NL8800391A

NL8800391A - Verouderingsbestendig laaggelegeerd warmgewalst bandvormig vervormingsstaal.

Info

Publication number: NL8800391A
Application number: NL8800391A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1988-02-17
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1989-09-18
Also published as: EP0329220A1; ES2032650T5; JPH0617541B2; DE68901870T3; ATE77659T1; DE68901870D1; US4985090A; JPH01247560A; GR3031792T3; GR3005028T3; DE68901870T2; CA1318836C; ES2032650T3; EP0329220B2; EP0329220B1

Description

V

-. 1 - HO 675 NL

r

VEROUDERINGSBESTENDIG LAAGGELEGEERD WARMGEWALST BANDVORMIG VERVOR-MINGSSTAAL

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:

Ir. Erik Bernard VAN PERLSTEIN te BEVERWIJK Dr. Huibert Willem DEN HARTOG te NOORDWIJKERHOUT

De uitvinding heeft betrekking op een verouderingsbestendig laaggelegeerd warmgewalst bandvormig vervormingsstaal met zeer goede mechanische- en oppervlakte-eigenschappen met een koolstofgehalte van tussen 0,01 en 0,10 gew.% en een dikte van tussen 0,5 5 en 5,0 mm.

Een laaggelegeerde warmgewalste staalband met de bekend gestelde dikte en met het bekend gestelde C-gehalte kan volgens een bekende werkwijze worden verkregen indien een gegoten staalplak met een dikte tussen 25 en 300 mm eerst wordt afgekoeld, en vervolgens 10 voor het warmwalsen wordt opgewarmd tot, en gehomogeniseerd bij, een temperatuur tussen 1100°C en 1250°C.

Eventueel in het staal aanwezige stikstof verbindt zich bij het af koelen van de plak met aluminium tot aluminiumnitride. Deze binding blijft behouden bij het weer opwarmen van de plak indien de 15 temperatuur beperkt blijft tot circa 1100°C. Dit leidt tot een produkt hetwelk verouderingsbestendig is.

Naarmate de plak tot hogere temperaturen wordt verwarmd zal meer vrije stikstof in het staal in oplossing gaan, waardoor het minder verouderingsbestendig wordt. Deze veroudering zal met name 20 optreden na beitsen en nawalsen van de warmgewalste staalband. Deze veroudering heeft een negatieve invloed op de mechanische eigenschappen van het vervormingsstaal. Tevens worden tijdens vervorming van verouderd staal vloedlijnen gevormd op het oppervlak, waardoor de oppervlaktekwaliteit van het eindprodukt niet optimaal is.

25 Ook indien de plak niet voldoende wordt gekoeld alvorens te worden opgewarmd, of indien hij direct vanuit de gietwarmte in een .8800391

A

- 2 - HO 675 NL

V

4 homogeniseeroven wordt gebracht, zal vrije stikstof in het staal aanwezig blijven, omdat zich geen nitride kan vormen. Ook dan wordt geen verouderingsbestendig materiaal verkregen, zelfs indien de oventemperatuur laag is. Om redenen van energiebesparing en voor-5 raadbeperking gaat men er steeds meer toe over om de gegoten staalplakken niet meer te koelen tot de omgevingstemperatuur, maar om ze bij hogere temperatuur in de oven te leggen of zelfs direct na het gieten door een oven te leiden. Daarnaast streeft men er naar, om redenen van energiebesparing, materiaalbesparing en 10 produkteigenschappen om de oventemperatuur terug te brengen tot 1000°C of zelfs tot 850°C. De gewenste energiebesparing wordt bij deze bekende werkwijze dus onmogelijk indien men zich de vervaardiging van een verouderingsbestendig produkt ten doel stelt.

Opgemerkt wordt dat opgeloste stikstof in het staal ook 15 nadelig van invloed kan zijn voor het verkrijgen van een goede handvorm en een gelijkmatige dikte. Met name is dit het geval indien om redenen van energiebesparing een lage temperatuur in de opwarmoven wordt nagestreefd. Een lage temperatuur in de opwarmoven impliceert lage walstemperaturen. Bij deze relatief lage wals-20 temperaturen belemmert opgeloste stikstof een volledige rekristal lisatie van het staal tussen de verschillende deformatiestappen in het warmwalsproces. Hierdoor kan de hardheid van het staal tijdens deformeren sterk variëren, met de genoemde bezwaren als gevolg.

