DK154229B - Fremgangsmaade til bloedgloedning af staal - Google Patents

Description

i

DK 154229 B

Opfindelsen angår blødglødning af stål, især en fremgangsmåde til blødglødning af stålarter til forbedring af tildannelses- og maskinbearbejdningsegenskaberne af stålet.

Blødglødning er en kendt proces til behandling af stålarter, 5 og den anvendes primært til at blødgøre stålet, således at det på økonomisk måde kan maskinbearbejdes eller tildannes til en del, der har den ønskede konfiguration. Sædvanligvis gennemføres blødglødningen ved at opvarme stålet i en ovn, der holdes ved den austenitiserende temperatur, 10 og hvorfra stålet fjernes og afkøles på kontrolleret måde. Stålet opvarmes til en temperatur over den austenitiserende temperatur (nemlig A3 temperaturen) og afkøles derpå, således at mikrostrukturen af stålet indeholder de såkaldte øvre transformationsprodukter, nemlig perlit, blokagtig 15 ferrit, sfæroidale carbider og kombinationer deraf. De øvre transformationsprodukter adskiller sig fra de lige så godt kendte, lavere transformationsprodukter, nemlig bainit, nåleformet ferrit og martensit, fordi de øvre transformationsprodukter er blødere og mere duktile end 20 de lavere transformationsprodukter. Når blødglødningen derfor skal forbedre maskinbearbejdeligheden, er målet i forbindelse med blødglødningsprocessen at danne øvre transformationsprodukter således, at man i det væsentlige udelukker nedre transformationsprodukter.

25 Blødglødning gennemføres hyppigt på varmt valset stål, idet man gør brug af store blødglødningsovne. Alene den krævede størrelse af ovnene og de tilsvarende pladskrav og investeringer repræsenterer en betydelig ulempe for anvendelsen deraf. Som det er kendt af sagkyndige, er der adskillige 30 andre ulemper, der er associeret med anvendelsen af sådanne blødglødningsovne. For det første er ovnopvarmningseffektiviteten generelt ret lav, med det resultat, at en forøgelse af brændstofomkostninger gør det ønskeligt at tilvejebringe et mere effektivt middel til at opvarme stålet.

35 Hertil kommer, at ovnopvarmning finder sted ved udstrå-

DK 154229 B

2 ling, ledning og konvektion som mekanisme for varmeoverfø-ringen, hvilket nødvendiggør lange cycler for at sikre, at en charge af stål i ovnen er blevet udsat for ensartet behandling i en given opvarmningscyklus Sådanne lange 5 cycler er i sig selv ufordelagtige på grund af, at de forhøjede temperaturer, der anvendes, kræver anvendelsen af en kendt, ikke-oxiderende atmosfære (nemlig en beskyttende atmosfære eller vakuum), hvilket kræver, at der skal produceres yderligere energi.

10 Det er således ønskeligt at undgå anvendelsen af sådanne store hærdeovne under forudsætning af, at de fysiske egenskaber af det blødglødedé stål falder inden for acceptable grænser. Det har som anført i U.S. patentskrift nr.

3 980 411, 4 040 872 og 4 088'511 været foreslået at behandle .'stål-15 ar.ter under anvendelse af forskellige termiske cycler ved hjælp af elektrisk modstandsopvarmning. Disse teknikker har den fordel, at de tilvejebringer en meget hurtig opvarmning af emner af stål med høje effektiviteter, inklusive ensartet opvarmning over hele tværsnittet af emnet 20 af stål.

Man har anvendt elektrisk modstandsopvarmning i blødglød-ningsprocesser, som beskrevet i USA-patent nr. 3 855 013. I denne proces opvarmer man hurtigt ved elektrisk modstandsopvarmning et koldt bearbejdet stål til en temperatur over 25 A^ temperaturen, hvorved det ferrit, der er til stede i stålet, konverteres til austenit. Det carbid, der er til stede, opløses ikke i det således dannede austenit, men forbliver som en separat fase. stålet bliver derpå afkølet til stuetemperatur for at konvertere austenitten til-30 bage til ferrit, hvilket principielt resulterer i eliminering af det kolde arbejde i stålet, hvilket efterlader car-biderne uændret.

Det har nu vist sig, at blødglødning af stål kan modificeres på signifikant måde til tilvejebringelse af stål med for-

DK 154229 B

3 bedret duktilitet og sejhed, når opvarmingen til en temperatur over austenitiseringstemperaturen hurtigt gennemføres med en sådan hastighed, at det meste af carbiderne opløses i det således dannede austenit, mens der efterla-5 des små partikler af carbid i uopløst form. De små car-bidpartikler, der forbliver, foreligger i en mængde, der er tilstrækkelig til at tjene som kerner for væksten af øvre transformationsprodukter under afkøling, hvilket resulterer i en total acceleration af blødglødningsprocessen.

10 Det er derfor opfindelsens formål at tilvejebringe en forbedret fremgangsmåde til blødglødning af stål, hvorved et stål hurtigt opvarmes til en temperatur over A3 temperaturen, således at små partikler af carbid forbliver i en uopløst tilstand, for at tjene som kerner for vækst af øvre 15 transformationsprodukter til tilvejebringelse af blødglød-et stål med høje niveauer af i:duktilitet og sejhed, og at tilvejebringe stål, der er blevet blødglødet til tilvejebringelse af høj duktilitet, tildannelsesevne og sejhed.

Man kender ganske vist fra SE fremlæggelsesskrift nr.

20 396 769 (svarende til US patentskrift nr. 3 855 013, også her kaldet Prohaszka) en fremgangsmåde til varmebehandling af koldbearbejdet stål, ved hvilken man opvarmer stålet i et sådant tidsrum og til sådanne temperaturer, med påfølgende afkøling, at ferrit bliver rekrystalliseret, og at i det 25 væsentlige ingen carbider bliver opløst. Ved Prohaszka- processen dannes der således ingen austenit. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen forløber i disse henseender så forskelligt fra Prohaszka-processen, som man kan forestille sig, idet der ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen dannes auste-30 nit, og idet tillige i det væsentlige alle carbider opløses. Hertil kommer, at Prohaszka-processen er specifikt rettet på en proces til behandling af koldbearbejdet stål, hvor man anvender varmebehandlingsprocessen til at fjerne de skadelige virkninger, der er indført i stålet på grund af

DK 154229 B

4 koldbearbejdningen. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kræver derimod ikke nødvendigvis anvendelsen af koldbearbejdet stål.

Fig. 1 er en graf af temperatur versus tid, hvilken graf 5 repræsenterer opvarmningen og afkølingen af to stålprøvestykker for at vise temperaturafhængigheden af accelereret blødglødning i henhold til opfindelsen.

Fig. 2 er en graf af temperatur versus tid, repræsenterende opvarmningen og afkølingen af adskillige stålprøvestyk-10 ker .for at vise tidsafhængigheden af accelereret blødglødning i henhold til opfindelsen.

Fig. 3A er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af 4142 stål før behandlingen ifølge opfindelsen (charge A).

