AT397968B - CORROSION-RESISTANT ALLOY FOR USE AS A MATERIAL FOR PARTS IN CONTACT WITH LIFE - Google Patents

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Description

AT 397 968 BAT 397 968 B

Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen, enthaltend im wesentlichen die Bestandteile Mangan. Chrom und Stickstoff, Rest Eisen. Weiters befaßt sich die Erfindung mit der Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung als Werkstoff 5 für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen.The invention relates to a corrosion-resistant alloy for use as a material for structurable parts which are at least partially in contact with the skin of living beings, in particular humans, containing essentially the components manganese. Chromium and nitrogen, the rest iron. Furthermore, the invention is concerned with the use of a corrosion-resistant alloy as material 5 for structurable parts which are at least partially in contact with the skin of living beings, in particular humans.

Die Haut von Lebewesen kann bei Reizung durch bestimmte Stoffe oder Strahlen überempfindlich reagieren. Derartige Überreaktionen nennt man Allergien, wobei auch Lebewesen derselben Gattung auf gleiche Reize keine oder überempfindliche, gegebenenfalls unterschiedliche Intensität aufweisende Reaktio-io nen zeigen können. Insbesondere die Haut des Menschen betreffend sind viele Stoffe bekannt, welche gegebenenfalls Allergien bewirken können.The skin of living things can be hypersensitive when irritated by certain substances or rays. Such overreactions are called allergies, and even living beings of the same genus can show no or hypersensitive, possibly different intensity reactions to the same stimuli. Many substances are known to affect the skin of humans in particular, which may cause allergies.

Unter den durch eine Berührung mit Metallen ausgelösten sogenannten Metallallergien ist die Nickelallergie besonders häufig gegeben. Dabei wurde festgestellt, daß nicht nur reines Nickel sondern auch Legierungen mit einer Nickelkonzentration von einigen Prozenten schon eine allergische Reaktion auslösen 75 können. Lebewesen, insbesondere Menschen, kommen im täglichen Leben zwangsläufig mit metallischen Werkstoffen, insbesondere rostfreien Stählen und Legierungen, welche Nickel enthalten können, in Berührung. Viele Gegenstände des täglichen Gebrauches wie Armbanduhren, Uhrbänder, Brillengestelle und dgl. sowie Teile von bzw. an Kleidungsstücken, z.B. Verschlußeinrichtungen, Hosennieten und auch Teile an medizinischen, am Körper zu tragenden, gegebenenfalls prothetischen Stütz- oder Haltevorrichtungen, 20 werden aus Gründen der erforderlichen Materialfestigkeit und der bevorzugten Materiaieigenschaften aus metallischen Werkstoffen gefertigt.Among the so-called metal allergies triggered by contact with metals, nickel allergy is particularly common. It was found that not only pure nickel, but also alloys with a nickel concentration of a few percent can trigger an allergic reaction 75. Living beings, especially humans, inevitably come into contact with metallic materials, especially stainless steels and alloys, which may contain nickel, in daily life. Many everyday items such as wristwatches, watch straps, eyeglass frames and the like, as well as parts of or on items of clothing, e.g. Closure devices, trousers rivets and also parts on medical, possibly prosthetic support or holding devices 20 to be worn on the body are made of metallic materials for reasons of the required material strength and the preferred material properties.

