AT249721B - Age-hardenable, austenitic chromium-manganese-nickel-steel alloy for the production of objects of high hardness and strength as well as good toughness at room and elevated temperatures - Google Patents

Age-hardenable, austenitic chromium-manganese-nickel-steel alloy for the production of objects of high hardness and strength as well as good toughness at room and elevated temperatures

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AT249721B
AT249721B AT286161A AT286161A AT249721B AT 249721 B AT249721 B AT 249721B AT 286161 A AT286161 A AT 286161A AT 286161 A AT286161 A AT 286161A AT 249721 B AT249721 B AT 249721B
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Universal Cyclops Steel Corp
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Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Aushärtbare, austenitische Chrom-Mangan-Nickel-Stahllegierung für die Herstellung von Gegenständen hoher Härte und Festigkeit sowie guter Zähigkeit bei Raum- und erhöhten Temperaturen 
 EMI1.1 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 undlen, da sie ein Minimum der teueren Legierungselemente enthalten und nach irgendeiner der bekannten
Schmelzprozesse hergestellt werden können. Ferner können die Legierungen gemäss der Erfindung leicht warm bearbeitet werden, oder sie können, falls dies bei gewissen Anwendungsarten erwünscht ist, ohne grössere Schwierigkeiten kalt bearbeitet werden. 



   Die Legierungen, welche die vorstehend angegebenen Eigenschaften besitzen, fallen in die folgen- den   Zusammensetzungsbereiche :   
Kohlenstoff 0,   35-0, 60%  
Mangan 8, 0 - 12, 0   0/0  
Silizium 1,   rJ1/0   max. 



   Chrom 6,   0-10, 0 %  
Nickel 4, 0 - 8, 0   ja  
Vanadium   1,     1 - 1,   8   0/0  
Schwefel 0,   03%   max. 



   Phosphor 0,   05%   max. 



   Eisen Rest 
Bei   den Legierungen gemäss   der Erfindung wird die austenitische Struktur durch das Mangan und Nickel geschaffen, und es sollen daher diese beiden in solchen Mengen zur Anwendung gebracht werden, dass eine austenitische Struktur sichergestellt wird ; sie sollen jedoch innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen gehalten werden, um angemessene, nichtmagnetische Eigenschaften zu schaffen. Wenn Mangen, Nickel oder die andern vorstehend erwähnten Elemente etwa innerhalb der angegebenen Grenzen gehalten werden, beträgt die maximale Permeabilität der Legierungen etwa 1, 2 oder weniger, wenn sie bei 100 oder 200 Oerstedt   geprüft werden,   und sie behalten ihre niedrige   Permeabilität   bei, wenn sie einer Kaltbearbeitung unterworfen werden.

   Vanadium hat natürlich bei erhöhten Temperaturen einen Einfluss auf die Duktilität und auf die Oxydationsresistenz, und es ist daher erforderlich, dass das Vanadium hinreichend niedrig gehalten wird, damit jeder dieser nachteiligen Effekte vermieden wird. Chrom hat natürlich eine erwünschte Wirkung auf die Korrosions- und Oxydationsresistenz. Daher soll der Chromgehalt innerhalb der angegebenen Bereiche gehalten werden, um angemessene Korrosions- oder Oxydationsresistenz zu erzielen und gleichzeitig die erwünschte Ausscheidungshärtung zu gewährleisten. 



   Bekanntlich findet sich bei in Elektroöfen erschmolzenen Stählen normalerweise eine geringe Menge Stickstoff vor, die je nach dem verwendeten Ofentyp und den Betriebsbedingungen schwankt. Dieser Stickstoff, ebenso wie allfällige absichtlich zugesetzte geringe Mengen an Stickstoff haben keinen nachteiligen Einfluss auf die gewünschten Eigenschaften der erfindungsgemässen Stähle. 



   Während die vorstehend genannten, breiteren Zusammensetzungsbereiche Legierungen mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften schaffen, ist ein bevorzugter Zusammensetzungsbereich folgender : 
Kohlenstoff 0, 45- 0,60%
Mangan 8,   0-10,   0   0/0  
Silizium 1,   solo   max. 



   Chrom 6, 75 - 8,25%
Nickel 7, 0 - 8, 0 %
Vanadium 1,   35-1, 65%  
Schwefel 0,   031o   max. 



   Phosphor 0, 05% max. 



   Eisen Rest 
Eine typische Legierung gemäss der Erfindung ist die folgende : 
Kohlenstoff   0, 530/0  
Mangan 9, 0 %
Silizium 0,   5010  
Chrom 7,   5   o  
Nickel 7,   50%  
Vanadium 1,   50%  
Schwefel   0, 01%   

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
Phosphor 0,   035cho  
Eisen Rest 
Wie vorstehend ausgeführt, sind die Legierungen im wesentlichen nichtmagnetisch und weisen eine maximale Permeabilität von etwa 1, 2 auf. Im allgemeinen haben die Legierungen gemäss der Erfindung   eine Permeabilität von weniger   als 1, 1.

