DD292930A5 - Umformungsthermisch behandelter walzstahl - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft aus der Umformwaerme behandelten Walzstahl, insbesondere Feinstahl, mit einem im Bereich der allgemeinen Baustaehle liegenden Haupteinsatzgebiet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl mit definiertem Gefuegeaufbau zu entwickeln, der in Kombination mit dem Walzprozesz, allein durch die Intensivkuehlung im Walzflusz realisierbar ist. Erfindungsgemaesz wird diese Aufgabe dadurch geloest, dasz der Stahl ueber den Querschnitt einen heterogenen Gefuege- und Festigkeitsaufbau besitzt, wobei die in sich geschlossene Randschicht aus angelassenem Martensit und Zwischenstufengefuege besteht, die Staerke dieser Schicht in definierten Bereichen der Oberflaeche des Walzprofils reproduzierbar, voneinander abweichend, unterschiedlich stark ausgebildet ist und einen ferritisch-perlitischen Materialkern umschlieszt. Des weiteren ist dieser Gefuegeaufbau dadurch gekennzeichnet, dasz er unabhaengig von der Querschnittsform des Walzstahls einstellbar ist, wobei die max. Einhaertetiefe in Abhaengigkeit von der Abmessung des Walzprofils, der chemischen Zusammensetzung des Stahls und der lokal wirksamen Kuehlintensitaet ein Mehrfaches der minimalen Einhaertetiefe betraegt.{Walzstahl; Feinstahl; Intensivkuehlung; Baustahl; Herstellung; Verarbeitung; Einsatz; Walzflusz; Kombination; Querschnitt; Randschicht; Gefuege; Festigkeit; Martensit; Zwischenstufe; Einhaertetiefe; Walzprofil}

Description

Kerns erst nach der Härtung der Randzone und dem Temperaturausgleich zwischen Rand und Kern erfolgt. Mit Hilfe dieses Verfahrens sind durchgehend vergütete hochfeste Stähle mit verbesserten Werkstoffeigenschaften herstellbar. (DD 267513)

3. Hochtemperatur-thermomechanische Behandlung mit partieller Martensitumwandlung des Stahls

Demgemäß sind Verfahren zur Herstellung von schweißbaren, thermisch verfestigten Betonstählen bekannt. (DD 106661; US 4016015), wnl··al die partielle Vergütung des Stahles in der Randschicht durch eine kurzzeitige, von der Abmessung des

Betonstahles abhängige, einstufige Intensivkühlung aus der Umformwärme erzielt wird. Die damit verbundene Überschreitung der M,-Temperatur im Randbereich des Stahles führt zur Bildung von Martensit, der beim anschließenden Temperaturausgleich zwischen Rand und Kern die notwendige Anlaßbehandlung erfährt. Ein vergleichbares Verfahren zur partiellen Vergütung aus der Umformwärme ist mit der Direktpatentierung von Ziehereivormaterial gegeben. (DE 2345738) Dabei kommen Stähle mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt zum Einsatz, so daß infolge der niedrigeren M,-Temperatur bei vergleichbarer einstufiger Intensivkühlung aus der Umformwärme, gegenüber den thermisch verfestigten Betonstählen eine weniger starke Randschicht mit einem Vergütungsgefüge entsteht.

