ATBECHDE..ESFRGBGRITLILUNLSE......................JDIM360 - Ver 2.5 (21 Aug 1997) 2100000/00255597EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFTB119911218EP87109046.0198706241989060919910430dedede362273519860705DE371956919870612DE199112181991511988021019880619911218199151199104305 5C 22C 38/60 A 5C 22C 38/00 BdeMikrolegierte StähleenLow alloy steelsfrAciers à très basse teneur en éléments d'alliageDE-A- 2 116 357DE-B- 1 608 162FR-A- 2 023 915FR-A- 2 087 818FR-A- 2 274 704Huchtemann, Bernd, Dr. Ing.Im Benrader Feld 21aD-4150 KrefeldDEEngineer, Serosh, Dr. Ing.Am Rotdorn 40D-4150 KrefeldDESchüler, Volker, Dipl.-Ing.Zur Hainbuche 28D-4150 KrefeldDEThyssen Edelstahlwerke AG00412980WE/wa. 47427EPAugust-Thyssen-Strasse 140211 DüsseldorfDECohausz & Florack Patentanwälte00100242Postfach 33 02 2940435 DüsseldorfDEATBECHDEESFRGBGRITLILUNLSE19890111198902

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-%).

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.

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.

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, wahlweise 0 bis 0,20 % V und oder 0 bis 0,10 % Nb,Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei auf den Korngrenzen Mischsulfide (Mangan-, Titan-karbonitride u.dgl.) ausgeschieden sind. Bevorzugt können bis 0,20 % V und/oder 0,10 % Nb im Stahl enthalten sein.

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).

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.

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 (1o = 5 do) 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.

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.

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 (1o = 5 do) und mindestens 40 % Brucheinschnürung bei einer Kerbschlagarbeit bei Raumtemperatur von mindestens 30 Joule an DVM-Proben auf. Der Stahl 4 ohne Titan erweist sich dagegen mit Werten unter 22 Joule als nicht ausreichend zäh.

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

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

Eigenschaften über den gesamten Querschnitt bis zum Kern

Abmessungen der Stähle: 50 mm Durchmesser

Eigenschaften über den gesamten Querschnitt bis zum Kern Abmessungen der Stähle: 50 mm Durchmesser

1. Mikrolegierter Baustahl mit hoher Feinkornbeständigkeit bis 1300 °C, bestehend aus Rest Eisen und erschmalzungsbedingte Verunreinigungen, wobei auf den Korngrenzen Mischsulfide ausgeschieden sind. 2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 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 einschlieblich 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 1. A micro-alloyed structural steel with high fine-grain stability up to 1300 °C, consisting of in which mixed sulphides are precipitated at the grain boundaries. 2. A steel according to Claim 1, characterized in that it contains up to 0.2 % vanadium and/or up to 0.1 % niobium. 3. A steel according to Claim 1 or 2 with 0.20 to 0.35 % C, 0.5 to 0.8 % Si, 1.0 to 1.7 % Mn, 0.01 to 0.09 % S, 0.2 to 0.5 % Cr, 0.015 to 0.06 % Al, 0.015 to 0.030 % N, 0.05 to 0.15 % V and/or 0.02 to 0.10 % Nb, 0.01 to 0.04 % Ti, and the remainder iron, including impurities determined by the smelting, which up to deformation temperatures or annealing temperatures of 1300 °C has a high fine-grain stability and a tensile strength of at least 800 N/mm², a 0.2 % yield strength of at least 550 N/mm², an elongation at break of at least 15 % and a reduction of area at break of at least 45 % with a notch impact energy on DVM test pieces at room temperature of at least 35 joules. 4. A steel according to Claim 1 or 2 with 0.35 to 0.45 % C, 0.5 to 0.8 % Si, 1.0 to 1.7 % Mn, 0.01 to 0.09 % S, 0.2 to 0.5 % Cr, 0.015 to 0.06 % Al, 0.015 to 0.030 % N, 0.05 to 0.15 % V and/or 0.02 to 0.10 % Nb, 0.01 to 0.04 % Ti, and the remainder iron, including impurities determined by the smelting, which up to deformation temperatures or annealing temperatures of 1300 °C has a high fine-grain stability and a tensile strength of at least 850 N/mm², a 0.2 % yield strength of at least 600 N/mm², an elongation at break of at least 12 % and a reduction of area at break of at least 40 % with a notch impact energy on DVM test pieces at room temperature of at least 25 joules. 5. Steels of Claims 1 to 4 for use as components in automobile construction. 1. Acier de construction micro-allié ayant une grande stabilité de grain fin jusqu'à 1.300°C, composé de le reste étant du fer et des impuretés liées à l'élaboration, des mélanges de sulfures se déposant sur les joints des grains. 2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient jusqu'à 0,2 % de vanadium et/ou jusqu'à 0,1 % de niobium. 3. Acier selon la revendication 1 ou 2, contenant 0,20 à 0,35 % de C, 0,5 à 0,8 % de Si, 1,0 à 1,7 % de Mn, 0,01 à 0,09 % de S, 0,2 à 0,5 % de Cr, 0,015 à 0,06 % d'Al, 0,015 à 0,030 % de N, 0,05 à 0,15 % de V et/ou 0,02 à 0,10% de Nb, 0,01 à 0,04 % de Ti, le reste étant du fer, y compris des impuretés liées à l'élaboration, qui présente une grande stabilité de grain fin jusqu'à la température de déformation ou température d'incandescence de 1.300°C et atteint une résistance à la traction d'au moins 800 N/mm², une limite élastique 0,2 % d'au moins 550 N/mm², un allongement à la rupture d'au moins 15 % et une striction d'au moins 45 % malgré une énergie de choc, à la température ambiante, d'au moins 35 joules sur des éprouvettes selon DVM. 4. Acier selon la revendication 1 ou 2, contenant 0,35 à 0,45 % de C, 0,5 à 0,8 % de Si, 1,0 à 1,7 % de Mn, 0,01 à 0,09 % de S, 0,2 à 0,5 % de Cr, 0,015 à 0,06 % d'Al, 0,015 à 0,030 % de N, 0,05 à 0,15 % de V et/ou 0,02 à 0,10% de Nb, 0,01 à 0,04 % de Ti, le reste étant du fer, y compris des impuretés liées à l'élaboration, qui présente une grande stabilité de grain fin jusqu'à la température de déformation ou température d'incandescence de 1.300°C et atteint une résistance à la traction d'au moins 850 N/mm², une limite élastique 0,2 % d'au moins 600 N/mm², un allongement à la rupture d'au moins 12 % et une striction d'au moins 40 % malgré une énergie de choc, à la température ambiante, d'au moins 25 joules sur des éprouvettes selon DVM. 5. Aciers selon les revendications 1 à 4 pour une utilisation comme éléments de construction dans l'industrie automobile.