DD149380A5

DD149380A5 - Verfahren zur herstellung von walzstahlerzeugnissen mit erhoehter streckgrenze

Info

Publication number: DD149380A5
Application number: DD80219327A
Authority: DD
Inventors: Marios Economopoulos
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-28
Publication date: 1981-07-08
Also published as: US4295902A; CH639136A5; LU82202A1; BE874535A

Abstract

Die Erfindung eignet sich in der Stahlindustrie zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen mit einer Streckgrenze zwischen 500 und 1200 MPa. Waehrend das Ziel der Erfindung in der Schaffung eines wirtschaftlichen Weges zur Erzielung derartiger Eigenschaftswerte besteht, wird die Aufgabe darin gesehen, hierbei sowohl aufwendige Legierungselemente als auch einen erhoehten Kaltbehandlungsaufwand zu vermeiden. Diese Aufgabenstellung wird dadurch geloest, dasz von der Austenitisierungstemperatur ausgehend ein Walzstahlprodukt mit 0,0 bis 0,50% C, 0,90 bis 1,50% Mn und 0,10 bis 0,45% Si einer intensiven Kuehlbehandlung mittels eines entsprechenden Mediums unterzogen wird dergestalt, dasz eine martensitische bzw. bainitische Abschreckung der Randzone des gesamten Produkts oder eines Teils desselben bewirkt wird, waehrend der nichtabgeschreckte Teil des Walzstahlerzeugnisses unter einer so ausreichend hohen Temperatur verbleibt, dasz anschlieszend eine Verguetung der Martensit- bzw. Bainit-Randzone erfolgen kann. Von besonderem Vorteil ist die intensive Abkuehlung des Walzproduktes nach seinem Austritt aus dem Fertiggeruest.

Description

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Verfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen mit erhöhter Streckgrenze

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in der Stahlindustrie und zwar bei der Herstellung von Walzstahlerzeugnissen, anwendbar. Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen, deren Streckgrenze zwischen 500 und 1200 MPa liegt, so zum Beispiel von Bewehrungsstählen, Walzdraht, Rund- oder sonstigen Stäben, Profilen in Form eines Flachstahls oder mehrere miteinander verbundener Flachstähle, Platinen und sogar Blechen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Erzielung einer möglichst hohen Streckgrenze sowie einer für den vorgesehenen Verwendungszweck ausreichend hohen Dauerfestigkeit, Verformbarkeit, Schweißbarkeit und Ziehfähigkeit bedarf es entweder einer Behandlung durch eine Ausscheidungshärtung mit Zusatz ergänzender Legierungselemente oder einer Zeihbehandlung, beispielsweise durch Kaltziehen oder durch Kaltverwinden. Beide Möglichkeiten verursachen erhebliche Kosten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines wirtschaftlicheren Weges zur Erzielung der genannten Eigenschaftswerta. Dabei soll durch eine der jeweiligen Stahlzusammensetzunq angepaßte Wärmebehandlung ein geeignetes Gefüge gebildet werden.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen mit einer Streckgrenze im Bereich zwischen 500 und 1200 MPa zu schaffen, wobei sowohl aufwendige Legierungselemente für die Ausscheidungshärtung als auch ein erhöhter Warm- und Kaltbehandlungsaufwand vermieden werden sollen. Der Grundgedanke ist dabei, eine geeignete Wärmebehandlung aufzuzeigen.

Zu diesem Zwecke ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß von der Austenitisierungstemperatur ausgehend ein Walzstahlprodukt mit 0.10 0.50 % C, 0.90 - 1.50 % Mn und 0.10 - 0.45 % Si einer intensiven Kühlebehandlung mittels eines entsprechenden Mediums unterzogen wird dergestalt, daß eine martensitische bzw. bainitische Abschrekkung der Randzone des gesamten Produktes oder eines Teils desselben bewirkt wird, während der nichtabgeschreckte Teil des Walzstahlerzeugnisses unter einer so ausreichend hohen Temperatur verbleibt, daß anschließend eine Vergütung der Martensit- bzw. Bainit-Randzone erfolgen kann.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die intensive Abkühlung des Walzproduktes •nach seinem Austritt aus dem Fertiggerüst des Walzwerks.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Walzprodukt mit einer Streckgrenze zwischen 500 und 800 MPa im Dicken- bzw. Durchmesserbereich unter 50 mm aus einem Stahl mit 0.30 - 0.50 % C, 0.90 - 1.10 % Mn und 0.10 - 0.30 % Si hergestellt.

Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Walzstahlerzeugnis außerdem 0.20 - 0.70 % Ni, 0.10 - 0.80 % Cr und 0.02 - 0.10 % V.

