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Rostfreier Stahl und seine Verwendung zur Herstellung von Schalldämpfern für Auspuffanlagen und von Versandbehältern
Es ist bekannt, ferritische rostfreie Stähle zu erzeugen, die 10 bis 14% Chrom, etwa vier-bis siebenmal soviel Titan wie Kohlenstoff, weniger als 101o Kohlenstoff und als Rest Eisen, abgesehen von den üblichen Verunreinigungen, enthalten. Es ist bekannt, dass derartige Stähle zwar eine geringere Festigkeit, aber eine höhere Bildsamkeit und Korrosionsbeständigkeit haben als ähnliche Stähle ohne Titan.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rostfreien ferritischen Stahl zu schaffen, welcher sich durch hohe Festigkeit und Bildsamkeit auszeichnet und eine höhere Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit besitzt als bekannte Stähle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen rostfreien Stahl gelöst, der in Gewichtsprozent 10-14% Chrom, bis zu 0, 1% Kohlenstoff, bis zu l, 0% Mangan, weniger als 0, 05% Stickstoff, 0, 2-1, 0% Titan, weniger als 1, 5% Aluminium, und als Rest Eisen und Verunreinigungen enthält, wobei dieser Stahl weniger als 5% Martensit enthält und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Stahl l, 2 bis 3, 00/0 Silicium enthält.
Es sind ferritische Chromstähle bekannt, welche die Legierungsbestandteile der erfindungsgemässen Legierungen aufweisen. Diese bekannten Chromstähle weisen jedoch darüber hinaus noch eine Anzahl weiterer Legierungsbestandteile in relativ grossen Prozentsätzen auf, nämlich Phosphor, Schwefel, Kupfer, Molybdän und Nickel. Ausserdem haben die bekannten Chromstähle, insbesondere diejenigen bekannten Chromstähle, bei denen ein Teil der mit den Bestandteilen der erfindungsgemässen Legierung übereinstimmenden Bestandteile auch in den Anteilsprozenten übereinstimmt, einen Titan-Gehalt, welcher weit unter dem bei den erfindungsgemässen Stählen als unterste Grenze zugelassenen Titan-Gehalt liegt (bei den bekannten Chromstählen zirka 0, 02% Titan, während bei den erfindungsgemässen Stahllegierungen der Titan-Gehalt im Bereich von 0, 2 bis 1, 0% liegt).
Die bekannten Chromstähle sind somit infolge der viel grösseren Anzahl von Legierungsbestandteilen komplizierter aufgebaut und liegen auch
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infolge eines vollständig unterschiedlichen Titan-Gehalts ausserhalb des Bereichs der erfindungsgemässen
Legierungen.
Weiter sind schmiedbare ferritische Chrom-Stahllegierungen bekannt, welche zum Teil die gleichen
Legierungsbestandteile aufweisen wie die erfindungsgemässen Legierungen. Diese bekannten Stähle i enthalten jedoch stets weitere Legierungsbestandteile, die bei den erfindungsgemässen Legierungen fehlen, nämlich Nickel, Molybdän und/oder Wolfram, Niob und Vanadium in relativ grossen prozen- tualen Anteilen. Dagegen fehlen bei den bekannten Stählen die Legierungsbestandteile Titan und Alu- minium, die bei den erfindungsgemässen Legierungen vorhanden sind, vollkommen. Ausserdem liegt bei diesen bekannten Legierungen der Stickstoffgehalt im Bereich von 0, 05 bis 0, 25% und damit beträcht- I lich höher als bei den erfindungsgemässen Legierungen, wo der Stickstoffgehalt unter 0, 05% gehalten werden muss.
Diese bekannten Legierungen unterscheiden sich somit in ihrem Aufbau grundsätzlich von den erfindungsgemässen Legierungen.
