DE2449759A1

DE2449759A1 - Heat treatment for austenitic steels - to improve the yield strength under tensile and compressive stresses

Info

Publication number: DE2449759A1
Application number: DE19742449759
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Ing Brandis; Winfried Dipl Ing Heimann; Werner Dr Ing Schmidt
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1974-10-19
Filing date: 1974-10-19
Publication date: 1976-08-05
Also published as: DE2449759B2; DE2449759C3

Abstract

The yield strength of austenitic steels, in the worked and transverse directions, is improved by heat treating the steels, after cold working, below the stress relief temp., i.e. at 300-650 pref. 450-550 degrees C.

Description

Verfahren zur Erhöhung der Elastizitäts'grenze austenitischer Stähle. Process for increasing the elastic limit of austenitic steels.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Elastizitätsgrenze (0, 01 %-Dehngrenze) austenitischer Stähle sowohl in Zug. als auch gleichzeitig in Druckrichtung.The invention relates to a method for increasing the elastic limit (0.01% yield strength) austenitic steels both in tension. as well as at the same time in the printing direction.

Teile aus austenitischen Stählen werden häufig im Laufe ihrer Herstellung kaltverformt, z.B. durch Kaltstauchen, Gewinderollen, Biegen, Kaltwalzen. Durch die Kaltverformung ergeben sich unterschiedliche Werte der Elastizitätsgrenze in Zugrichtung einerseits und in Druckrichtung andererseits. In Richtung der Beanspruchung bei der Kaltverformung steigt die Elastizitätsgrenze, fällt aber in der entgegengesetzten Richtung stark ab. Diese Erscheinung ist als Bauschinger-Effekt bekannt. Das Auftreten des Bauschinger-Effekts führt in der Praxis dazu, daß ein Teil in einer Beanspruchungsrichtung zwar die geforderte Elastizitätsgrenze erreicht, jedoch nicht auch in der entgegengesetzten Richtung. Ist diese entgegengesetzte Richtung, in der die geforderte Elastizitätsgrenze nicht erreicht wird, gerade die Beanspruchungsrichtung des Teils, besteht die Gefahr unzulässiger Verformung mit eventuellen Folgeschäden.Austenitic steel parts are often used in the course of their manufacture cold formed, e.g. by cold heading, thread rolling, bending, cold rolling. By the cold deformation results in different values of the elastic limit in Pull direction on the one hand and in the pressure direction on the other hand. In the direction of the stress in the case of cold deformation, the elastic limit rises, but falls in the opposite one Direction strongly. This phenomenon is known as the Bauschinger effect. The appearance the Bauschinger effect leads in practice to a part in one direction of stress although the required elasticity limit is reached, but not also in the opposite direction Direction. Is this opposite direction in which the required elastic limit is not reached, especially the direction of stress on the part, there is a risk impermissible deformation with possible consequential damage.

An sich ist es zur Aufhebung des Bauschinger.Effekts möglich, die Teile nach der Kaltverformung spannungsfreizuglilhen Es gibt jedoch Fälle, wo dies nicht möglich ist. Der eine Fall ist der, daß die Kaltverformung bewußt zur Erhöhung der Festigkeit des Werkstoffs vorgenommen wird. Dies er festigkeitsverbessernde Einfluß der Kaltverformung würde durch eine Spannungsfreiglühung wieder vollkommen aufgehoben werden, so daß hier das Spannungsfreigliihen keine Lösung des Problems bringt.In itself it is possible to abolish the Bauschinger effect that Parts to be stress-relieved after cold forming There are, however Cases where this is not possible. One case is that of cold working is consciously made to increase the strength of the material. This he strength-improving The influence of cold deformation would be completely restored by stress relief annealing be canceled, so that the tension release is no solution to the problem brings.