   Beispielsweise hatte eine Legierung eine Permeabilität von 1,   008,   wenn sie bei 50 Oerstedt geprüft wurde, und eine solche von 1, 009, wenn sie bei 100 Oerstedt und bei 
 EMI3.1 
 in Wasser abgeschreckt, 16 h lang bei etwa 7040 C gealtert bzw. angelassen und an der Luft gekühlt worden. Eine andere Legierung gemäss der Erfindung zeigte eine Permeabilität von 1, 001, wenn sie bei 100 Oerstedt und ebenfalls wenn sie bei 200 Oerstedt geprüft wurde. Diese Legierung war derselben Wärmebehandlung, wie vorstehend angegeben, unterworfen worden. Die magnetischen Eigenschaften dieser 
 EMI3.2 
 hatte, wenn sie bei 100 Oerstedt und ferner wenn sie bei 200 Oerstedt geprüft wurde. Es zeigt sich daran, dass die Legierung im Hinblick auf magnetische Eigenschaften recht stabil ist. 



   Um das Ansprechen auf Aushärtung von heissen, gewalzten Blechen gemäss der Erfindung zu bestimmen, wurden   Proben während l   h bei 1093,1149, 1177 und 12040 C lösungsbehandelt (bzw. einer Vergütungsbehandlung unterzogen), in Wasser abgeschreckt, danach bei verschiedenen Temperaturen 16 h lang ausgehärtet und dann an der Luft abgeschreckt. Die erhaltenen Rockwell-C-Härtewerte sind in der nachstehenden Tabelle I angegeben. 



   Tabelle I 
 EMI3.3 
 
<tb> 
<tb> RockweIl-C-Harte
<tb> Lösungsbehandlung <SEP> * <SEP> 
<tb> Wärmebehandlung <SEP> 10930 <SEP> C <SEP> 11490 <SEP> C <SEP> 11770 <SEP> C <SEP> 12040 <SEP> C
<tb> 5930 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 31,5 <SEP> 32,5 <SEP> 35,5 <SEP> 35, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> 6490 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 37,0 <SEP> 38, <SEP> 5 <SEP> 41, <SEP> 0 <SEP> 41,5
<tb> 7040 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 36,5 <SEP> 41,5 <SEP> 43,5 <SEP> 44,5
<tb> 7600 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 33,5 <SEP> 40,0 <SEP> 43,5 <SEP> 43,0
<tb> 8160 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 24,5 <SEP> 33, <SEP> 0 <SEP> 36, <SEP> 0 <SEP> 38,5
<tb> 871  <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h-Luft <SEP> 20,0 <SEP> 25,0 <SEP> 29,5 <SEP> 33,0
<tb> keine <SEP> Wärmebehandlung <SEP> 97 <SEP> (B-Skala)

   <SEP> 90 <SEP> (B-Skala) <SEP> 93 <SEP> (B-Skala) <SEP> 92 <SEP> (B-Skala)
<tb> 
 * Sämtliche Proben wurden 1 h lang bei der angegebenen Temperatur behandelt und in Wasser ab- geschreckt. 



   Proben von Legierungen gemäss der Erfindung wurden ferner ähnlichen Lösungsbehandlungen unterworfen und bei verschiedenen Temperaturen ausgehärtet, und es wurden die Dehnungseigenschaften bestimmt. Die verschiedenen Behandlungen und die erhaltenen Dehnungseigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle n angegeben. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



  Tabelle   II   
 EMI4.1 
 
<tb> 
<tb> 0, <SEP> 02% <SEP> Streck- <SEP> 0,2% <SEP> Streck- <SEP> EndfestigAushärtungs-grenze <SEP> grenze <SEP> keit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnübehandlung <SEP> kg/cm2 <SEP> kg/cm2 <SEP> kg/cm2 <SEP> % <SEP> rung <SEP> %
<tb> Lösungsbehandlung <SEP> : <SEP> 
<tb> 10930 <SEP> C <SEP> - <SEP> 1 <SEP> h <SEP> Wasser
<tb> 7040C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 4865 <SEP> 6160 <SEP> 10150 <SEP> 33,3 <SEP> 51, <SEP> 1 <SEP> 
<tb> Lösungsbehandlung <SEP> : <SEP> 
<tb> 1121  <SEP> C-1h-Wasser
<tb> 7040 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 6755 <SEP> 8050 <SEP> 11200 <SEP> 25,0 <SEP> 50,7
<tb> Lösungsbehandlung <SEP> : <SEP> 
<tb> 11490 <SEP> C-1h-Wasser
<tb> 704  <SEP> C-4 <SEP> h-Luft <SEP> 9730 <SEP> 11550 <SEP> 13 <SEP> 335 <SEP> 9, <SEP> 1 <SEP> 18,8
<tb> Lösungsbehandlung <SEP> :

   <SEP> 
<tb> 11770 <SEP> C <SEP> - <SEP> Ih <SEP> - <SEP> Wasser <SEP> 
<tb> Keine <SEP> Aushärtungsbehandlung <SEP> 3710 <SEP> 4165 <SEP> 8715 <SEP> 62,7 <SEP> 70,7
<tb> 5930C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 8645 <SEP> 9730 <SEP> 11410 <SEP> 18,3 <SEP> 24,3
<tb> 6490 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 8085 <SEP> 8925 <SEP> 11165 <SEP> 30,7 <SEP> 33,7
<tb> 649  <SEP> C-16 <SEP> h-Luft <SEP> 8995 <SEP> 11025 <SEP> 12355 <SEP> 11,4 <SEP> 15, <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 10 <SEP> 290 <SEP> 12 <SEP> 215 <SEP> 13 <SEP> 930 <SEP> 5,9 <SEP> 12,3
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 9800 <SEP> 11760 <SEP> 13 <SEP> 755 <SEP> 7,7 <SEP> 11,4
<tb> 7600 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 8925 <SEP> 10815 <SEP> 13230 <SEP> 9,3 <SEP> 16,

