DE3616098C1 - Process for increasing the toughness of martensite-hardenable steels - Google Patents

Process for increasing the toughness of martensite-hardenable steels

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DE3616098C1
DE3616098C1 DE19863616098 DE3616098A DE3616098C1 DE 3616098 C1 DE3616098 C1 DE 3616098C1 DE 19863616098 DE19863616098 DE 19863616098 DE 3616098 A DE3616098 A DE 3616098A DE 3616098 C1 DE3616098 C1 DE 3616098C1
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Manfred Dipl-Ing Meier
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SAARSTAHL VOELKLINGEN GmbH
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SAARSTAHL VOELKLINGEN GmbH
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Abstract

The invention relates to a process for increasing the toughness of martensite-hardenable steels by heat aging. According to the invention, it is provided that, after the usual heat aging, additional heat aging is carried out for a relatively short time at a temperature which is higher than that of the first heat aging. The resulting main advantage is that it was possible substantially to increase the toughness over that of steels heat-treated in the known manner, which results above all in a substantially lower susceptibility of these steels to cracking.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Zähigkeit von martensitaushärtbaren Stählen durch Warmauslagern.The invention relates to a method for increasing the Toughness of martensitic hardenable steels by hot aging.

Martensitaushärtbare Stähle werden üblicherweise lösungsgeglüht und anschließend warmausgelagert, um eine möglichst große Festigkeit und Zähigkeit zu erhalten. Dieses bekannte Warmauslagern führt aber zu Zähigkeitseigenschaften, die bei extremen Anforderungen unzureichend sind. Das gilt beispielsweise beim Einsatz dieser Stähle bei Druckguß-Werkzeugen, der Hülle von Flugkörpern und Gas-Ultrazentrifugen.Martensite hardenable steels are usually solution annealed and then aged to a possible maintain great strength and toughness. This known hot aging leads to toughness properties, which are insufficient for extreme requirements are. This applies, for example, when using these steels in die casting tools, the shell of missiles and Gas ultracentrifuges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, martensitaushärtbare Stähle hinsichtlich ihrer Zähigkeit zu verbessern.The invention has for its object to martensite curable To improve steels in terms of their toughness.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem üblichen Warmauslagern ein zusätzliches Warmauslagern für relativ kurze Zeit bei gegenüber dem ersten Warmauslagern erhöhter Temperatur erfolgt.This object is achieved in that after the usual hot aging an additional warm aging for a relatively short time compared to the first  Warm aging takes place at a higher temperature.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erhöhte Temperatur etwa 100°C über der Temperatur des ersten Warmauslagerns gewählt wird.According to a further embodiment of the invention, that the elevated temperature is about 100 ° C above temperature the first hot aging is selected.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das zusätzliche Warmauslagern für eine Zeit von ca. 10 bis 20 Minuten durchgeführt wird.Another development of the invention consists in that the additional hot aging for a time of approx. 10 to 20 minutes is performed.

Besonders hat sich das neue Verfahren bei martensitaushärtbaren Stählen bewährt, bestehend ausThe new process has become particularly popular with martensite-hardenable Proven, consisting of

max. 0,005%Kohlenstoff max. 0,05%Silizium max. 0,04%Mangan 16-19%Nickel 6-15%Kobalt 3-5%Molybdän max. 0,13%Aluminium 0,3-1,6%Titan max. 0,005%Phosphor max. 0,003%Schwefel Rest Eisen und übliche VerunreinigungenMax. 0.005% carbon Max. 0.05% silicon Max. 0.04% manganese 16-19% nickel 6-15% cobalt 3-5% molybdenum Max. 0.13% aluminum 0.3-1.6% titanium Max. 0.005% phosphorus Max. 0.003% sulfur Balance iron and usual impurities

bzw. ausor off

max. 0,003Kohlenstoff max. 0,05%Silizium max. 0,03%Mangan 18-22%Nickel max. 0,30%Aluminium 1,0-2,0%Titan max. 0,005%Phosphor max. 0,002%Schwefel Rest Eisen und übliche VerunreinigungenMax. 0.003 carbon Max. 0.05% silicon Max. 0.03% manganese 18-22% nickel Max. 0.30% aluminum 1.0-2.0% titanium Max. 0.005% phosphorus Max. 0.002% sulfur Balance iron and usual impurities