In anderen Fällen kann ein Spannungsfreiglühen aus anderen Gründen nicht möglich sein, z. B. wenn sich die Teile dann in unzulässiger Weise verziehen oder verzundern. Ein Beispiel hierfür ist das Recken von Blechen, um sie plan zu machen. Durch das Kaltrecken tritt der Bauschinger-Effekt auf. Würde man die Bleche nach dem Recken zur Aufhebung des Bauschinger-Effekts spannungsfreiglühen, würden sich die Bleche erneut verziehen und müßten wieder kaltgereckt werden um die Planheit wieder herzustellen.In other cases, stress relieving may be due to other reasons not be possible, e.g. B. if the parts then warp in an inadmissible manner or scale. An example of this is the stretching of metal sheets to make them flat do. The Bauschinger effect occurs as a result of cold stretching. One would the sheets after stretching to cancel the Bauschinger effect, stress-relieving annealing would the sheets warp again and would have to be cold-stretched again to ensure flatness restore.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, den Bauschinger-Effekt wenn auch nicht zu beseitigen, so doch seine Auswirkungen unschädlich zu machen. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist also, die von einem bestimmten Teil aus einem kaltverformten austenitischen Stahl geforderte Elastizitätsgrenze sowohl in Zug- als auch gleichzeitig in Druckrichtung zu erreichen, ohne daß andere Festigkeits. und Zähigkeits kenngrößen oder sonstige Eigenschaften nachteilig beeinflußt werden.The object of the present invention is now the Bauschinger effect if not to be eliminated, at least to render its effects harmless. So the aim of the present invention is to work from a particular part a cold-worked austenitic steel required elastic limit both in To achieve both tensile and compressive direction simultaneously, without any other strength. and toughness parameters or other properties are adversely affected.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Stähle der kaltverformung unterhalb der Spannungsfreiglüh temperatur bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 650°C, vorzugsweise 450 bis 5500C, geglüht werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Glühung bei einer Temperatur in dem angegebenen Bereich unterhalb der Spannungsfreiglühtemperatur hat tberraschenderweise zu einer Lösung des vorgenannten Problems geführt.To solve this problem it is proposed according to the invention that the steels of the cold deformation below the stress relieving temperature at a Temperature in the range from 300 to 650 ° C, preferably 450 to 5500C, are annealed. The annealing proposed according to the invention at a temperature in the specified The range below the stress-relieving temperature has surprisingly become a Solution of the aforementioned problem led.

Wie anhand des nachfolgenden Beispiels gezeigt wird, ist zwar der I3auschinger.Effekt nicht beseitigt worden, jedoch ist die Elastizitätsgrenze sowohl in ZUg- als auch in Druckrichtung auf Werte erhöht worden, die jeweils über den Werten im kaltverformten Zustand lagen. Nach der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Glühbehandlung weisen die Teile also jedenfalls die Elastizitätsgrenzenwerte in beiden Richtungen auf, die von dem Teil gefordert werden. Andererseits sind die übrigen mechanischen Eigenschaften wie 0,2-Grenze, Zugsfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit, durch die erfindungsgemäße Gltlhbehandlung nicht verschlechtert worden.As shown in the example below, the I3auschinger.Effekt has not been eliminated, however the elastic limit is both has been increased to values in both the CLOSE and the pressure direction that are each above the Values in the cold-formed state. According to the proposed according to the invention In any case, the parts have the elasticity limit values in annealing treatment in both directions required by the part. On the other hand, they are other mechanical properties such as 0.2 limit, tensile strength and notched impact strength, has not been worsened by the annealing treatment according to the invention.

Beispiel Der Untersuchung wurde ein Stahl 4X CrNiMnMoN 23 17 5 (Werkstoff-Nr. 3974) mit folgender Analyse zugrunde gelegt: C Si Mn P S Cr Mo Ni N Nb #0,05 1,0 4,5-6,5 0,025 0,025 21,0-25,0 2,7-3,7 15,0-18,0 0,30-0,50 #0,30 Gemessen wurde die Elastizitätsgrenze (0, 01%-Dehngrenze) für 3 verschiedene Zustände und zwar jeweils sowohl im Zugversuch als auch im Druckversuch. Die gemessenen Werte sind in dem beigefügten Diagramm aufgetragen. Im Zustand A lag der Stahl im lösungsgelühten Zustand (1020°C/Wasser) vor, im Zustand B waren die Proben nach dem Lösung.Example The investigation was based on a steel 4X CrNiMnMoN 23 17 5 (material no. 3974) with the following analysis: C Si Mn PS Cr Mo Ni N Nb # 0.05 1.0 4.5-6.5 0.025 0.025 21.0-25.0 2.7-3.7 15.0-18.0 0.30-0.50 # 0.30 The elastic limit (0.01% yield strength) was measured for 3 different conditions, both in the tensile test and in the compression test. The measured values are shown in the attached diagram. In condition A the steel was in the solution annealed condition (1020 ° C./water), in condition B the samples were after the solution.

