der mechanischen Eigenschaften

und der Schweißbarkeit von WEL-TEN-60-Stählen der Yawata Iron & Steel Comp., Ltd.

Stahl	Streck	Zug	Dehnung:	Charpy-Test
Nr.	grenze	festigkeit	GL = 200	V-Kerbe
	kg/mm²	kg/mm²	%	mkg/cm²
1	49,2	60,9	23,5	23,5
2	52,9	63,9	22,0	27,2
3	56,7	68,5	19,5	22,0

Maximalhärte

I.I.W HV

Belastung:

10 kg

339

336
348

Kommerei-Test
+ 20''C (-30X)

Winkel des
Anrißbeginns

> 120° (90)

> 120° (80)

> 120° (60)

Winkel des
Biegebruchs

> 120° (120)

> 120° (75)

Tekken-Test Rißbildung

in%,

magnetische Prüfung

0 0

Eine Anwendung des neuartigen erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens auf den Stahl WEL-TEN 60 mit der hohen Zugfestigkeit von 60 kg/mm², einem neuen Produkt der Yawata Iron & Steel Company, Ltd., wird nachstehend beschrieben.

Eine vorläufige Übersicht der chemischen Analyse und der mechanischen Eigenschaften der WEL-TEN-60-Stähle findet sich in den vorstehenden Tabellen 4 und 5. Trotz der geringen Anteile an Legierungselementen hat der Stahl doch eine Zugfestigkeit von mehr als 60 kg/mm² und besitzt eine ausgezeichnete Schweißbarkeit.

Der Stahl WEL-TEN 60 wird hergestellt in einem Wärmebehandlungsverfahren, wobei zunächst ein Stahlausgangsmaterial nach dem Normalglühen bei einer Temperatur von 950⁰C einem beschleunigten Abkühlen ausgesetzt wird, und zwar um etwa 5° C je Sekunde innerhalb eines Temperaturbereiches von 900 bis 650⁰C, worauf das Material in Luft gekühlt und schließlich bei einer Temperatur von 45O⁰C geglüht wird. Die Testergebnisse für die mechanischen Eigenschaften und die Schweißbarkeit des so behandelten Stahls sind in der Tabelle 6 angegeben. Wie aus der letzteren deutlich hervorgeht, ist trotz der hohen Zugfestigkeit von mehr als 60 kg/mm² für den WEL-TEN-60-Stahl, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vergütet wurde, der Charpy-Kerbschlagtestwert bei 0⁰C auf einer Höhe von mehr als 20 mkg/cm², was ein Beweis für die hohe Kerbschlagzähigkeit ist. Bisher glaubte man, daß eine derart hohe Kerbschlagzähigkeit nur durch Härten und Anlassen erreicht werden konnte. Daß diesem Stahl mit einem Gefüge aus feinem Ferrit und Perlit solche ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften verliehen werden konnten, ist der neuartigen, auf neuen Gedanken beruhenden erfindungsgemäßen Wärmebehandlungstechnik zu verdanken.

45 II. Anwendung der vorliegenden Erfindung auf
gewöhnliche Baustähle

Einige Muster gewöhnlicher Baustähle, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vergütet wurden, sind nachstehend angegeben. Die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften der Stähle, die nach dem Wateten einem beschleunigten Abkühlen unterzogen wurden, sind in den Tabellen 7 und 8 angeführt:

Tabelle 7

Chemische Analyse der zu testenden
gewöhnlichen Baustähle

Stahl	C	Mn	Si	ρ	S
Nr.	0,13	1,08	0,25	0,017	0,016
5	0,13	1,36	0,38	0,016	0,016
6	0,12	0,82	0,22	0,014	0,025
7	0,12	0,84	0,24	0,014	0,018
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Tabelle

Geschwindigkeiten der beschleunigten Abkühlung und mechanische Eigenschaften der so behandelten gewöhnlichen Baustähle

	Platten	Abkühltemperatur	C	nach dem	Abkühl	Charpy-Test	Charpy-Test	Zugfestigkeitstest	Streck	Zug	%
Stahl	stärke		Kühlen	geschwin	bei 0⁰C	bei O⁰C	grenze	festigkeit	31,5
Nr.	mm	vor dem	640	digkeit	Kerbschlag	faseriger Bruch	kg/mm²	kg/mm²	30,0
	39,5	Kühlen	695	°C/Sek.	mkg/cm²	%	29,9	46,3	29,5
5	36,0	895	749	2,3·	9,03	11,7	31,6	48,8	30,0
6	32,5	875	685	-2,1	7,57	6,7	28,8	42,8
7	31,2	910	1,7	6,28	37,0	26,6	42,5
8	860	1,9	10,46	73,3

Wenn man diese Stähle bei niedriger Temperatur glüht, dann bemerkt man wohl eine geringe Zunahme der Dehnung und auch der Streckgrenze, aber eine Änderung der Einschnürung ist kaum zu beobachten. Die Beziehung zwischen dem Glühen bei niedriger Temperatur und den dadurch herbeigeführten statischen mechanischen Eigenschaften ergibt sich aus den F i g. 8-1, 8-2 und 8-3.

Die Ergebnisse des Kerbschlagversuches bei der Temperatur von 0⁰C sind aus den F i g. 9-1 und 9-2 ersichtlich; die Kerbschlagwerte werden durch das Glühen bei niedriger Temperatur, also entweder bei 400 oder bei 500⁰C etwas verbessert. Ebenso bemerkt man, daß die faserigen Brüche durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung etwas verbessert werden.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung auf den Stahl, welcher einem Normalglühen und dann dem beschleunigten Abkühlen unterworfen wurde, werden — wie aus der F i g. 10 ersichtlich ist — die Ergebnisse des Zugfestigkeitsversuches kaum beeinflußt. Was jedoch die Kerbschlagzähigkeit und den faserigen Bruch anbelangt, beispielsweise bei einer Temperatur von —40° C, so werden dieselben durch das Glühen bei niedriger Temperatur, nämlich bei 400⁰C auf die Dauer von 1 Stunde und dann Abkühlen in Luft, merklich verbessert, wie aus den Fig. 11-1 und 11-2 hervorgeht. ■Weiterhin zeigen die F i g. 12-1 und 12-2 die Beziehung zwischen den Tr 15 — und den Trs — übergangstemperaturen einerseits und dem Glühen bei niedriger Temperatur andererseits, d. h., die Ubergangstemperaturen sind bei einer Glühtemperatur von 400⁰C am niedrigsten.

Wie aus vorstehendem hervorgeht, kann man durch die neuartige erfindungsgemäße Wärmebehandlung sowohl die Dehnbarkeit als auch die Kerbschlagzähigkeit gewöhnlicher Baustähle genau so wirksam verbessern wie bei Stählen hoher Zugfestigkeit und sonstigen niedrig legierten Baustählen. Es ist daher ersichtlich, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für gewöhnlichen Stahl eignet.

Claims

Patentanspruch:

.Verfahren zur Herstellung von Stahl hoher Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit durch beschleunigtes Abkühlen eines Stahls mit weniger als 0,3% Kohlenstoff, weniger als 0,5% Silicium und weniger als 1,5% Mangan im Temperaturbereich von 550 bis 1200⁰C mit nachfolgender Abkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl innerhalb des Temperaturbereiches über einen Bereich von mehr als 100°C mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 1 bis 10°C/Sekunde abgekühlt, auf einer ,Temperatur von 350 bis 650° C über einen Zeitraum von 30 bis 90 Minuten gehalten und anschließend an der Luft abgekühlt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 881 354, 926074;
britische Patentschrift Nr. 252 420.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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