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Im Rahmen der vorgenannten Ausführungsform erfolgt die Herstellung eines Walzproduktes mit einer Streckgrenze zwischen 500 und 800 MPa im Dicken-bzw. Durchmesserbereich über 50 mm aus einem Stahl mit 0.10 - 0.30 % C, 1.20 - 1.40 % Mn, 0.10 - 0.30 % Si, 0.40 - 0.70 % Ni, 0.40 - 0.80 % Cr und 0.02 - 0.10 % V.

Ebenfalls im Rahmen der vorgenannten Ausführungsform wird ein Walzprodukt mit einer Streckgrenze zwischen 800 und 1200 MPa aus einem Stahl mit 0.30 - 0.50 % C, 1.20 1.40 % Mn, 0.15 - 0.45 % Si, 0.20 - 0.60'X Ni, 0.10 - 0.40 % Cr und 0.02 - 0.05 % V hergestellt.

Das zur Durchführung des Verfahrens eingesetzte Kühlmedium ist normalerweise Wasser mit oder ohne Zusätze, eine wässerige Lösung aus mineralischen Salzen etc. Es kann auch ein Nebel sein, der beispielsweise durch Suspendierung von Wasser in einem Gas wie beispielsweise Luft hergestellt wird, oder aber auch ein Gas wie zum Beispiel Wasserdampf.

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Was die praktische Durchführung anbetrifft, so wird die jeweils gewünschte schnelle Abkühlung des Walzproduktes unter Auswahl entsprechender Kühlvorrichtungen und unter entsprechender Festlegung der Länge und Durchsatzbedingungen der Kühlstrecke bewirkt.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebotenen Vorteile sind wie folgt:

- bessere Qualitäten

- Einsparung an Legierungselementen

- Reduzierung der Kosten für die Wärmebehandlung

- Möglichkeit ,der Reduzierung der Anzahl der vom Stahlwerk zur Erzielung der gewünschten Qualitäten herzustellenden Stahlsorten

- Möglichkeit der wirtschaftlichen Herstellung bestimmter spezieller Stahlsorten (hohe Regelflexibilität).

Ausführungsbeispiel

Die nachfolgenden Anwendungen, die lediglich der Veranschaulichung dienen sollen, jedoch keinerlei Einschränkung darstellen, sollen die vom erfindungsgemäßen Verfahren geboetenen Vorteile besser verdeutlichen:

Beispiel 1

Zum Einsatz gelangen Stahlstäbe unterschiedlichen Durchmessers (10, 15, 20, 30, 40, 60 mm) in einer mittleren chemischen Zusammensetzung mit 0.40 % C, 1.20 % Mn und 0.20 % Si, Rest Fe mit den üblichen Verunreinigern.

Am Austritt des letzten Walzgerüstes wurden diese Stäbe einer schnellen Abschreckung mit Selbstvergütung entsprechend der vorliegenden Erfindung unterzogen.

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Die so behandelten Stäbe wiesen eine Streckgrenze in der Grössenordung von 500 MPa auf.

Zur Erzielung einer solchen Streckgrenze bei einer konventionellen Wärmebehandlung (normale Abschreckung + Vergütung) unterzogenen Stahl stäben müßten Stäbe eingesetzt werden, deren mittlere chemische Zusammensetzung 0.38 - 0.43 % C, C.85 - 1.10 Hn, 0.40 - 060 2 Si und 0.04 - 0.05 % V.

Dies zeigt deutlich die im Wege des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbare Einsparung an C und Si und das Fehlen von Vanadin, das bei konventioneller Wärmebehandlung erforderlich wäre. Vergleichsversuche unter Durchführung dieser beiden Arten von Wärmebehandlung (erfindungsemäße - herkömmliche Wärmebehandlung) an Stahlstäben mit der gleichen chemischen Zusammensetzung (0.40 % C, 1.20 % Mn, 0.20 % Si) ergaben einen Streckgrenzenunterschied von 100 MPa zugunsten des erfindungsgemäßen Verfahrens, was die durch diese Behandlung bewirkte Qualitätsverbesserung deutlich aufweist.

Die Qualitätsverbesserung drückt sich allgemein auch in einer besseren Verformbarkeit (größere Dehnung sowie Biegefestigkeit) aus.

Beispiel 2

In einer weiteren Versuchsreihe wurden Stahlstäbe mit Durchmessern über 50 mm und einer mittleren chemischen Zusammensetzung mit 0.20 % C, 1.30 % Mn und 0.20 % Si, 0.50 % Ni, 0.60 % Cr, 0.06 % V, Rest Fe mit den üblichen Verunreinigern, eingesetzt.

Am Austritt des letzten Walzgerüstes wurde diese Stäbe ebenfalls einer schnellen Abschreckung mit Selbstvergütung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahre unterzogen.

Die so behandelten Stäbe wiesen eine Streckgrenze von 750 MPa auf.