   <SEP> 0
<tb> 7600 <SEP> C-16 <SEP> h-Luft <SEP> 7805 <SEP> 9730 <SEP> 12495 <SEP> 12,7 <SEP> 21,1
<tb> 
 
Zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Prüfungen wurden die Wirkungen von Kaltreduktion auf die Legierungen gemäss der Erfindung bestimmt. Warm gewalzte Bleche wurden zunächst 1 h lang bei 11770 C lösungsbehandelt und in Wasser abgeschreckt. Einige Proben wurden der Kaltreduktion unterworfen, wobei die Reduktionen 10,20, 30 und 40% waren. Einige der Proben wurden dann dadurch gealtert bzw. vergütet, dass sie während der angegebenen Zeiten auf die angegebenen Temperaturen erhitzt und abgeschreckt wurden. Die bei diesen Proben bestimmten Rockwell-C-Härtewerte sind in der nachstehenden Tabelle III angegeben. 



   Tabelle III 
 EMI4.2 
 
<tb> 
<tb> Rockwell-C-Härte
<tb> Kaltreduktion <SEP> *
<tb> Aushärtungsbehandlungen <SEP> keine <SEP> 10% <SEP> 20% <SEP> 30% <SEP> 40%
<tb> Keine <SEP> - <SEP> 23, <SEP> 5 <SEP> 31,5 <SEP> 41,0 <SEP> 43,5
<tb> 482 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> - <SEP> 24, <SEP> 5 <SEP> 33,0 <SEP> 40,0 <SEP> 43,0
<tb> 482 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> - <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 34,0 <SEP> 43,0 <SEP> 46,0
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 5> 

   Tabelle III   (Fortsetzung) 
 EMI5.1 
 
<tb> 
<tb> Rockwell-C-Härte
<tb> Kaltreduktion <SEP> * <SEP> 
<tb> Aushärtungsbehandlungen <SEP> keine <SEP> 10% <SEP> 20% <SEP> 30% <SEP> 40%
<tb> 538 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> - <SEP> 27,0 <SEP> 35,5 <SEP> 43,0 <SEP> 46,0
<tb> 538 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> - <SEP> 29,5 <SEP> 36,

  0 <SEP> 45,5 <SEP> 47,5
<tb> 593 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> - <SEP> 30,5 <SEP> 39,5 <SEP> 45,0 <SEP> 47,0
<tb> 593 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> 0 <SEP> Luft <SEP> 35,5 <SEP> 37,0 <SEP> 43,5 <SEP> 47,0 <SEP> 50,0
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 38,0 <SEP> 37,5 <SEP> 42,5 <SEP> 46,0 <SEP> 48,0
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 41,0 <SEP> 45,0 <SEP> 46,0 <SEP> 47,0 <SEP> 48,5
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 43,5 <SEP> 45,5 <SEP> 45,5 <SEP> 46,5 <SEP> 46,0
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 43,5 <SEP> 45,0 <SEP> 45,5 <SEP> 44,5 <SEP> 43,0
<tb> 760 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 42,0 <SEP> 42,0 <SEP> 43,0 <SEP> 42,0 <SEP> 39,0
<tb> 760 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 43,5 <SEP> 42,0 <SEP> 43,0 <SEP> 39,0 <SEP> 35,

  0
<tb> 816 C-4 <SEP> h-Luft-38, <SEP> 0 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> 38, <SEP> 0 <SEP> 35, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> 816 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 36,0 <SEP> 36,5 <SEP> 36,5 <SEP> 31,5 <SEP> 29,5
<tb> 871 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> - <SEP> 36,5 <SEP> 36,0 <SEP> 32,0 <SEP> 29,0
<tb> 871 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> - <SEP> 32,0 <SEP> 31,5 <SEP> 27, <SEP> k5 <SEP> 25,0
<tb> 
 
 EMI5.2 
 



   Einige von solchen Proben wurden geprüft, um die Dehnungseigenschaften zu bestimmen. Die Behandlungen, welchen das Material unterworfen wurde, und die erhaltenen Dehnungswerte sind in der nachstehenden Tabelle IV angegeben. 



