AT159794B - Legierter Stahl. - Google Patents

Description

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  Legierter Stahl. 



   Vorliegende Erfindung betrifft einen zu   martensitisehem   Gefüge härtbaren, legierten Stahl, der besonders zur Herstellung von korrosionsbeständigen, gehärteten Gegenständen, z. B. Werkzeugen mit Spitzen oder Schneiden, bestimmt ist. Die Erfindung verfolgt den Zweck, einen legierten Stahl zu schaffen, der beträchtlich niedrigere Härtungstemperatur zum Erzielen der besten Härte aufweist als die zu den obengenannten Zwecken bisher verwendeten Chromstähle. Dieses wird gemäss der Er-   findung durch einen Legierungszusatz von Stickstoff und Molybdän und/oder Wolfram erzielt. 



  Es sind wohl ferritische Stähle mit 0-1-2% Kohlenstoff,'l 5-35% Chrom und 0-2-0-4% Stick-   stoff bekannt, die in gewöhnlicher Weise nicht gehärtet werden können und sich daher für die Erzeugung von Schneidwerkzeugen nicht eignen. Auch entbehren diese des in Verbindung mit Stickstoff als 
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Stahl für Rohre vorgeschlagen worden, die ausser Eisen   0'05-0'5% Kohlenstoff, 15-35% Chrom   und   0-15-0-65% Stickstoff enthalten, doch gehören auch   diese zu den gewöhnlichen ferritischen hochchromhältigen Stählen, bei denen der Stickstoffgehalt nur zur Verhinderung der gröberen Körnung und des Karburierens dienen soll. Die Wirkung eines Kombinationszusatzes Molybdän-Stiekstoff auf die Härtungstemperatur zur Erreichung bester Härte bei einem martensitisehen Stahl war bisher unbekannt. 



   Durch einen Zusatz von Stickstoff und Molybdän zu einem   Chromstahl   wird ein Stahl erhalten, der die Eigenschaft besitzt, schon bei niedriger Temperatur die beste Härtungshärte zu erlangen, während dagegen ein Stahl, der die besagte Kombinationslegierung, nämlich Stickstoff und   Molybdän,   nicht enthält und bei gleicher Temperatur gehärtet werden würde, bloss eine   Vicker-Härte   von etwa 450-700 erreichen würde. Ein Stahl gemäss der Erfindung, welcher bei den in der Beschreibung angegebenen Temperaturen von 925 bis   10000 C gehärtet   wird, erreicht eine   Vicker-Härte   von etwa 650 bis 820. Für hochwertige Schneidewerkzeuge, wie Rasierklingen, muss eine   Vieker-Härte   von mindestens 750 erreicht werden, damit das Werkzeug seinen Zweck erfüllt.

   Auch unterscheidet sich der Stahl gemäss der Erfindung mit mindestens 0-6% Kohlenstoff von obigem bekanntem Rohrstahl mit höchstens 0'5% Kohlenstoff. 



   Der legierte Stahl nach der   Erfindung   ist in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet, dass dieser bei einer an sich bekannten Zusammensetzung von 0-6 bis   2-5%   Kohlenstoff,   1022so   Chrom, 60-90% Eisen nebst normalen Gehalten an den in technischen Stählen vorhandenen Nebenbestandteilen Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel   0-05-0-25%   Stickstoff und   0-2-6%   Molybdän und/oder Wolfram enthält. 



   Die zu   martensitisehem   Gefüge härtbaren, rostbeständigen Chromstähle sind im allgemeinen auf einer Legierungsbasis aufgebaut, deren Zusammensetzung etwa innerhalb der folgenden Grenzen liegt : 
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<tb> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0-2-2-5%
<tb> Chrom <SEP> 8-22 <SEP> %
<tb> Eisen <SEP> maximal <SEP> etwa <SEP> 90 <SEP> %.
<tb> 
 



   Der für verschiedene Verwendungsgebiete zweckmässigste Kohlenstoffgehalt wird im grossen ganzen durch die angestrebte maximale Härtungshärte und durch die gewünschten Eigenschaften der Schneide des Werkzeuges bestimmt. Wird eine hohe Schärfe und grosse Lebensdauer der Schneide verlangt, so soll der Kohlenstoffgehalt mindestens   0-5-0'7% betragen. Um   den Stahl in kaltem 

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 Zustande durch Kaltwalzen oder   Kaltziehen bearbeiten zu können, soll der Kohlenstoffgehalt 1#35-1#4%   nicht übersteigen.   Der zweckdienliellste Chromgehalt   liegt in der Regel zwischen 13 und 18%. 