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Zur Erzielung einer derartigen Streckfestigkeit bei einer konventionellen Wärmebehandlung (normale Abschreckung + Vergütung) unterzogenen Stahlstäben hätten diese die folgenden chemischen Zusammensetzungen aufweisen müssen:

0.25 - 0.29 % C, 1.20 - 1.40 % Mn, 0.15 - 0.30 % Si, 0.40 % Cu, 0.70 % Ni, 0.60 % Cr und 0.06 % V.

Auch hier ist die Einsparung an C und Si durch das erfindungsgemäße Verfahren und ausserdem die Einsparung an den Legierungselementen Cu und'Ni, die bei einer konventionellen Wärmebehandlung erforderlich sind, deutlich erkennbar.

Was die Einsparung an Wärmebehandlungskosten anbetrifft, so muß festgestellt werden, daß einer konventionellen Wärmebehandlung unterzogene Stäbe ausserdem gezogen und normalisiert werden müssen, wenn die gewünschte Festigkeit erzielt werden soll, wohingegen diese Bearbeitungsphasen nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht mehr erforderlich sind.

Beispiel 3

Dieses Beispiel soll die Einsparung an Kosten für Legierungselemente und Wärmebehandlungen aufzeigen, die das erfindungsgemäße Verfahren mit sich bringt.

In gleicher Weise wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben wurden Stahlstäbe mit Durchmessern zwischen 26 und 32 mm und unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen einerseits nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt und andererseits einer konventionellen Wärmebehandlung unterzogen mit dem Ziel, eine gleiche Streckgrenze von 1100 MPa beizustellen, wobei die folgenden Zusammensetzungen gegeben waren:

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Chemische Zusammen setzung	Erfindungsgemäß	Bei konventioneller Wärmebehandlung
C %	0.40	0.50 - 0.54
Mn %	1.20	1.25 - 1.50
Si %	0.30	0.50 - 0.70
Ni %	0.40	0.35 - 0.45
Cr %	0.25	0.20 - 0.45
V %	0.04	0.08 - 0.09

Die vorstehenden Zahlen zeigen klar die beträchtliche Einsparung an Legierungselementen.'

Was die Einsparung an Wärmebehandlungskosten anbetrifft, so ist festzustellen, daß einer konventionellen Wärmebehandlung unterzogene Stäbe außerdem gezogen und normalisiert werden müssen, wenn die gewünschten Festigkeitseigenschaften erzielt werden sollen, während diese Bearbeitungsphasen nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht mehr erforderlich sind.

Man beachte auch die relativ hohen Gehalte an C und Mn der Stähle, auf welche das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen mit.erhöhter Streckgrenze zwischen 500 und 1200 MPa, gekennzeichnet dadurch, daß von der Austenitisierungstemperatur ausgehend ein Walzprodukt mit 0.10 - 0.50 % C, 0.90 - 1.50 % Mn und 0.10 0.45 % Si einer intensiven Kühl-behandlung mittels eines entsprechenden Mediums unterzogen wird dergestalt, daß eine martensitische bzw. bainitische Abschreckung der Randzone des gesamten Produkts oder eines Teils desselben bewirkt wird, während der nichtabgeschreckte Teil des Walzstahlerzeugnisses unter einer so ausreichend hohen Temperatur verbleibt, daß anschließend eine Vergütung der Martensit- bzw. Bainit-Randzone erfolgen kann.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die intensive Abkühlung des Walzproduktes nach seinem Austritt aus dem Fertiggerüst des Walzwerks erfolgt.
3. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Walzprodukt mit einer Streckgrenze zwischen 500 und 800 MPa im Dicken- bzw. Durchmesserbereich unter 50 mm aus einem Stahl mit 0.30 - 0.50 % C, 0.90 - 1.10 % Mn und 0.10 - 0.30 % Si hergestellt wird.
4. Verfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Walzstahlprodukt au.sserdem 0.20 - 0.70 % Ni, 0.10 - 0.80 % Cr und 0.02 - 0.10 % V enthält.
5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Walzprodukt mit einer Streckgrenze zwischen 500 und 800 MPa im Dicken- und Durchmesserbereich über.50 mm aus einem Stahl

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mit 0.10 - 0.30 % C, 1.20 - 1.40 % Mn, 0.10 - 0.30 % Si, ο.40 - 0.70 % Ni, 0.40 - 0.80 % Cr sowie 0.02 - 0.10 % V hergestellt wird.
6. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Walzprodukt mit einer Streckgrenze zwischen 800 und 1200 MPa aus einem Stahl mit 0.30 - 0.50 % C, 1.20 - 1.40 % Mn_xOZIS 0.45 % Si, 0.20 - 0.60 X. Ni, 0.10 - 0.40 Z Cr und 0.02 0.06 % V hergestellt wird.