DE2720805C2

DE2720805C2 - Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus legiertem Stahl

Info

Publication number: DE2720805C2
Application number: DE19772720805
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1977-05-09
Publication date: 1983-03-03
Also published as: DE2720805A1; JPS52153822A; FR2355083A1; FR2355083B1

Description

definiert ist, worin Z„ die Einschnürung eines auf elektnilytischem Weg mit Wasserstoff nicht beladenen Probestücks und L₁. die Einschnürung eines auf elektrolytischem Weg mk Wasserstoff beladenen Probestücks bedeuten.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stahl der Zusammensetzung:

0.15 - 0.30",, C.

0.1 - 0.5% Si.

0.5 - 1% Mn.

2 - 3% Cr.

0.25 - 0.5% Mo.

0.5 - 1% Ni.

0 - 0.1% V und/oder 0 bis 0,07% Nb.

Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen
verwendet und Werkstücke einer Dicke von 25 bis Ml mm herstellt

3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stahl der Zusammensetzung:

0.15 - 0.30% C.

0.1 - 0.5%, Si.

0.5 - 1.5% Mn.

1 - 2% Cr.
0.5 - KMo,

Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen
verwendet und Werkstücke einer Dicke von 20 bis 50 mm herstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 100 000' CVh erfolgt.

5 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung nach einem Schweißen des Werkstücks einen dritten Schritt zur Entspannung bei einer eier metallurgischen ■\nlaßtemperalur gleichen oder maximal 20 C niedrigeren Temperatur umlaßt.

(1 Verwendung von gemäß Verfahren nach einem tier Ansprüche I bis 5 hergestellten Werkstücken für Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art und auf die Verwendung der danach hergestellten Werkstücke.

Die Erfindung ist besonders auf Stahlwerkstücke mit sehr hoher Streckgrenze bis zu etwa 930 MPa anwendbar, die entweder in Wasserstoff oder in hydrierten Gasen unter Druck oder in Gegenwart von durch chemische Reaktionen erzeugtem naszierenden Wasserstoff arbeiten, wie dies beispielsweise bei Werkstücken der Fall ist, die der Rißbildung durch Spannungskorrosion in flüssigen oder praktisch an Schwefelwasserstoff (H.S) gesättigten Medien unter Druck widerstehen müssen.

Diese Stähle sollen zur Herstellung von geschmiedeten, gewalzten oder geschweißten Werkstücken verwendbar sein.

Seil mehreren Jahren hat man versucht. Stähle herzustellen, die ausreichende mechanische Eigenschaften bewahren, wenn die aus diesen Stählen bestehenden Werkstücke in hydrierter Atmosphäre oder in Gegenwart von naszierendem Wasserstoff arbeiten. Man hatte tatsächlich, insbesondere in den Ölbohrungen, eine Versprödung des Stahls und eine Rißbildungsgefahr des Werkstücks durch Spannungskorrosion, vor allem in flüssigem oder einen erheblichen Anteil an Schwefelwasserstoff enthaltendem gasförmigen Medium festgestellt. Daher beschreibt die FR-PS 10 77 011 einen Stahl zur Herstellung von Erdöltiefbohrrohrtn. die insbesondere einen bestimmten Aluminiumgehalt aufweisen.

Obwohl diese Forschungen ziemlich alt sind, hatten diese zur Beständigkeit gegenüber Rißbiklung in Gegenwart von Wasserstoff entwickelten Stähle ziemlich begrenzte mechanische Eigenschaften, und vor allem eine Streckgrenze von nicht mehr als 640 MPa. Nun sind solche mechanischen Eigenschaften, die für Erdölbohrrohre ausreichen, für andere Anwendungsfülle, z. B. Flaschen zum Transport von Wasserstoff unter Druck, nicht ausreichend. Zum Erhalten von verbesserten mechani-