Es sind auch ferritische Chrom-Eisen-Legierungen bekannt, welche einige Legierungsbestandteile aufweisen, die auch bei den erfindungsgemässen Legierungen vorliegen, nämlich Chrom, Kohlenstoff,
Aluminium, Eisen und Silicium. Bei diesen Legierungen fehlt jedoch Mangan als Legierungsbestandteil im Gegensatz zu den erfindungsgemässen Legierungen vollständig. Über den Stickstoffgehalt bei diesen
Legierungen ist nichts ausgesagt, so dass eine diesbezügliche Lehre nicht entnommen werden kann. Diese bekannten Legierungen nach der österr. Patentschrift Nr. 166604 enthalten als Legierungsbestandteil ausserdem noch Karbide oder Oxyde, beispielsweise Oxyde oder Karbide der Metalle Titan, Vanadium.
Auch diese Legierungen unterscheiden sich somit in ihrem Aufbau grundsätzlich von den erfindungsge- mässen Legierungen.
Weiter ist ein ferritischer Stahl bekannt, der in seinen Bestandteilen zum Teil ebenfalls mit den
Bestandteilen der erfindungsgemässen Legierungen übereinstimmt. Bei diesem bekannten Stahl fehlt jedoch Titan als Legierungsbestandteil vollständig im Gegensatz zu den erfindungsgemässenlegierungen.
Ausserdem enthalten diese bekannten Stähle bis zu etwa 1, 0% Nickel, d. h. sie haben einen relativ hohen Nickelgehalt, der bei den erfindungsgemässen Legierungen vollständig fehlt. Diese bekannten
Stähle sollen zur Verwendung für die Herstellung von magnetisch wirksamen Bauteilen in korrodierender
Umgebung dienen, d. h. sie haben ein vollständig anderes Verwendungsgebiet als die erfindungsge- mässen Stähle.
Diese bekannten Stähle unterscheiden sich somit hinsichtlich Aufbau und Aufgaben- stellung grundsätzlich von den erfindungsgemässen Stählen.
Schliesslich sind für Schalldämpfer und Auspuffsammler verwendbare Stahllegierungen beschrieben worden, welche zum Teil die gleichen Bestandteile wie die erfindungsgemässen Stähle aufweisen. Bei diesen bekannten Stählen ist kein Stickstoffgehalt angegeben. Die Angaben bezüglich des Mangan- gehalts sind sehr vage (vorzugsweise an der unteren üblichen Grenze liegender Mangangehalt). Diese vorbeschriebenen Stähle weisen ausserdem einen "üblichen" Phosphorgehalt im Gegensatz zu den erfin- dungsgemässen Legierungen auf.
Im weiteren Gegensatz zu den erfindungsgemässen Legierungen ist bei diesen bekannten Stählen eine genaue Beziehung zwischen dem Aluminium- und dem Siliciumgehalt vorgeschrieben, nach welcher die Summe des Aluminium-und des-Siliciumgehaltes wenigstens etwa
0, 9 und höchstens etwa 1, 51o betragen muss. Diese vorbeschriebenen Stähle haben einen Siliciumgehalt von 0, 6 bis 1, 20/0 und damit einen Siliciumgehalt, der unterhalb des Siliciumgehaltes bei den erfin- dungsgemässen Stählen, der sich im Bereich von 1, 2 bis 3% Silicium bewegt, liegt. Die erfindungs- gemässenLegierungen befinden sich somit in einem andern Zusammensetzungsbereich wie die bekannten
Stähle und unterscheiden sich auch hinsichtlich ihres Aufbaus in bestimmten Bestandteilen.
Die Erfindung schafft einen neuen Stahl, der eine hohe Festigkeit und Bildsamkeit und eine höhere Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit besitzt als die vorstehend erwähnten, bekannten Stähle. Ferritische Stähle gemäss der Erfindung haben nach dem Schweissen eine hohe Bildsamkeit. Die erfindungs- gemässen Stähle eignen sich besonders für Schalldämpfer für Kraftfahrzeuge und für andere Teile der Auspuffanlage eines Verbrennungsmotors. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass derartige Stähle vorteilhaft hergestellt werden können, wenn man einen ferritischen Stahl verwendet, der 10 bis 14% Chrom enthält, Titan in einer Menge, die für die Reaktion mit dem in dem Stahl enthaltenen Kohlenstoff und Stickstoff genügt, sowie 1, 20 bis 2% Silicium, während normalerweise nur 0, 5% oder weniger
Silicium als Rest vorhanden ist.
