DE2351702A1 - Formgusstueck aus stahl - Google Patents

Formgusstueck aus stahl

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DE2351702A1
DE2351702A1 DE19732351702 DE2351702A DE2351702A1 DE 2351702 A1 DE2351702 A1 DE 2351702A1 DE 19732351702 DE19732351702 DE 19732351702 DE 2351702 A DE2351702 A DE 2351702A DE 2351702 A1 DE2351702 A1 DE 2351702A1
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    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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Description

P. 4739
Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz ForniRUssstück aus Stahl
Die Erfindung betrifft ein dickwandiges Formgussstück aus niedrig legiertem Stahl, vorzugsweise mit Wandstärken über 100 nun, mit folgenden Eigenschaften:
2
Streckgrenze mindestens 40 kp/rcm ; Zugfestigkeit mindestens
2
50 kp/mm ; Bruchdehnung mindestens 30$; Kerbzähigkeit bei
Raumtemperatur mindestens 30 mkp/cm (DVM-Probe) und NDT-Temperatur -200G und tiefer. Die NDT (Nil Ductility Transition) -Temperatur ist, ebenso wie die Kerbzähigkeit, ein Mass für die Sprödigkeit eines Werkstoffes; sie wird durch den Drop-Weight-Test nach Pellini bestimmt. Der Begriff "niedrig legiert" entspricht in dieser Anmeldung der im DIN 17006/1 gegebenen Definition.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkstücke aus Stahlguss zu schaffen, die einerseits eine hohe Zähigkeit, d.h. ein hohes plastisches Verformungsvermögen, und andererseits gegenüber bisherigen niedrig legierten Stählen hoher Zähigkeit, verbesserte Festigkeitseigenschaften, insbeson-
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dere eine erhöhte Streckgrenze, aufweisen.
Bisher ist es bei bekannten," niedrig legierten Stählen für Formgussstücke nur gelungen, entweder gute Zähigkeitseigenschaften, d.h. hohe Bruchdehnungen und Kerbzähigkeiten bzw. tiefe NDT-Teniperaturen, bei massigen Festigkeitseigenschaften - Zugfestigkeit und Streckgrenze - zu erreichen oder bei hohen Festigkeitswerten verminderte Zähigkeiten zu erhalten.
50 weist beispielsweise unlegierter Stahlguss (GS-38.3 gemäss DIN 1681) folgender Zusammensetzung - $-Angaben bei Stoffzusammensetzung sind durchgehend Gew.-$ - : C max. 0,25$j
51 0,3 - 0,5%', Mn 0,5 -0,8$; P max. 0,05$ und S max. 0,05$,
2 Minimalwerte für die Zugfestigkeit von 38 kp/mm , für die
ο
Streckgrenze 19 kp/mm , für die Bruchdehnung von 25% und
2 für die Kerbschlagzähigkeit (DVM-Probe) von 5 mkp/cm auf; dieser Stahl besitzt also gute Zähigkeitseigenschaften aber nur relativ geringe Festigkeitswerte.
In gleicher Weise ergeben sich für Werkstücke mit Wanddicken über 30 - 100 mm aus Vergütungsstahlguss GS-25CrMo4 (DIN 17006) der Zusammensetzung C 0,22 - 0,29$; Si 0,3 - 0,5$; Mn 0,5 0,^8$; Cr 0,8 - 1,2Ji; Mo 0,2 - 0,3$; P max. 0,035$ und S max. 0,035$ Zugfestigkeiten von 40 - 45 kp/mm , eine Streckgrenze
2
von mindestens 22 kp/mm , eine Bruchdehnung von mindestens 22$ und einer Kerbschlagzähigkeit von mindestens 7 mkp/cm .
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Demgegenüber werden zur Lösung der geschilderten Aufgabe bei Gussstücken gemäss der vorliegenden Erfindung die eingangs zur Charakterisierung angegebenen guten Festigkeits- und hohen Zähigkeitseigenschaften dadurch erreicht, dass das aus Ausgangsmaterial hoher Reinheit gegossene Werkstück folgende Zusammensetzung aufweist:
C 0,04 - 0,07 Gew.-%
Si 0,30 - 0,50 "
"Mn 0,90 - 1,30 "
Mo 0,20 - 0,40 "
V 0,08 - 0,11 "
Nb 0,08 - 0,11 "
Al 0,03 - 0,05 ·'
N 60 - 100 ppm.
S max. 0,025 Gew.-%
P max. 0,025 "
und dass es ferner nachstehender Wärmebehandlung unterworfen worden ist:
a) Aufheizen auf mindestens HOO0C, Halten dieser Temperatur, je etwa 1 Std. für etwa 25 mm Wanddicke, Abschrecken in Wasser auf etwa Umgebungstemperatur;
b) Aufheizen auf mindestens 9600C, Halten dieser Temperatur wie vorstehend, Abschrecken in Härteöl auf etwa Umgebungstemperatur;
c) Aufheizen auf mindestens TOO0C, Halten dieser Temperatur, wie vorstehend, Abkühlen in ruhender Luft.,
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Das Aufheizen der ersten V/ärme behänd lung dient dabei dem Inlösungbringen der im Gusszustand grob kristallin ausgeschiedenen Karbide oder Karbonitride vor allem des Vanadiums und des Niobs. Mit der zweiten Wärmebehandlung wird durch Gefügeumwandlung aus einem austenitischen ein ferritisch-perlitisches (Perlit ca. 10 - 15%) Umwandlungsgefüge erzielt, während durch die letzte, sogenannte Anlassbohandlung im Ferrit die erwähnten Karbide und Karbonitride in einer sehr feinen Form ausgeschieden werden, wodurch vor allem die erwünschten, verbesserten Festigkeitseigenschaften erreicht werden, ohne dass die Sprödigkeit des Werkstoffes unzulässig erhöht wird.