V) sehen Eigenschaften muß ein solcher Stahl nämlich ein Martensitanlaßgefüge aufweisen, und bisher nahm man an. daß ein Martensitgefüge mit einer guten Beständigkeit gegenüber der Spannungskorrosion in Gegenwart von Wasserstoff inkompatibel wäre [»Materialprüf.« I

5-, (1959), Nr. I. Seiten 3. 9. IO|. Es schien also unmöglich. Stähle mit hohen mechanischen Eigenschaften und dennoch der Eignung rum Arbeiten in Gegenwart von Wasserstoff herzustellen

Demgemäß ist es aus der Uj-PS 28 95 XM bekannt.

ho einen unberuhigten Stahl der Im Oberbegriff des Patentanspruchs I erwähnten /nsammensci/iint! hei 9?s bis I 100 ( zu austenitisieren, abzuschrecken und anschließend bei 725 bis X(Kl C zu glühen. wnb'M kein Marlensltiicfüge. sondern ein Gefüge erhalten wird, das ans leinen

_h-, gleichmäßig in der Fcrritnialrlx verioili-.-n. izlohulisierten Karhldtcilchcn zusammengesetzt Ist.

Schließlich Ist aus der FR-PS ?! (>(> 5X^ cm Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs I \<>rausi:esctz-

ten Art bekannt, bei dem Ausienislerungs- und Anlaßiemperuturen ^n 800 bis 1100 C bzw. 625 bis 750" C Anwendung finden und das Abschrecken nur so schnell durchgel'ührt wird, daß ein Bainitgefüge erhallen wird. Die so erzeugten Werkstücke weisen höchstens eine Streckgrenze von 687 MPa und eine Zugfestigkeit von 853 MPa auf.

Trotz der erwähnten, in Fachkreisen allgemein verbreiteten Meinung, daß ein Martensitgefüge mit einer guten Beständigkeit gegenüber der Spannungskorrosion in to Gegenwart von Wasserstoff unvereinbar sei, unternahm die Anmelderin Forschungsarbeiten, um Stühle mit gleichzeitig verbesserten mechanischen Eigenschaften und der Eignung zum Einsatz in Gegenwart von Wasserstoff aufzufinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aas Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs I vorausgesetzten Art so weiterzuentwickeln. daß Werkstücke mit höheren Werten der Streckgrenze und Zugfestigkeit und gleichzeitig guter Beständigkeit gegen Rißbildung durch Spannungskorrosion in Gegenwart von Wasserstoff erhältlich Sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durc\i die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Überraschend hat sich gezeigt, daß ein Abschrecken über der kritisenen martensiiischen Geschwindigkeit und eine sorgfällige Bestimmung der minimalen Anlaßtemperatur im beanspruchten Bereich in den fertigen Werkstücken gleichzeitig Streckgrenzenwerte und Zi'gfestigkeilswerte, die weit über denen nach der FR-PS 21 66 585 liegen, und einen sehr niedrigen Versprödungsgrad ermöglichen.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem die im Unieranspruch 6 beanspruchte Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Werkstücke.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer nicht einschränkender Beispiele und der einzigen Figur beschrieben. die grapi,;sch als Abszisse die Anlaßtemperatur in C und als Ordinate die Streckgrenze R, in MPa und den Versprödungsgrad F in % zeigt und den Verlavf entsprechender Kurven für Stähle gemäß der Erfindung wiedergibt.

Es wurden Stähle mil verschiedenen Zusammensetzungen hergestellt, die in sehr genauen Grenzen eingestellt wurden, um Bleche mit verschiedenen Dicken zwischen 25 und 60 mm zu bilden Aus jedem Stahl stellte man eine bestimmte Anzahl von Probestücken her. die so der oben definierten Wärmebehandlung unterworfen wurde, wobei man die Anlaßtemperatur in den angegebenen Grenzei. variierte. Die Probestücke wurden einem Versprödungsversuch durch kathodischen Wasserstoff nach einer folgenden Methode unterworfen: v*

