DE2351702A1 - Formgusstueck aus stahl - Google Patents
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Description
P. 4739
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
Streckgrenze mindestens 40 kp/rcm ; Zugfestigkeit mindestens
2
50 kp/mm ; Bruchdehnung mindestens 30$; Kerbzähigkeit bei
50 kp/mm ; Bruchdehnung mindestens 30$; 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-
509816/0636
2357702
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$,
2 Minimalwerte für die Zugfestigkeit von 38 kp/mm , für die
ο
Streckgrenze 19 kp/mm , für die Bruchdehnung von 25% und
Streckgrenze 19 kp/mm , für die Bruchdehnung von 25% und
2 für die Kerbschlagzähigkeit (DVM-Probe) von 5 mkp/cm auf;
dieser Stahl besitzt also gute Zähigkeitseigenschaften aber
nur relativ geringe Festigkeitswerte.
In gleicher Weise ergeben sich für Werkstücke mit Wanddicken über 30 - 100 mm aus Vergütungsstahlguss GS-25CrMo4 (DIN 17006)
der Zusammensetzung C 0,22 - 0,29$; 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 .
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.,
5098 1 6/0636
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$. .
509818/0636
Als Schlacke werden 2$ 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)
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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