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Zähigkeit gegenüber den in bekannter Weise wärmebehandelten Stählen wesentlich gesteigert werden konnte, was vor allem eine geringere Anfälligkeit dieser Stähle gegen Risse mit sich bringt.The advantages achieved with the invention are in particular in that the toughness compared to that known in Way heat-treated steels significantly increased could be what, above all, less vulnerability this brings steels against cracks.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und von zwei Beispielen näher erläutert.In the following the invention with reference to a drawing and explained in more detail by two examples.

Beispiel 1Example 1

Untersucht wurde ein Stahl der Werkstoff-Nr. 1.6359 mit folgender Analyse (Angaben in Gew.-%): A steel of material no. 1.6359 with the following analysis (data in% by weight):

Nach dem Lösungsglühen wurde dieser Stahl in an sich bekannter Weise bei 475°C 3 Stunden warmausgelagert und an Luft abgekühlt, wie das die linke Hälfte der Zeichnung zeigt. Die erreichten Werte für die mechanischen Eigenschaften enthält die Zeile A der folgenden Tabelle: After solution annealing, this steel was aged in a conventional manner at 475 ° C. for 3 hours and cooled in air, as shown in the left half of the drawing. Row A of the following table contains the values achieved for the mechanical properties:

Im vorliegenden Fall interessieren besonders die Werte aus dem Kerbschlagversuch (a k ) und vor allem die Werte für K IC . Wie Zeile B in der Tabelle zeigt, sind bei etwa gleichen Werten aus dem Zugversuch überraschenderweise beträchtliche Steigerungen der Kerbschlagzähigkeit und des K IC -Werte zu verzeichnen, wenn der Stahl zusätzlich nach dem ersten Warmauslagern für kurze Zeit, hier etwa 10 Minuten, bei erhöhter Temperatur, hier 575°C, warmausgelagert und an Luft abgekühlt wird (rechter Teil der Zeichnung).In the present case, the values from the impact test (a k ) and above all the values for K IC are of particular interest. As line B in the table shows, surprisingly considerable increases in the notched impact strength and the K IC values can be recorded for the same values from the tensile test if the steel is additionally heated for a short time, here for about 10 minutes, at elevated temperature after the first hot aging , here 575 ° C, is aged and cooled in air (right part of the drawing).

Dieses erfindungsgemäße Warmauslagern hat die Wirkung, daß in dem durch das Lösungsglühen und übliche Warmauslagern vorhandenen Gefüge, einer martensitischen Matrix mit feinsten Partikeln intermetallischer Phasen, feinverteilt Gebiete geringer Härte und großer Zähigkeit erzeugt werden. Diese Gebiete sind geeignet, Risse aufzufangen, was, wie gezeigt, sich in einer sehr guten Zähigkeit niederschlägt.This hot aging according to the invention has the effect that in that by solution annealing and usual hot aging existing structure, a martensitic matrix with the finest particles of intermetallic phases, finely divided Areas of low hardness and high toughness are created will. These areas are suitable for catching cracks, which, as shown, is in very good toughness precipitates.

Auch ein Stahl ähnlich dem Typ 1.6359, jedoch ohne Kobalt und Molybdän, zeigt dieses Phänomen.Also a steel similar to type 1.6359, but without cobalt and molybdenum, shows this phenomenon.

Beispiel 2Example 2

Dieser Stahl hat nach dem herkömmlichen Warmauslagern, 3 Stunden bei 475°C und Abkühlen an Luft, Werte gemäß Zeile C der Tabelle. Die zusätzliche Wärmebehandlung nach der Erfindung, 10 Minuten bei 575°C und Abkühlen an Luft, ergibt auch hier wesentliche Steigerungen der Werte für die Zähigkeit a k und K IC (Zeile D der Tabelle). - Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind hier die praktisch unveränderten Werte für die Zugfestigkeit, die Dehnung und das Kerbzugfestigkeits-Verhältnis (R mk /R m ) nicht angegeben.After conventional hot aging, 3 hours at 475 ° C and cooling in air, this steel has values according to row C of the table. The additional heat treatment according to the invention, 10 minutes at 575 ° C. and cooling in air, also results in significant increases in the values for the toughness a k and K IC (row D of the table). - For the sake of clarity, the practically unchanged values for the tensile strength, the elongation and the notch tensile strength ratio (R mk / R m ) are not given here.

