DE4017973C2

DE4017973C2 -

Info

Publication number: DE4017973C2
Application number: DE4017973A
Authority: DE
Inventors: Serosh Dr.-Ing. Engineer; Volker Dipl.-Ing. Schueler; Bernd Dr.-Ing. 4150 Krefeld De Huchtemann
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1993-06-17
Also published as: DE4017973A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von AFP-Stählen für erhöhten Temperaturen ausgesetzte Bauteile.

Im Schrifttum¹)-⁷) liegen zahlreiche Untersuchungen zum Zeitstandverhalten warmfester Stähle vor, die den Vorteil von Härtungsgefügen hoher Bildungstemperatur wie z. B. oberer Bainit aufzeigen. Ein Nachteil im Vergleich zu Härtungsgefügen niedrigerer Bildungstemperatur wie z. B. unterer Bainit oder Martensit ist die geringere Zähigkeit bei Raumtemperatur. In einer Untersuchung⁸) über 1% CrMoV-Stähle wurde sogar nachgewiesen, daß Mischgefüge aus Ferrit und Perlit, die also bei noch höherer Bildungstemperatur entstehen, gleich hohe Zeitstandfestigkeitseigenschaften aufweisen wie ein auf gleiche Festigkeit angelassenes bainitisches Gefüge. Ein Nachteil des Mischgefüges aus Ferrit und Perlit ist die geringe Kerbschlagzähigkeit von rd. 10 J bei Raumtemperatur, so daß angestrebt wird, ein derartiges Gefüge durch geeignete Stahlauswahl oder durch geeignete Wahl des Abschreckmediums zu vermeiden.

Die Erfindung bezieht sich nun auf die Verwendung von ausscheidungshärtbaren ferritisch-perlitischen Stählen, nachfolgend kurz "AFP-Stähle" genannt, mit der in den Ansprüchen angegebenen Zusammensetzung für warmfeste Bauteile, die vorzugsweise durch Umformen, wie Walzen und Schmieden bei hohen Temperaturen, erhalten werden. Zur Erhöhung der Feinkornbeständigkeit und damit Zähigkeit kann insbesondere Titan bis 0,05% zulegiert werden.

Es hat sich gezeigt, daß bei derartigen Stählen mit entsprechender Feinkörnigkeit des ferritisch-perlitischen Gefüges ohne Wärmebehandlung, nur durch kontrollierte Abkühlung aus der Umformwärme (Zustand BY) eine Verbesserung der Kerbschlagarbeitswerte bei Raumtemperatur auf mindestens 25 J, teilweise noch mehr erreicht werden kann. Für Bauteile, die bei erhöhten Temperaturen von 300 bis 560°C eingesetzt werden, sind derartige Werte ausreichend hoch.

Die chemischen Zusammensetzungen einiger beispielhafter erfindungsgemäß zu verwendender Stähle sind in Tafel 1 aufgeführt.

Tafel 2 enthält dazu die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur. Es sind die Eigenschaften von Vergleichsstählen mit aufgeführt. Es zeigt sich, daß gegenüber unlegierten oder niedriglegierten warmfesten Stählen höhere Festigkeitseigenschaften erzielt werden, obwohl diese normalgeglüht werden, während die erfindungsgemäß zu verwendenden im abgekühlten (BY-)Zustand vorlagen, also ohne jede Wärmebehandlung diese Eigenschaften erreichen.

Tafel 3 enthält in gleicher Weise wie Tafel 2 die Festigkeitseigenschaften bei erhöhten Temperaturen. Auch hier zeigen die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle etwa gleich hohe oder höhere Werte wie die zum Vergleich herangezogenen Normstähle.

Tafeln 4a bis 4c enthalten die Ergebnisse der Zeitstandversuche der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle. Diese Ergebnisse sind für 450°C in Fig. 1, für 500°C in Fig. 2 und für 550°C in Fig. 3 als Zeitstand- Isotherme dargestellt.

