DE1255929B

DE1255929B - Verwendung eines niedrig legierten Stahls als Werkstoff fuer Blechkonstruktionen

Info

Publication number: DE1255929B
Application number: DEJ25146A
Authority: DE
Inventors: John Lyons Hurley; Oscar Oran Miller
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1963-01-21
Filing date: 1964-01-18
Publication date: 1967-12-07
Also published as: LU45265A1; ES295490A1; BE642783A; US3258372A; DK103594C; GB1034031A; NL6400420A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche Kl.: 40 b - 39/56

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J 25146 VI a/40 b 18. Januar 1964 7. Dezember 1967

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines niedrig legierten Stahls, der durch rasche Abkühlung aus der Austenitisierungstemperatur auf ein martensitisches Gefüge gebracht, danach bei über 59O⁰C angelassen ist, als Werkstoff für Blechkonstruktionen, die, wie Rohrleitungen, Druck- und Vorratsbehälter für Flüssigkeiten, schwere Maschinenteile, Eisenbahnwaggons, Aufbauten für Güterwagen und Träger, bei einem Querschnitt von unter 25 mm eine 0,2 "/„-Streckgrenze von 63 kg/mm², eine Zugfestigkeit von über 70 kg/mm², ein Streckgrenzenverhältnis von mindestens 0,8, eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 5,5 kgm bei Raumtemperatur und von mindestens 2 kgm bei — 100⁰C sowie eine gute Zähigkeit und Schweißbarkeit aufweisen müssen.

Aus der österreichischen Patentschrift 150 000 ist eine Legierung bekannt, die als Schweißdraht für das Kohle-Lichtbogenschweißen geeignet ist und eine Nähtform bzw. -oberfläche mit hoher Wechselfestigkeit der geschweißten Konstruktion ergibt. Die bekannte Legierung enthält neben Eisen bis 0,45 % Kohlenstoff, 0,25 bis 1 % Silizium, 0,20 bis 3 % Mangan, bis 0,06 °/₀ Schwefel und bis 0,45 % Phosphor sowie gegebenenfalls bis 1,2 °/o Zirkonium, bis 0,50% Aluminium, bis 0,80% Titan, bis 0,40% Vanadin, bis 1,50% Tantal, bis 0,30% Magnesium, bis 8 % Nickel, bis 2% Molybdän, bis 3% Wolfram, bis 5% Chrom, bis 2% Kobalt und bis 2% Kupfer, einzeln oder nebeneinander. Über die mechanischen Eigenschaften dieser Legierung ist dagegen nichts bekannt. Schließlich ist es aus dem »Handbuch der Sonderstahlkunde« von E. Houdremont, 1956, 2. Band, S. 1457 bis 1465, allgemein bekannt, daß Bor als Legierungselement in niedrig legierten Stählen die Härtbarkeit erhöht und insoweit andere Legierungsmittel ersetzen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand nun darin, einen für den eingangs genannten Verwendungszweck geeigneten Stahl zu schaffen, der in Form von Blechen im abgeschreckten und angelassenen Zustand besonders gute mechanische Eigenschaften besitzt und nur geringe Mengen der verhältnismäßig teueren .Legierungselemente Chrom, Molybdän und Vanadin enthält. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß die erforderliche Kombination der mechanischen Eigenschaften sich bei einem Stahl erreichen läßt, der gegenüber den üblicherweise für den vorgenannten Verwendungszweck benutzten Stählen einen verringerten Chrom- und Molybdängehalt besitzt und völlig vanadinfrei ist. Erfindungsgemäß wird daher die Verwendung eines Stahls vorgeschlagen, der aus

Verwendung eines niedrig legierten Stahls als Werkstoff für Blechkonstruktionen

Anmelder:
5

International Nickel Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. G. Eichenberg
ίο und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf, Cecilienallee 76 ;

Als Erfinder benannt:
Oscar Oran Miller, Westfield, N. J.;

John Lyons Hurley, Bloomfield, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität: ,::'., .,-.'.

V. St. v. Amerika vom 21. Januar 1963 (252 626)

0,14 bis 0,24% Kohlenstoff, ^:

0,6 bis 1,2% Mangan,

0,10 bis unter 0,5% Silizium,

0,6 bis 1,5% Nickel,

0,18 bis 0,35% Chrom,

0,15 bis 0,35 % Molybdän,

0,015 bis 0,1 % Aluminium,

0,0005 bis 0,005% Bor,

Rest Eisen einschließlich erschmelzungs-

bedingter Verunreinigungen :

besteht.

Eine optimale Eigenschaftskombination ergibt sich, wenn der vorgeschlagene Stahl rieben Eisen 0,15 bis 0,22% Kohlenstoff, 0,65 bis 1% Mangan, 0,2 bis 0,35% Silizium, 0,7 bis 1% Nickel, 0,2 bis 0,35% Chrom, 0,15 bis 0,3% Molybdän, 0,02; bis 0,06% Aluminium und 0,0005 bis 0,004% Bor enthält.