15 Fig. 3B er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af 41*42 stål efter opvarmning til 768 °C efterfulgt af afkøling (charge A).

Fig. 3C er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af 4142 stål efter opvarmning til 768°C og luftkøling (charge 20 A) ·

Fig. 4 er en graf af mekaniske egenskaber (hårdhed og brudstyrke) versus austenitiseringstemperatur af 8640 stål (charge B).

Fig. 5 er en skematisk illustration af et apparat, der 25 anvendes til blødglødning i henhold til opfindelsen.

Fig. 6A er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af 4140 stål før behandlingen i henhold til opfindelsen (charge C).

DK 154229 B

5

Fig. 6B er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af 4140 stål efter ovnblødglødning (charge C).

Fig. 6C er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af 4140 stål, der er blevet hærdet i henhold til fremgangsmå-5 den ifølge opfindelsen (charge C).

Fig. 7 er en.graf, der viser Charpy slagsejhed versus temperatur for 4140 stål, der er blevet ovnblødglødet og blød-glødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge C).

Fig. 8 viser resultatet af prøvning for maskinbearbejde-10 lighed (i form af en afbildning af vækst af dele versus antallet af dele, der er fremstillet i tidens løb) af 4140 stål, der har været ovnblødglødet og blødglødet ved fremgangsmåden 'ifølge opfindelsen (charge C).

Fig. 9A er et mikrofotograf!, der viser mikrostrukturen af 15 #4140 stål før behandlingen i henhold til den foreliggende opfindelse (charge D).

Fig. 9B er et mikrofotograf!, der viser mikrostrukturen af 4140 stål efter ovnblødglødning (charge D).

Fig. 9C er et mikrofotografi af 4140 stål, der er blødglø-20 det ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, (charge D).

Fig. 10 er en afbildning af Charpy slagsejhed versus temperatur for 4140 stål, der er blevet ovnblødglødet og blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge D) .

Fig. 11 er en afbildning (i form af tid versus hastighed, 25 bestemt ved en modificeret Taylor-livsprøve) af 4140 stål, der er blevet ovnblødglødet og blødglødet ved. fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge D))

DK 154229 B

6

Fig. 12A er et mikrofotograf!, der viser mikrostrukturen af 8640 stål før behandling i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse (charge B).

Fig. 12B er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen 5 af 8640 stål, der er blevet ovnblødglødet (charge B).

Fig. 12C er et mikrofotograf!, der viser mikrostrukturen af 8640 stål, der er blevet blødglødet i overensstemmelse méd fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge B).

Fig. 13 er en graf af Charpy slagsejhed versus temperatur 10 for 8640 stål, der er blevet ovnblødglødet og blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge B).

Fig. 14A er et mikrofotograf!, der viser mikrostrukturen af 6150 stål før behandlingen i henhold til fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge G).

15 Fig. 14B er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af 6150 stål, der er blevet ovnblødglødet (charge G).

Fig. 14C er et mikrofotograf!, der viser mikrostrukturen af 6150 stål, der er blevet blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge G).

20 Fig. 15 er en graf af Charpy slagsejhed versus prøvetemperatur for 6150 stål, der er blevet blødglødet i en ovn, og 6150 stål, der er blevet blødglødet i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge G).

Fig. 16A er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen 25 af et 1144 stål før behandlingen i henhold til fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge H).

Fig. 16B er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af det 1144 stål, der er vist på fig. 16A efter blødglød-

DK 154229E

7 ning i en ovn (charge H) .

Fig. 16C er et mikrofotograf!, der viser mikrostrukturen af det 1144 stål, efter at det er blevet blødglødet i henhold til fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge H).

5 Fig. 17A er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af et 86L20 stål før behandlingen (charge I).

Fig. 17B er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af det 86L20 stål fra fig. 17A, efter at det er blevet ovn blødglødet (charge I).

10 Fig. 17C er et mikrofotografi, der viser mikrostrukturen af det 86L20 stål fra fig. 17A, efter at det er blevet ovn blødglødet i henhold til fremgangsmåden ifølge opfindelsen (charge I).

Princippet ved opfindelsen har relation til den opdagelse, 15 at de høje niveauer af duktilitet og sejhed kan opnås med under-eutectoide stål ved blødglødning, hvor stålet hurtigt opvarmes til en temperatur over den øvre transformationstemperatur til dannelse af austenit og tilbageholdte jerncar-bider, idet opvarmningshastigheden er tilstrækkeligt stor, 20 således at det meste af carbiderne opløses i austenitten, hvorved der efterlades små partikler af carbid, der sædvanligvis har sfæroid form, i uopløst tilstand. Efter denne opvarmning afkøles stålet med en sådan hastighed, at de små partikler af tilbageholdt carbid, der er uopløst 25 i austenitten, tjener som kerner for væksten af øvre transformationsprodukter, især indeholdende perlit og blokformet ferrit samt fine sfæroider af jerncarbid.

Det har vist sig, at carbider, der er dannet på denne måde ved afkøling, udmærker sig ved partikelstørrelser, der 30 er meget finere end ved de partikler, der dannes under ovn-blødglødning, hvilket resulterer i, at den raffinerede mikrostruktur af det blødglødede stål tilvejebringer forbedret duk-

DK 154229 B

8 tilitet, bearbejdningsevne og sejhed, når man sammenligner med stål, der har været udsat for ovnblødglødning.

Principperne i opfindelsen kan anvendes på behandlingen af undereutectoide stål med et carbonindhold, der er så højt 5 som op til 0,7 vægtprocent, og som fortrinsvis indeholder mellem 0,1 og 0,7 vægtprocent carbon. Sådanne stål kan indeholde relativt små mængder af de sædvanlige legeringsgrundstoffer, såsom chrom, nikkel og mangan.

Det er alment vedtaget, at stål, der indeholder under 5 10 vægtprocent af sådanne legeringsgrundstoffer, på dette område benævnes et "lavtlegeret stål”. Repræsentative undereutectoide stål, der kan anvendes i overensstemmelse med opfindelsen, er vist i den følgende tabel:

DK 154229 E

9 l£>

-P

(1) O

-ti O I

a i λ

c > PM

η '-f (Ί -f Kl r I ro

rH OOOOOOOIO

C <».».».*.».».1 - OOOOOOO I o incoocoor-'Vor'iLn 0 t-t-CNt-CNt-OOv- ooooooooo ooo^oocr-oo'irocnro Μ σ\ιησ\οσΛσ\σ\οιη ooo^-ooooo Γ-νοοοΟ'ί-'ΦΓ^ I ro