Entsprechend DD 135917 ist außerdem ein partielles Vergütungsverfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen mit mehrschichtigem Gefügeaufbau bekannt, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Walzstahl von Temperaturen oberhalb A3 einer mehrstufigen intermittierenden Intensivkühlung mit schichtweiser martensitischer Umwandlung unterzogen wird, wobei die einzelnen Kühlstufen durch definierte Ausgleichszeiten unterbrochen werden, um einen Temperaturausgleich zwischen dem höher temperierten Kern und der jeweils neu gebildeten Martensitschicht herbeizuführen. Hierdurch wird u.a. ein höherfester Stahl, insbesondere Betonstahl bzw. Ziehereivormaterial, mit verbesserten Werkstoffeigenschaften hergestellt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine inhomogene Verteilung über den Querschnitt besitzt, bei der sich eine hochfeste martensitische Schicht im Übergangsbereich zwischen der äußeren Randschicht mit verminderter Festigkeit und dem weicheren Kernbereich befindet. (DD 268258) Ein anderes umformungstherrnisches Verfahren mit partieller Martensitumwandlung kombiniert die schichtweisemartensitische Umwandlung des Walzstahles im Randbereich mit einer isothermen bzw. quasi isothermen Umwandlung des aus metastabilem Austenit bestehenden Materialkerns derart, daß in diesem Korn eine Zwischenstufenumwandlung erfolgt. Der derart behandelte Walzstahl besitzt danach einen heterogenen Gefügeaufbau über den Querschnitt, wobei die Randzone aus einer oder mehreren selbstangelassenen, martensitischen Schichten und der Kern aus Zwischenstufengefüge besteht. Allen entsprechenden Verfahren und den umformungsthermisch behandelten Draht- und Feinstahlerzeugnissen ist gemeinsam, daß z. B. auf die Ausbildung von martensitischen Umwandlungsprodukten generell verzichtet oder die Vergütung des gesamten Querschnitts bzw. der gesamten, oftmals aus mehreren Schichten aufgebauten Randzone angestrebt wird. Dabei wird die Kühlintensität über den Umfang und die Länge der Walzader allgemein so eingestellt, daß es zur Ausbildung von weitgehend konstanten Schichtdicken kommt. Damit ist den spezifischen Anforderungen der Praxis nicht in jedem Fall zu entsprechen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist darauf gerichtet, die mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften, insbesondere von Baustählen, unter Berücksichtigung ihrer Herstellung, Verarbeitung und ihres Einsatzes zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl mit definiertem Gefügeaufbau zu entwickeln, der in Kombination mit dem Walzprozeß, allein durch die Intensivkühlung im Walzfluß realisierbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stahl über den Querschnitt einen heterogenen Gefüge- und Festigkeitsaubau besitzt, wobei die in sich geschlossene Randschicht aus angelassenem Martensit und Zwischenstufengefüge besteht, die Stärke dieser Schicht in definierten Bereichen der Oberfläche des Walzprofils reproduzierbar, woneinander abweichend, unterschiedlich stark ausgebildet ist und einen ierritisch-perlitischen Martensitkern umschließt. Des weiteren ist dieser Gefügeaufbau dadurch gekennzeichnet, daß er unabhängig von der Querschnittsform des Walzstahles einstellbar ist, wobei die maximale Einhärtetiefe in Abhängigkeit von der Abmessung des Walzprofils, der chemischen Zusammensetzung des Stahles und der lokal wirksamen Kühlintensität und mehrfaches der minimalen Einhärtetiefe beträgt.

Ausführungsbeispiel Die erfindungsgemäße Gestaltung des Gefügeaufbaus wird am Beispiel eines allgemeinen Baustahls der Stahlmarke St 38b-2

mit folgender chemischer Zusammensetzung verdeutlicht:

0,18% C; 0,16% Si; 0,52% Mn; 0,027% P; 0,025% S

Es handelt sich dabei um Flachstahl der Abmessung 30mm χ 10mm. Im Ergebnis einer lokal dosierten Intensivkühlung des Stahles im Walzfluß wurde in dem gemäß Fig. 1 schraffiert dargestellton Bereich des Querschnitts eine aus angelassenem Martensit und Zwischenstufengefüge zusammengesetzte Randschicht erzeugt, die einen ferritisch-perlitischen Kern umschließt. Im konkreten Fall wurde dabei zwischen T_b und T₁ eine Relation von 1:4 eingestellt.

Claims (2)

1. Hochtemperatur-thermomechanische Behandlung unter Ausschaltung der Martensitumwandlung des Stahls

Hierzu gehören die Verfahren der Direktpatentierung von Walzdraht mit C-Gehalten von 0,35-0,85% und Abmessungen von 5,5-7,0 mm Durchmesser, die zur Verbesserung der Kaltumformbarkeit vor dem Ziehen an Drahtstraßen derart aus der Walzhitze abgekühlt werden, daß es bevorzugt zur Bildung von feinstreifigem Perlit kommt. Die Entwicklung erster entsprechender Verfahrensvarianten begann bereits im Jahre 1917 (US-A 1232014; US-A 1295139), hatte die Einsparung des konventionellen Patentierens zum Ziel und erfolgte zu diesem Zeitpunkt ohne Kenntnis der metallkundlichen Zusammenhänge. Die dazu in den letzten 30 Jahre weiterentwickelten Verfahren (DE-C 1583411; DE-A 2529272; DE-A 2435831; DD-A193260) !.aben sich an den modernen Drahtstraßen zum Teil weltweit durchgesetzt und basieren auf einer speziell profilierten, mehr oder weniger intensiven Abkühlung des Drahtes sowie deren Begrenzung durch die Martensitbildung, die in jedem Fall zu vermeiden ist. Ein anderes auf die Vermeidung von Martensit orientiertes umformungsthermisches Verfahren (DD 132355) ist dadurch gekennzeichnet, daß die Randschicht des Walzstahls einer Umwandlung in der Martensit-, Zwischen- und Perlitstufe unterworfen wird und danach der Walzstahl durch die verbleibende Kernwärme wieder austenitisiert und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Ein derartig behandelter Stahl ist dadurch gekennzeichnet, daß er einen heterogenen Gefüge· und Festigkeitsaufbau über den Querschnitt besitzt, bei dem sich die Randzone des Walzstahls bereits nach der Abkühlung aus der Umformwärme im normalisierten Zustand befindet.