Der neue Stahlguss bringt einerseits wegen der geringen Mengen der einzelnen Legierungselemente und andererseits wegen der Karbid- und Karbonitridausscheidungen des Vanadiums und des Niobs eine verbesserte, bisher nicht erreichte Kombination der Festigkeits- und Zahigkeitseigenschaften gegenüber den erwähr ten Stahlgusssorten. Wegen des relativ niedrigen Kohlenstoffgehaltes ist der neue Stahlguss darüberhinaus auch gut schweissbar. Die geringen Mengen an Zusatzelementen machen den neuen Stahl darüberhinaus - besonders den hochlegierten Stählen gegenüber - äusserst wirtschaftlich.
Bevorzugte Anwendungsgebiete für den neuen Stahlformguss sind Teile des allgemeinen Maschinen- und Fahrzeugbaus und Teile im Reaktorbau, die sprödbruchsicher sein und gleichzeitig eine hohe Streckgrenze haben müssen. Besonders vorteilhaft
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ist die Anwendung dort, wo zur Gewichtseinsparung. und wegen begrenzter Platzverhältnisse ein Werkstoff mit gutem Leistungsgewicht gefordert wird.
Ein weiteres Anwendungsgebiet sind umlaufende Stahlgussteile des Grossgeneratorenbaues mit ferritischem Gefüge und hoher magnetischer Induktion; diese Teile sollen einerseits.wegen der mechanischen Beanspruchung eine hohe Streckgrenze aufweise, ohne dass andererseits die magnetischen Eigenschaften wesentlich verschlechtert werden. Mit dem neuen Stahlguss
werden Streckgrenzen von mindestens 40 kp/mm erreicht, ohne dass die magnetische Induktion, besonders auch bei hohen Feldstärken unzulässig absinkt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In einem basisch, beispielsweise mit Magnesit (MgO) zugestellten Lichtbogenofen werden 700 kg Stahl erschmolzen. Der Einsatz besteht aus 30$ Rücklaufmaterial der gewünschten Zusammensetzung, 30$ Stahlrohren (G = 0,15$ P = 0,03$, S = 0,01$, Mn = 0,30$, Cr = 0,03$, Ni = O1OlJi und Mo = 0,02$), 30$ Eisen-.-schwamm (C = max. 0,20$, P = 0,013$, S = 0,008$, Mn = 0,1$), 10$ Bremanger-Roheisen (C = 3,71$, P = 0,015$, S = 0,011$, .' Si = 0,047$) und 0,37$ eines Fe-Mo-Zusatzmittelsmit einem Mo-Anteil von 66$. .
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Als Schlacke werden 2$ CaO, 2$ CaCo,, und 0,4$ CaF9 gesetzt. Es wird das 2-Schlacken-Verfahren angewendet. Nach dem Einschmelzen und Erreichen von 1600 C Badtemperatur wird mit gasförmigem Sauerstoff gefrischt. Nach dem Frischen wird ab geschlackt und eine Feinungsschlacke, bestehend aus 2% CaO, 2% CaCo3 und 0,4$ CaF2 aufgezogen. Nach ca. 15 - 20 Min. Feinungszeigt wird das Bad mit- Ca-Si (C = 0,47$, Si=61,5$, Ca = 29,8$, Fe = 4,82$, Al = 0,94$), Alsimin (C = 1,72$, Si = 39,8$, Fe = 10,56$, Al = 44,4$ und Ti = 2,78$) und Fe-Si 75$ vordesoxidiert.
Nach der ersten Desoxidationsbehandlung werden dem Bad die Legierungselemente Vanadium und Mangan zugegeben, wobei 0,09$ Vanadium in Form eines Fe-V-Zusatzmittels mit einem V-Gehalt von 80$ und Elektrolytmangan mit einer Reinheit von 99,9$ zugesetzt werden. Die Zugabe von 0,11$ Niob erfolgt
durch ein Fe-Nb-Zusatzmittel mit einem Nb-Gehalt von 67$ im Ofen vor dem Abstich. Durch die metallurgische Schmelzführung (beispielsweise die Schlackenführung oder eine eventuelle Spülung mit Argon) wird der Stickstoff, der durch das Erschmelzen in Luft in die Schmelze selbsttätig eingebracht wird, auf ein Gehalt von 60 ppm. eingestellt.
Nach der Analysenkorrektur für die anderen Legierungsbestandteile wird die Schmelze bei 16800C abgestochen in der Giesspfanne mit 0,05$ Al nochmals desoxidiert und in einer Form bestehend aus Schamottplatten, Quarz- und Chromitsand - bei einer Giesstemperatur von 1580° abgegossen.
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Nach dem Erstarren wird das Gussstück ausgepackt und in einem Glühofen in atmosphärischer Luft zunächst auf mindestens 1100 C erhitzt; diese Temperatur wird, wie an sich üblich, je etwa eine Stunde für je 25 mm Wanddicke gehalten. Das Werkstück wird dann in Wasser getaucht.und auf etwa Umgebungstemperatur abgeschreckt. Wie erwähnt, dient diese Behandlung dem Lösen der beim Erstarren im Gusszustand ausgeschiedenen Karbide und/oder Karbonitride, vor allem des Vanadiums und des Niobs.
Anschliessend erfolgt im gleichen Glühofen, ebenfalls in Umgebungsluft-, ein erneutes Aufheizen auf eine Temperatur von mindestens 960 Cj diese Temperatur wird wiederum die angegebene Zeit gehalten, ehe ein weiteres Abschrecken auf Umgebungstemperatur vorgenommen wird. Als Abschreckmittel dient in diesem Fall in bekannter Weise ein Härteöl. Durch diese sogenannte Härtungsbehandlung wird eine Gefügeumwandlung des austenitischen Gefüges in ein ferritisch-perlitisches Gefüge (Perlit ca. 10 - 15$) erzielt, wodurch die Festigkeitseigenschaften des Gussstückes erheblich verbessert werden.
In der letzten Wärmebehandlung erfolgt ein nochmaliges Aufheizen auf mindestens 6000C, nach der gleichen Haltezeit wie bei den beiden ersten Behandlungen lässt man dann das Werkstück in ruhender Luft erkalten, wobei im ferritischen Grundgefüge mit 10 - 15$ Perlitanteil ' eine Ausscheidung der erwähnten Karbide und/oder Karbonitride in sehr feiner Form; erfolgt.
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Claims (2)

