DD292931A5 - Hochtemperatur-thermomechanisch 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 in definierten Bereichen der Randschicht aus angelassenem Martensit und Zwischenstufengefuege bestehende Inseln existieren, die hinsichtlich ihrer Lage, ihrer raeumlichen Ausdehnung und ihrer in Richtung des Materialkerns reichenden Tiefe, reproduzierbar auf dem Walzprofil einstellbar sind, waehrend die sonstigen Bereiche der Randschicht, ebenso wie der Kernbereich des Walzstahls aus Ferrit und Perlit bestehen. Des weiteren ist dieser Gefuegeaufbau dadurch gekennzeichnet, dasz die Einhaertetiefe der lokal waermebehandelten Oberflaechenbereiche in Abhaengigkeit von der Abmessung des Walzprofils, der Waermeleitfaehigkeit des Stahls und der Kuehlmittelbeaufschlagung in diesem Bereich einstellbar ist.{Walzstahl; Feinstahl; Intensivkuehlung; Baustahl; Herstellung; Verarbeitung; Einsatz; Walzflusz; Kombination; Querschnitt; Randschicht; Gefuege; Festigkeit; Martensit; Zwischenstufe; Einhaertetiefe; Walzprofil}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen Anwendungsgebiet der Erfindung

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

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Umformungsthermische Behandlungsverfahren derart, daß die Wärmebehandlung nicht isoliert, sondern in einer vorteilhaften Kombination mit der plastischen Verformung des Werkstoffes 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 produktionsmäßig 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. Hochtemperatur-thermomechanische Behandlung unter Ausschaltung der Martensitumwandlung des Stahles

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 rahtstraßen 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 mbtallkundlichen Zusammenhänge. Die dazu in den letzten 30 Jahren weiterentwickelten Verfahren (DE-C 1583411; DE-A 2529272; DE-A 2435831; DD-A193260) haben 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 dem Fall zu vermeiden ist. Ein anderes auf die Vermeidung von Martensit orientiertes umformungsthermisches Verfahren (DD 132355) ist dadurch gekennzeichnet, daß die Randschicht des Walzstahles 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 Walzstahles bereits nach der Abkühlung aus der Umformwärme im normalisierten Zustand befindet.

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 Vorurteile 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 Walzstahlerzeugnissen mit entfestigter Randzone und hochfestem Kern gegeben (DD 119270), wobei vergütbare Stähle direkt aus der Walzhitze in einer mindestens zweistufigen Abkühlung derart gehärtet werden, daß die durchgehende Härtung des 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 Stahles

Demgemäß sind Verfahren zur Herstellung von schweißbaren, thermisch verfestigten Betonstählen bekannt (DD 106661; US 4016015), wobei 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 Unterschreitung

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 Μ,-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, das 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 der Festigkeit 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 2G8258). Ein anderes umformungsthermisches Verfahren mit partieller Martensitumwandlung kombiniert die schichtweise

martensitische Umwandlung des Walzstahles im Randbereich mit einer isothermen bzw. quasi isothermen Umwandlung des aus metastabilem Austenit bestehenden Materialkerns derart, daß in diesem Kern 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 konstanten Schichtdicken kommt. Damit ist den spezifischen Anforderungen der Praxis nicht in jedem Fall zu entsprechen. Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist daraufgerichtet, 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. Erfiiidungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stahl über dem Querschnitt einen heterogenen Gefüge- und Festigkeitsaufbau besitzt, wobei in definierten Bereichen der Randschicht aus angelassenem Martensit und

Zwischenstufengefüge bestehende Inseln existieren, die hinsichtlich ihrer Lage, ihrer räumlichen Ausdehnung und ihrer in

Richtung des Materialkerns reichenden Tiefe, reproduzierbar auf dem Walzprofil einstellbar sind, während die sonstigen Bereiche der Randschicht, ebenso wie der Kernbereich des Walzstahles aus Ferrit und Perlit bestehen. Des weiteren ist dieser Gefügeaufbau dadurch gekennzeichnet, daß die Einhärtetiefe der lokal wärmebehandelten Oberflächenbereiche in Abhängigkeit von der Abmessung des W&lzprofils, der Wärmeleitfähigkeit des Stahls und der

Kühlmittelbeaufschlagung in diesem Bereich einstellbar ist.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Gefügeaufbaus wird an einem allgemeinen Baustahl der Stahlmarke St 44-2 mit folgender chemischer Zusammensetzung verdeutlicht: 0,17% C; 0,12% Si; 0,55% Mn; 0,044% P; 0,045% S

Es handelt sich im gegebenen Beispiel um Flachstahl der Abmessung b x s = 35 χ 8mm. Im Ergebnis einer lokal begrenzten, intensiven Druckwasserkühlung des Stahls im Walzfluß wurden entsprechend Fig. 1 bis Fig.4 im schraffierten Bereich des Querschnitts jeweils aus angelassenem Martensit und Zwischenstufengefüge bestehende Inselbereiche erzeugt, die von einem aus Ferrit und Perlit bestehenden Gefüge umgeben sind. Die Lage dieser wärmebehandelten Inseln ist entsprechend den Einsatz- und Verarbeitungsbedingungen weitgehend frei wählbar. Dies gilt gemäß Anspruch 2 auch für die Einhärtetiefe T.

Claims (2)

1. Hochtemperatur-thermomechanisch behandelter Walzstahl, insbesondere Feinstahl, mit einem im Bereich der allgemeinen Baustähle liegenden Haupteinsatzgebiet, gekennzeichnet dadurch, daß der Stahl über den Querschnitt einen heterogenen Gefüge- und Festigkeitsaufbau besitzt, wobei in definierten Bereichen der Randschicht aus angelassenem Martensit und Zwischenstufengefüge bestehende Inseln existieren, die hinsichtlich ihrer Lage, ihrer räumlichen Ausdehnung und ihrer in Richtung des Materialkerns reichenden Tiefe, reproduzierbar auf dem Walzprofil einstellbar sind, während die sonstigen Bereiche der Randschicht, ebenso wie der Kernbereich aus Ferrit und Perlit bestehen.

2. Hochtemperatur-thermomechanisch behandelter Walzstahl gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einhärtetiefe T der lokal wärmebehandelten Oberflächenbereiche in Abhängigkeit von der Abmessung und der Kühlmittelbeaufschlagung in diesem Bereich einstellbar ist.