1. Umformungsthermisch behandelter Walzstahl, insbesondere Feinstahl, mit einem im Bereich der Baustähle liegenden Haupteinsatzgebiet, gekennzeichnet dadurch, d?ß der Stahl über den Querschnitt einen heterogenen Gefüge- und Festigkeitsaufbau besitzt, wobei die in sich geschlossene Randschicht aus angelassenem Martensit und Zwischenstufengefüge besteht, die Stärke dieser Schicht in definierten Bereichen der Oberfläche des Walzprofils reproduzierbar, voneinander abweichend, unterschiedlich stark ausgebildet ist und einen ferritisch-perlitischen Materialkern umschließt.

2. Umformungsthermisch behandelter Walzstahl gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gefügeaufbau unabhängig von der Querschnittsform des Walzstahls einstellbar ist, wobei die max. Einhärtetiefe in Abhängigkeit von der Abmessung des Walzprofils, der chemischen Zusammensetzung des Stahles und der lokal wirksamen Kühlintensität ein mehrfaches der minimalen Einhärtetiefe beträgt.

3. Umformungsthermisch behandelter Walzstahl gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gefügeaufbau an einem prismatischen Produkt, insbesondere Flachstahl mit einem Verhältnis der Seitenmaße (b:s) zwischen 2:1 und 25:1 erzielt wird.

4. Umformungsthermisch behandelter Walzstahl gemäß Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Einhärtetiefen T_b und T₈ an einem Flachstahl sich umgekehrt proportional zu den Seitenlängen b und s verhält.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren aus der Umformwärme behandelten Walzstahl, insbesondere Feinstahl, mit einem im Bereich der allgemeinen Baustähle liegenden Haupteinsatzgebiet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Uriformungsthermische Behandlungsverfahren derart, daß die Wärmebehandlung nicht isoliert, sondern in einer vorteilhaften Kombination mit der plastischen Verformung des Werkstoffs erfolgt, wurden in der Vergangenheit international bereits in vielfältiger Form entwickelt und werden zur Herstellung verschiedener Stähle, speziell im Bereich von Draht- und Feinstahlstraßen, zunehmend produktionsmäßif) genutzt. Unter Beachtung der dabei im Einzelfall angestrebten und realisierbaren Umwandlung dieser Stähle kann die große Zahl derartiger Verfahren und entsprechender Erzeugnisse wie folgt gruppiert werden:

-1- 292 Patentansprüche:

2. Hochtemperatur-thermomechanische Behandlung mit vollständiger Martensitumwandlung des Stahles

Die vollständige Härtung bzw. Vergütung aus der Umformwärme wird auch als klassische HTMB bezeichnet und kam in Verbindung mit dem Schmiedeprozeß wahrscheinlich als ursprüngliches Härteverfahren für Stähle zur Anwendung. Auf der Basis eines Verfahrens zur Herstellung von Stählen mit stark verbesserten mechanischen Werkstoffeigenschaften (DD 119438) wurden die dafür im Walzwerksbereich bestehenden Vorurteils überwunden und die klassische HTMB mit vollständiger Martensitumwandlung bzw. Vergütung erstmals an einer Drahtstraße zur Anwendung gebracht. Eine vorteilhafte Ausführung der dazu notwendigen Profilierung des Abkühlprozesses ist dabei durch das Verfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnisseh mit entfestigter Randzone und hochfestem Kern gegeben (DD 110270), wobei vergütbare Stähle direkt aus der Walzhitze in einer mindestens zweistufigen Abkühlung derart gehärtet werden, daß die durchgehende Härtung des