H τ— ·3- c- CN O O r- I

[3 * * ^ »> ^ *· «» | * OOOOOOO I o

Γ^οοοοι-'Γ^οουοιη H CMCNCNCNCMCOCMv-CM

ooooooooo

^t-srCNCNli— r-CNUOrO r—I CO OOOOOOOCMO

i_q i ooooooooo

Hl

PQI

Cl t-v-t— T-T-r-r-r-T-

E-)| PM OOOOOOOOO

OOOOOOOOO

romcNocNooor^o !S cTiOC^O'LCor-corooo *S| v v ^ ^ ^ ^ ^

Or-OOO OOr-O v-v-r-OJOO'^O'^O OOOOOOOOO

g* o! C-U o r~· oo r~ n ti Φ o<TicritncTNrfcr\cr\<yi

Ps r^wjcDoocomvoys'i

CO

-o (NCNCNCMCNCNCNCNCO

P

(D O

+j rsioooorMo^cN

•Η H t— VOt— τ-τ-t— r-τ— V£>

(ti 'fOO^'i-fM'WlrCO

έ Q) t7>

S-l CmOQHH OffiH

ti Λ O

DK 154229 B

10

Ved den foretrukne udførelsesform for opfindelsen foreligger stålet i form af et arbejdsstykke, der kan opvarmes separat, således at opvarmningsprocessen kan kontrolleres nøjagtigt. Til dette formål foretrækkes det hyppigt at 5 anvende arbejdsstykker i en form, der har et gentagende tværsnit, såsom stænger, stave, rør og lignende.

I henhold til den foretrukne udførelsesform bliver de individuelle arbejdsstykker hurtigt opvarmet ved direkte elektrisk modstandsopvarmning eller ved elektrisk induktions-10 opvarmning, fortrinsvis mens temperaturen af arbejdsstykket styres ved hjælp af et passende sensor-organ. Hurtigheden af opvarmningsprocessen bevirker, at den austenitise-rende transformation skrider meget hurtigt frem, mens den muliggør den økonomiske behandling af store mængder af ar-15 bejdsstykker. Den mest foretrukne metode til hurtig opvarmning ifølge opfindelsen er ved direkte elektrisk modstandsopvarmning. Denne teknik, der er beskrevet detaljeret af Jones et al. i US patentskrift nr. 3 908 431, involverer en metode, hvorved en elektrisk strøm føres gennem arbejds-20 stykket af stål; den elektriske modstand af arbejdsstykket mod strømningen af elektrisk strøm frembringer en opvarmning af arbejdsstykket, der både er hurtig og ensartet gennem hele dets tværsnit.

Ved opvarmning i henhold til teknikken fra Jones et al.

25 tilsluttes arbejdsstykket til en kilde for elektrisk strøm, hvorved tilslutningen foretages ved begge ender af arbejdsstykket, således at strømmen strømmer fuldstændigt gennem arbejdsstykket. På grund af den ensartede strømning af strømmen gennem arbejdsstykket stiger temperaturen af ar-30 bejdsstykket, der sædvanligvis foreligger i form af en stang eller stav, ensartet, både aksialt og radialt. Både det indre og det ydre af arbejdsstykket bliver således opvarmet samtidigt uden indføring af termiske spændinger.

I en konventionel ovn bliver det ydre af ovnens charge i 35 modsætning dertil opvarmet meget hurtigere end det indre, med det resultat, at stålet i nærheden af den ydre del af

DK 154229 B

11 chargen bliver helt transformeret til austenit, mens det indre af chargen på det samme tidspunkt ikke nødvendigvis er omdannet til austenit. En sådan ovnteknik involverer således en betydelig ulempe, fordi det er vanskeligt, 5 hvis ikke umuligt, at kontrollere opvarmningshastigheden således, at man opnår austenitisk transformation sammen med opløsning af kun en del af carbiderne. Der foreligger med andre ord under opvarmning i en ovn en tendens til at opløse hele mængden af carbid, og som følge deraf forelig-10 ger der ingen fine partikler af tilbageholdte carbider, der kan tjene som kerner til dannelse af de øvre transformationsprodukter ved afkøling.

Ved udøvelsen af opfindelsen opvarmer man arbejdsstykket af stål til en temperatur over Ag eller den øvre transfor-15 mationstemperatur med en meget stor hastighed, sædvanligvis mellem 1 sekund og 10 minutter. Kontrol med opvarmningstrinnet kan gennemføres inden for relativt snævre grænser ved at gøre brug af den kendte endotermiske karakter af austenitisk transformation. Det er nu alment erkendt, at 20 temperaturen af arbejdsstykket ved begyndelsen af austenitisk transformation forbliver konstant, eller at den endog reduceres lidt i et tidsrum mellem nogle få sekunder og adskillige minutter, i nogen grad i afhængighed af opvarmningshastigheden. En typisk opvarmningskurve for det 25 austenitiserende trin, der anvendes ved udøvelsen af opfin delsen, er vist på tegningens fig. 1, der er en afbildning af temperatur versus tid for charge A af 4142 stål (kemien for denne særlige opvarmning er vist i tabel 1 i dét foregående). Som det fremgår af denne figur, opvarmer 30 man hurtigt to arbejdsstykker af stål under 5 minutter til austenitiserende temperaturer på 767°C for prøve (1) og 843°C for prøve (2). Opvarmningskurven viser, at der finder carbidopløsning sted, når temperaturstigningen forbliver konstant, dvs. på det såkaldte varmeafbrydelsespunkt.

35 Man må drage omsorg for, at alle carbiderne ikke opløses i det således dannede austenit, når dette punkt er nået.

DK 154229 B

12

Det er et vigtigt aspekt ved opfindelsen, at der tilbageholdes tilstrækkelige mængder af carbid i uopløst tilstand, hvilke kan tjene som kerner for udfældning af de øvre transformationsprodukter ved afkøling af arbejdsstyk-5 ket.

Opvarmning til den austenitiserende temperatur fortsættes således i kort tid over varmeafbrydelsespunktet. I dette tidsrum fuldføres austenitiseringen af det meste af strukturen, og den struktur, der foreligger ved punktet for mak-10 simal temperatur, består i det væsentlige af austenit og u-opløste carbidpartikler. Efter austenitiseringen lader man arbejdsstykkerne luftkøle med deres egen hastighed.

Som vist på fig. 1 udviser stålarterne en afkølingsafbrydelse (660°C for prøve (1) og 471°C for prøve (2)), ved 15 hvilket punkt udfældning af transformationsprodukter begynder. Afkølingsafbrydelsespunktet bestemmes således ved den anvendte austenitiserende temperatur. I tilfælde af prøve (1) var den austenitiserende temperatur en sådan, at prøven afkølede til dannelse af øvre transformationspro-20 dukter, mens prøve (2), der var austenitiseret ved den højere temperatur, afkølede til dannelse af lavere transformationsprodukter .

