DE3434744A1 - Process for producing hot-rolled bars - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung von warmgewalzten StangenProcess for the production of hot rolled bars
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von aus mikrolegierten Stählen gewalzten Stangen mit Merkmalen, wie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bis 4 angegeben.The invention relates to methods for producing from microalloyed Steels rolled bars with features as in the preambles of the claims 1 to 4 indicated.
Statisch und/oder dynamisch hochbelastbare stangenförmige Maschinenteile wie Schrauben, Achsen, Wellen, Drehfederstäbe oder dergl. werden in der Regel aus Stangen gefertigt, die aus Vergütungsstählen warmgewalzt und vergütet worden sind. Derartige Stähle sind relativ teuer, weil sie bis zu mehreren Prozent Legierungselemente und eine beachtlich energieverbrauchende Wärmebehandlung benötigen. Es wurde zwar schon vorgeschlagen, für hochbelastbare Maschinenteile mikrolegierte Stähle schmiedeperlitisch zu verwenden. Es sind bisher aber noch keine Methoden bekannt geworden, mit denen die für solche stangenförmigen Maschinenteile notwendig hohe Festigkeit zugleich mit einer hohen Kerbschlagzähigkeit hätte erzielt werden können. Erst dies hätte einen unbedenklichen Einsatz mikrolegierter Stähle insbesondere für extrem hochbelastbare und auch für relativ querschnittgroße Maschinenteile der angegebenen Art ermöglicht. Hier Abhilfe zu schaffen, war ein Ziel der Erfindung.Statically and / or dynamically heavy-duty rod-shaped machine parts such as screws, axles, shafts, torsion spring bars or the like. Are usually made of Bars made from heat-treated steels that have been hot-rolled and tempered. Such steels are relatively expensive because they contain up to several percent alloying elements and require a considerable amount of energy-consuming heat treatment. It was true already proposed, for heavy-duty machine parts, micro-alloyed steels forged pearlitic to use. So far, however, no methods have become known with which the high strength necessary for such rod-shaped machine parts at the same time with a high impact strength could have been achieved. Only this would have a safe use of micro-alloyed steels, especially for extremely heavy-duty steels and also for relatively large machine parts of the specified type. One aim of the invention was to remedy this situation.
Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, für die Herstellung von statisch und/oder dynamisch hochbelastbaren stangenförmigen Maschinenteilen aus mikrolegierten Stählen gewalzte Stangen bereitzustellen und Verfahren zu schaffen, mit denen für solche Stähle nach bisherigen Methoden nicht erreichte Festigkeits- und Zähigkeitswerte erzielbar sind, dahingehend, daß in den Stangen - die Streckgrenze vom Rand zum Kern hin nahezu gleich bleibt oder zum Kern hin nur geringfügig abnimmt, was bei besonders hohen Randwerten und großen Abmessungen maximal bis zu 20 % sein kann, - die Proportionalitätsgrenze bei niedrigem Mangangehalt fast gleich und bei höherem Mangangehalt nur geringfügig niedriger ist als die Streckgrenze und auch wie letztere zum Kern hin entsprechend abfällt, - das Verhältnis Streckgrenze zu Bruchfestigkeit stets größer ist als 0,65 und bis etwa 0,8 gehen kann. It is accordingly the object of the invention for the production of statically and / or dynamically heavy-duty rod-shaped machine parts to provide rolled bars from micro-alloyed steels and to create processes with which strength strengths not achieved for such steels according to previous methods and toughness values are achievable in that in the bars - the yield point remains almost the same from the edge to the core or decreases only slightly toward the core, which can be a maximum of 20% with particularly high marginal values and large dimensions can, - the proportional limit at low manganese content is almost the same and at higher manganese content is only slightly lower than the yield point and also how the latter falls correspondingly towards the core, - the ratio of the yield point to Breaking strength is always greater than 0.65 and can go up to about 0.8.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 gelost. Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Verfahren sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by the method according to the claims 1 to 4 drawn. Advantageous embodiments of these methods are set out in the subclaims specified.
