Mikrolegierte Stähle

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen mikrolegierten Baustahl mit

hoher Feinkombeständigkeit bis 1300 °C, bestehend aus

0,2 bis 0,5 % Kohlenstoff

0,4 bis 1,0 % Silicium

0,8 bis 1,8 % Mangan

0,008 bis 0,2 % Schwefel

0 bis 0,7 % Chrom

0 bis 0,1 %Alüminium

0 bis 0,04 % Stickstoff

0,01 bis 0,05 % Titan

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei auf den Komgrenzen Mischsulfide ausgeschieden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf mikrolegierte perlitische Stähle als Werkstoff für Formteile, die vorzugsweise durch Massivumformung durch Schmieden im Gesenk bei hohen Temperaturen erhalten werden.

(Prozentangaben im Text sind Masse-%).

[0002] Aus dem Schrifttum ist die Wirkung einer feinen Dispersion von Titannitriden in geringer Konzentration auf die Beständigkeit gegen Kornwachstum bekannt (C.J. Cuddy, J.C. Raley: "Austenite Grain Coarsening in Microalloyed Steels", Mettallgurgical Trans. A, Vol. 14 A, Oct. 1983, S. 1989 - 1995). Eine großtechnische Nutzung dieser Wirkung ist jedoch kaum möglich, da bei üblichen Erstarrungsgeschwindigkeiten der Temperaturbereich zwischen Liquids- und Solidustemperatur zu langsam durchlaufen wird.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stähle zu schaffen, die auch bei großtechnischer Erzeugung eine hohe Feinkornbeständigkeit bis zu Temperaturen von 1300°C und damit in Kombination hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit aufweisen.

[0004] Die erfindungsgemäßen mikrolegierten perlitischen Stähle haben folgende Zusammensetzung: 0,20 bis 0,50 %. C, 0,40 bis 1,0 % Si, 0,80 bis 1,80 % Mn, 0,008 bis 0,2 % S, 0 bis 0,7 % Cr, 0 bis 0,1 % Al, 0 bis 0,04 % N, 0.01 bis 0,05 % Ti, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei auf den Korngrenzen Mischsulfide (Mangan-, Titankarbonitride u.dgl.) ausgeschieden sind. Bevorzugt können zusätzlich bis 0,20 % V und/oder 0,10 % Nb im Stahl enthalten sein.

[0005] Solche Stähle können bei einer Erstarrungsgeschwindigkeit im Bereich von 3 bis 25 mm/min so erstarren, daß dabei zwischen Liquidus- und Solidustemperatur Sulfide in feinverteilter Form ausgeschieden werden. Die Feinverteilung dieser Phase ist für die hohe Feinkornbeständigkeit und die dadurch bedingte Kombination von hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit verantwortlich (Bild 1).

[0006] Vorzugsweise wird ein Stahl aus folgendem Bereich ausgewählt: 0,20 bis 0,35 % C, 0,50 bis 0,80 % Si, 1,00 bis 1,70 % Mn, 0,01 bis 0,09 % S, 0,20 bis 0,50 % 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.

[0007] Es wurde festgestellt, daß nur Stähle der beanspruchten Zusammensetzung bis zu Verformungstemperaturen oder Glühtemperaturen von 1300°C eine hohe Feinkornbeständigkeit besitzen (s. Bilder 1 und 2). Anhand der in den Tafeln 2 und 3 aufgeführten Beispiele wird deutlich, daß von den Stählen (Zusammensetzung siehe Tafel 1)nur die erfindungsgemäßen Stähle F und G die hervorragende Kombination von hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit zeigen. Diese Stähle weisen eine Zugfestigkeit von mindestens 800 N/mm², eine 0,2 %-Dehngrenze von mindestens 550 N/mm² bei Bruchverformbarkeitskennwerten von mindestens 15 % Bruchdehnung (1₀ = 5 d ) und mindestens 45 % Brucheinschnürung auf. Die bei Raumtemperatur an DVM-Proben ermittelten Werte der Kerbschlagarbeit betragen mindestens 35 Joule. Die Vergleichsstähle A bis E ohne Titan haben zwar auch hohe Festigkeit, s. Tafel 2, aber unzureichende Zähigkeit von unter 30 Joule, s. Tafel 3.

[0008] Bevorzugt werden auch Stähle aus folgendem Bereich:

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.

[0009] Es wurde festgestellt, daß auch diese Stähle bis zu Verformungstemperaturen oder Glühtemperaturen von 1300°C eine hohe Feinkornbeständigkeit besitzen (s. Bild 3). Anhand der in den Tafeln 4 bis 6 aufgeführten Beispiele (Zusammensetzungen in Tafel 4) wird deutlich, daß nur die erfindungsgemäßen Stähle I und J die hervorragende Kombination von hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit aufweisen. Diese Stähle weisen eine Zugfestigkeit von mindestens 850 N/mm², eine 0,2 %-Dehngrenze von mindestens 600 N/mm² bei Bruchverformbarkeitskennwerten von mindestens 12 % Bruchdehnung (1_o = 5 d_o) und mindestens 40 % Brucheinschnürung bei einer Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur von mindestens 30 Joule an DVM-Pröben auf. Der Stahl 4 ohne Titan erweist sich dagegen mit Werten unter 22 Joule als nicht ausreichend zäh.

[0010] Auch diese Kombination von noch höherer Festigkeit bei guter Zähigkeit von mindestens 30 Joule ist bei einem mikrolegierten perlitischen Stahl ungewöhnlich.

[0011] Die erfindungsgemäßen Stähle sind daher in hervorragender Weise für den Einsatz für Automobil-Bauteile geeignet.

[0012] Eigenschaften über den gesamten Querschnitt bis zum Kern

[0013] Abmessungen der Stähle: 50 mm Durchmesser

[0014] Eigenschaften über den gesamten Querschnitt bis zum Kern

[0015] Abmessungen der Stähle: 50 mm Durchmesser

Ansprüche

1. Mikrolegierter Baustahl mit hoher Feinkornbeständigkeit bis 1300 °C, bestehend aus

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei auf den Korngrenzen Mischsulfide ausgeschieden sind.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich Vanadium bis 0,2 % und/oder Niob bis 0,1 % enthält.

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2 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 und eine Zugfestigkeit von mindestens 800 N/mm², eine 0,2 %-Dehngrenze von mindestens 550 N/mm², eine Bruchdehnung von mindestens 15 % und eine Brucheinschnürung von mindestens 45 % bei einer Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur von mindestens 35 Joule an DVM-Proben erreicht.

4. Stahl nach Anspruch 1 oder 2 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.

5. Stähle der Ansprüche 1 bis 4 für die Verwendung als Bauteile im Automobilbau

Zeichnung