De fuldstændige data i forbindelse med dette fænomen er vist i den følgende tabel: 25 TABEL_2

MEKANISKE EGENSKABER AF 4142-AUSTENITISEREDE OG HFTKØLEDE PRØVESTYKKER

Prøvestykke Hårdhed Brud Flydning EL BA

(Bhn) (Kg/cm2)(Kg/cm2) (%) (%T~

Netop modtaget stål 311 10757 5435 14,1 37,2 30 Austenitiseret ved 767°C (tid: 3 min.-36 sek.) 212 7762 4493 24,0 59,7

Austenitiseret ved 7770C (tid: 35 3 min.-58 sek.) 235 8936 4950 18,5 41,6

DK 154229 B

13 TABEL_2 (forts.)

Prøvestykke Hårdhed Brud Flydning EL RA

(Bhn) (Kg/cm2)(Kg/cm2) (%) (%) 5 Austenitiseret ved 804OC (tid: 4 min.-26 sek.) 266 9506 5224 17*9 40*2

Austenitiseret ved 843°C (tid: 10 5 min.-2 sek.) 282 10357 " 6743 16*1 42,2 Hårdheden er angivet som Brinell hårdhedstallet (Bhn), der er en dimensionsløs størrelse, og som måles i henhold til den målemetode, der er beskrevet i bogen Making, Shaping and Treating Steel, U.S. Steel Corp., 1964, side 1157-1159.

15 EL og RA betyder henholdsvis forlængelse og arealreduktion.

De pågældende data viser, at hårdheden af stålet forøgedes (ledsaget af et fald i duktilitet), efterhånden som den au-stenitiserende temperatur forøgedes.

De i det foregående angivne data viser* at accelereret blød-20 glødning ifølge opfindelsen afhænger af austenitiserings- temperaturen. Hvis temperaturen er for høj, opløses hele mængden af carbid, og som følge deraf foreligger der ingen kerner til at accelerere udfældningshastigheden af øvre transformationsprodukter.

25 Det har vist sig, at også tiden påvirker blødglødningspro- cessen ifølge opfindelsen, idet længere tider resulterer i opløsning af alle de tilstedeværende carbidpartikler.

Denne effekt er vist på fig. 2* der er en anden afbildning af temperatur versus tid for en serie af prøver, der opbe-30 vares i varierende tidsrum før luftkøling (opvarmnings- og 14

DK 154229 B

afkølingsdelene af denne kurve er blevet skåret af ved 593°Cf således at man kun har vist den temperatur, hvor der dannes øvre transformationsprodukter; hårdhedsværdierne for hver prøve er også vist på grafen).

5 Når det tidsrum, hvori de forskellige prøver holdes på den austenitiserende temperatur, forøges, reduceres afkølingsafbrydelsespunktet, som det fremgår af fig. 2; som resultat deraf foreligger der en tendens til, at der dannes lavere transformationsprodukter i stedet for de øvre transit) formationsprodukter, i henhold til udøvelsen af opfindel sen. Hårdhedsværdierne bliver således forøget, når auste-- nitiseringstiden forøges. Efter 12 minutter ved austeni-tiseringstemperaturen foreligger der faktisk ingen afkølingsafbrydelse inden for det i fig. 2 viste temperatur-15 interval, og de hårdeste, luftkølede prøvestykker bliver fremstillet.

De i det foregående angivne prøver med 4142 prøvestykker Viste., at det accelererede blødglødningsfænomen ifølge opfindelsen afhænger både af austenitiseringstemperaturen og au-20 stenitiseringstiden. For at vise, hvorledes det accelere rede blødglødningsfænomen forekommer, undersøgte man mikrostrukturen af stålet før austenitisering, ved austenitiseringstemperaturen og efter luftkøling. Strukturen i den netop modtagne tilstand og strukturen i luftkølet tilstand 25 kunne undersøges under anvendelse af standardiserede metal- lografiske metoder. For at undersøge tilstanden af auste-nitten ved den austenitiserende temperatur anvendte man en klassisk metallurgisk køleteknik. Et prøvestykke fra charge A blev hurtigt opvarmet til 768°C og afkølet i un-30 der omrøring stående vand. De dele af strukturen, der var austenit før afkølingen, blev konverteret til martensit.

Som følge deraf kunne den austenitiske struktur iagttages ved stuetemperatur under anvendelse af et ætsemiddel, der ikke ville afsløre martensitten.

DK 154229 B

15

Fig. 3A, 3B og 3C viser strukturen, som den er i den netop modtagne tilstand, den austenitiserede-afkølede struktur og den austenitiserede-luftkølede struktur af prøver fra charge A. Scanningelektronmikroskopefc (SEM) blev an-5 vendt til disse mikrofotografier på grund af disse struk turers fine natur.

Denne teknik afslørede klart strukturen af stålet før auste-nitisering, ved åustenitiseringstemperaturen og efter luftkøling.

10 Det fremgår klart af disse mikrofotografier, at strukturen i den form, hvori den netop blev modtaget (før behandling), blev austenitiseret under den hurtige opvarmningscyklus, men nogle partikler af carbid forblev uopløst i austenit-ten. Da der allerede forelå kerner i den austenitiserede struk-15 tur, krævedes der ingen tid ved blødglødningstemperaturen til kernedannelse for øvre transformationsprodukter. De tilbageholdte carbid-partikler begyndte simpelt hen at vokse, når temperaturen faldt under A^ temperaturen, og slutteligt begyndte perlit at dannes ud fra carbid-kernerne. Som føl-20 ge deraf blev den tid, der krævedes til at blødgløde stålet, forkortet betydeligt. Adskillige andre kvaliteter af stål blev undersøgt på lignende måde, og i hvert tilfælde viste det sig, at den austenitiserede struktur bestod af auste-nit med fine, sfæroidale carbider. Denne retention af car-25 bidet i den austenitiserede struktur hidrørende fra hurtig opvarmning antages at være basis for det accelererede blød-glødningsfænomen ifølge opfindelsen.

DK 154229B

16

Retentionen af carbid i den austenitiserede struktur af stål har været bemærket i litteraturen. Med langsommere opvarmning er den carbidmængde, der tilbageholdes i den austenitiserede struktur, imidlertid ringe. Som følge deraf 5 er der mindre sandsynlighed for, at et stål, der opvarmes langsomt til austenitiseringstemperaturen, udviser det accelererede hærdefænomen. Sammenlignende prøver med auste-nitiseringsbehandlinger i ovn og hurtige austenitiserings-behandlinger afslørede, at det accelererede blødglødnings-10 fænomen ikke forekom ved ovnbehandlinger.

Ved en af disse prøver austenitiserede man stænger af 8640 fra charge B ved forskellige temperaturer i en ovn, og man lod dem luftkøle. Derpå austenitiserede man et andet sæt af stænger fra denne samme charge med elektrisk modstands-15 opvarmning, og man lod dette luftkøle. De mekaniske egenskaber, der resulterede af denne behandling, er vist på fig. 4. Alle de ovnbehandlede prøvestykker afkølede til en relativt høj hårdhed. Imidlertid viser de hurtigt opvarmede prøvestykker en betydelig overgang mellem hårde 20 . og bløde, luftkølede prøvestykker. Tabel 3 viser de meka niske egenskaber af et sæt af prøvestykker fra denne prøve.

