Wärmebehandlungsprozess von kohlenstoffarmem Bainitstahl HQ785

Warum kohlenstoffarmer Bainitstahl HQ785 verwendet wird

Bainitstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist zur Standardwahl für stark belastete Strukturen geworden, da er eine hohe Festigkeit, gute Zähigkeit und zuverlässige Schweißbarkeit bei geringeren Legierungskosten als herkömmliche vergütete martensitische Sorten bietet. Ein niedriger Kohlenstoffgehalt hält das Kohlenstoffäquivalent niedrig, was das Feldschweißen praktisch macht, während die bainitische Mikrostruktur die Festigkeit liefert, die der Kohlenstoff sonst gegeben hätte.

Die Sorte mit der Bezeichnung HQ785 hat eine spezifizierte Streckgrenze von 785 MPa. Wie andere bainitische Baustähle wird er in wärmebehandeltem Zustand geliefert und seine Leistung hängt von der genauen Kombination aus Austenitisierung, Kühlung und Anlassen ab, die das Werk anwendet. Da die Familie vergleichsweise jung ist, bleiben die Kontrolle der Mikrostruktur und das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit die beiden Punkte, mit denen die Verarbeiter am sorgfältigsten umgehen müssen.

Wärmebehandlungsroute für die Sorte

Die Wärmebehandlungsmethode für diese Sorte ist Normalisieren, Abschrecken und Anlassen. Durch die Normalisierung wird die Struktur im Schmiede- oder Walzzustand verfeinert und Streifenbildung entfernt. Das Abschrecken bei der Austenitisierungstemperatur erzeugt dann das Umwandlungsprodukt, das die Festigkeit trägt, und das Anlassen baut Abschreckspannungen ab und stellt das endgültige Eigenschaftsgleichgewicht ein. Der nützlichste Steuerhebel nach dem Abschrecken ist die Anlasstemperatur.

Berichtete Versuche für geschmiedeten kohlenstoffarmen bainitischen Stahl dieser Festigkeitsklasse verwendeten Anlasstemperaturen von 570 °C, 600 °C, 630 °C und 660 °C. Nach der Wärmebehandlung wurden die Proben bearbeitet und auf Zugeigenschaften, Schlagzähigkeit und metallografische Struktur getestet, sodass der Einfluss der Anlasstemperatur von allen anderen Variablen isoliert werden konnte.

Einfluss der Anlasstemperatur auf die Festigkeit

Der Trend ist monoton: Mit steigender Anlasstemperatur nehmen sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit im Bereich von 570 °C bis 630 °C stetig ab, und der Abfall wird deutlich, sobald die Temperatur 660 °C erreicht. Die praktische Konsequenz ist, dass ein Walzwerk oder Hersteller, der eine gemessene Spanne über der Mindeststreckgrenze von 785 MPa anstrebt, am unteren Ende des getesteten Fensters tempern sollte, während ein Hersteller, der die beste Tieftemperaturzähigkeit und die einfachste Bearbeitung wünscht, zum oberen Ende hin temperieren und dann prüfen sollte dass die Festigkeit noch dem Auslegungsfall genügt.

Jede Änderung der Anlasstemperatur erfordert daher eine erneute mechanische Prüfung. Die Anlasstemperatur ist für diese Sorte kein kosmetischer Parameter; Dadurch wird das Produkt von einer Festigkeitsklasse in eine andere verschoben.

Auswirkung auf Dehnung und Schlagzähigkeit

Die Dehnung wird durch die Anlasstemperatur im getesteten Fenster nicht stark beeinflusst, nimmt aber mit steigender Temperatur allmählich zu. Die Schlagzähigkeit zeigt eine klarere und nützlichere Reaktion: Die absorbierte Energie steigt mit steigender Anlasstemperatur. Dies ist genau der Faktor, der die höheren Anlasstemperaturen für Strukturen attraktiv macht, die dynamischer Belastung oder niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind.