Nachstehend sind die erfindungsgemäßen Verfahren detailliert beschrieben.The methods according to the invention are described in detail below.
Die erfindungsgemäßen Verfahren dienen generell zur Herstellung warmgewalzter Stangen, aus denen stangenförmige statisch und/oder dynamisch hochbelastbare Maschinenteile gefertigt werden können, bei denen es sich um Schrauben, Wellen, Achsen, Drehfederstäbe oder dergl.The processes according to the invention are generally used for the production of hot-rolled products Rods, from which rod-shaped statically and / or dynamically heavy-duty machine parts can be manufactured, which are screws, shafts, axles, torsion spring bars or the like.
handeln kann. Diese beispielhafte Aufzählung von Maschinenteilen soll deren Art jedoch in keiner Weise beschränken, sondern nur mögliche Anwendungen der nach den erfindungsgemäßen Verfahren gewalzten Stangen aufzeigen.can act. This exemplary enumeration of machine parts is intended whose Kind, however, in no way restrict it, only possible applications of the after show the method according to the invention rolled bars.
Für Stangen und daraus herzustellende Maschinenteile mit einem Querschnitt bis zu etwa 200 cm2 wird ein mikrolegierter Stahl verwendet, der (angegeben in Gewichtsprozent) 0,3 bis 0,65 % Kohlenstoff, weniger als 1,2 % Silizium, 0,3 bis 0,8 % Mangan, weniger als 0,065 % Schwefel, insgesamt 0 bis 0,7 % Chrom und/oder Nickel und/oder Kupfer und/oder Molybdän, 0,005 bis 0,025 % Stickstoff, und als feinkornbildende und/oder ausscheidungshärtende Elemente insgesamt 0,05 bis 0,20 % Vanadium und/oder Niob und/oder Titan und/ oder Aluminium und/oder Zirkon, ferner 0,0005 bis 0,005 % Bor, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist, wobei der Chrom-und Mangananteil insgesamt nicht größer als 1,0 % ist.For bars and machine parts to be manufactured from them with a cross-section A microalloyed steel is used up to approx. 200 cm2, which (given in percent by weight) 0.3 to 0.65% carbon, less than 1.2% silicon, 0.3 to 0.8% manganese, less than 0.065% sulfur, a total of 0 to 0.7% chromium and / or nickel and / or copper and / or molybdenum, 0.005 to 0.025% nitrogen, and as fine-grain forming and / or precipitation hardening elements total 0.05 to 0.20% vanadium and / or niobium and / or titanium and / or aluminum and / or zirconium, furthermore 0.0005 to 0.005% boron, The remainder has iron and impurities caused by the melting process, with the chromium and Total manganese content is not greater than 1.0%.
Aus einem solchen Stahl werden auf einer Walzstraße Stangen gewalzt und zwar so, daß die Walzung derselben innerhalb eines Temperaturbereichs von 800 OC bis 1150 0c beendet ist.Anschließend werden diese noch eine im genannten Bereich liegende Walzendtemperatur aufweisenden Stangen gesteuert abgekühlt, und zwar a) durch ein gasförmiges oder flüssiges oder als Sprühnebel zerstäubtes Kühlmittel, b) mit einer im verwendeten Stangenwerkstoff unter Vermeidung einer nennenswerten Bainitbildung eine Ausscheidungshärtung und/oder Feinkornbildung sowie ein möglichst vollständiges ferritisch-perlitisches Gefüge bewirkenden Abkühlgeschwindigkeit von etwa 1,5"C bis 10°C pro Sekunde, c) auf eine Temperatur, die um wenigstens 50"C unterhalb jener Temperatur liegt, bei der die Umwandlung des Gefüges in Ferrit und Perlit beendet ist.Bars are rolled from such a steel on a rolling mill in such a way that the rolling thereof within a temperature range of 800 OC to 1150 0c is finished. Then these are still one in the range mentioned bars having horizontal end rolling temperature are cooled in a controlled manner, namely a) by means of a gaseous or liquid coolant or atomized as a spray mist, b) with one in the bar material used, avoiding a noteworthy one Bainite formation, precipitation hardening and / or Fine grain formation as well as the most complete possible ferritic-pearlitic structure causing the cooling rate from about 1.5 "C to 10 ° C per second, c) to a temperature which is around at least 50" C is below the temperature at which the transformation of the structure into ferrite and Perlite is finished.