Ook kan opgeloste stikstof een volledige rekristallisatie van 25 het warmgewalste staal verhinderen, indien het staal met een temperatuur beneden 700°C wordt opgerold. Een oproltemperatuur beneden 700°C is wenselijk uit oogpunt van oxydebeheersing en homogeniteit van mechanische eigenschappen. Door onvolledige rekristallisatie wordt het niveau van de mechanische eigenschappen 30 ernstig geschaad.

De uitvinding heeft ten doel een verouderingsbestendig produkt te verschaffen hetwelk goedkoop vervaardigd kan worden en waarbij al de genoemde problemen op eenvoudige wijze vermeden kunnen worden.

35 De uitvinding bestaat daarin dat het staal waaruit het bekend gestelde produkt is vervaardigd, is gelegeerd met een voldoende hoeveelheid Titaan om vrijwel alle in het gesmolten metaal aanwezige N te binden. Dit wordt bereikt door een keuze van de gehaltes aanwezige Titaan, Stikstof en Zwavel in gew.% welke . ............

.8800391

- 3 - HO 675 NL

* voldoen aan de voorwaarden

Ti ^ 2,28 N

Ti ζ 3,43 N + 1,5 S

en door de instelling van het C-gehalte tussen 0,01 en 0,1 gew.% 5 zodanig dat het staal vrij is van Titaan- en/of Niobium-carbiden.

De binding van de stikstof blijft behouden tijdens de navolgende behandelingen van het staal, de gegoten plak en de gewalste staal-band. Verouderingsverschijnselen worden zodoende vermeden ongeacht de wijze waarop het staal tot plak en band wordt verwerkt. Hierdoor 10 ontstaat de vrijheid om de uit de gietwarmte nog warme plak in de oven te voeren, danwel de oven bij een relatief lage temperatuur te bedrijven, of de band bij een temperatuur beneden 700°C op te rollen.

Opgemerkt wordt dat de toevoeging van Ti aan staal bekend is, 15 echter in combinatie met andere koolstofgehaltes in het staal, en ter verkrijging van andere effecten. Zo is toevoeging van tussen 0,05 en 0,30% Ti aan een staal met tussen 0,03 en 0,15% C bekend voor de vervaardiging van een vervormbaar staal met hoge sterkte.

De hoeveelheid Ti is daarbij aanzienlijk hoger dan benodigd voor 20 het binden van N tot nitriden, waardoor zich Titaancarbideprecipi-taten vormen welke een sterkteverhogend effect hebben.

Ook bekend is een toepassing waarbij door toevoeging van Titaan aan ultra-laag-koolstof staal een zogeheten "Interstitial Free" dieptrekstaal wordt verkregen. Dit staal heeft een koolstof-25 gehalte beneden 0,01% C (specifieke waarde 0,003% C). Dit ultra-laag-koolstof gehalte wordt verkregen door het vloeibare staal in vacuüm te ontkolen, waarbij ook vrijwel alle opgeloste stikstof verdwijnt. Deze processtap verhoogt de kostprijs van het staal. Aan "Interstitial Free" dieptrekstaal moet voldoende titanium worden 30 toegevoegd om alle koolstof te binden. Praktische waarden voor het Titaangehalte in dit staal liggen tussen 0,03 en 0,15% Ti. Een variant op dit "Interstitial Free" dieptrekstaal is een staal met ultra-laag-koolstofgehalte, waaraan Titaan en Niobium in combinatie worden toegevoegd. Een dergelijk staal heeft bijvoorbeeld een 35 samenstelling met 0,003% C, 0,01% Ti en 0,02% Nb.

In tegenstelling tot deze bekende staalsoorten voorziet de uitvinding in een staal dat niet in vacuüm behoeft te worden ontkoold en waarin zich geen Titaan- of Niobiumcarbiden vormen. De toevoeging van Titaan heeft slechts ten doel om de onvermijdelijke .8800391

V

, - 4 - HO 675 NL

4 stikstof in het staal in een stabiele vorm te binden, opdat de eerder genoemde problemen worden vermeden en een goed vervormbaar warmgewalst staal tegen lage kostprijs kan worden verkregen.

De beste eigenschappen worden hierbij bereikt indien wordt 5 voldaan aan de voorwaarden:

Ti ^ 3,42 N

Ti ^ 3,43 N + 1,5 S.

Om de stikstof in het staal te binden tot nitriden wordt ook wel een kleine hoeveelheid Borium aan het staal toegevoegd in de 10 gewichtsverhouding B/N 0,77. Boriumnitriden zijn echter veel minder stabiel dan Titaannitriden. Boriumnitriden vormen zich voor een deel tijdens warmwalsen en voor een deel tijdens de langzame afkoeling van de gehaspelde warmgewalste rol, mits de haspel-temperatuur voldoende hoog is. Titaannitride vormt zich echter 15 reeds bij hoge temperatuur tijdens het gietproces. Tijdens de verdere procesvoering blijven de Titaannitriden stabiel. Het staal volgens de uitvinding behoeft dan ook niet bij hoge temperatuur gehaspeld te worden. Een lage haspeltemperatuur is zeer gunstig voor het behoud van een goede homogeniteit over de bandlengte en 20 voor beperking van de groei van een oxydehuid op de warmgewalste band.