Det i en ovn austenitiserede prøvestykke havde mekaniske egenskaber, der meget lignede de mekaniske egenskaber af prøvestykkerne af stål i den netop modtagne tilstand, mens 25 det hurtigt austenitiserede prøvestykke var betydeligt blødere. Det fremgår klart af disse data, at 8640 responderede på den hurtige austenitisering på samme måde,som 4142 havde responderet. Det accelererede blødglødningsfæno-men træder tydeligere frem i 8640, fordi dette stål har la-30 vere hærdelighed end 4142.

DK 154229 B

17 TABEL 3

MEKANISKE EGENSKABER AF 8640-AUSTENITISEREDE OG LUFEKØLEDE PRØVESTYKKER

Prøvestykke Hårdhed Brud Flydning EL FA

(Bhn) (Kg/cm2)(Kg/cm2) (%) i*3 8640 son modtaget 256 9330 6630 15,1 39,1 5 Ovnaustenitiseret ved 816°C, luftkølet (tid: 1 time) 254 9288 6764 15,5 47,0

Hurtigt austenitiseret ved 816°C, luftkølet (tid: 4 min.) 205 7811 4999 20,0 50,8 10 Disse forsøg viser, at det accelererede blødglødningsfænomen er følsomt over for austenitiseringstemperatur, fordi de prøvestykker, der meget hurtigt austenitiserede over 843°C, ikke blev selv-blødglødende. Disse forsøg viser også, at det accelererede blødglødningsfænomen også afhænger af austenitiseringstid, 15 fordi ingen af de i ovne austenitiserede prøvestykker blev blødglødet under luftkøling, uafhængigt af austenitiserings-temperaturen. Ovnbehandlinger er simpelt hen for langsomme til at tillade, at det accelererede fænomen forekommer. Den relativt lange tid ved austenitiseringstempera-20 turen tillader, at det tilbageholdte carbid bliver opløst eller reduceret i størrelse til det punkt, hvor der ikke er tilstrækkeligt carbid tilbage til, at det kan fungere effektivt som kerner for carbidvækst under afkøling.

18

DK 154229 B

I henhold til en variation ved opfindelsens udøvelse er det undertiden ønskværdigt at sikre ensartethed af afkølingshastigheder, når store charger af arbejdsstykker behandles. Hvis man f.eks. simpelt hen opvarmede stålstæn-5 ger og opstablede dem i en reol til afkøling, kunne den første stang afkøles med en langt større hastighed end den sidste, og som følge deraf kunne der udvikles en mangel på ensartethed inden for en charge af stål, der er oparbejdet på samme gang. For derfor at undgå mangel på ensar-10 tethed fra charge til charge kan man gøre brug af en isoleret kølekø af den art, der er illustreret på tegningens fig.

5. Når man gør brug af denne type udstyr, er det muligt at føre stænger gennem køen med en opholdstid på f.eks. 10 minutter. Man behøver ikke at bruge nogen ekstern varme-15 kilde i udstyr af denne type, og som følge heraf bliver der ikke brugt nogen energi. Forsøg, hvad angår ensartethed af mekaniske egenskaber, har vist, at de isolerede køle-køer er effektive.

Efter at de principielle aspekter ved opfindelsen er be-20 skrevet, skal der nu henvises til de følgende eksempler, der er tilvejebragt af illustrerende årsager og ikke af hensyn til begrænsning, i forbindelse med udøvelse af opfindelsen ved blødglødning af stålstænger med en længde på 2,1 m. I hvert eksempel undersøgte man stålet i tre til-25 stande, nemlig i den netop modtagne tilstand eller før enhver behandling, efter ovnblødglødning, og efter blødglødning ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, idet man gjorde sammenligninger mellem det ovnblødglødede stål og stål, der er blødglødet ifølge opfindelsen.

DK 154229 B

19 EKSEMPEL 1

Dette eksempel illustrerer blødglødningen af et 4140 stål fra charge C, som vist i tabel 1.

Tyve stænger af 4140 fra charge C blev ovnblødglødet un* der anvendelse af en ovn med valsearne. Ovnens austenitise-5 ringstemperatur var 843°C, og blødglødningscyklus var totalt 16 timer lang.

Tyve stænger fra den samme charge blev også blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Auste-nitiseringstemperaturen var 788°C, og hver stang blev auste-10 nitiseret i 33 sekunder. Den totale blødglødningstid for alle tyve stænger var under 1 time.

Begge charger af stål blev renset, koldtrukket og strakt efter blødglødning. Derpå blev de to charger undersøgt i udstrakt grad, og det stål, der resterede efter undersøgelse, 15 blev anvendt til en maskinbearbejdningsprøve. Tabel 4 viser de mekaniske egenskaber af dét stål, der er anvendt i disse prøver. De mekaniske egenskaber af stålet i den netop modtagne tilstand og af stålet, når det netop er blødglødet, er vist af sammenligningsgrunde.

20 Det stål, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, har en bedre kombination af egenskaber end det ovnblødglødede stål. Hårdheden af det stål, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er lidt højere, men de betydende forskelle mellem 25 de to produkter er den forbedrede duktilitet af det stål, der er blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Forlængelsen var 13,3 % for det ovnblødglødede stål efter fuldstændig behandling, og forlængelsen for det stål, der var blødglødet under anvendelse af denne fremgangsmåde, var 17,0 %. 30 Dette er en forbedring på 28 %. Arealreduktionen for det ovnblødglødede stål var 39,0 %, og arealfeduktionen for det stål., der var blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, var 59,3 %. Dette er en forbedring på

DK 154229B

20 52 %. Forlængelsen og arealreduktionen er basis for bedømmelse af duktiliteten af en stålart, og disse forbedringer i forhold til det ovn blødglødede stål viser en dramatisk forbedring, hvad angår duktilitet og forarbejdelig-5 hed.

TABEL 4

^KANISKE_EGENSKABER_AF_41_4g_;; __CHARGE_C

Prøvestykke_Hårdhed Brud Flydning EL RA

(Bhn) (Kg/cm2)(Kg/cm2) (%) (%) 10 4140 san modtaget 315 10617 8472 13,0 39,4

Ovnblødglødet 197 7010 3276 21,5 40,8

Blødglødet ved den 217 7596 4127 23,5 60,9 foreliggende proces 15 Ovnblødglødet og 226 7840 5709 13,3 39,0 koldtrukket Blødglødet i henhold til den foreliggende tSS9Snåde °9 k0ld' 238 8395 6602 17-° 59'3 20 Grunden til den forbedrede duktilitet af det produkt, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fremgår tydeligt af mikrostrukturen af disse stålprøver. Fig. 6A, 6B og 6C viser mikrostrukturerne af prøver fra denne opvarmning af 4140 i tre tilstande: i den 25 netop modtagne tilstand, ovnblødglødet og blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Strukturen i den netop modtagne tilstand består af lavere transformationsprodukter: øvre bainit og nåleformet ferrit. Det stål, der er blødglødet ved den foreliggende fremgangsmåde, har en 30 struktur, der i det væsentlige består af ferrit, perlit og fine carbid-sfæroider. Ferrit-arealerne er ikke skarpt afgrænsende, og ferritten indeholder sfæroidale carbider.