Eine solche wie vorstehend beschriebene gesteuerte Abkühlung ist auch bei solchen werkstoffgleichen und querschnittsgleichen Stangen mit gleich hervorragenden Ergebnissen durchzuführen, bei denen die Walzung nicht bei der für die erstrebte Festigkeit und Zähigkeit erforderlichen Temperatur in dem bereits genannten Bereich beendbar ist.Such controlled cooling as described above is also in the case of rods of the same material and cross-section with the same outstanding To carry out results in which the rolling is not at the for the strived for Strength and toughness required temperature in the range already mentioned is terminable.
In diesem Fall werden die Stangen nach dem Warmwalzen einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen und dabei, ausgehend von einer Temperatur, bei der das Gefüge ferritisch-perlitisch ist, nochmals auf eine Temperatur im Bereich zwischen 800"C und 100000 erwärmt. Ausgehend von einer in diesem Bereich liegenden Temperatur werden die Stangen dann durch ein gasförmiges oder flüssiges oder als Sprühnebel zerstäubtes Kühlmittel oder durch Wirbelschichtkühlung gesteuert mit einer Geschwindigkeit von 1,5"C bis 10°C pro Sekunde abgekühlt.In this case, after hot rolling, the bars are given a special Subjected to heat treatment and, starting from a temperature at which the The structure is ferritic-pearlitic, again to a temperature in the range between 800 "C and 100000 heated. Based on a temperature lying in this range are then the rods by a gaseous or liquid or as a spray atomized coolant or controlled by fluidized bed cooling at a rate cooled from 1.5 "C to 10 ° C per second.
In einem anderen Fall wird für Stangen und daraus herzustellende Maschinenteile mit einem beliebigen Querschnitt ein mikrolegierter Stahl verwendet, der (angegeben in Gewiechtsprozent) 0,3 bis 0,65 % Kohlenstoff, weniger als 1,2 % Silizium, mehr als 0,8 % Mangan, weniger als 0,065 % (Fortsetzung auf Seite 5 der ursprünglichen Anemldung) Schwefel, insgesamt 0 bis 0,7 % Chrom und/oder Nickel und/oder Kupfer und/oder Molybdän, 0,005 bis 0,025 % Stickstoff, und als feinkornbildende und/oder ausscheidungshärtende Elemente insgesamt 0,05 bis 0,20 % Vanadium und/oder Niob und/oder Titan und/oder Aluminium und/oder Zirkon, ferner 0,0005 bis 0,005 % Bor, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist, wobei der Chrom- und Manqananteil insqesamt nicht größe'. als 2,0 % ist.Another case is for bars and machine parts to be made from them with any cross-section a microalloyed steel is used which (indicated in percent by weight) 0.3 to 0.65% carbon, less than 1.2% silicon, more than 0.8% manganese, less than 0.065% (continued on page 5 of the original Registration) Sulfur, a total of 0 to 0.7% chromium and / or nickel and / or copper and / or molybdenum, 0.005 to 0.025% nitrogen, and as fine-grain and / or precipitation hardening elements in total 0.05 to 0.20% vanadium and / or Niobium and / or titanium and / or aluminum and / or zirconium, furthermore 0.0005 to 0.005 % Boron, the remainder iron and impurities from the melting process, the Chromium and manganese content in total not large. than 2.0%.