Indien men zich richt op de produktie van een warmgewalste band met een dikte tussen 0,5 en 1,5 mm, dan moet de laatste reductiestap noodzakelijkerwijs plaatsvinden in een temperatuur-25 gebied waar het staal in hoofdzaak een ferritische kristalstructuur heeft. De uitscheiding van boriumnitriden in dit temperatuurgebied belemmert een volledige rekristallisatie van het staal na de laatste reductiestap, waardoor met boriumhoudend staal zonder Titaantoevoeging gaan bandstaal met goede mechanische eigenschappen 30 verkregen kan worden. Met het staal volgens de uitvinding, waarin stikstof gebonden wordt tot Titaannitride doet dit probleem zich niet voor.

Behalve op het nieuwe staalband heeft de uitvinding tevens betrekking op een werkwijze voor het goedkoop vervaardigen hiervan. 35 Daartoe wordt een gegoten staalplak met de aangegeven samenstelling vanuit de gietwarmte thermisch gehomogeniseerd en aansluitend warm gewalst.

Volgens tot nu- toe gangbare produktiemethoden wordt een staalplak gegoten met een dikte tussen 200 en 250 mm. Recente .8800391

- 5 - HO 675 KL

t ontwikkelingen in de giettechniek hebben het mogelijk gemaakt om plakken te gieten met een dikte tussen 30 en 60 mm. Deze dunne plakken behoeven geen voorwalsbehandeling en kunnen derhalve na homogeniseren direct in een eindwalsgroep worden ingezet. Deze 5 ontwikkeling staat in principe een lagere oventemperatuur toe, waardoor op energie kan worden bespaard en waardoor het materiaal-verlies ten gevolge van oxydatie geringer is. De in het bovenstaande voorgestelde staallegering is uitermate geschikt voor deze nieuwe produktietechniek. Het is zelfs mogelijk om de dunne plakken 10 in een semi-continu of continu proces direct na het gieten in de oven en vervolgens in de eindwalsgroep te voeren. In dit geval kan de plak niet gedurende voldoende tijd op zodanige temperatuur gehouden worden, dat aluminiumnitriden precipiteren. Bij een dergelijke werkwijze is de beschreven staallegering van belang voor 15 het verkrijgen van een niet-verouderende staalband met goede mechanische eigenschappen.

Indien men zich ten doel stelt om met een als hierboven beschreven werkwijze een warmgewalste band met een dikte tussen 0,5 en 1,5 mm en met goede mechanische eigenschappen en desgewenst met 20 een dunne oxydelaag te produceren uit niet-ontkoold staal, dan worden met het staal volgens de uitvinding goede resultaten bereikt. Gevonden werd namelijk dat Titaan het enige element is dat tegen aanvaardbare kosten aan het staal kan worden toegevoegd en dat stikstof zodanig bindt, dat een volledig gerekristalliseerde 25 warmgewalste band met een dikte tussen 0,5 en 1,5 mm kan worden verkregen. De beschreven warmgewalste band volgens de uitvinding is ook zeer geschikt bevonden om na het warmwalsen onderworpen te worden aan andere bewerkingen, zoals beitsen, koudwalsen, gloeien en/of verzinken.

30 De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden (Tabel 1).

De stalen A en B zijn laagkoolstofstalen volgens de uitvinding. Beide stalen worden volgens een bekende produktiepraktijk in een oxystaalconverter geraffineerd. Nadat het staal in de 35 gietpan met aluminium rustig is gemaakt, wordt de voorgeschreven hoeveelheid Titaan aan het staal toegevoegd om de onvermijdelijk in het staal aanwezige stikstof te binden.

De stalen C en D zijn "Interstitial Free" dieptrekstalen, die na raffinage in de oxystaalconverter in vacuüm worden ontkoold, .8800331

V

- 6 - HO 675 NL

4 waarna aan het staal een hoeveelheid Titaan en/of Niobium is toegevoegd die voldoende is om alle stikstof en koolstof te hinden tot nitriden respectievelijk carbiden. Deze stalen vallen niet onder de uitvinding.