-S- Patentansprüche
1. Dickwandiges Formgussstück aus niedrig legiertem Stahl, vorzugsweise mit Wandstärken über 100 mm, mit folgenden Eigenschaften:
2 Streckgrenze mindestens 40 kp/ram Zugfestigkeit mindestens 50 kp/min Bruchdehnung mindestens 30%
Kerbzähigkeit bei Raumtemperatur mindesten 30 mkp/cm (DVM-Probe) NDT-Temperatur -200C und tiefer, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Ausgangsmaterial hoher Reinheit gegossene Werkstück folgende Zusammensetzung aufweist:
C 0,04 - 0,07 Gew.-%
Si 0,30 - 0,50 "
Mn 0,90 '- 1,30 "
Mo 0,20 - 0,40 "
V 0,08 - 0,11 "
Nb 0,08 - 0,11 "
Al 0,03 - 0,05 »
N 60 - 100 ppm.
. S max. 0,025 Gew.-%
P max. 0,025 "-
und dass es ferner nachstehender Wärmebehandlung unterworfen worden ist:
a) Aufheizen auf mindestens 1100 C, Halten dieser Temperatur je etwa 1 Std. für etwa 25 mm Wanddicke, Abschrecken in Wasser etwa auf Umgebungstemperatur;
b) Aufheizen auf mindestens 9600C, Halten dieser Temperatur wie vorstehend, Abschrecken in Härteöl auf etwa Umgebungstemperatur j
c) Aufheizen auf mindestens 6000C, Halten dieser Temperatur wie vorstehend, Abkühlen in ruhender Luft.
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DE2351702A 1973-10-08 1973-10-15 Anwendung eines Verfahrens zur Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit, der Streckgrenze, der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung auf dickwandige Formgußstücke aus Stahl Expired DE2351702C3 (de)

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