Auch in diesem Fall werden aus dem genannten Stahl auf einer Walzstraße Stangen gewalzt, so daß auch hier die Walzung derselben in einem Temperaturbereich zwischen 800 OC und 1150 OC beendet ist.In this case, too, the steel mentioned is made on a rolling mill Bars rolled, so that here too the rolling of the same in a temperature range has ended between 800 OC and 1150 OC.
Anschließend werden auch diese Stangen ausgehend von einer noch im angegebenen Bereich liegenden Walzendtemperatur gesteuert abgekühlt durch ein gasförmiges oder flüssiges oder als Sprühnebel zerstäubtes Kühlmittel, mit einer im Stangenwerkstoff unter Vermeidung einer nennenswerten Bainitbildung eine Ausscheidungshärtung und/oder Feinkornbildung sowie ein möglichst vollständiges ferritisch - perlitisches Gefüge bewirkenden Abkühlgeschwindigkeit von etwa 0,5 bis 5 OC pro Sekunde, auf wenigstens 50 OC unterhalb jener Temperatur, bei der Umwandlung in Ferrit und Perlit beendet ist.Then, starting from a still in the specified range lying roller temperature controlled cooled by a gaseous or coolant, liquid or atomized as a spray mist, with one in the rod material Precipitation hardening and / or avoidance of significant bainite formation Fine grain formation and a ferritic - pearlitic structure that is as complete as possible effecting cooling rate of about 0.5 to 5 OC per second, to at least 50 OC below the temperature at which the transformation into ferrite and pearlite ended is.
Diese wie vorstehend beschriebene Abkühlung ist ebenfalls bei solchen werkstoffgleichen und querschnittsgleichen Stangen mit gleich hervorragenden Ergebnissen durchzuführen, bei denen die Walzung nicht bei der für eine erstrebte Festigkeit und Zähigkeit erforderliche Temperatur im bereits beschriebenen Bereich beendbar ist. Es ist dann eine spezielle Wärmebehandlung durchzuführen, bei der die Stangen nach dem Warmwalzen, ausgehend von einer Temperatur, bei der das Gefüge ferritisch-perlitisch ist, nochmals auf eine im Bereich zwischen 800"C und 1000"C liegende Temperatur erwärmt werden. Ausgehend von einer in diesem Bereich liegenden Temperatur werden die Stangen dann wiederum durch ein gasförmiges oder flüssiges oder als Sprühnebel zerstäubtes Kühlmittel oder durch Wirbelschichtkühlung gesteuert mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 5"C pro Sekunde abgekühlt auf wenigstens 50"C unterhalb jener Temperatur, bei der Umwandlung in Ferrit und Perlit beendet ist.This cooling as described above is also with such Rods of the same material and cross-section with equally excellent results to carry out in which the Rolling not at the for a strived for Strength and toughness required temperature in the range already described is terminable. A special heat treatment must then be carried out in which the bars after hot rolling, starting from a temperature at which the structure is ferritic-pearlitic, again to a range between 800 "C and 1000" C lying temperature can be heated. Starting from one lying in this area The rods are then in turn controlled by a gaseous or liquid temperature or coolant atomized as a spray mist or controlled by fluidized bed cooling cooled to at least 50 "C at a rate of 0.5 to 5" C per second below the temperature at which the transformation into ferrite and pearlite is complete.
Für die meisten Maschinenteile, bei denen eine hohe Zähigkeit vorrangig gegenüber einer hohen Elastizität ist, kann es genügen, wenn die Stangen aus einem Stahl gewalzt werden, der weniger als 0,6 % Silizium aufweist.For most machine parts where high toughness is a priority as opposed to a high elasticity, it can be sufficient if the rods consist of a Steel is rolled which has less than 0.6% silicon.