   Tabelle IV 
 EMI5.3 
 
<tb> 
<tb> 0, <SEP> 02% <SEP> Streck- <SEP> 0,2% <SEP> Streck- <SEP> EndfestigAushärtungs-grenze <SEP> grenze <SEP> keit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnübehandlung <SEP> kg/cm <SEP> kg/cm <SEP> kg/cm <SEP> % <SEP> rung <SEP> %
<tb> Bedingung; <SEP> lösungsbehandelt <SEP> (1177  <SEP> C, <SEP> 1 <SEP> h <SEP> - <SEP> Wasser) <SEP> 
<tb> keine <SEP> 3710 <SEP> 4165 <SEP> 8715 <SEP> 62, <SEP> 7 <SEP> 70,7
<tb> 6490 <SEP> C-16 <SEP> h-Luft <SEP> 8995 <SEP> 11025 <SEP> 12355 <SEP> 11,4 <SEP> 15,1
<tb> Bedingung <SEP> : <SEP> lösungsbehandelt <SEP> zuztigl. <SEP> kaltreduziert <SEP> 10%
<tb> keine <SEP> 5390 <SEP> 6510 <SEP> 9485 <SEP> 50,3 <SEP> 65,0
<tb> 649  <SEP> C-16 <SEP> h-Luft <SEP> 10185 <SEP> 11865 <SEP> 13475 <SEP> 10,8 <SEP> 16,7
<tb> Bedingung <SEP> :

   <SEP> lösungsbehandelt <SEP> zuzügl. <SEP> kaltreduziert <SEP> 20%
<tb> keine <SEP> 6755 <SEP> 8610 <SEP> 10500 <SEP> 31, <SEP> 8 <SEP> 61, <SEP> 3
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 10 <SEP> 115 <SEP> 12 <SEP> 495 <SEP> 14 <SEP> 070 <SEP> 4,3 <SEP> 8,4
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 T a b e l l e IV (Fortsetzung) 
 EMI6.1 
 
<tb> 
<tb> 0,02% <SEP> Streck- <SEP> 0,2% <SEP> Streck- <SEP> EndfestigAushärtungs- <SEP> grenze <SEP> grenze <SEP> keit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnübehandlung <SEP> kg/cmz <SEP> kg/cm <SEP> kg/cm <SEP> % <SEP> rung% <SEP> 
<tb> Bedingung <SEP> :

   <SEP> lösungsbehandelt <SEP> zuzug. <SEP> kaltreduziert <SEP> 30%
<tb> keine <SEP> 7595 <SEP> 10465 <SEP> 11 <SEP> 900 <SEP> 19, <SEP> 8 <SEP> 54, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> 6490C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 11130 <SEP> 13195 <SEP> 14735 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> 7, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> Bedingung <SEP> : <SEP> lösungsbehandelt <SEP> zuzügl. <SEP> kaltreduziert <SEP> 40%
<tb> keine <SEP> 8435 <SEP> 11655 <SEP> 13580 <SEP> 14, <SEP> 5 <SEP> 49, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 9695 <SEP> 13 <SEP> 160 <SEP> 15 <SEP> 250 <SEP> 2,5 <SEP> 5,6
<tb> 
 
Es wurden geschmiedete Ringe von etwa 38 cm äusserem Durchmesser zu etwa 32 cm innerem Durchmesser hergestellt und den Lösungs- und Aushärtungsbehandlungen unterworfen, und es wurden die Dehnungseigenschaften von querverlaufenden Proben derselben bestimmt.

   Die Behandlungen und Dehnungseigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle V angegeben. 



   Tabelle V 
 EMI6.2 
 
<tb> 
<tb> 0, <SEP> 021o <SEP> Streck- <SEP> 0,2% <SEP> Streck- <SEP> EndfestigAushärtungs- <SEP> grenze <SEP> grenze <SEP> keit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnübehandlung <SEP> kg/cm2 <SEP> kg/cm2 <SEP> kg/cm2 <SEP> % <SEP> rung <SEP> %
<tb> LÏsungsbehandlung <SEP> : <SEP> 11210 <SEP> C <SEP> - <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> - <SEP> Wasser <SEP> 
<tb> 649 /c <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 6265 <SEP> 7245 <SEP> 10255 <SEP> 39,6 <SEP> 41,8.
<tb> 



  704 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 8225 <SEP> 9870 <SEP> 12075 <SEP> 18,0 <SEP> 32,2
<tb> Lösungsbehandlung <SEP> : <SEP> 1149 C <SEP> - <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> - <SEP> Wasser
<tb> 649  <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 7700 <SEP> 8645 <SEP> 11200 <SEP> 27,7 <SEP> 28,8
<tb> 704  <SEP> C-4 <SEP> h-Luft <SEP> 8155 <SEP> 10 <SEP> 605 <SEP> 13 <SEP> 020 <SEP> 14,2 <SEP> 25,0
<tb> Lösungsbehandlung <SEP> :

   <SEP> 1177 C <SEP> - <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> - <SEP> Wasser
<tb> 6490 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 8155 <SEP> 9380 <SEP> 11410 <SEP> 21,1 <SEP> 23,6
<tb> 704  <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Luft <SEP> 8890 <SEP> 10200 <SEP> 13405 <SEP> 10, <SEP> 4 <SEP> 16,3
<tb> 
 
Wie vorstehend angegeben, haben die Legierungen gemäss der Erfindung zusätzlich zu den andern besonders erwähnten Eigenschaften gute Eigenschaften bei erhöhter Temperatur. Dies zeigt sich an den in der nachstehenden Tabelle VI angegebenen Werten. Die geprüfte Legierung hatte die Form von heissgewalzten Blechen, welche zuvor einer Wärmebehandlung bei 11490 C während 1/2 h unterworfen, in Wasser abgeschreckt,   #h   lang bei 7040 C ausgehärtet und danach luftgekühlt waren. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 



