DE1178609B

DE1178609B - Fuer Druckgefaesse und analog benutzte Bauteile brauchbarer, niedriglegierter, gut schweissbarer Stahl

Info

Publication number: DE1178609B
Application number: DEL30041A
Authority: DE
Inventors: Joseph G Althouse
Original assignee: Lukens Steel Co
Current assignee: Lukens Steel Co
Priority date: 1957-05-23
Filing date: 1958-03-27
Publication date: 1964-09-24
Also published as: US2853379A

Description

Für Druckgefäße und analog benutzte Bauteile brauchbarer, niedriglegierter, gut schweißbarer Stahl Die Erfindung bezieht sich auf einen für Druckgefäße und analog benutzte Bauteile brauchbaren niedriglegierten, gut schweißbaren Stahl. Derartige Stähle hoher Festigkeit, wie sie für hochbeanspruchte Apparate und Maschinenbauteile, beispielsweise Flanschteile, Feuerbüchsen, Druckgefäße u. dgl., benötigt werden, erfordern außer einer hohen Streckgrenze eine gute Dehnung und Schweißbarkeit. Die Erfindung betrifft deshalb im besonderen die Herstellung eines niedriglegierten Molybdän-Nickel-Vanadium-Titan-Stahles hoher Festigkeit und die Herstellung von wärmebehandelten Schmiede- und Formstücken für den Apparate- und Maschinenbau.
Eine diesen Anforderungen entsprechende, insbesondere für Druckgefäße brauchbare Stahllegierung ist bereits bekanntgeworden, in der neben Eisen etwa 0,1 bis 0,6% Kohlenstoff, 0,4 bis 1,5% Mangan, 0,3 bis 1,5% Kupfer, 0,2 bis 0,6% Silizium, 0,15 bis 0,51/o Molybdän, wirksamen Spuren bis etwa 0,061/o der Elemente Niob, Tantal, Zirkon, Bor, Titan sowie gegebenenfalls 0,3 bis 1,5% Nickel, gegebenenfalls bis 0,3% Chrom vorhanden ist.
Um nun der Stahllegierung ein besonderes feinkörniges Gefüge zu verleihen, werden gemäß der Erfindung einem Teil der obengenannten Legierungskomponenten eine bestimmte Menge, vorzugsweise 0,03 bis 0,06% Aluminium und eine bestimmte Menge, vorzugsweise 0,05 bis 0,13% Vanadium zulegiert. Dabei sind die Grenzen der einzelnen Legierungskomponenten bei dem erfindungsgemäßen Stahl fast durchweg wesentlich enger gezogen. Doch sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß es bei Stahllegierungen mit einer Mehrzahl von Legierungskomponenten nicht möglich ist, empirisch den quantitativen Einfluß einer einzelnen Legierungskomponente auf die Stahleigenschaft zu bestimmen, da sich die Einflüsse aller Legierungskomponenten zu sehr überdecken und sich je nach der Zusammensetzung anders auswirken. So ergeben die in dem erfindungsgemäßen Stahl in einer bisher nicht bekannten Kombination verwendeten Bestandteile eine Legierung, die den an sie gestellten Forderungen gerecht wird.
Abgesehen hiervon ist eine Stahllegierung geschaffen, deren Eigenschaften in Abhängigkeit von den Abmessungen des Werkstückes durch Variierung der Legierungsanteile konstant bleiben.
Die erfindungsgemäße Stahllegierung ergibt ein Material der gewünschten Zugfestigkeit, Zähigkeit, Dehnbarkeit, hohen Nachgiebigkeit verbunden mit großer Schlagfestigkeit bis zu -40° C.
Der erfindungsgemäße Molybdän-Nickel-Vanadium-Titan-Stahl kann entweder im Siemens-Martin-Ofen oder im elektrischen Schmelzofen hergestellt werden, wobei ein Feinkornverfahren angewandt und ein geeigneter Zusatz eines Desoxydationsmittels, beispielsweise Aluminium, verwendet wird, um eine Korngröße nach M c Q u a i d-E h n. von höchstens Nr. 5 zu erreichen.