Um eine Rostbeständigkeit der Teile zu erreichen, können diese z.B. galvanisch, gegebenenfalls mit Chrom, beschichtet werden. Die Nachteile derartiger Beschichtungen sind ein hoher Aufwand bei der Herstellung und ein durch Risse in der Schicht ausgelöstes Abblättern derselben. Soll mit Sicherheit ein 25 Auslösen einer Nickelallergie vermieden werden, so dürfen die klassischen rostbeständigen Stähle mit ca. 8 bis 12 Gew.-% Nickel, wie z.B. DIN Werkstoff Nr. 1.4401 und Nr. 1.4404, für zumindest teilweise in Hautkontakt stehende Teile nicht verwendet werden. Es wurde schon versucht, nickelfreie, rostbeständige Chromstähle wie DIN Werkstoff Nr. 1.4001 und Nr. 1.4016 einzusetzen. Nachteilig bei derartigen Werkstoffen ist, daß an den mehr als 12 Gew.-% Chrom zur Ausbildung einer Passivierungsschicht an der 30 Oberfläche enthaltenden Teilen in Anwesenheit von Schweiß oder Salzlösungen Risse durch durch Zugspannungen ausgelöste örtliche Korrosion, der sog. Spannungsrißkorrosion, gebildet werden können und/oder ein großer fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist. Bei obigen Stählen ist auch ein z.B. chemisches Strukturieren der Oberfläche der Teile mit einer gewünschten Gleichartigkeit zur Erzielung eines besonderen Oberflächenaussehens wie dies für Uhrbänder, Uhrböden, Brillengestelle und dgl. oft 35 vorgesehen ist, meist nicht möglich. Weiters sind rostfreie Chromstähle magnetisierbar, was deren Einsatz für Gehäuse von durch Magnetfelder in ihrer Funktion beeinflußbaren Uhren ausschließt. Es ist bekannt, daß Titan keinerlei allergische Reaktionen auslöst, also besonders gut hautverträglich für Lebewesen ist. Der hohe Preis und eine oft aufwendige Hestellung von Teilen aus Titan stellen jedoch wesentliche Nachteile dar. 40 Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Materialien zu beseitigen und eine korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen, keine Allergien bewirkt und amagnetische Eigenschaften aufweist, zu erstellen.To achieve rust resistance of the parts, they can e.g. electroplated, optionally with chrome. The disadvantages of such coatings are high manufacturing costs and peeling caused by cracks in the layer. If a triggering of a nickel allergy is to be avoided with certainty, the classic rust-resistant steels with approx. 8 to 12% by weight nickel, e.g. DIN material No. 1.4401 and No. 1.4404, are not used for parts that are at least partially in contact with the skin. Attempts have already been made to use nickel-free, rust-resistant chrome steels such as DIN material No. 1.4001 and No. 1.4016. A disadvantage of such materials is that cracks can be formed on the more than 12% by weight chromium to form a passivation layer on the parts containing the surface in the presence of sweat or salt solutions due to local corrosion caused by tensile stress, the so-called stress corrosion cracking, and / or a large manufacturing effort is required. In the above steels, e.g. Chemical structuring of the surface of the parts with a desired uniformity in order to achieve a special surface appearance, as is often provided for watch straps, watch floors, glasses frames and the like, is usually not possible. Furthermore, stainless chrome steels can be magnetized, which excludes their use for housings from clocks that can be influenced in their function by magnetic fields. It is known that titanium does not cause any allergic reactions, so it is particularly well tolerated by living things. However, the high price and the often complex manufacture of titanium parts represent significant disadvantages. 40 The invention aims to eliminate the disadvantages of the known materials and a corrosion-resistant alloy for use as a material for structurable parts that are at least partially in contact stand with the skin of living beings, especially humans, without causing allergies and with non-magnetic properties.

Dieses Ziel wird bei einer Legierung der eingangs genannten Art dadurch erreicht,daß diese Legierung 45 in Gew.-%This goal is achieved with an alloy of the type mentioned at the outset in that this alloy 45 in% by weight

Kohlenstoff max. 0,10 Silizium max. 1,0 Mangan 11,0 bis 25,0 Chrom 10,0 bis 20,0 Molybdän bis 1,6 Stickstoff 0,05 bis 0,55 55 gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob, Tantal, Wolfram, Aluminium, Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen mit der Maßgabe aufweist daß deren Nickelgehalt unter 0,5 Gew.-% liegt und der Werkstoff nach einer bei einer Temperatur von 1010 *C bis 1080 *C durchgeführten Lösungsglühbehandlung abgeschreckt und 2Carbon max. 0.10 silicon max. 1.0 manganese 11.0 to 25.0 chromium 10.0 to 20.0 molybdenum to 1.6 nitrogen 0.05 to 0.55 55 optionally one or more of the elements vanadium, niobium, tantalum, tungsten, aluminum, titanium , Copper, boron in a concentration of at most 2.0% by weight, remainder iron and production-related impurities with the proviso that their nickel content is less than 0.5% by weight and the material after a temperature of 1010 ° C. quenching solution annealing carried out up to 1080 * C and 2