  Tabelle VI 
 EMI7.1 
 
<tb> 
<tb> 0,02% <SEP> Streck- <SEP> EndfestigPrüf- <SEP> grenze <SEP> keit <SEP> Dehnung <SEP> EinschnuTemperatur <SEP> (kg/cm2) <SEP> (kg/cm2) <SEP> (%) <SEP> rung <SEP> calo)
<tb> Raum <SEP> 11200 <SEP> 12775 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 14, <SEP> 3 <SEP> 
<tb> 2040 <SEP> C <SEP> 10080 <SEP> 11725 <SEP> 8, <SEP> 1 <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> 4270C <SEP> 8260 <SEP> 9310 <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> 30, <SEP> 2 <SEP> 
<tb> 5380 <SEP> C <SEP> 7945 <SEP> 8575 <SEP> 6.

   <SEP> 4 <SEP> 33, <SEP> 3 <SEP> 
<tb> 6490 <SEP> C <SEP> 6300 <SEP> 7210 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP> 
<tb> 7040C <SEP> 6090 <SEP> 6650 <SEP> 3,8 <SEP> 9,0
<tb> 760 C <SEP> 4725 <SEP> 5075 <SEP> 3,0 <SEP> 9,1
<tb> 
 
Es ist aus den Tabellen   I - VI   und den vorstehenden Ausführungen mit Bezug auf magnetische Eigenschaften ersichtlich, dass Legierungen gemäss der Erfindung die vorstehend erwähnten, erwünschten Eigenschaften besitzen ; es ist ferner ersichtlich, dass solche Legierungen mit verhältnismässig geringen Kosten hergestellt werden können. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
 EMI7.2 
 bei Raumtemperatur auch hohe Festigkeitund Härte bei erhöhten Temperaturen sowie gute Zähigkeit aufweisen müssen.



   <Desc / Clms Page number 1>
 



   Age-hardening, austenitic chromium-manganese-nickel-steel alloy for the production of objects of high hardness and strength as well as good toughness at room and elevated temperatures
 EMI1.1
 

 <Desc / Clms Page number 2>

 and because they contain a minimum of the expensive alloying elements and any of the known ones
Melting processes can be produced. Furthermore, the alloys according to the invention can easily be hot worked or, if this is desired in certain types of applications, they can be cold worked without major difficulties.



   The alloys which have the properties given above fall into the following composition ranges:
Carbon 0.35-0.60%
Manganese 8, 0 - 12, 0 0/0
Silicon 1, rJ1 / 0 max.



   Chromium 6, 0-10, 0%
Nickel 4.0-8.0 yes
Vanadium 1, 1 - 1, 8 0/0
Sulfur 0.03% max.



   Phosphorus 0.05% max.



   Iron rest
In the alloys according to the invention, the austenitic structure is created by the manganese and nickel, and these two should therefore be used in such amounts that an austenitic structure is ensured; however, they should be kept within the limits given above in order to provide adequate non-magnetic properties. If manganese, nickel, or the other aforementioned elements are kept roughly within the stated limits, the maximum permeability of the alloys will be about 1, 2 or less when tested at 100 or 200 Oerstedt and will maintain their low permeability when they are subjected to cold working.

   Vanadium, of course, has an impact on ductility and resistance to oxidation at elevated temperatures, and it is therefore necessary that the vanadium be kept sufficiently low in order to avoid any of these adverse effects. Chromium naturally has a desirable effect on resistance to corrosion and oxidation. Therefore, the chromium content should be kept within the specified ranges in order to achieve adequate corrosion or oxidation resistance and at the same time ensure the desired precipitation hardening.



   As is well known, steels melted in electric furnaces are normally found to have a small amount of nitrogen, which varies depending on the type of furnace used and the operating conditions. This nitrogen, as well as any small amounts of nitrogen that may be intentionally added, have no adverse effect on the desired properties of the steels according to the invention.



   While the above broader compositional ranges provide alloys with the aforesaid properties, a preferred compositional range is as follows:
Carbon 0.45-0.60%
Manganese 8, 0-10, 0 0/0
Silicon 1, solo max.



   Chromium 6.75 - 8.25%
Nickel 7.0-8.0%
Vanadium 1.35-1.65%
Sulfur 0.310 max.



   Phosphorus 0.05% max.



   Iron rest
A typical alloy according to the invention is the following:
Carbon 0.530/0
Manganese 9.0%
Silicon 0.5010
Chrome 7, 5 or similar
Nickel 7.50%
Vanadium 1, 50%
Sulfur 0.01%

 <Desc / Clms Page number 3>

 
Phosphorus 0, 035cho
Iron rest
As stated above, the alloys are essentially non-magnetic and have a maximum permeability of about 1.2. In general, the alloys according to the invention have a permeability of less than 1.1.

   For example, an alloy had a permeability of 1.008 when tested at 50 Oerstedt, and one of 1.009 when tested at 100 Oerstedt and at
 EMI3.1
 Quenched in water, aged or tempered for 16 h at about 7040 C and cooled in the air. Another alloy according to the invention showed a permeability of 1.001 when tested at 100 Oerstedt and also when tested at 200 Oerstedt. This alloy was subjected to the same heat treatment as mentioned above. The magnetic properties of this
 EMI3.2
 had when it was tested at 100 Oerstedt and furthermore when it was tested at 200 Oerstedt. This shows that the alloy is quite stable in terms of magnetic properties.