Zugvcrsuchsprobcn werden als Kathode in einer Elektrolyseanlage mit angesäuertem Wasser (Lösung mit 10% reiner Salzsäure) angeordnet; die Kalhodenslellung schützt die Probe gegen die Korrosion; andererseits wird nas/icrender Wasserstoff an der Oberlläcne der Probe w frei. Fin Tell dieses naszlerendcn Wasserstoffs dringt In das Metall ein. Nach 48 h einer solchen liciadung wird die Probe Im Zugversuch zerbrochen, und ihre linschnürtini! heim Bruch wird mit der Fln-ichnürung einer Vcrglelchsprohe ■.erblichen, die keiner Milchen Beladung mit ^tr"' WasserstoH '.inlcrworlen wurde. Wenn das Metall für die Verspriiduim i!i;rch W asserstoll ,inllilliu ist. ist die l.lnsi'hniirunu 'ki mit W asserOfl bcLulcnen l'rohe geringer als die der Vergleichsprobe (Duktilitütsverlusi des Metalls infolge des Wasserstoffs). Man definiert einen Versprödungsgrad durch Wasserstoff mil der Formel

Z-- - Z.

worin Z,„ die Einschnürung der nicht beladenen Vergleichsprobe und Z, die Einschnürung der beladenen Probe bedeuten. Je größer F % ist, um so anfälliger ist das Metall für die Versprödung durch den Wasserstoff.

Man kann annehmen, daß der Versprödungsgrad zur Erzielung eines befriedigenden Verhallens 30". nicht überschreiten darf, welcher Wert offenbar als Funktion der Verwendungsbedingungen variabel ist.

Eines der Merkmale der Erfindung beruht vor allem auf der Tatsache, daß man bestimmte Zusammensetzungen festgelegt hat, für die die den Versprödungsgrad je nach der AnlalJtemperatur darstellende Kurve bei etwa 600° C einen starken Abfall derart ze' _:.;e. daß ab einer ziemlich genauen Anlaßtemperatur, die man :;uf WO C. festlegen kann, der Versprödungsgrad auf einen befriedigenden Wert in der Größenordnung von 25". abfiel und auf diesem Niveau bis zum Umwandlungspunkt Λ, blieb. Die einzige Figur zeigt die F- und R,-Kurv en tür die Stähle gemäß der Erfindung. Die für jede genaue· Zusammensetzung gezogenen Kurven würden den allgemeinen Verlauf der im Diagramm gezeigten Kurvenlypen aufweisen.

So kann man dank systematischer Versprödungsv.ersuche eine minimale Anlaßtemperalur definieren, ab der der Versprödungsgrad befriedigend ist.

Da sich die Streckgrenze R,, als Funktion der Anlaßtemperalur bis zum Umwandlungspunkt A,■·. verringert, ist es möglich, im Inneren dieser Grenzen die Anlaßtemperatur zu wählen, die die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erhalten gestattet. Jedoch ist es. je mehr man erhöhte mechanische Eigenschaften '.inter Begrenzung der Anlaßtemperatur anstrebt, um so wichtiger, den Vcrsprödungsgrad zu kontrollieren, der in einem sehr -ngen Temperaturintervall unannehmbar werden kann.

Zu dieser Präzisierung der Anlaßlempera'.ur kommt die Notwendigkeit hinzu, ein martensltlschci Gefüge dank einer äußerst raschen Abkühlung zu bewahren, die auf jeden Fall über der kritischen Geschwindigkeit martensllischer Abschreckung liegen muß. Allgemein nimmt man eine Abkühlung mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 100 000⁰CVh vor.

Bisher dachte man, daß es unmöglich sei. ein niartensitisches Gefüge In Gegenwart von Wasserstoff zu verwenden, da solche Stähle spontan unter relativ geringen Belastungen brechen können. Die Anmelderin gelangte jedoch zu diesem Ergebnis durch genaue Justierung der Gehalte der verschiedenen Stahlbestandtcilc. <⁽ⁱe offenbar gegenseitig reagieren.