Die Erfindung ist nicht auf die beispielsweise gewählten Temperaturen und Zeiten beschränkt. Je nach Analyse kann die Temperatur für das vorgeschlagene zusätzliche Warmauslagern und die Dauer variiert werden, um eine optimale Zähigkeit zu erzielen. In jedem Fall liegt die Temperatur bei dem zweiten Warmauslagern deutlich über der Temperatur für das erste Warmauslagern und die Dauer des erfindungsgemäßen Warmauslagerns ist entscheidend kürzer als diejenige des ersten Warmauslagerns. Verfährt man so, dann ergeben sich Stähle mit einer gegenüber den in bekannter Weise behandelten Stählen verbesserten Rißbruchzähigkeit.The invention is not based on those chosen for example Temperatures and times limited. Depending on the analysis the temperature for the proposed additional aging and the duration can be varied to get an optimal one To achieve toughness. In any case, the temperature is with the second hot aging well above the temperature for the first hot aging and the duration of the Hot aging according to the invention is significantly shorter than that of the first hot aging. If you do so, then there are steels with one compared to those in known Steels treated in this way improved fracture toughness.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erhöhung der Zähigkeit von martensitaushärtbaren Stählen durch Warmauslagern, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem üblichen Warmauslagern ein zusätzliches Warmauslagern für relativ kurze Zeit bei gegenüber dem ersten Warmauslagern erhöhter Temperatur erfolgt.1. A method for increasing the toughness of martensitically hardenable steels by hot aging, characterized in that after the usual hot aging an additional hot aging takes place for a relatively short time at an elevated temperature compared to the first hot aging. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Temperatur etwa 100°C über der Temperatur des ersten Warmauslagerns gewählt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the elevated temperature about 100 ° C above the temperature the first hot aging is selected. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Warmauslagern für eine Zeit von ca. 10 bis 20 Minuten durchgeführt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the additional warm aging for a time of approx. 10 up to 20 minutes. 4. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche auf martensitaushärtbare Stähle, bestehend aus max. 0,005%Kohlenstoff max. 0,05%Silizium max. 0,04%Mangan 16-19%Nickel 6-15%Kobalt 3-5%Molybdän max. 0,13%Aluminium 0,3-1,6%Titan max. 0,005%Phosphor max. 0,003%Schwefel Rest Eisen und übliche Verunreinigungen4. Application of the method according to one or more of the preceding claims on martensit curable Steels consisting of  Max. 0.005% carbon Max. 0.05% silicon Max. 0.04% manganese 16-19% nickel 6-15% cobalt 3-5% molybdenum Max. 0.13% aluminum 0.3-1.6% titanium Max. 0.005% phosphorus Max. 0.003% sulfur Balance iron and usual impurities 5. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche auf martensitaushärtbare Stähle, bestehend aus max. 0,003%Kohlenstoff max. 0,05%Silizium max. 0,03%Mangan 18-22%Nickel max. 0,30%Aluminium 1,0-2,0%Titan max. 0,005%Phosphor max. 0,002%Schwefel Rest Eisen und übliche Verunreinigungen5. Application of the method according to one or more of the preceding claims on martensit curable Steels consisting of Max. 0.003% carbon Max. 0.05% silicon Max. 0.03% manganese 18-22% nickel Max. 0.30% aluminum 1.0-2.0% titanium Max. 0.005% phosphorus Max. 0.002% sulfur Balance iron and usual impurities
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Citations (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE550502C (en) * 1926-06-22 1932-05-17 Japan Steel Works Ltd Process for the heat treatment of steel
DE2720805A1 (en) * 1976-06-16 1978-03-09 Creusot Loire METHOD FOR PRODUCING WORKPIECES FROM ALLOY STEEL

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DE-Z.: technica 3/1976, S.159-160 *

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