   In order to determine the response to hardening of hot, rolled metal sheets according to the invention, samples were solution-treated (or subjected to a tempering treatment) for 1 h at 1093, 1149, 1177 and 12040 C, quenched in water, then hardened at various temperatures for 16 h and then quenched in the air. The Rockwell C hardness values obtained are given in Table I below.



   Table I.
 EMI3.3
 
<tb>
<tb> RockweIl-C-Harte
<tb> Solution treatment <SEP> * <SEP>
<tb> Heat treatment <SEP> 10930 <SEP> C <SEP> 11490 <SEP> C <SEP> 11770 <SEP> C <SEP> 12040 <SEP> C
<tb> 5930 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 31.5 <SEP> 32.5 <SEP> 35.5 <SEP> 35, <SEP > 5 <SEP>
<tb> 6490 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 37.0 <SEP> 38, <SEP> 5 <SEP> 41, <SEP> 0 < SEP> 41.5
<tb> 7040 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 36.5 <SEP> 41.5 <SEP> 43.5 <SEP> 44.5
<tb> 7600 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 33.5 <SEP> 40.0 <SEP> 43.5 <SEP> 43.0
<tb> 8160 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 24.5 <SEP> 33, <SEP> 0 <SEP> 36, <SEP> 0 < SEP> 38.5
<tb> 871 <SEP> C, <SEP> 16 <SEP> h-air <SEP> 20.0 <SEP> 25.0 <SEP> 29.5 <SEP> 33.0
<tb> no <SEP> heat treatment <SEP> 97 <SEP> (B-scale)

   <SEP> 90 <SEP> (B-scale) <SEP> 93 <SEP> (B-scale) <SEP> 92 <SEP> (B-scale)
<tb>
 * All samples were treated for 1 hour at the specified temperature and quenched in water.



   Samples of alloys according to the invention were also subjected to similar solution treatments and age-hardened at different temperatures and the elongation properties were determined. The various treatments and the elongation properties obtained are given in Table n below.

 <Desc / Clms Page number 4>

 



  Table II
 EMI4.1
 
<tb>
<tb> 0, <SEP> 02% <SEP> stretch <SEP> 0.2% <SEP> stretch <SEP> final hardening limit <SEP> limit <SEP> speed <SEP> elongation <SEP> screw-in treatment < SEP> kg / cm2 <SEP> kg / cm2 <SEP> kg / cm2 <SEP>% <SEP> tion <SEP>%
<tb> Solution handling <SEP>: <SEP>
<tb> 10930 <SEP> C <SEP> - <SEP> 1 <SEP> h <SEP> water
<tb> 7040C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 4865 <SEP> 6160 <SEP> 10150 <SEP> 33.3 <SEP> 51, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Solution handling <SEP>: <SEP>
<tb> 1121 <SEP> C-1h water
<tb> 7040 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 6755 <SEP> 8050 <SEP> 11200 <SEP> 25.0 <SEP> 50 , 7
<tb> Solution handling <SEP>: <SEP>
<tb> 11490 <SEP> C-1h water
<tb> 704 <SEP> C-4 <SEP> h-air <SEP> 9730 <SEP> 11550 <SEP> 13 <SEP> 335 <SEP> 9, <SEP> 1 <SEP> 18.8
<tb> Solution treatment <SEP>:

   <SEP>
<tb> 11770 <SEP> C <SEP> - <SEP> Ih <SEP> - <SEP> water <SEP>
<tb> No <SEP> curing treatment <SEP> 3710 <SEP> 4165 <SEP> 8715 <SEP> 62.7 <SEP> 70.7
<tb> 5930C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 8645 <SEP> 9730 <SEP> 11410 <SEP> 18.3 <SEP> 24.3
<tb> 6490 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 8085 <SEP> 8925 <SEP> 11165 <SEP> 30.7 <SEP> 33 , 7
<tb> 649 <SEP> C-16 <SEP> h-air <SEP> 8995 <SEP> 11025 <SEP> 12355 <SEP> 11.4 <SEP> 15, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 10 <SEP> 290 <SEP> 12 <SEP> 215 <SEP> 13 <SEP> 930 < SEP> 5.9 <SEP> 12.3
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 9800 <SEP> 11760 <SEP> 13 <SEP> 755 <SEP> 7.7 <SEP> 11.4
<tb> 7600 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 8925 <SEP> 10815 <SEP> 13230 <SEP> 9.3 <SEP> 16 ,

   <SEP> 0
<tb> 7600 <SEP> C-16 <SEP> h-air <SEP> 7805 <SEP> 9730 <SEP> 12495 <SEP> 12.7 <SEP> 21.1
<tb>
 
In addition to the tests given above, the effects of cold reduction on the alloys according to the invention were determined. Hot-rolled sheets were first solution-treated for 1 hour at 11770 C and quenched in water. Some samples were subjected to cold reduction, the reductions being 10, 20, 30 and 40%. Some of the samples were then aged or tempered by heating them to the specified temperatures and quenching them for the specified times. The Rockwell C hardness values determined on these samples are given in Table III below.