Man hat so den zu verwendenden Stahl in ziemlich engen Grenzen festgelegt, in deren Innerem sich indes sen noch zwei Stahl^fmiilien definieren lassen.

Im ersten Fall weisen die Stähle einen Chromgehall von 2 bis .V\ auf und enthalten Vanadin und/oder Niob Ihre Zusammensetzung ist die folgende
0.15 (i.30'· C.
0.1 0.v> SI.
0.5 I- Mn.
1 .''■ Cr.

11.25 0.5 ■ Mo.

•1.5 I¹·. Ni.

0 0.1 N. Y und/oder his Ο.ΙΓ Nb.

Resl lc und unvermeidliche \ crunreinigungen.
Mit diesem Stahl kann nun Werkstücke herstellen, deren Dicke von 25 bis 60 mm reichen kann.
Sn wurden die !tilgenden Stühle hergestellt:

He i spie I I

Is wurden Proben aus einem Stahl hergestellt, der ein Blech einer Dicke von M) mm hildelc· Lind I gcw ichtsnia-UiB) folgende Zusammensetzung lutte:

(1.23" C 0.271 Si. 0,7.li Mn. 0.77», \;|_ i,7.V" Cr. 0.34 ' Mo. Rest Fe und um rmeidliche Yerunreinlgunüon.

Die kritische martensltisclie Geschwindigkeit dieses Stahls ist 17 000 (7h (/wischen SsO und 600 (I. die das Erhalten einer martensltlschcn Abschreckung im Kern eine !ilcL'h¹; bis /u 60 πιπί Dicke '.'den ein.es kuivlrmitrri-.ils bis zu 9s mm Durchmesser /ulill.lt.

Dieser Stahl wurde der folgenden Wärmebehandlung unterworfen, die ihm <.\.t·· Martensiiuelüge verlieh.

i Schritt

\usienitisieriing bei einer Temperatur von 875" (' wahrend 1 h. anschließend Abkühlung im Wasser (Abschrecken mit etwa UKIOf)O CYh ι

?.. Schriti:

Anlassen bei abgestuften Temperaturen son 600 bis "00 C wahrend 1 h.

Das Gefüte des so behandelten Stahls besteht aus einem Anlaßmartensli. der aus gluhulisierten. fein und regelmäßig in einer Matrix aus freiem Ferrit serteilten Karbiden gebildet ist. Dieses deluge wird durch Atzen 'int einer Lösung von Pikrinsäure in Alkohol gut sichtbar ücmacht.

Der so behandelt: Stahl wurde dem Versprödungsser- -Ii^" durch kaihodischen Wasserstoff nach der oben erläuterten Methode unterworfen.

\^h einer Anlaßtemperatur wm 610 C wird der Ver- ^pT'\lungsgrad befriedigend, jedoch ist es in der Praxis ·.or/u/ieher,. eine Temperatur von 620 C /u wählen.

Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende: Streckgrenze R = 765 MPa

Zugfest^ :-it R. = 883 MPa

1 in^chnurung /. ■ = 67 >

Schlagzähigkeit KCA' -20 f." = 154 J/_Cm^!

f-ür die gleiche Abschreckhehandlung. jedoch mit einem auf 600 C begrenzten Anlassen würden die mechanischen Eigenschaften wenig geändert sein (R„ = "85 MPa). jedoch würde man einen Yersprödungsgrad F über 80'-. also einen sehr ungünstigen Yersprödungsgrad erhalten haben.