glühen um 0. 2% kaltgereckt und im Zustand C war nach dem Lösungsglühen und Kaltrecken um 0,2 % die erfindungsgemäß vorgeschlagene Glühbehandlung (1H500°C/Luft) durchgeführt worden.annealing by 0.2% cold-drawn and in condition C was after the solution annealing and cold stretching by 0.2% the annealing treatment proposed according to the invention (1H500 ° C / air) Have been carried out.

Bei Betrachtung der im Diagramm aufgetragenen Werte für die Elastizitätsgrenze ergibt sich, daß diese im lösungsgeglühten Zustand A sowohl beim Zug. als auch beim Druckversuch jeweils 360 N/mm2 betrugen. Durch das Kaltrecken um 0, 2 % (Zustand B) erhöhte sich die Elastizitätsgrenze im Zugversuch mit 545N/mm² zwar beträchtlich über den im Zustand A gemessenen Wert, jedoch fiel gleichzeitig der Wert der Elastizitätsgrenze in Gegenrichtung (Druckversuch) mit 225 N/mm2 erheblich unter den Wert, der im Zustand A ermittelt wurde.When considering the values plotted in the diagram for the elastic limit it follows that this is in the solution-annealed condition A both when pulling. as well as at Compression test each amounted to 360 N / mm2. By cold stretching by 0.2% (condition B) increased the Elasticity limit in the tensile test with 545N / mm² although considerably above the value measured in condition A, it fell at the same time the value of the elastic limit in the opposite direction (compression test) of 225 N / mm2 is considerable below the value that was determined in state A.

Nach Durchführung der erfindungsgemäßen Glühbehandlung (Zustand C) erhöhte sich nicht nur der Wert der Elastizitätsgrenze im Zugversuch nochmals gegenüber dem Zustand B und betrug 637 N/mm2, sondern -und dies ist das eigentlich Entscheidende- es erhöhte sich auch der Wert der im Druckversuch gemessenen Elastizitatsgrenze gegenaber 2 dem Ausgangs zustand A auf 435 N/mm . Im Zustand C differieren zwar ebenso wie im Zustand B die im Zug. und im Druckversuch gemessenen Werte der Elastizitätsgrenze (I3auschinger-Effekt), der also durch die erfindungsgemäße Glühbehandlung nicht beseitigt wurde, jedoch weist der Stahl sowohl in Zug- als auch gleichzeitig in Druckrichtung bessere Werte der Elastizitätsgrenze auf als im lösungsgeglühten Zustand A und im kaltverformten Zustand B, So daß der Bauschinger.Effekt sich nicht nachteilig auswirken kann.After performing the annealing treatment according to the invention (state C) Not only did the value of the elastic limit increase again in the tensile test condition B and amounted to 637 N / mm2, but - and this is actually the decisive factor - the value of the elastic limit measured in the compression test also increased but 2 compared to the initial state A to 435 N / mm. In state C they differ just like in state B that in the train. and values of the elastic limit measured in the compression test (I3auschinger effect), which is not the result of the annealing treatment according to the invention was eliminated, however, the steel exhibits both tensile and simultaneous in Pressure direction shows better values of the elastic limit than in the solution annealed condition A and in the cold-formed state B, so that the Bauschinger.Effekt is not disadvantageous can affect.