   Table III
 EMI4.2
 
<tb>
<tb> Rockwell C hardness
<tb> cold reduction <SEP> *
<tb> curing treatments <SEP> none <SEP> 10% <SEP> 20% <SEP> 30% <SEP> 40%
<tb> None <SEP> - <SEP> 23, <SEP> 5 <SEP> 31.5 <SEP> 41.0 <SEP> 43.5
<tb> 482 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> - <SEP> 24, <SEP> 5 <SEP> 33.0 <SEP> 40.0 <SEP> 43.0
<tb> 482 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> - <SEP> 25, <SEP> 0 <SEP> 34.0 <SEP> 43.0 <SEP> 46.0
<tb>
 

 <Desc / Clms Page number 5>

   Table III (continued)
 EMI5.1
 
<tb>
<tb> Rockwell C hardness
<tb> Cold reduction <SEP> * <SEP>
<tb> curing treatments <SEP> none <SEP> 10% <SEP> 20% <SEP> 30% <SEP> 40%
<tb> 538 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> - <SEP> 27.0 <SEP> 35.5 <SEP> 43.0 <SEP> 46.0
<tb> 538 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> - <SEP> 29.5 <SEP> 36,

  0 <SEP> 45.5 <SEP> 47.5
<tb> 593 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> - <SEP> 30.5 <SEP> 39.5 <SEP> 45.0 <SEP> 47.0
<tb> 593 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> 0 <SEP> air <SEP> 35.5 <SEP> 37.0 <SEP> 43.5 <SEP> 47.0 < SEP> 50.0
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 38.0 <SEP> 37.5 <SEP> 42.5 <SEP> 46.0 < SEP> 48.0
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 41.0 <SEP> 45.0 <SEP> 46.0 <SEP> 47.0 < SEP> 48.5
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 43.5 <SEP> 45.5 <SEP> 45.5 <SEP> 46.5 < SEP> 46.0
<tb> 704 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 43.5 <SEP> 45.0 <SEP> 45.5 <SEP> 44.5 < SEP> 43.0
<tb> 760 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 42.0 <SEP> 42.0 <SEP> 43.0 <SEP> 42.0 < SEP> 39.0
<tb> 760 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 43.5 <SEP> 42.0 <SEP> 43.0 <SEP> 39.0 < SEP> 35,

  0
<tb> 816 C-4 <SEP> h-air-38, <SEP> 0 <SEP> 40, <SEP> 0 <SEP> 38, <SEP> 0 <SEP> 35, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 816 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 36.0 <SEP> 36.5 <SEP> 36.5 <SEP> 31.5 < SEP> 29.5
<tb> 871 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> - <SEP> 36.5 <SEP> 36.0 <SEP> 32.0 <SEP> 29.0
<tb> 871 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> - <SEP> 32.0 <SEP> 31.5 <SEP> 27, <SEP> k5 <SEP> 25.0
<tb>
 
 EMI5.2
 



   Some of such samples were tested to determine elongation properties. The treatments to which the material was subjected and the elongation values obtained are given in Table IV below.



   Table IV
 EMI5.3
 
<tb>
<tb> 0, <SEP> 02% <SEP> stretch <SEP> 0.2% <SEP> stretch <SEP> final hardening limit <SEP> limit <SEP> speed <SEP> elongation <SEP> screw-in treatment < SEP> kg / cm <SEP> kg / cm <SEP> kg / cm <SEP>% <SEP> rung <SEP>%
<tb> condition; <SEP> solution treated <SEP> (1177 <SEP> C, <SEP> 1 <SEP> h <SEP> - <SEP> water) <SEP>
<tb> none <SEP> 3710 <SEP> 4165 <SEP> 8715 <SEP> 62, <SEP> 7 <SEP> 70.7
<tb> 6490 <SEP> C-16 <SEP> h-air <SEP> 8995 <SEP> 11025 <SEP> 12355 <SEP> 11.4 <SEP> 15.1
<tb> Condition <SEP>: <SEP> solution treated <SEP> additionally. <SEP> cold-reduced <SEP> 10%
<tb> none <SEP> 5390 <SEP> 6510 <SEP> 9485 <SEP> 50.3 <SEP> 65.0
<tb> 649 <SEP> C-16 <SEP> h-air <SEP> 10185 <SEP> 11865 <SEP> 13475 <SEP> 10.8 <SEP> 16.7
<tb> Condition <SEP>:

   <SEP> solution treated <SEP> plus. <SEP> cold-reduced <SEP> 20%
<tb> none <SEP> 6755 <SEP> 8610 <SEP> 10500 <SEP> 31, <SEP> 8 <SEP> 61, <SEP> 3
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 10 <SEP> 115 <SEP> 12 <SEP> 495 <SEP> 14 <SEP> 070 < SEP> 4.3 <SEP> 8.4
<tb>
 

 <Desc / Clms Page number 6>

 T a b e l l e IV (continued)
 EMI6.1
 
<tb>
<tb> 0.02% <SEP> stretching <SEP> 0.2% <SEP> stretching <SEP> final setting <SEP> limit <SEP> limit <SEP> speed <SEP> elongation <SEP> screw-in treatment < SEP> kg / cmz <SEP> kg / cm <SEP> kg / cm <SEP>% <SEP> rung% <SEP>
<tb> Condition <SEP>:

   <SEP> solution-treated <SEP> added. <SEP> cold-reduced <SEP> 30%
<tb> none <SEP> 7595 <SEP> 10465 <SEP> 11 <SEP> 900 <SEP> 19, <SEP> 8 <SEP> 54, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 6490C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 11130 <SEP> 13195 <SEP> 14735 <SEP> 1, <SEP> 9 <SEP> 7, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Condition <SEP>: <SEP> solution treated <SEP> plus. <SEP> cold-reduced <SEP> 40%
<tb> none <SEP> 8435 <SEP> 11655 <SEP> 13580 <SEP> 14, <SEP> 5 <SEP> 49, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 649 C <SEP> - <SEP> 16 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 9695 <SEP> 13 <SEP> 160 <SEP> 15 <SEP> 250 <SEP> 2, 5 <SEP> 5.6
<tb>
 
Forged rings of about 38 cm in outer diameter to about 32 cm in inner diameter were prepared and subjected to the solution and curing treatments, and the elongation properties of transverse samples thereof were determined.

   The treatments and elongation properties are given in Table V below.



   Table V
 EMI6.2
 
<tb>
<tb> 0, <SEP> 021o <SEP> stretch <SEP> 0.2% <SEP> stretch <SEP> final hardening <SEP> limit <SEP> limit <SEP> speed <SEP> elongation <SEP> Constriction treatment <SEP> kg / cm2 <SEP> kg / cm2 <SEP> kg / cm2 <SEP>% <SEP> eration <SEP>%
<tb> Solution treatment <SEP>: <SEP> 11210 <SEP> C <SEP> - <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> - <SEP> water <SEP>
<tb> 649 / c <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 6265 <SEP> 7245 <SEP> 10255 <SEP> 39.6 <SEP> 41.8 .
<tb>



  704 C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> Air <SEP> 8225 <SEP> 9870 <SEP> 12075 <SEP> 18.0 <SEP> 32.2
<tb> Solution treatment <SEP>: <SEP> 1149 C <SEP> - <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> - <SEP> water
<tb> 649 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 7700 <SEP> 8645 <SEP> 11200 <SEP> 27.7 <SEP> 28 ,8th
<tb> 704 <SEP> C-4 <SEP> h-air <SEP> 8155 <SEP> 10 <SEP> 605 <SEP> 13 <SEP> 020 <SEP> 14.2 <SEP> 25.0
<tb> Solution treatment <SEP>:

   <SEP> 1177 C <SEP> - <SEP> 1/2 <SEP> h <SEP> - <SEP> water
<tb> 6490 <SEP> C <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 8155 <SEP> 9380 <SEP> 11410 <SEP> 21.1 <SEP> 23 , 6
<tb> 704 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> h <SEP> - <SEP> air <SEP> 8890 <SEP> 10200 <SEP> 13405 <SEP> 10, <SEP> 4 <SEP> 16, 3
<tb>
 
As indicated above, the alloys according to the invention, in addition to the other properties particularly mentioned, have good properties at elevated temperature. This is evidenced by the values given in Table VI below. The tested alloy was in the form of hot-rolled sheets, which had previously been subjected to a heat treatment at 11490 ° C. for 1/2 hour, quenched in water, hardened for #h at 7040 ° C. and then air-cooled.

 <Desc / Clms Page number 7>

 



  Table VI
 EMI7.1
 
<tb>
<tb> 0.02% <SEP> stretch <SEP> final strength test <SEP> limit <SEP> speed <SEP> elongation <SEP> constriction temperature <SEP> (kg / cm2) <SEP> (kg / cm2) < SEP> (%) <SEP> rung <SEP> calo)
<tb> Room <SEP> 11200 <SEP> 12775 <SEP> 7, <SEP> 6 <SEP> 14, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 2040 <SEP> C <SEP> 10080 <SEP> 11725 <SEP> 8, <SEP> 1 <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 4270C <SEP> 8260 <SEP> 9310 <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> 30, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 5380 <SEP> C <SEP> 7945 <SEP> 8575 <SEP> 6.

   <SEP> 4 <SEP> 33, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 6490 <SEP> C <SEP> 6300 <SEP> 7210 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 8, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 7040C <SEP> 6090 <SEP> 6650 <SEP> 3.8 <SEP> 9.0
<tb> 760 C <SEP> 4725 <SEP> 5075 <SEP> 3.0 <SEP> 9.1
<tb>
 
It can be seen from Tables I-VI and the above statements with regard to magnetic properties that alloys according to the invention have the aforementioned, desired properties; it can also be seen that such alloys can be manufactured at a relatively low cost.



   PATENT CLAIMS:
 EMI7.2
 must also have high strength and hardness at elevated temperatures and good toughness at room temperature.

Claims (1)

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 mit der Massgabe, dass sie 0, 45 - 0,60% Kohlenstoff, EMI7.3 2. Use of an alloy according to claim 1 with the proviso that it contains 0.45-0.60% carbon, EMI7.3
AT286161A 1961-04-10 1961-04-10 Age-hardenable, austenitic chromium-manganese-nickel-steel alloy for the production of objects of high hardness and strength as well as good toughness at room and elevated temperatures AT249721B (en)

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