Desuden er kornstørrelsen finere for det stål, der er hærdet ved hjælp af den foreliggende fremgangsmåde. Det er

DK 154229 B

21 den fine natur af denne struktur, der meddeler stålet dets forbedrede duktilitet og bearbejdelighed i forhold til den grove struktur af det ovnblødglødede materiale.

Den fine mikrostruktur giver også det blødglødede produkt 5 forbedret sejhed. Fig. 7 viser Charpy slagsejhedskurverne for stænger taget fra de to charger af blødglødede stål.

Det stål, der er blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, har en lavere overgangstemperatur og en øvre opbevaringsenergi, der er næsten tre gange så stor som opbe-10 varingsenergien af det ovnblødglødede stål. Forbedret sejhed er værdifuld for anvendelser, hvor delen bliver maskin-bearbejdet eller formet, og derpå kun overfladeblødglødet.

I sådanne anvendelser ville forbedret kernesejhed give delen højere resistens over for brud.

15 For at påvise, at den forbedrede sejhed og duktilitet af stål, der er blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, ikke på skadelig måde påvirker maskinbearbejdeligheden deraf, i sammenligning med maskinbearbejdeligheden af ovn-blødglødet stål, gennemførte man en omfattende maskinbear-20 bejdningsprøve. Man udvalgte skruemaskinprøven, fordi den prøver maskinbearbejdeligheden af stålet med adskillige forskellige typer af redskaber. Fig. 8 viser resultaterne af prøvning af maskinbearbejdelighed af to blødglødede charger af 4140 fra charge C. I denne type af prøve måler og afbil-25 der man vækst af delen mod tiden eller antallet af dele, som er produceret. Stål, der maskinbearbejdes godt, har kurver for vækst af delene, der er relativt flade og i nærheden af tidsaksen. Stål, der har ringe maskinbearbejdelighed, har kurver, der har stejle hældninger. Kurverne angå-30 ende vækst af delen, som vist på fig. 8, viser, at de to blødglødede stål havde omtrent den samme maskinbearbejdelighed. Det stål, der blev blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, var lidt bedre end det ovnblødglødede stål, men forskellen betragtes ikke som værende signifikant.

22

DK 154229B

EKSEMPEL 2

Dette eksempel illustrerer blødglødningen af et 4140 stål fra charge D.

Tyve stænger fra charge D blev ovnblødglødet under anvendelse af en 16 timers cyklus med en austenitiseringstempe-5 ratur af 843°C. Derpå blev tyve yderligere stænger fra den samme charge blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Med henblik på denne behandling blev hver stang austenitiseret ved 816°C i cirka 36 sekunder, og hele chargen blev blødglødet i under 1 time.

10 Begge charger blev derpå befriet for flager, koldtrukket og rettet. Man gennemførte en udstrakt prøvning på hver charge, og det stål, der blev tilbage efter denne prøvning, blev anvendt til prøver for maskinbearbejdelighed. De mekaniske egenskaber af stålet, i den netop modtagne tilstand, 15 det ovnblødglødede stål og det stål, der var blødglødet ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er vist i tabel 5. Også her viser det sig, at det stål, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, havde større duktilitet og var lidt hårdere end det ovnblød-20 glødede stål. Pig. 9A, 9B og 9C viser mikrostrukturen af.

denne charge af stål i tre tilstande: som modtaget, ovnblødglødet og blødglødet ifølge opfindelsen. Som før har det stål, der er blødglødet ifølge opfindelsen, en mikrostruktur, der er meget finere end mikrostrukturen af det ovnblødglød-25 ede stål.

TABEL_5

MEKANISKE EGENSKABER AF 4140 - CHARGE D

Prøvestykke_Hårdhed Brudstyrke Flydestyrke EL RA

(BHN) (Kg/cnr) ' (kg/cm2) (%) (%F

30 4140 scm modtaget 311 10645 7706 13,3 41,9

Ovnblødglødet og kold- 231 8374 7193' 12,1 42,8 trukket

Blødglødet i henhold til den foreliggende fremgangsmåde og koldtrukket 241 8958 7446 13,8 53,1 23

DK 154229B

Fig. 10 viser Charpy slagsejhedskurverne for det ovnblød-glødede stål og stålet blødglødet ved den foreliggende fremgangsmåde. Overlegenheden af stålet blødglødet ved den foreliggende fremgangsmåde er igen indlysende. Overgangstempera-5 turen er lavere, og den øvre opbevaringsenergi er højere for det stål, der er blødglødet ved den foreliggende proces.

Man gennemførte maskinbearbfej$elighedsprøver af de to blød-glødede charger af stål under anvendelse af en modificeret livsprøve af Taylor-typen. I denne type maskinbearbejdeiig-10 hedsprøve drejer man stangen ved forskellige hastigheder, og man tilfører materiale, indtil det maskinbearbejdende værktøj svigter. Derpå afbilder man de datapunkter, der repræsenterer tiden til svigtende funktion, ved forskellige hastigheder på dobbelt logaritmepapir. Resultatet er en 15 ret linie, der repræsenterer forholdet mellem maskinbearbe jdningshastighed og tid, til værktøjet udviser svigtende funktion. Fig. 11 viser resultaterne af denne type af maskinbearbe jdelighedsprøve på de to hærdede charger, der er fremstillet ud fra charge D. De to linier skærer hinanden, 20 hvilket viser, at der er nogen forskel mellem den måde, på hvilken disse to blødglødede stålarter maskinbearbejdes. Imidlertid er det stål, der er blødglødet ved hjælp af opfindelsen, lidt bedre ved de lavere maskinbearbejdnings-hastigheder, hvor legeringsstål sædvanligvis er maskinbe-25 arbejdet. Selv om det stål, der var blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, var hårdere, sejere og mere duktilt, blev det også i dette tilfælde bedre maskinbearbejdet end det ovnblødglødede stål. Disse forskelle hvad angår duktilitet, sejhed og maskinbearbejde-30 lighed, er, taget som helhed, en betydelig forbedring af dette ståls mekaniske egenskaber.

EKSEMPEL 3

Ti stænger af 4140 stål fra charge E blev ovnblødglødet under anvendelse af en 16 timers cyklus med en austenitiseringstem-peratur af 843°C. Derpå blev ti stænger.fra den samme charge 35 blødglødet ved hjælp af den foreliggende fremgangsmåde

DK 154229 B

24 under anvendelse af en austenitiseringstemperatur af 788°C. Stængerne blev hver for sig austenitiseret i 35 sekunder, og hele blødglødningscyklus var 45 minutter lang. Tabel 6 viser resultaterne af denne behandling. De prøvestykker, der 5 er fremstillet ved denne prøve, var ikke koldtrukket efter blød-glødning. Denne charge responderede på blødglødning under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen næsten nøjagtigt på samme måde, som de andre charger responderede. Den overlegne duktilitet af det stål, der var blødglødet ved 10 fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fremgår af de i tabel 6 angivne data.