Andererseits stellt man. wenn man einen Stahl gleicher Zusammensetzung einer Wärmebehandlung unterwirft, die nicht das Erhalten eines Martensitgefüges gestattet. 7. B. einer Austenitisierung bei einer Temperatur von ¹^10 C während I h mit anschließender Abkühlung mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 3000- C/h und schließlich, wie vorstehend, einem Anlassen bei von 600 bis 700= C abgestuften Temperaturen während 1 h. fest, daß die erforderliche Anlaßtemperatur zum Erhalten eines befriedigenden Versprödungsgrades 650^: C ist. jedoch die mechanischen Eigenschaften dann viel niedriger liegen:
Streckgrenze R₁, = 640 MPa

Z.ugl'esligkell R„ 7S< Ml'a

1 inschnürunu Z '2

KCΛ' L 20 C 225 J'cm''

Man bemerkt also im lall dieses Stahles, daß das n;.ir-■' tensitlsclic Gi-t'ügc eine \nhchung der Streckgrenze um 125 MPa bei gleich/eil'L'er Bewahrung einer guten Beständigkeit gegenüber der Yersprödung durch WasserstnlTtlaMk einer genauen Einstellung der Zusammenset-/ung und der Wärmebehandlung ermöglicht
in

Beispiel Il

Fs wurden Pi..hen aus einem Stahl folgende! Gewiclitszusammensetzung hergestellt
i> 0,1X5 C n.225'i. Si. 0,605> Mn. o.Mio Ni, 2.3- ( r. 0.340t Mol. O.OsOi Y. Rest Fe und unvermeidliche Yerunreinlgungen

Die kritische Geschwindigkeit martensitischer •\bsihreL kung ist 65 0OO CIi. die das Frhallen eines :o martensltischen Ciefiiuc·- im K:rn eines Blechs bis zu 20 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zu 45 mm Durchmesser /uläl.lt.

Diener Stahl wurde folgender Wärmebehandlung unlerworlen:

^:' I. Schritt:

Austenitisierung bei einer Tempeialur \on ¹MO C währe ml I h. anschließend Abkühlung in <k Grolk-nnrdnung v<,r. 100 000 CVh.

in 2 Schritt:

Abgestufte Anlallhoharullunaen von 600 bis 700 C ι 1 h>

Das Gefüge ist ein -NnLißmartensit.

Man beobachtet, dal.l die niedrigste Anlal.Uemperatur. j·) ah der man einen befriedigenden Yersprödungsgrad erzielt. 610 C ist. doch wählt man zweckmäßig eine Mindesttemperatur \on 620 C. Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende:
Streckgrenze R. = ⁽»io MPa

Jd Zugfestigkeit R.. - ΐη·'·0 MPa

Einschnürung Z ^ = ■>"

Schlagzähigkeit KC ·' ^- 20' C = Ί52 J/cm"

Für die gleiche Abschreckbehandlung, jedoch ein auf Ji CiOO¹C begrenztes Anlassen ist der Versprödurjsgrad durch Wasserstoff 10VH bei einem Wert der Streckgrenze von 945 MPa. was sehr ungünstig ist.

Beispiel III

Es wurden Proben aus einem Stahl folgender -hemischer Gewichtszusammenset/ung hergestellt'

0.260'' C. 0.225% Sl. 0,680^ Mn. 0.82O^ Ni. 2.49 . Cr. 0.350% Mo. 0.060% V. Rest Fe und unvermeidliche Y'er-5i unreinigungen.

Die kritische Martensitabschreckgeschwindigkeit ist 20 5OO⁼C/h. die das Erhalten eines Martensitgefüges im Inneren eines Blechs bis zu 57 mm Dicke oder eines Rundmaterials bis zu 90 mm Durchmesser gestattet.
Dieser Stahl wurde der folgenden Wärmebehandlung unterworfen:

1. Schritt:

Austenitisierung bei einer Temperatur von 910⁵C während 1 h, anschließend Abkühlung einer Größenordnung

von 100 000= C/h.

2. Schritt:

Von 600 bis 700^c C abgestufte Anlaßbehandlungen (1

Das Gefüge ist ein Anlallrnartensit

Müh beobachtete, dall die /um Erhallen eines befriedigenden Versnrödungsgrades erforderliche Anlaßtempera-IIir 625 C ist

Die mechanischen Eigenschaften slml dann loigciiiic. ^:· Streckgrenze R₁. ■-: 9.12 Ml'a

/ugfestlgkcit R„ = 10.10 Mi'a

!■insi.hr,,· ung / ■ = 64 \.