Im Hinblick auf die vom Ferritanteil des Gefüges

, bestimmte Härtbarkeit sowie ,den Sauerstoffgehalt des Stahls beträgt der Mindestgehalt an Kohlenstoff 0,14%, während für eine optimale Schweißbarkeit der . Kohlenstoffgehalt 0,22 % nicht übersteigen sollte. Der Siliziumgehalt soll vorzugsweise 0,35% nicht über-

... steigen, um die Bildung nichtmetallischer Einschlüsse weitestgehend zu verhindern. Die Gehaltsgrenzen für Chrom ergeben sich daraus, daß bei zu geringem Chrömgehalt eine vollständige Umwandlung in Martensit nicht gewährleistet ist, während bei 0,35%

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übersteigendem Chromgehalt die Zähigkeit des Stahls zu stark verringert wird. Mangan, Nickel, Chrom und Molybdän ergeben eine hohe Zugfestigkeit, hohe Streckgrenze und gute Härtbarkeit und insbesondere Nickel eine gute Zähigkeit. Ein Überschreiten der oberen Gehaltsgrenzen dieser Elemente führt jedoch zu einer Erniedrigung der Ms-Temperatur sowie zur Bildung von Abschreckrissen. Darüber hinaus ,entstehen bei zu hohen.. Mangan-, Nickel-, Molybdän- und Chromgehalten beim Unterpulverlichtbogenschweißen leicht Risse, während zu hohe Anteile an Mangan und/oder Chrom zu Anlaßsprödigkeit führen. Wegen seiner bekannten, die Härtbarkeit erhöhenden Wirkung ist der Höchstgehalt an Bor auf 0,005 bzw. 0,004,°/o begrenzt, um eine zu starke Sprödigkeit des Stahls zu vermeiden. Aluminium ergibt wegen seiner hohen Stickstoffaffinität insbesondere auch in Gegenwart von Bor eine gleichmäßige Härtbarkeit. Vanadin, Titan und andere Karbidbildner enthält der vorgeschlagene Stahl dagegen nicht, da ihre Karbide eine zur Kornvergröberung führende sehr hohe Austenitisierungstemperatur von 980 bis 1205⁰C erfordern, während die Austenitisierungstemperatur 955⁰C nicht übersteigt und vorzugsweise bei 900 bis 925⁰C liegt. Das Vanadinkarbid löst sich dagegen unter 1040⁰C nicht vollständig und führt bei Lösung im Austenit zu einer beträchtlichen Erhöhung der Härtbarkeit, während es bei nicht vollständiger Lösung

ίο die Härtbarkeit beeinträchtigt. Die obere Grenze für Vanadin und Titan liegt daher bei je 0,01 % bei einem Gesamtgehalt an Karbidbildnern von 0,02 °/₀. Die für den vorgeschlagenen Stahl geeignete Anlaßtemperatur liegt bei 593 bis 635⁰C, aus der sie zur Vermeidung von Anlaßsprödigkeit und Verziehen vorteilhafterweise langsam abgekühlt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Stahls im einzelnen erläutert.

	7. C	0/ /0 Mn	7o Si	Zahlentafel I	o/ /o Cr	7o Mo	7o Al	7o B	Vo . Fe '
Stahl	0,16 0,18 0,21	0,67 0,83 0,91	0,19 0,23 0,33	7o Ni	0,23 0,26 0,31	0,17 0,26 0,26	0,03 0,035 0,037	0,003 0,004 0,004	BaI. BaI. BaI.
A			0,74 0,86 0,96
B
C

*) Bestimmt als säurelösliches Aluminium.

25 mm dicke Bleche aus diesen Stählen wurden 1 Stunde bei 813⁰C austenitisiert, in Wasser abgeschreckt und 2 Stunden bei 620 bzw. 65O⁰C angelassen. Dann wurden ihre Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit bei Raumtemperatur sowie die niedrigste Temperatur bestimmt, bei der die Stähle eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 2kgm aufweisen (Über' gangstemperatur). Die Ergebnisse waren folgende;

	O,2°/o-Streckgrenze	Zugfestigkeit	Zahlentafel II	Einschnürung	Kerbschlagzähigkeit	Übergangs
					bei	temperatur '
Stahl	kg/mm²	kg/mm²	Dehnung*)	Vo	Raumtemperatur	⁰C
				angelassen	kgm
	73,5	78,4	Vo	65		-112
	75,9	83,0	bei 62O⁰C	66	10,8	-123
A	75,2	84,3	21	65	9,1	-126
B			22	angelassen	10,4
C	68,9	75,2	22	66		-129
	68,5	75,9	bei 65O⁰C	67	13,5	-120
A	70,3	80,1	21	67	9,8	-134
B		22 ■		10,4
C		22

■ *) Dehnung, Meßlänge 5 cm.