Tafel 5 enthält die aus den Fig. 1 bis 3 ablesbaren Kennwerte für die Zeitstandfestigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle für 1000, 10 000 und 100 000 Stunden Beanspruchungsdauer. Zum Vergleich sind Anhaltswerte der Vergleichsstähle aus den entsprechenden Normen mit angegeben. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle weisen höhere Werte auf. In Fig. 4 sind die Kennwerte der AFP-Stähle in Abhängigkeit von der Prüftemperatur aufgetragen. Die gemeinsame Darstellung von 0,2%- Dehngrenzen und Zeitstandfestigkeiten in Abhängigkeit von der Prüftemperatur in Fig. 5 macht deutlich, daß zeitabhängig oberhalb von sogenannten Schnittpunkttemperaturen nicht mehr mit der Warmstreckgrenze, sondern mit Kennwerten aus dem Zeitstandversuch gerechnet werden muß.

Tafel 1

Chemische Zusammensetzung erfindungsgemäß zu verwendender Stähle

(Angabe in Masse-%)

Tafel 2

Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur

Tafel 3

Festigkeitseigenschaften bei erhöhten Temperaturen

Tafel 4a

Stahl A

Zeitstandverhalten bei 450 bis 550°C

Abmessung: 46 mm Dmr.
Probenlage: längs D/6
Zustand: BY

Tafel 4b

Stahl C

Zeitstandeigenschaften bei 450 bis 550°C

Wärmebehandlung: 950°C 10′→660°C 20′/L
Abmessung: 65 mm Dmr.
Probenlage: längs D/6

Tafel 4c

Stahl C

Zeitstandeigenschaften bei 450, 500 und 550°C

Zustand: BY / gezogen / geschliffen
Prüfung am Vollquerschnitt
Abmessung: 9,32 mm Dmr.

Tafel 5

Zeitstandfestigkeit in N/mm²

Claims

1. Verwendung ausscheidungshärtbarer ferritisch-perlitischer (AFP-)Stähle, bestehend aus

0,2   bis 0,5% Kohlenstoff
0,4   bis 1,0% Silizium
0,8   bis 1,8% Mangan
0,008 bis 0,2% Schwefel
0,004 bis 0,04% Stickstoff
0,05 bis 0,20% Vanadium und/oder Niob
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

für Bauteile, die bei erhöhten Temperaturen von 300 bis 560°C beansprucht werden.

2. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich Chrom bis 0,7%, Aluminium bis 0,1%, Titan bis 0,05% enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahls mit 0,20 bis 0,35% C, 0,5 bis 0,8% Si, 1,0 bis 1,7% Mn, 0,01 bis 0,09% S, 0,2 bis 0,5% Cr, 0,015 bis 0,06% Al, 0,015 bis 0,030% N, 0,05 bis 0,15% V und/oder 0,02 bis 0,10% Nb, 0,01 bis 0,04% Ti, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, der bis zu Verformungstemperaturen oder Glühtemperaturen von 1300°C eine hohe Feinkornbeständigkeit aufweist, bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von mindestens 800 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze von mindestens 550 N/mm², eine Bruchdehnung von mindestens 15%, eine Brucheinschnürung von mindestens 45% und bei Raumtemperatur eine Kerbschlagarbeit von mindestens 35 Joule an DVM-Proben erreicht, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung eines Stahls mit 0,35 bis 0,45% C, 0,5 bis 0,8% Si, 1,0 bis 1,7% Mn, 0,01 bis 0,09% S, 0,2 bis 0,5% Cr, 0,015 bis 0,06% Al, 0,015 bis 0,030% N, 0,05 bis 0,15% V und/oder 0,02 bis 0,10% Nb, 0,01 bis 0,04% Ti, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, der bis zu Verformungstemperaturen oder Glühtemperaturen von 1300°C eine hohe Feinkornbeständigkeit aufweist und eine Zugfestigkeit von mindestens 850 N/mm², eine 0,2%-Dehngrenze von mindestens 600 N/mm², eine Bruchdehnung von mindestens 12% und eine Brucheinschnürung von mindestens 40% bei einer Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur von mindestens 25 Joule an DVM-Proben erreicht, für den Zweck nach Anspruch 1.