Schlagzähigkeit KCV --■ ||.ij/cnr

für die gleiche Ahsehreckbehandlung. jedoch ein auf ^ln (lOO C begrenzte"« Anlassen ist der \ erspr ilunusgratl durch Wasserstoff 100 >. bei einem Wert der Streckgrenze von ¹WfI MPa. was sehr ungünstig ist.

Beispiel IV

Fs wurden Proben aus einem Stahl folgender chemischer Gewiehtszusammensetzung hergestellt:

0.250 C. 0.245% Sl. 0.720' Mn. 0.8.15'\ Ni. 2.46'* Cr. 0.145% Mo. 0.060% V. Rest Ie und ,n\ ermeUlllchc Vcrunrelnlgungen. 2<i

Die kritische Martcnsitabschreckgeschwlndigkeit ist 2100ITCVh. die das Erhalten eines manensliischen Gelüges im Kern eines Hlechs bis zu 55 mm Dicke oder eines Rundmaterlals bis zu 85 mm Durchmesser gestattet. 2i

Dieser Stahl wurde folgender Wärmebehandlung unterworfen:

I Schritt:

Austcnitislcrung bei einer Temperatur von 910'C wahrend I h. anschließend Abkühlung in der Größenordnung von 100 000" CVh.

2. Schritt:

Von 600 bis "Ό0 C abgestufte Anlaßbehandlungen (1 hl.

Das Gelüge ist ein Anlaßmartensit.

Man beobachtete, daß die zum Frhalten eines befriedigenden Versprödungsgrades erforderliche Anlaßtemperatur 620 C ist.

Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende: w Streckgrenze R, = 932 MPa

Zugtjstigkeit R.,. = 1060 MPa

Einschnürung Z · = 64%

Schlagzähigkeit KCV = 118J/cm²

■4t

Für die gleiche Abschreckbehandiung. jedoch mit einem auf 600' C begrenzten Anlassen ist der Versprödungsgrad durch Wasserstoff 80% bei einer Streckgrenze von 1005 MPa. was ungünstig ist.

Man bestimmte ebenfalls eine zweite Stahlgruppe mit so einem Chromgehalt von 1 bis 2% und einem Molybdängehalt von 0,5 bis 1%. Ihre Zusammensetzung ist die folgende:

0,15 - 0,30% C,

0,1 - 0,5% Si, 0,5 - 1.5% Mn.

1 - 2% Cr,

0,5 - 1% Mo.

Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen.
Beispielswelse stellte man folgende Stähle her:

Beispiel V

Es wurden Proben aus einem Stahl folgender chemischer Gewichtszusammensetzung hergestellt:

0,257% C, 0,235% Si, 0,665% Mn. 0,080% Nl, 1,50% Cr, 0,750% Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen.

Die kritische M.lrtensltahschic ^l geschwindigkeit dieses Suhls ist 9.1 500" (Vh, welche das Erhalten eines niartensülschen Gcfüges im Kern eines Blechs bis zu 2.1 mn' Dicke oder eines Rundmaterlals bis zu 40 mm Durchmesser zuliißt.

Dieser Stahl wurde der folgenden Wärmebehandlung unterworfen:

1. Schritt:

Austenitisierung bei einer Temperatur von 910" C während I h. anschließend Abkühlung in der Größenordnung von HIO(IOO CVh.

2 Schritt:

\ on 600 bis 700" C abgestufte Anlaßhehandlungen Il hl

Das Gefüge ist ein Anlaßmartensit.

Man beobachtete, daß die zum Erhalten eines befriedigenden Versprodungsgrades erforderliche Anlaßtemperatur 620 C ist.

Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende: Streckgunze R, - 920 MPa'

Zugfestigkeit R„. = 1020 MPa

Einschnürung /. % = 65¹V,

Schlagzähigkeit KCV + 2<> C = 137 J/cnr

Für die gleiche Abschreckbehandiung. iedoch mit einem auf 600" C begrenzten Anlassen Hegt, wenn die mechanischen Eigenschaften wenig verändert sind (R,. = 990 MPa). der Versprödungsgrad In der Größenordnung von 45'V. was wenig glinstig ist.