TABEL 6

^KANISKE_EGENSKABER_AF_4140_-_CHARGE_E

Prøvestykke_Hårdhed Brudstyrke Flydestyrke EL RA

"*5 (Bhn) (Kg/cm ) (kg/cm ) (%) (%) 4140 son modtaget 269 9955 6975 15,7 50,2

Ovnblødglødet stål 186 7291 348J 19,7 42,6

Blødglødet i henhold til fremgangsmåden ifølge 20 opfindelsen 194 7347 6827 24,6 60,5 EKSEMPEL 4

Femten stænger af 4142 fra charge F blev blødglødet under anvendelse af en ovn. Austenitiseringstemperaturen for ovnbehandlingen var 843°C, og cyklus var 16 timer lang. Derpå 2.5 blødglødede man 15 flere stænger fra den samme charge under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Man anvendte en austenitiseringstemperatur på 788°C, og hver stang blev austenitiseret i 60 sekunder. Hele cyklus var under 1 time lang. Tabel 7 viser de mekaniske egenskaber af stålet i tre 30 tilstande: som modtaget, ovnblødglødet og blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Også i dette tilfælde havde det stål, der var blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, overlegen 25

DK 154229B

duktilitet i sammenligning med duktiliteten af det ovn-blødglødede stål.

TABEL 7

MEKANISKE_EGENSKABER_AF _ 41 4 2_-_CHARGE_F

5 Prøvestykke_Hårdhed Brudstykke Flydestvrke EL RA

· (Bhn) (Kg/cm ) (Kg/crn ) (%) 4142 scm modtaget 268 9914 6968 15/5 46/5

Ovnblødglødet stål 194 7158 3537 20,8 46,6 - Blødglødet i henhold til fremgangsmåden ifølge opfindelsen 196 7193 4655 25,0 68,3 EKSEMPEL 5

Ti stænger af 8640 fra charge B blev blødglødet under anvendelse af ovnen med valsearne. Ovnens austenitiserings-15 temperatur var 843°C, og ovncyklus var totalt 16 timer.

Derpå blev ti stænger fra den samme charge blødglødet under anvendelse af den foreliggende fremgangsmåde. Austenitise-ringstemperaturen var 788°C, og hver stang blev austeniti-seret i 35 sekunder. Den totale blødglødningscyklus under 20 anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen var ca. 30 minutter. Tabel 8 viser de mekaniske egenskaber af stålet under tre betingelser: som modtaget, ovnblødglødet og blødglødet under anvendelse af den foreliggende fremgangsmåde.

Også i dette tilfælde havde det stål, der var blødglødet 25 under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, betydeligt bedre duktilitet end det ovnblødglødede stål.

TABEL 8 26

DK 154229 B

MEKMISKE_EGENSKABER_AF_8640_-_CHARGE_B

Prøvestykke_Hårdhed Brudstykke Flydestyyke EL RA

(Bhn) (Kg/cm) (Kg/cm2) (%) (%) 5 8640 scm modtaget 258 9288 7228 16,7 46,9

Ovnblødglødet stål 176 6890 3466 22,8 47,0

Blødglødet 1 henhold til fremgangsmåden ifølge opfindelsen 180 6954 4247 28,1 64,6 10 Mikrostrukturerne.af det netop modtagne stål, det ovnblød-glødede stål og det stål, der var blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er vist på fig. 12A, 12B og 12C. Det stål, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, havde en mere sfæ-15 roidal struktur end det ovnblødglødede stål, og det var noget finere. Denne forskel i mikrostruktur er af lignende art som den, der blev iagttaget ved 4140 prøven. Man undersøgte også 8640 for sejhed under anvendelse af Charpy slag-seghedsprøven. Resultaterne af slagsejhedsprøvningen af de 20 to blødglødede charger er vist på fig. 13. Også i dette tilfælde havde det stål, der var blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, langt den bedste sejhed. (det bør bemærkes, at det blødglødede 8640 ikke var koldtruk-ket før prøvning; som følge deraf var det noget blødere og 25 sejere end 4140 chargerne, der er anført i det foregående).

EKSEMPEL 6

Tyve stænger af 6150 fra charge G blev blødglødet under anvendelse af en ovn med valsearne. Ovnens austenitiserings-temperatur var 843°C, og cyklus var 16 timer.

Derpå blev tyve stænger fra den samme charge blødglødet un-30 der anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen med en austenitiseringstemperatur på 816°C. Hver stang blev auste-

DK 154229 B

27 nitiseret i 34 sekunder, og den totale blødglødningstid var ca. 1 time. Tabel 9 viser de mekaniske egenskaber af stålet i den netop modtagne tilstand, ovnblødglødét stål og stål, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge 5 opfindelsen.

De to blødglødede charger blev derpå koldtrukket og rettet ud for at reproducere en type af en typisk kommerciel behandling. Egenskaberne i forbindelse med koldtrækningen og retningen er også angivet i tabel 9. I forbindelse med. den-10 ne særlige kvalitet var det stål, der blev behandlet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, lidt hårdere end det ovnblødglødede stål, men det var stadig mere duktilt. Denne overlegne duktilitet træder tydeligt frem både før og efter koldtrækning.

15 TABEL 9

MEKANISKE_EGENSKABER_AF_6150_-_CHARGE_G

Prøvestykke_Hårdhed Brudstyrke Flydestyrke EL PA

(Bhn) (Kg/cm) (Kg/cnT) (!) (%) 6150 son modtaget 299 10617 7847 12,0 37,8 20 Ovnblødglødét stål 195 7087 3726 20,7 44,1

Blødglødet ved den foreliggende fremgangsmåde 225 7720 5709 25,5 66,4

Ovnblødglødét, koldtrukket, strakt 240 8465 6047 9,6 31,3 25 Blødglødet ved den foreliggende fremgangsmåde, koldtrukket, rettet 263 9204 7298 13,0 48,3

Mikrostrukturerne af det netop modtagne stål, det ovnblødglødede stål og det stål, der er blødglødet under anvendelse af 30 fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er vist på henholdsvis fig. 14A, 14B og 14C. Det stål, der er blødglødet ved den foreliggende fremgangsmåde, har en finere carbidstruktur end ovnblød-glødet stål. Charpy slagsejhedsprøvning blev også gennemført på de to blødglødede prøver, og resultaterne er vist på fig.

35 15.

DK 154229 B

28

De viste kurver er for 6150 efter koldtrækning. Også i dette tilfælde havde det stål, der er blødglødet under anvendelse af den foreliggende fremgangsmåde, en finere mikrostruktur, forbedret duktilitet og forbedret sejhed, i sam-5 menligning med det ovnblødglødede stål.

EKSEMPEL 7

Adskillige stænger af 1144 fra charge H blev ovnblødglødet under anvendelse af en cyklus på fire timer. Austenitise-ringstemperaturen var 843°C for ovnbehandlingen.

10 Derpå blev fem stænger fra den samme charge blødglødet under anvendelse af den foreliggende fremgangsmåde. Austeni-tiseringstemperaturen var 788°C, og blødglødningstiden for de fem stænger var 20 minutter. Hver stang blev austeniti-seret i 30 sekunder.