   Die   charakteristischen     Härtungseigenschaften   eines Stahles dieses bekannten Typs sollen als Beispiel an einem Stahl der folgenden Zusammensetzung angegeben werden : 
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<tb> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> ............................. <SEP> 1#23 <SEP> %
<tb> Mangan <SEP> ................................ <SEP> 0#43 <SEP> %
<tb> Silizium <SEP> ................................ <SEP> 0#07 <SEP> %
<tb> Chrom <SEP> .................................. <SEP> 13#4 <SEP> %
<tb> Stickstoff <SEP> ............................. <SEP> 0#021%
<tb> 
 
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 der beigefügten Zeichnung hervor, in welcher als Abszissen die Härtungstemperaturen und als Ordinate die Härte, gemessen in einer   Vieker-Härteprüfungsmaschine,   aufgetragen sind.

   Optimale Härte wird in diesem Falle bei Härtung von   10500   ab erzielt. Aus der Form der Kurve geht hervor, dass die optimale Härte nur innerhalb einer sehr beschränkten Temperaturspanne erzielt werden kann. Die maximal erreichbare Härtungshärte eines   Chromstahles   dieses Typs liegt nicht unwesentlich unter derjenigen Härte, die beim Härten eines unlegierten Stahles mit entsprechendem Kohlenstoffgehalt erzielt wird. 
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 stahles die maximal mögliche Härte wirklieh erreicht wird. Die zu diesem Zwecke notwendige Härtungstemperatur, in diesem Beispiele   10500,   ist in vielen Fällen unbequem hoch.

   Die meisten in der Industrie verwendeten elektrischen Härtungsöfen haben Widerstandskörper aus Chromniekel oder einer ähnlichen Legierung, die mit Rücksicht auf die erforderliche Lebensdauer, besonders für grössere Ofen, kaum bei höheren Temperaturen als   etwa 1000'verwendet   werden kann. Es ist daher in der Praxis nicht möglich, einen einfachen Chromstahl dieses Typs in einem solchen Ofen zur vollen Härte zu härten. 



   Umfangreiche Versuche mit verschiedenen Legierungszusätzen haben nun gezeigt, dass die Härtungstemperatur zur Erzielung der maximalen Härte gesenkt werden kann durch eine Erhöhung des Stickstoffgehaltes auf einen Wert, der den als unbeabsichtigte Verunreinigung für gewöhnlich vorkommenden Gehalt dieses Stoffes beträchtlich übersteigt, welcher Gehalt, wie es sieh bei einer grossen Anzahl von Untersuchungen herausgestellt hat,   gewöhnlich zwischen 0#01-0#02% liegt     und nur ausnahmsweise etwa 0'03% beträgt.

   Als Beispiel eines Stahles mit höherem Stiekstoffgehalt als gewöhnlich sei ein Stahl der folgenden Zusammensetzung erwähnt :   
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<tb> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0-96 <SEP> %
<tb> Mangan <SEP> 0-48 <SEP> %
<tb> Silizium <SEP> :..... <SEP> 0'16 <SEP> %
<tb> Chrom <SEP> 13-3 <SEP> %
<tb> Stickstoff.............................. <SEP> 0-154%.
<tb> 
 



   Die Abhängigkeit der Härte von der   Härtungstemperatur   für diesen Stahl unter denselben Bedingungen wie im obigen Beispiele geht aus der Kurve 2 des beigefügten Sehaubildes hervor. Die Härtungstemperatur für optimale Härte ist in   diesem Falle 10250,   also 250 niedriger als für den Chromstahl ohne besonderen Stickstoffzusatz gemäss dem ersten Beispiele, welcher Stahl bei Härtung von 1025  ab eine Härte erhält, welche die optimale Härte um etwa 50 Einheiten unterschreitet. 