Ein erfindungsgemäßer, für eine Vielzahl von Zwecken verwendbarer Stahl setzt sich wie folgt zusammen:

Anteil in °/o

Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . 0,08 bis 0,30

Mangan . . . . . . . . . . . . . . . . 0,90 bis 1,40

Phosphor . . . . . . . . . . . . . . . 0,040 (maximal)

Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . 0,050 (maximal)

Silizium . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,15 bis 0,35

Nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,25 bis 1,75

Vanadium . . . . . . . . . . . . . . 0,05 bis 0,13

Molybdän ............... 0,10

Titan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,005 bis 0,05

Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,35 (maximal)

Aluminium . . . . . . . . . . . . . . 0;03 bis 0,10

Eisen ... . ............... Rest *)

*) Mit Ausnahme der üblichen Elemente für die Stahl-

bildung.

Wären die oben angeführten Legierungen bei der üblichen Gattierung hergestellt, so wäre ihr Gehalt an Phosphor, Schwefel und Kupfergeringer, da diese Stoffe nicht zur Festigkeit des Materials beitragen. Es hat sich erwiesen, daß legierte Stähle, die die vorgenannte Zusammensetzung aufweisen, eine hohe Zugfestigkeit verbunden mit einer großen Schlagfestigkeit bis zu -40° C aufweisen. Die Streckgrenzen der erfindungsgemäßen Stähle sind den zur Zeit auf dem Markt befindlichen Stählen hoher Festigkeit gleich, in vielen Fällen sogar überlegen.

Ein Legierungsmaterial zur Herstellung dünner Bleche oder Platten, Stangen, Stäbe oder sonstiger Formen von weniger als 12,7 mm Stärke oder Querschnitt hat zweckmäßig eine chemische Analyse mit den folgenden Bereichen:

Anteil in °/o

Kohlenstoff' . . . . . . . . . . . . . 0,08 bis 0,15

Mangan ...... ... ....... 0,90 bis 1,20

Silizium . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,15 bis 0,35

Nickel . . . . . . . ... . . . . . . . . 1,25 bis 1,75

Vanadium . . . . . . . . . . . . . . 0,05 bis 0,10

Molybdän . . . . . . . . . . . . . . 0,10 bis 0,20

Titan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,005 bis 0,02

Aluminium . . . . . . . . . . . . . 0,03 bis 0,06

Rest Eisen einschließlich der üblichen Verunreinigungen. Bei einem Material für die Herstellung von Platten, Stangen, Stäben und sonstigen Formen von größerer Stärke bzw. größerem Querschnitt ist eine chemische Analyse mit folgenden Bereichen vorteilhaft:

Anteil in ",'o

Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . 0,18 bis 0,30

Mangan ................ 1,20 bis 1,40

Silizium . . . . . . . . . . ...... 0,20 bis 0,35

Nickel . ... . . . . . ........ . 1,50 bis 1,75

Vanadium . . . . . . . . . . . . . . 0,08 bis 0,13

Molybdän .............. 0,20 bis 0,30

Titan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,005 bis 0,05

Aluminium . . . . . . . . . . . . . . 0,04 bis 0,10

Rest Eisen einschließlich der üblichen Verunreinigungen.

Mechanische Eigenschaften Die mechanischen Eigenschaften der vorgenannten Legierungen sind nach dem Normalisieren bei 899 bis 940° C und Glühen zum Erreichen eines spannungsfreien Zustandes zwischen 593 und 677° C wie folgt:

Platten Platten Platten

oder Teilstücke oder Teilstücke oder Teilstücke

von 6,35 mm Stärke von mehr als 6,35 von mehr als 38,1

und darunter bis 38,1 mm Stärke bis 76,2 mm Stärke

Zugfestigkeit, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7031 bis 8788,5 7031 bis 8788,5 7031 bis 8788,5

Streckgrenze, mindestens kg/cm2 ................. 5624,5 5624,5 5624,5

Dehnung bei 51 mm Meßlänge, mindestens 9/o .... 18,0 20,0 20,0

Querschnittsreduktion, mindestens % ............ 45,0 55,0 55,0

Nach der Wärmebehandlung beträgt die Schlagfestigkeit des Materials, geprüft durch die sogenannten Charpy-Proben, mindestens 2,073 mkg bei -40° C.