Die praktische Entwicklungsaufgabe für diese Sorte besteht daher darin, die Anlasstemperatur zu finden, die die Streckgrenze sicher über dem angegebenen Minimum hält und gleichzeitig die Zähigkeit so hoch treibt, wie es die Anwendung zulässt. Für Konstruktionen mit kaltem Klima und Schweißverbindungen, die im Betrieb beansprucht werden, ist der obere Teil des geprüften Fensters normalerweise der bessere Ausgangspunkt.

Prozesskontrollpunkte für bainitische Stahlrohre und -platten

Notieren Sie die Austenitisierungstemperatur, die Haltezeit und die Abkühlgeschwindigkeit für jede Charge, da die Start- und Endtemperaturen der bainitischen Umwandlung von der Abkühlgeschwindigkeit abhängen.

Stellen Sie anhand der metallografischen Untersuchung und nicht anhand der Härte allein sicher, dass die Abschreckung tatsächlich das beabsichtigte Umwandlungsprodukt erzeugt hat.

Halten Sie die Anlasstemperatur innerhalb eines schmalen Bereichs und protokollieren Sie die Ofenladung. Ein kleiner Überschuss am oberen Rand des Fensters kostet viel Streckgrenze.

Testen Sie die mechanischen Eigenschaften an Proben, die aus derselben Wärmebehandlungscharge und, wenn das Produkt ein Rohr oder eine geschweißte Baugruppe ist, sowohl aus dem Grundmetall als auch aus der Wärmeeinflusszone entnommen wurden.

Überprüfen Sie nach dem Anlassen die Ebenheit und Maßhaltigkeit, da sich durch die Entlastung durch die Abschreckspannung ein langes Bauteil bewegen kann.

Halten Sie das Schweißverfahren mit einem Wärmeeintragsbereich qualifiziert, der der Produktion entspricht, da die Wärmeeinflusszonen von bainitischem Stahl empfindlich auf übermäßigen Wärmeeintrag reagieren.

FAQ

F: Wie hoch ist die spezifizierte Streckgrenze von HQ785?
Die Sortenbezeichnung gibt eine spezifizierte Mindeststreckgrenze von 785 MPa an, womit es in die hochfeste Strukturklasse eingestuft wird, während es aufgrund seines niedrigen Kohlenstoffgehalts dennoch schweißbar bleibt.

F: Wie verändert die Anlasstemperatur die Festigkeit des Stahls?
Eine Erhöhung der Anlasstemperatur verringert sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit. In berichteten Versuchen fiel die Streckgrenze von etwa 995 MPa auf etwa 716 MPa und die Zugfestigkeit von etwa 1077 MPa auf etwa 804 MPa zwischen 570 °C und 630 °C, wobei der Rückgang bei 660 °C deutlich stärker ausfiel.

F: Reduziert eine höhere Anlasstemperatur die Zähigkeit?
Nein. Sowohl die Schlagzähigkeit als auch die Dehnung verbessern sich mit steigender Anlasstemperatur. Aus diesem Grund werden höhere Anlasstemperaturen gewählt, wenn die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen die entscheidende Anforderung ist.

F: Warum wird vor dem Abschrecken normalisiert?
Durch die Normalisierung wird die Struktur im Schmiede- oder Walzzustand verfeinert und die Segregation verringert, sodass das anschließende Abschrecken ein gleichmäßigeres Transformationsprodukt und ein vorhersehbareres Ergebnis erzeugt.

F: Können die Eigenschaften nach der Lieferung angepasst werden?
Dies ist möglich, jedoch nur durch eine vollständige erneute{0}}Wärmebehandlung, gefolgt von einer neuen mechanischen Prüfung. Ein erneutes Anlassen allein ist nur zulässig, wenn die resultierende Festigkeit und Zähigkeit erneut anhand der Konstruktionsanforderungen überprüft wird.

F: Was sollte auf dem Mühlenzertifikat überprüft werden?
Die Wärmebehandlungsbedingungen, der Anlasstemperaturbereich, die Ergebnisse der Streckgrenze und Zugfestigkeit, die Dehnungs- und Schlagwerte sowie die metallografische Beschreibung der Mikrostruktur.