15 Tabel 10 viser de mekaniske egenskaber af stålet, som det blev modtaget, det ovnblødglødede stål og det stål, der var blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. I dette tilfælde var hårdheden af det stål, der var blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, meget nær 20 hårdheden af det ovnblødglødede stål. Ligesom det var tilfældet ved de foregående eksempler, har det stål, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, overlegen duktilitet. Pig. 16A, 16B og 16C viser mikrostrukturen af dette stål i tre tilstande: i den netop 25 modtagne tilstand, ovnblødglødet og blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

29

DK 154229B

TABEL 10

MEKANISKE EGENSKABER AF 1144 - CHARGE H

Prøvestykke_Hårdhed Brudstyrke Flydestyrke EL RA

(S) (Kg/crtr) (KgTcni) (%) (%T

5 Varmtvalset stål 1144 son modtaget 190 6961 4282 19,5 41,4

Ovnblødglødet 162 6293 3607 23,1 41,1

Blødglødet ved den foreliggende fremgangsmåde 165 6265 4036 25,0 48,5 10 EKSEMPEL 8

Adskillige stænger af 86L20 fra charge I blev ovnblødglødet under anvendelse af en cyklus på fire timer. Austenitise-ringstemperaturen for ovnhærdningen var 885°C.

Derpå blev 15 stænger fra den samme charge blødglødet under 15 anvendelse af processen ifølge opfindelsen. Den anvendte austenitiseringstemperatur var 871°C, og hver stang blev austenitiseret i 31 sekunder. Den totale blødglødningscy-klus var 47 minutter.

Tabel 11 viser de mekaniske egenskaber af stålet i den netop 20 modtagne tilstand, det ovnblødglødede stål og det stål, der er blødglødet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. For denne stålkvalitet er forbedringen hvad angår duktilitet for det stål, der er blødglødet ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, relativt lille. Desuden var hårdheden 25 af det stål, der var blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, ret høj. Grunden til disse forskelle fremgår klart af mikrofotografierne af strukturerne af denne charge af stål (fig. 17A, 17B og 17C). Kornstørrelsen af det stål, der var blødglødet under anvendelse af frem-30 gangsmåden ifølge opfindelsen, er meget finere end kornstørrelsen af det ovnblødglødede stål. I et stål som 86L20 med lavt carbonindhold er den fine kornstørrelse, der er et resultat af den nye blødglødningsproces, den domineren-

DK 154229 B

30 de faktor. Der er ikke tilstrækkeligt carbon i stålet til, at carbiderne kan spille en dominerende rolle, og kornstørrelseseffekten gør det stål, der er blødglødet under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, noget hårde-5 re end det ovnblødglødede produkt. Som følge deraf opnåede man kun marginale forbedringer hvad angår duktilitet med den foreliggende fremgangsmåde.

TABEL 11

MEKANISKE EGENSKABER AF 86L20 - CHARGE I

10 Prøvestykke_Hårdhed Brudstyrke Flydestyrke EL RA

(Ehn) (Kg/cm ) (Kg/cm ) (%) (%) 86L20 san modtaget 172 5850 3748 25,2 62,4

Ovnblødglødet 141 5266 3480 29,7 62,1

Blødglødet ved den fore- 15 liggende fremgangsmåde 160 5758 4226 30,0 65,2

De foregående eksempler viser, at den foreliggende blødglød-ningsproces kan anvendes i forbindelse med mange forskellige carbon- og legeringsstål. Hver kvalitet, som blev underkastet en prøve, responderede på den foreliggende blødglød-20 ningsproces på omtrent den samme måde. For hver legering frembragtes en finere carbid-morfologi, der meddelte stålet en forbedret duktilitet, bearbejdningsevne og sejhed. Det er vigtigt at bemærke, at disse forbedrede egenskaber opnåedes uden noget styrketab eller tab af maskinbearbejd-25 ningsevne. Denne kombination af forbedret duktilitet, bearbejdningsevne og sejhed uden noget tab af maskinbear-bejdningsevne er et uventet fænomen. Når duktilitet og sejhed forøges ved et givet hårdhedsniveau, bliver maskin-bearbejdeligheden sædvanligvis forringet. Den nye blødglød-30 ningsproces skaber dog en struktur, der ikke følger den generelle tendens.

Det vil være klart på basis af det foregående, at den foreliggende opfindelse tilvejebringer en betydelig forbed- 31

DK 154229B

ring af blødglødningen af undereutektoidt stål. Den frembringer en forbederet' energieffektivitet ved brugen af direkte elektrisk modstandsopvarmning og eliminerer samtidigt nødvendigheden af lange kontrollerede kølecykler af den art, 5 der har været krævet ved ovnblødglødningen af stålarter.

Hertil kommer, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen elimi» nerer nødvendigheden af beskyttende eller ikke-oxiderende atmosfærer af den art, der kræves i forbindelse med de ovn-blødglødningsprocesser, der hidtil har været anvendt i for-10 bindelse med kendt teknik.

Claims (11)

1. Fremgangsmåde til blødglødning af et undereutektoidt stål med henblik på forbedring af duktilitet, formbarhed og sejhed, hvorved man 5 (a) tilvejebringer et emne af undereutektoidt stål, (b) hurtigt opvarmer dette emne til en temperatur over den øvre transformationstemperatur for stålet, at man holder emnet på denne temperatur i et tidsrum, der er tilstrækkeligt til at frembringe transformation af ferrit til austenit og 10 (c) afkøler emnet, kendetegnet ved, at temperaturen i trin (b) opretholdes i et tidsrum, der er tilstrækkeligt til at opløse i det væsentlige hele mængden af carbider, men utilstrækkeligt til en fuldstændig opløsning af disse, således at der 15 i stålet efterlades en mindre mængde af uopløste, partikelformede carbider, der er tilstrækkelig til at carbiderne kan tjene som kerner for udfældningen af de øvre transformationsprodukter ved afkølingen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, 20 at man kontrollerer fremgangsmåden sådan, at der frembrin ges en afbrydelse af afkølingen under udfældning af de øv- O re transformationsprodukter ved en temperatur over 593 C.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, ken-detegnet ved, at det undereutektoide stål indeholder op til 0,7 vægt-% 25 carbon.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stålet indeholder mellem 0,1 og 0,7 vægt-% carbon. DK 154229 B

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stålet indeholder under 5 vægt-% af et legeringsgrundstof.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, 5 at legeringsgrundstoffet er valgt blandt chrom, molybdæn, nikkel, mangan og kombinationer deraf.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stålet opvarmes til over den øvre transformationstemperatur i mindre end 10 minutter.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stålet opvarmes ved direkte elektrisk modstandopvarmning.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stålet foreligger i form af et emne, der har et gentagende tværsnit.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at opvarmningen af stålet finder sted i fravær af en indifferent atmosfære.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det blødglødede stål indeholder perlit, ferrit og sfæroi-20 dale carbider.