Beispiel Vl

Es wurden Proben aus einem Stahl folgender chemischer Gewichtszusarimensetzung hergestellt:

0.255% C. 0.270% Si. 1.24%, Mn. 0.10% Ni. 1.49% Cr. 0.765% Mo. Rest Fe und unvermeidliche Verunreinieungen.

Die kritische Martensitabschreckgeschwindlgkeit ist 24OOO^cC/h, Jie das Erhalten eines mancnsltischen Ciefüges im Kern eines Blechs bis 50 mm Dicke oder eines Rundmaterlals bis zu 80 mm Durchmesser zuläßt.

Dieser Stahl wurde folgender Wärmebehandlung unterworfen:

1. Schritt:

Austenitisierung bei einer Temperatur von 910' C während 1 h, anschließend Abkühlung in der Größenordnung von 100 000°C/h.

2. Schritt:

Von 600 bis 700^r C abgestufte Anlaßbehandlungen (lh).

Das Gefüge Ist ein Anlaßmartensit.

Man beobachtete, daß die zum Erhalten eines befriedigenden Versprödungsgrades erforderliche Anlaßtemperatur 620^c C ist.

Die mechanischen Eigenschaften sind dann folgende: Streckerenze R„ = 920 MPa

Zugfestigkeit R = 1020 MPa

Einschnürung Z % = 65%

Schlagzähigkeit KCV +20⁰C = 142 J/cm²

Für die gleiche Abschreckbehandiung, jedoch mit einem auf 600° C begrenzten Anlassen erhält man bei einer Streckgrenze von 100 MPa einen wenig günstigen Versprödungsgrad von 50%.

In alien Beispielen wurde die minimale, das Erhalten bester mechanischer Eigenschaften zulassende Anlaßtemperatur angegeben. Es ist offensichtlich, daß man,

wenn ηι,ιη weniger hohe Figenschallen 'u erhallen wüiistht. eine höhere, schließlich nur > Kirch die I mw andlun-.'slempcralur A, , begrenzte Anlaßtempera uir wählen kann. »;i> ilen Viii ι A lint, daß in.m --ie nicht mit einer mi großen Genauigkeit einhüllen muß. da man in diesem Bereich Irei von cin<'r Sprödigkcit durch W'.is- -,crMofl aiiknmd einer /ti niediigen Anlaßtempei ■ lir Ul Sn stellte r in dank einer sorglältigen und genauen Wahl eier /u .ammensctzung einen Abschreckstahl her. der ein \nlassen hei hnhcr Temperatur aushalten kann und unter Bewahrung hoher mechanischer Figenschnlten ein thermodynamisch stabiles Gelüge annimmt, d.is liir die Beständigkeit gegenüber Spannungsknrrosion in Anwesenheit son Wasserslolf erlorderlich ist.

Die Wahl der chemischen Zusammensetzung, der lemperatur und der /eil des inncrhülb der genauen angegebenen Grenzen durchzurührenden Anlassens muH Rechnung tragen:

der Abschreckmöglichkeiten des Werkstücks unter besonderer Berücksichtigung der Form und der Dicke des Werkstücks, ti ie (.lie Bestimmung einer theoretischen Dicke ermöglichen, von der clic kritische Absclireckgeschwindigkeil abhängt: es ist tatsächlich wesentlich, dull die Abkühlung ausreichend schnell ist. um eine Abschreckung mit einer Geschwindigkeit über der kritischen Martensitgeschwindigkeil des verwendeten Stahls zu sichern:

den angestrebten mechanischen Figcnschaften (Streckgrenze. Zugfestigkeit), wobei icdoch die Sireckgrenze auf höchstens etwa ^ι)Μ) MPa bcgren/1 wird, um eine gute Beständigkeit gegenüber der Versprödung durch Wasserstnt! /u bewahren.