5 De stalen E en F zijn laagkoolstofstalen, die geproduceerd zijn in een elektro-oven. In dergelijke stalen is het stikstof-gehalte doorgaans hoger dan in stalen die met het oxystaalproces zijn gemaakt. Derhalve moet aan deze stalen meer Titaan worden toegevoegd dan aan de oxystalen. De stalen E en F vallen onder de 10 uitvinding, omdat voldoende Titaan is toegevoegd om alle stikstof te binden, terwijl geen Titaancarbiden worden gevormd. Om te voorkomen dat door een onnauwkeurige en te grote Titaantoevoeging Titaancarbiden zouden worden gevormd, is in staal F het Zwavel-gehalte verhoogd.

15 Staal G is een vervormingsstaal met verhoogde sterkte, dat niet onder de uitvinding valt. De sterkteverhoging in dit staal is het resultaat van precipitatieharding door Titaancarbiden.

Staal H is een laagkoolstof staal waaraan geen Titaan maar Borium is toegevoegd. Dit staal valt niet onder de uitvinding.

20 Staal I is een laagkoolstof staal, waaraan meer Titaan is toegevoegd dan volgens de uitvinding is toegestaan. In dit staal vormen zich fijne Titaancarbiden die de rekristallisatie van de band tijdens warmwalsen belemmeren. Dit staal valt derhalve niet onder de uitvinding.

25 Staal J is een laagkoolstofstaal, waaraan te weinig Titaan is toegevoegd om alle stikstof tot stabiele nitriden te binden. Omdat er dankzij deze geringe toevoeging toch een voldoend duidelijke verbetering in eigenschappen werd gevonden, zoals beschreven in deze aanvrage, valt dit staal wel onder de uitvinding.

30 Staal K is een staal, dat na het oxystaalproces onder vacuüm rustig is gemaakt, waarna de volgens de uitvinding voorgeschreven hoeveelheid Titaan aan het staal is toegevoegd. Dit staal valt derhalve wel onder de uitvinding.

35 Φ· ...... ................... ..

.8800391

- 7 - HO 675 KL

\

Tabel 1 -------j--;-:-— ! Voorbeeld % C % Mn % Al j % S | Z Ti ZN ] % Nb f % B j 5 1 1 A 0,027 0,210 0,041 0,009 0,015 0,0034 B 0,046 0,206 0,035 0,013 0,012 0,0021 - - ! * C 0,003 0,187 0,048 0,010 0,052 0,0024 * D 0,002 0,184 0,042 0,009 0,015 0,0026 | 0,021 - j 10 E 0,055 0,227 0,053 0,014 0,041 0,0095 j - ' - j F 0,052 0,234 0,047 0,032 0,057 0,0121 i - - \ * G 0,043 0,256 0,038 0,011 0,052 0,0022 [- ! * H 0,041 0,198 0,043 0,012 - 0,0031 - 0,0027 ! * I 0,048 0,206 0,046 0,008 0,028 0,0024 15 J 0,046 0,221 0,050 0,009 0,009 0,0029 - - i K 0,045 0,208 0,006 0,011 0,017 0,0033 - - | i

De met * gemerkte stalen behoren niet tot de uitvinding 20 25 30 35 .8800391

Claims

8. HO 675 NL (

1. Verouderingsbestendig laaggelegeerd warmgewalst bandvormig vervormingsstaal met zeer goede mechanische- en oppervlakte- 5 eigenschappen, met een koolstofgehalte van tussen 0,01 en 0,10 gew.% en een dikte van tussen 0,5 en 5,0 mm, met het kenmerk, dat de gehaltes aanwezige Titaan, Stikstof en Zwavel in gew.% voldoen aan de voorwaarden: Ti > 2,28 N

10 Ti ^ 3,43 N + 1,5 S en welk staal door de keuze van het gehalte koolstof tussen 0,01 en 0,1 gew.% vrij is van Titaan- en/of Niobiumcarbiden.

2. Staalband volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gewichts- 15 percentages van respectievelijk niet-oxydisch gebonden Ti, stikstof en Zwavel voldoen aan de voorwaarden: Ti > 3,42 N Ti ^ 3,43 N + 1,5 S.

3. Werkwijze voor de vervaardiging van een staalband volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een gegoten staalplak met de aangegeven samenstelling vanuit de gietwarmte thermisch wordt gehomogeniseerd en aansluitend warm wordt gewalst.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de staalband wordt warmgewalst tot een dikte tussen 0,5 en 1,5 mm.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de warmge-walste band wordt koudgewalst tot een dikte tussen 0,5 en 1,5 mm 30 en vervolgens rekristalliserend wordt gegloeid. 35 ________ .8800391