Gleichzeitige Messungen der 0,2-Grenze sowie der Zugfestigkeit ergaben, daß diese Eigenschaften durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Glühbehandlung nicht verschlechtert werden, sondern sich allerdings geringfügig verbesserten.Simultaneous measurements of the 0.2 limit and the tensile strength showed that these properties are achieved by the annealing treatment proposed according to the invention not deteriorated, but improved slightly.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in folgenden Fällen mit Vorteil anwendbar: 1. Erhöhung der Elastizitätsgrenze eines durch Kaltverformung hergestellten Teils insbesondere in der durch die Kaltverformung geschädigten Richtung, 2. Erhöhung der Elastizitätsgrenze sowohl in Zug- als auch in Druck richtung bei Teilen, die durch Kaltverformung erst die erforderliche Festigkeit erhalten und 3. Anheben der Elastizitätsgrenze durch Kaltverformen und Glühen bei Teilen aus austenitischen Stählen, die ohne Kaltverformung keine ausreichend hohe Elastizitätsgrenz e aufweisen.The method according to the invention is advantageous in the following cases Applicable: 1. Increasing the elastic limit of a product manufactured by cold forming Partly in particular in the direction damaged by cold deformation, 2. Increasing the elastic limit both in the tensile and in the compression direction for parts, which only obtain the required strength through cold deformation and 3. lifting the elastic limit through cold working and annealing for parts made of austenitic Steels that do not have a sufficiently high elastic limit e without cold deformation.

In den v Vorgenannten Fällen 1 und 2 werden die Teile am Schluß ihres Fertigungsvorgangs kaltverformt, im ersten Fall zur Formgebung und im zweiten Fall zur Festigkeitsteigerung, während im Fall 3 die Kaltverformung als zusätzliche Bearbeitungsstufe eingeschaltet wird.In the aforementioned cases 1 and 2, the parts at the end of their Manufacturing process cold-formed, in the first case for shaping and in the second case to increase strength, while in case 3 cold forming as an additional processing stage is switched on.

In allen drei Fällen spielt aber der Bauschinger-Effekt eine wesentliche Rolle. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Glühung wird zwar der durch die Kaltverformung auftretenden Bauschinger-Effekt, wie gesagt.In all three cases, however, the Bauschinger effect plays an essential role Role. Due to the annealing provided according to the invention, that caused by the cold deformation occurring Bauschinger effect, as I said.

nicht beseitigt, jedoch praktisch unschädlich gemacht, indem die Elastizitätsgrenze in beiden Richtungen, also in Zug. und Druckrichtung, angehoben werden. Nach der erfindungsgemäß vorgesehenen Glühung weist das aus einem austenitischen Stahl hergestellte Teil sowohl in Zug. als auch in Druckrichtung einen gegenüber dem nur kaltverformten Zustand erhöhten Wert der Elaståzltãts,grenze auf. Dabei werden andere Eigenschaften des Stahl» wie Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsverhalten, nicht beeinträchtigt.not eliminated, but made practically harmless by the elastic limit in both directions, so in train. and print direction. After Annealing provided according to the invention has that made from an austenitic steel Part both in train. as well as one in the pressure direction compared to the cold-deformed one State increased value of the elaståzltãts, limit on. It will have other properties of the steel »such as strength, toughness and corrosion behavior.

Daß man mit einer Glühung im Bereich von 300 bis 650°C, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, eine Beseitigung des durch die vorhergegangene Kaltverformung aufgetretenen Baus chinger.Effekt 5 erreichen kann, war nicht vorhersehbar. Der Fachmann mußte annehmen, daß dies nur durch eine Spannungsfreigl(iliung möglich sein würde, die aber, wie einleitend dargelegt0 für die Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems nicht herangezogen werden kann' Da das bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielte Ergebnis nicht vorhersehbar war und der Stand der Technik keinen Hinweis gab, der zu dem erfindungsgemäßen Verfahren geführt hat, dürften alle Voraussetzungen für die Patentfähigkeit erfüllt sein.That one with an annealing in the range from 300 to 650 ° C, as according to the invention it is proposed to eliminate the effect of the previous cold deformation Occurred Baus chinger.Effekt 5 could not be foreseen. Of the The expert had to assume that this was only possible by releasing the tension which, however, as explained in the introduction0 for the solution of the invention underlying problem cannot be used ' Since that result obtained when carrying out the method according to the invention cannot be foreseen and the prior art gave no indication of the method according to the invention led, all requirements for patentability should be met.

Claims

Claim.

Process for increasing the elastic limit of austenitic steels both in the tensile and simultaneously in the compression direction, characterized in that the steels after cold forming are below the stress-relieving temperature at a temperature in the range from 300 to 6500C, preferably 450 to 5500C will.

L e r s e i t e