   Weitere Versuche auf demselben Wege haben aber gezeigt, dass eine noch wesentlichere Herabsetzung der Härtungstemperatur für optimale Härte durch Verbindung des   Stickstoffzusatzes   mit 
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 erzielt werden kann. Als Beispiel sei ein Stahl der folgenden Zusammensetzung erwähnt : 
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<tb> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> 1-09 <SEP> %
<tb> Mangan............................... <SEP> 0-52%
<tb> Silizium <SEP> ............................. <SEP> 0#24 <SEP> %
<tb> Chrom <SEP> .............................. <SEP> 13#1 <SEP> %
<tb> Molybdän <SEP> : <SEP> 1-01 <SEP> %
<tb> Stickstoff <SEP> 0-136%.
<tb> 
 



   Gemäss der Kurve. 3 des   Sehaubildes   erhält man in diesem Falle optimale Härte beim Härten von etwa   9750 ab,   also eine etwa 750 niedrigere   Härtungstemperatur   als für den einfachen Chromstahl gemäss Kurve   1,   welcher Stahl bei Härtung von   975  ab   eine Härte gibt, welche die optimale um etwa 210 Einheiten unterschreitet. 



   Dass diese durch die Erfindung erreichte grosse Wirkung tatsächlich auf den kombinierten Zusatz 
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 EMI3.1 
 
<tb> 
<tb> Kohlenstoff............................ <SEP> 1 <SEP> 0/
<tb> Mangan <SEP> ............................... <SEP> 0#62 <SEP> %
<tb> Silizium <SEP> ............................... <SEP> 0#31 <SEP> %
<tb> Chrom <SEP> ............................... <SEP> 12.9 <SEP> %
<tb> Molybdän.............................. <SEP> 1-57%
<tb> Stickstoff.............................. <SEP> 0-027%.
<tb> 
 
 EMI3.2 
 stahl gemäss Kurve 1. 



   Der praktische Vorteil eines Legierungszusatzes gemäss der Erfindung liegt auf der Hand, da die Härtungstemperatur zur Erzielung der maximalen Härte dadurch auf einen solchen Wert herabgesetzt wird, dass   elektrische Erhitzungsofen gewohnlicher   Konstruktion für das Härten verwendet werden können. Die Rostbeständigkeit des Stahles wird durch einen solchen   Legierungszusatz nicht   verschlechtert. Die Bearbeitbarkeit des Stahles in warmem oder kaltem Zustande scheint auch nicht schlechter zu werden. 



   Eine zur Herstellung von gehärteten feineren Schneidwerkzeugen, wie Rasierklingen und chirurgischen Instrumenten, besonders geeignete Stahllegierung gemäss der Erfindung enthält : 
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<tb> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> ............................. <SEP> 0#7 <SEP> -1#4%
<tb> Chrom <SEP> ............................. <SEP> 10 <SEP> -18 <SEP> %
<tb> Stickstoff <SEP> ............................. <SEP> 0-075-0-3%
<tb> Molybdän <SEP> und/oder <SEP> Wolfram........ <SEP> 0-2-4 <SEP> %.
<tb> 
 



   Der Chromgehalt eines Stahles der hier fraglichen Art beträgt am besten   13-17%, kann   aber in gewissen Fällen innerhalb der oben angegebenen Grenzen grösser oder kleiner sein. 



   Was den Mangangehalt anbetrifft, sei erwähnt, dass derselbe bei Stahl nach der Erfindung niedriger als   0-65% sein   soll, da hiedurch bei dieser Legierungskombination grössere optimale Härtungshärte erzielt werden kann als bei höherem Mangangehalt. 



   Für besondere Verwendungsgebiete kann es wünschenswert sein, die mechanischen und andern Eigenschaften der Legierung etwas zu ändern durch Zusatz von weiteren Legierungsstoffen über den Kombinationszusatz Stickstoff-Molybdän (und/oder Wolfram) hinaus. Der Stahl nach der Erfindung kann somit   0'05% übersteigende   Gehalte an einem oder mehreren der folgenden Legierungsstoffe enthalten, u. zw. : Beryllium, Bor, Aluminium, Titan, Vanadin, Kobalt, Kupfer, Arsen, Selen, Zirkonium, Niob, Zinn, Antimon, Tantal, Uran. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Legierter Stahl für korrosionsbeständige, gehärtete Gegenstände, besonders für Rasierklingen und andere Schneidewerkzeuge, mit 0-6-2-5% Kohlenstoff, 10-22% Chrom, 60-90% Eisen nebst normalen Gehalten an den in technischen Stählen vorhandenen Nebenbestandteilen Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0-05 bis 0-25% Stickstoff und   0-2-6% Molybdän   und/oder Wolfram.

Claims (1)

1. 2. Legierter Stahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0-7 bis 1-4% Kohlenstoff, 10-18% Chrom, 0-075-0-2% Stickstoff und 0'2-4% Molybdän und/oder Wolfram.