Is ist außerdem festzustellen, daß die aus den so definierten Stählen hergestellten Werkslücke Schweißvor- »änaen unterworfen werden können. Hierbei ist es unerläßlich, -,ic einer I lUspannungsbehaiidlung bei einer '■■».•sonder» hohe · femperatur zu unterwerfen, die gleich del oder höchstens 20 C unter der lemperatur des metallurgischer Anlassen¹·' ist. iedoch niemals unter (■25 C liegt.

Selbstverständlich isl die Frlindung aiii die angegebenen Beispiele nicht beschränkt, die nur einer genauen F.rläuierung besonderer Ausführungsfaile dienten. Diese chemischen /usammensetzungen und die liehandlungslemperatiren und -zeUen. die in den Beispielen angegeben sintl. Minnen andererseits Insbesondere als Funktion tier Formen ties Werkstücks und der angestrehten F'igenschal'ten. iedoch einfach innerhalb der engen oben angegebenen Grenzen vnrii· rcn; ebenso muß die Ahschreckgeschwintligkeit stets das Frhalten eines niartensitisclien (ielüges ermöglichen.

schließlich sind (iegenstatul tier l'rlindung auch uie ins ilen Stählen mit den beschriebenen iJgenschalten h.ergeslellten Werkstücke. Fin solcher Stahl kann bei verschiedenen Anwendungsiailen verwendet werden, uie /. ».:

Vorrichtungen zum Transport oder zur I agerung. auch unter hohen Drücken, von Wasserstoff oder wasserslollh.iltigcn Gasen !/. B. Frdgas). die Schwelelwassersloll enthalten otler nicht, wobei tlie Konstruktionen feste otler bewegliche Behälter sein können. Ventile oder die beweglichen Teile von Turbokompressoren 'Flemenie tier Gchüiseräder: Radnaben, flansche. Schaufeln).

I lememe zur Ausnutzung der Frdöl- oder Frdgaslagerstätten in großen Tiefen, wie z. B. die Rohre oder die Rohrverbinden

F.s ist klar, daß auch andere Anwendungsfälle ii.i Bereich der Frfindung liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit guten Festigkeitsüigenschaften und Beständigkeit gegen Rißbildung durch Spannungskorrosion in Gegenwart von Wasserstoff aus einem unberuhigten Stahl, bestehend aus 0,15 bis 0,3'fe Kohlenstoff, 0,1 bis 0,5% Silizium, 0,5 bis 1,5% Mangan, 1 bis 3% Chrom, 0,25 bis 1% Molybdän, 0 bis 1% Nickel, 0 bis 0,1% iu Vanadium und/oder Niob und Rest Eisen mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, bei dem die Werkstücke bei 875 bis 950^; C austenitisiert. abgeschreckt und schließlich zum Anlassen bei 620 bis 725° C geglüht werden, dadurch ge kennzeichnet, daß die Werkstücke nach dem Austenitisieren bei einer Geschwindigkeit über der kritischen martensitischen Geschwindigkeit abgeschreckt und derart angelassen werden, daß die minimale Anlaßlemperatur 'n dem Bereich von 620 bis 725° C durch die Maßgabe bestimmt wird, daß in dem fertigen Werkstück gleichzeitig die Streckgrenze R₁, in dem Bereich von 740 bis 932 MPa, die Zugfestigkeit R_m in dem Bereich von 880 bis 1080 MPa und ein Versprödungsgrad F - 30%, betragen, wobei F durch die Gleichung

ρ % = χ 100

Vorrichtungen zum Transport oder zur Lagerung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasen, z. B. Erdgas, mit oder ohne Schwefelwasserstoffgehalt, für Ventile oder bewegliche Teile von Turbokompressoren oder für Rohre oder Rohrverbindungen zur Ausnutzung der Erdöl- oder Erdgaslagerstütten in großen Tiefen.