Die vorgeschlagenen Stähle können ohne Beeinträchtigung der Streckgrenze, Zugfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit oder Dehnung geschweißt werden. Sie können auch, ohne rissig zu werden, über eineü Dorn von 25 mm Durchmesser um 180° gebogen werden.

Die Wirkung des Schweißens sei an Hand eines Vergleichs zwischen einem Stahl D nach der Erfindung und einem bekannten nickelfreien Stahl 1 erläutert.

	Vo C	Vo Mn	Zahlentafel	Vo Si	Vo .Ni	πι	Vo Cr	Vo Mo	o/ /0 Al	Vo B	Vo Zr
Stahl	0,20 0,17	0,60 0,74	0,25 0,65	0,85	0,30 0,62	0,26 0,23	0,032 0,035	0,003
D						0,04
1

25 mm dicke Bleche aus diesen Stählen wurden bei 913⁰C austenitisiert, in Wasser abgeschreckt, 2 Stunden bei 65O⁰C angelassen, danach in Wasser abgeschreckt und je zwei Bleche stumpfgeschweißt. Die Bleche wurden dann geteilt und im geschweißten Zustand sowie nach 2stündigem Spannungsfreiglühen bei 595 ⁰C untersucht. Aus nicht geschweißten Blechen eines jeden Stahls geschnittene Proben sowie Proben aus den wärmebeeinflußten Zonen sowohl der nur geschweißten als auch der spannungsfreigeglühten Bleche wurden untersucht. Dabei wurden folgende Ergebnisse ermittelt:

Zahlentafel IV

Stahl	Zu stand	0,2 Vo- Streckgrenze	Zug festigkeit	Deh nung	Ein schnü rung
		kg/mm²	kg/mm^a	7o	7.
D	1	73,5	80,5	23,7	69,2
	2	70,3	78,5	28,5	60,0
	3	68,9	77,5	30	57,8
1	1	60,5	71,2	24,0	67,5
	2	60,7	71,5	27,5	61,5
	3	57,3	69,0	27,5	51,5

1 = ungeschweißt,

2 = wärmebeeinflußte Zone (in geschweißtem Zustand),

3 == wärmebeeinflußte Zone (in geglühtem Zustand).

Für die Übergangstemperatur ergaben sich folgende Werte:

Zahlentafel V

	Blech	Wärmebeeinflußte Zone	nach dem
			Spannungs
Stahl	⁰C	in geschweißtem	freiglühen
	-123	Zustand	⁰C
	- 84	⁰C	-107
D	-107	- 70
1	- 79

35

40

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines niedrig legierten Stahls, bestehend aus

0,14 bis 0,24 % Kohlenstoff,

0,6 bis 1,2% Mangan,

0,10 bis unter 0,5 % Silizium, h f

0,6 bis 1,5% Nickel,

0,18 bis 0,35% Chrom, ί,ζ

0,15 bis 0,35% Molybdän,

0,015 bis 0,1 % Aluminium,

0,0005 bis 0,005% Bor,

Rest Eisen einschließlich erschmelzungs-

bedingter Verunreinigungen,

der durch rasche Abkühlung aus der Austenitisierungstemperatur auf ein martensitisches Gefüge gebracht, danach bei über 59O⁰C angelassen ist, als Werkstoff für Blechkonstruktionen, die, wie Rohrleitungen, Druck- und Vorratsbehälter für Flüssigkeiten, schwere Maschinenteile, Eisenbahnwaggons, Aufbauten für Güterwagen und Träger, bei einem Querschnitt von unter 25 mm eine 0,2%-Streckgrenze von 63 kg/mm², eine Zugfestigkeit von über 70 kg/mm², ein Streckgrenzenverhältnis von mindestens 0,8, eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 5,5 kgm bei Raumtemperatur und von mindestens 2 kgm bei — 100⁰C sowie gute Zähigkeit und Schweißbarkeit aufweisen müssen.

2. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, bestehend aus

0,15 bis 0,22 % Kohlenstoff,

0,65 bis 1% Mangan,

0,2 bis 0,35 % Silizium,

0,7 bis 1% Nickel,

0,2 bis 0,35 % Chrom,

0,15 bis 0,3% Molybdän,

0,02 bis 0,06% Aluminium,

0,0005 bis 0,004%Bor,

Rest Eisen einschließlich erschmelzungs-

bedingter Verunreinigungen,

für den Zweck nach Anspruch 1.

45 In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 150 000;
E. Houdremont, »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 1956, S. 1457 und 1465.