In vielen Fällen genügt es, wenn die Stangen in der angegebenen Verfahrensweise abgekühlt werden. Für den Fall, daß die daraus herzustellenden Maschinenteile eine äußerst hohe Dauerfestigkeit aufweisen sollen, ist es zweckmäßig, daß die gesteuerte Abkühlung in der angegebenen Verfahrensweise bis auf eine Temperatur unter 250"C erfolgt.In many cases it is sufficient if the rods in the specified procedure be cooled down. In the event that the machine parts to be manufactured from it are a should have extremely high fatigue strength, it is appropriate that the controlled Cooling in the specified procedure down to a temperature below 250 ° C he follows.
Maschinenteile erfordern ihrer Zweckbestimmung entsprechend in der Regel entweder eine sehr hohe Zähigkeit bei gleichzeitig nicht so hoher Festigkeit oder eine sehr hohe Festigkeit bei gleichzeitig nicht so extrem hoher Zähigkeit. Für den (Fortsetzung auf Seite 7 der ursprünglichen Anmeldung) Fall einer erforderlich hohen Zähigkeit, jedoch nicht so hoher Festigkeit liegt eine Temperatur, von der ausgehend die Stangen für solche Maschinenteile generell abgekühlt werden, im angegebenen Temperaturbereich näher bei 800 °C, beispielsweise bei 820 OC. Für den Fall dagegen, daß eine sehr hohe Festigkeit, jedoch nicht so extrem hohe Zähigkeit erforderlich ist,liegt die Temperatur, von der ausgehend die Stangen für diese Maschinenteile abgekühlt werden, im angegebenen Temperaturbereich näher zu dessen Obergrenze hin, also etwa bei 950 OC. Bei Beginn der gesteuerten Abkühlung zwischen den genannten Grenzwerten 820 OC und 9500C erzielt man Relationen von Festigkeit zu Kerbschlagzähigkeit, die zwischen jenen der genannten Extremwerte liegen.Machine parts require according to their intended purpose in the Usually either very high toughness and not so high strength at the same time or a very high strength with at the same time not so extremely high toughness. For the (continued on page 7 of the original application) case a required high toughness, but not so high a strength Temperature from which the bars for such machine parts are generally cooled in the specified temperature range closer to 800 ° C, for example at 820 OC. In the event that a very high strength, but not so extreme high toughness is required, the temperature from which the rods start for these machine parts are cooled down, closer to the specified temperature range towards its upper limit, i.e. around 950 OC. At the start of controlled cooling strength ratios are achieved between the mentioned limit values of 820 OC and 9500C notched impact strengths that lie between those of the extreme values mentioned.
Bei nach den erfindungsgemäßen Verfahren warmgewalzten und behandelten Stangen werden im Stangenquerschnitt im Abstand von einen Sechstel des Durchmessers vom Stangenrand in Walzrichtung folgende Festigkeits- und Zähigkeitswerte erzielt, und zwar unterschieden nach den ollen, ob höchste Festigkeit bei gleichzeitig nicht so hoher Zähigkeit, oder höchste Zähigkeit bei gleichzeitig nicht so hoher Festigkeit notwendig war -siehe nachfolgende Tabelle.When hot-rolled and treated according to the method of the invention Rods are in the rod cross-section at a distance of one sixth of the diameter The following strength and toughness values are achieved from the edge of the bar in the rolling direction, namely differentiated according to the ollen, whether highest strength and not at the same time so high toughness, or highest toughness with not so high strength at the same time was necessary - see the following table.
Stangen für Maschinenteile mit gewünscht
In Praxistests sind diese Minimalwerte aber zum Teil noch ganz erheblich übertroffen und Werte erzielt worden, wie aus nachfolgender Tabelle ersichtlich.In practical tests, however, these minimum values are still quite significant in some cases exceeded and values achieved, as can be seen from the following table.
Stangen für Maschinenteile mit gewünscht
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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|---|---|
| DE3434744C2 (en) | 1988-02-04 |
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