Bei Kaltbiegeprüfungen erfüllen die hergestellten Teile die unten aufgeführten Anforderungen, und zwar bei einem Abbiegen um 180° C auf einen Innendurchmesser, der das folgende Verhältnis zu der Stärke des Prüfstückes hat:

Verhältnis des

Biegebolzen-

Stärke durchmessers

zur Stärke

des Prüfstückes

Bis 38,1 mm ................... 2

Über 38,1 bis 76,2 mm . . . . . . . . . . 3

Die im folgenden angeführten mechanischen Eigenschaften beziehen sich auf über 76,2 mm starke Materialien, die von einer Normalisiertemperatur von 899 bis 954° C rasch abgekühlt und anschließend zwischen 593 und 677° C spannungsfrei geglüht wurden. Unter rascher Abkühlung von der Normalisiertemperatur versteht man das Abkühlen der Stahlstücke in einer kurzen Zeit, normalerweise innerhalb von weniger als 10 Minuten, von der Normalisiertemperatur bis unter 538° C mit Hilfe eines Luftgebläses, durch Besprühen mit Wasser oder durch Eintauchen in Wasser:

Platten

oder Teilstücke

über 76,2 mm Stärke

Zugfestigkeit, kg/cm2 . . . . . . . . 7031 bis 8788,5

Streckgrenze, mindestens kg/cm2 5624,5

Dehnung bei 51 mm Meßlänge,

mindestens °!o ............. 20,0

Querschnittsreduktion,

mindestens % ............. 55,0

Nach der Wärmebehandlung beträgt die Schlagfestigkeit dieses Materials, geprüft durch die Charpy-Proben, mindestens 2,073 mkg bei -40° C.

Bei einer Kaltbiegeprobe an Stücken mit kleinerem Querschnitt, d. h. Stangen mit einem quadratischen Querschnitt von 12,7 mm Seitenlänge, kann ein solches Prüfstück bis auf einen Innendurchmesser zusammengebogen werden, der der Stärke des Prüfstückes entspricht.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Stahlmaterialien sind die folgenden: 1. Hohe Streckgrenze und Bruchfestigkeit bei guter Schlagfestigkeit bis auf -40° C. Dabei werden Luftkühlung von der Normalisierungstemperatur und spannungsfreies Glühen gegenüber einem Abschrecken in einer Flüssigkeit und anschließendem Anlassen bevorzugt.
2. Durch beschleunigtes Abkühlen von 899° C auf weniger als 538° C mittels Luftgebläse, durch Besprühen mit Wasser oder durch Eintauchen in Wasser lassen sich starke Materialien, d. h. Materialien, die stärker als 76,2 mm sind bzw. deren Querschnitt größer als 76,2 mm ist, erzielen, deren Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen sehr gut ist.
3. Die Eigenschaften des Materials ergeben sich aus einem Gefüge, das aus Ferrit und feindispergiertem Perlit besteht und das gegenüber einem geglühten Martensit bevorzugt wird, wie er bei ganz abgeschrecktem und dann angelassenem Material entsteht.
4. Die Verarbeitung und das Schweißen des Materials sind bei diesem Gefüge einfacher. Verarbeitung Platten von 25,4 mm Stärke und darunter können auf die gewünschte Größe abgeschert werden. Platten von mehr als 25,4 mm Stärke werden nach vorherigem Erhitzen auf 93° C durch Gasbrennschneiden zugeschnitten. Das Biegen der Platten kann heiß oder kalt erfolgen.
Bei Anwendung eines geeigneten Schweißstabes und eines guten Schweißverfahrens sind die Schweißergebnisse gut.

Claims

Patentansprüche: 1. Für Druckgefäße und analog benutzte Bauteile brauchbarer niedriglegierter, gut schweißbarer Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß neben Fe 0,08 bis 0,3 % C, 0,9 bis 1,4% Mn, 0,1 bis 0,3% Mo, 1,25 bis 1,75% Ni, 0,15 bis 0,35% Si, 0,005 bis 0,05% Ti, unter 0,35% Cu, noch 0,05 bis 0,13% V und 0,03 bis 0,1% Al vorhanden sind.
2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm höchstens 0,040% P und 0;050 % S vorhanden sind.
3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm 0,08 bis 0,15% C, 0,90 bis 1,20% Mn, 0,10 bis 0,20% Mo, 0,005 bis 0,02% Ti, 0,05 bis 0,10% V und 0,03 bis 0,060% A1 vorhanden sind.
4. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm 0,18 bis 0,30% C, 1,20 bis 1,40% Mn, 1,50 bis 1,75% Ni, 0,20 bis 0,30% Mo, 0,20 bis 0,35% Si, 0,08 bis 0,13% V und 0,04 bis 0,10% A1 vorhanden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 939 693; östrxreichische Patentschriften Nr. 143 620, 167 731; schweizerische Patentschrift Nr. 234 395; französische Patente Nr. 682 619, 739 424.