Im Rahmen der Erfindung wurde ferner entdeckt, dass derselbe Stahl für Versandbehälter zur Verwendung auf Hochseeschiffen geeignet ist. Derartige Behälter müssen aus einem Material bestehen, das eine hohe Festigkeit und Bildsamkeit besitzt, beispielsweise im voll geglühten Zustand eine 0, 2-Grenze von 29, 45 kg/mm2 oder mehr, vorzugsweise 31, 29 kg/mm2 oder mehr, sowie eine Dehnung von 25% oder mehr bei einer Messlänge von 50, 8 cm. Ein derartiger Werkstoff ist gut für
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die Verwendung bei normalen Temperaturen geeignet.
In einer Walker-Prüfung mit 13 Zyklen zeigte ein erfindungsgemässer Stahl (0, 07% C, 0, 01% N,
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wichtsverlust von nur 0, 2%, während dieser Gewichtsverlust bei einem Stahl derselben Zusammensetzung, aber mit nur 0,33% Silicium, 0, 67% betrug.
In einer 96-stündigen Salzsprüh-Oberflächenrostprüfung zeigten alle zwei oben genannten Stähle weniger als 5% Oberflächenrost. In einer Salzsprühprüfung von 300 h war der Stahl mit 1, 34% Silicium dem Stahl mit 0, 33% Silicium deutlich überlegen.
Bei Olsen-Tiefziehprüfungen mit Prüflingen, die 0, 8144 mm stark, 8, 89 cm breit und 10, 16 cm lang waren, konnte bei dem Stahl mit 0, 33% im geglühten Zustand eine Höhe von 9, 27 mm erreicht werden, ehe eine Rissbildung eintrat, und nach dem Schweissen mit einer flachen TIG-Schweissung mit vollem Eingrand einer Höhe von 8, 23 mm. Bei dem Stahl mit 1, 340/0 Silicium betrug der Wert im geglühten Zustand 9, 22 mm und nach dem Schweissen 7, 95 mm. Bei einem nicht ferritischen Stahl mit 1, 100/0 Silicium betrug der Wert im ausgeglühten Zustand 8, 94 mm und nach dem Schweissen nur 2, 54 mm.
In Zugversuchen zeigte der Stahl mit 1,34% Silicium eine Zugfestigkeit von 54,2 kg/mm2, eine 0, 2-Grenze von 34, 9 kg/mm 2 und eine Dehnung von 27, 750/0 bei einer Messlänge von 50, 8 cm. Die
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über 31,29 kg/mm2, Dehnung über 25%.) Dagegen hatte der Stahl mit 0, 330/0 Silicium eine 0, 2-Grenze von 20, 0 kg/mm2 und eine Dehnung von 34, 0%.
In Oxydationsprüfungen, die bei 9270C durchgeführt wurden, zeigte der Stahl mit 1, 34% Silicium
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Der Vorteil der verbesserten Korrosionsbeständigkeit wird allgemein mit Stählen erhalten, die in Gewichtsprozent folgende Zusammensetzung haben :
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bis zu 1, 0o Mangan, weniger als 0,05% Stickstoff, 0, 2-1, 0%, vorzugsweise 0, 4- 0, 7% Titan, weniger als 1,5% Aluminium, 1, 2-3%, vorzugsweise 1, 2-2% Silicium,
Rest Eisen, wobei der Stahl höchstens 5% und vorzugsweise keinen Martensit enthält.
Innerhalb dieses grossen Bereiches werden für Schalldämpfer und ähnliche Zwecke vollferritische Stähle mit 1, 20 bis 2, 0% Silicium bevorzugt. Dieselben Stähle und nicht vollferritische Stähle mit ähnlichem Siliciumgehalt können für Versandbehälter verwendet werden.
Innerhalb des oben angegebenen, grossen Bereiches werden für Versandbehälter Stähle bevorzugt, die 0, 65 bis l, 0%, vorzugsweise 0, 8 bis 1,0% Mangan, enthalten.
Sämtliche aus der Beschreibung zu entnehmenden Merkmale können auch in beliebigen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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