Claims (9)

AT 397 968 B gegebenenfalls zur Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kaltverformt ist und austeniti-sche Gefügestruktur aufweist. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß einerseits durch eine unterkritische Nickelkonzentration der Legierung keine allergischen Reaktionen ausgelöst werden, der Werkstoff jedoch andererseits zumindest die von nickelhältigen, austenitischen, rostfreien Stählen bekannten günstigen Gebrauchseigenschaften aufweist. Dabei ist wichtig, daß der Werkstoff erfindungsgemäß einer Lösungsglühbehandlung mit anschließendem Abschrecken unterworfen wird, weil dadurch Ausscheidungen, z.B. Karbide und/oder Gefügephasen aufgelöst und ein rein austenitischer Gefügezustand stabilisiert werden. Gefügeinhomogenität bzw. Ausscheidungen sind nämlich zumeist mit örtlichen Konzentrationsunterschieden von Legierungs- oder Spurenelementen verbunden, wodurch allergische Reaktionen verursacht werden können. Auch eine chemische Strukturierfähigkeit des Teiles wird dadurch nachteilig beeinflußt. Sowohl für besondere Sicherheit gegen ein Auftreten von allergiebedingten Hauterkrankungen als auch zur Verbesserung der korrosionschemischen Eigenschaften hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Legierung die in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichneten Konzentrationen der Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Stickstoff und Nickel aufweist. Um die mechanischen Eigenschaften der Teile , insbesondere die 0,2% Dehngrenze Rp0,2 von ca. 400 N/mm2 zu erhöhen und leichtere bzw. sicherere Bauformen zu erreichen, kann es weiters von Vorteil sein, daß der aus der Legierung gebildete Teil eine Kaltverformung von mindestens 5 %, vorzugsweise von größer als 15 %, aufweist. Mittels einer Kaltverformung kann die 0,2% Dehngrenze des Werkstoffes von ca. 400 N/mm2 auf zum Beispiel ca. 900 N/mm2 durch einen ca. 25 bis 30 % betragenden Umformgrad erhöht werden. Eine gewünschte Dehngrenze kann also durch eine entsprechend große Kaltverformung leicht eingestellt werden, ohne daß, wie durch zahlreiche Versuche gefunden wurde, die Zähigkeit des Materials und die Ermüdung bei elastischer Formänderung, insbesondere Biegung, nachteilig beeinflußt werden. Überraschenderweise bleibt auch bei hohen Kaltumformgraden der austenitische amagnetische Materialzustand erhalten, es tritt also keine dem Fachmann von Manganstählen bekannte Bildung von Verformungsmartensit, der magnetisch ist, auf, wodurch sich der Werkstoff besonders gut für Uhrengehäuse und Uhrbänder eignet. Patentansprüche 1. Korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen, im wesentlichen enthaltend die Bestandteile Mangan, Chrom und Stickstoff, Rest Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Legierung in Gew.-% Kohlenstoff max. 0,10 Silizium max. 1,0 Mangan 11,0 bis 25,0 Chrom 10,0 bis 20,0 Molybdän bis 1,6 Stickstoff 0,05 bis 0,55 gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob, Tantal, Wolfram, Aluminium, Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen mit der Maßgabe aufweist, daß deren Nickelgehalt unter 0,5 Gew.-% liegt und der Werkstoff nach einer, bei einer Temperatur von 1010 °C bis 1080’C durchgeführten Lösungsglühbehandlung abgeschreckt und gegebenenfalls zur Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kaltverformt ist und austenitische Gefügestruktur aufweistAT 397 968 B is optionally cold-formed to increase the yield strength and strength of the material and has an austenitic structure. The advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that on the one hand no allergic reactions are triggered by a subcritical nickel concentration of the alloy, but on the other hand the material has at least the favorable usage properties known from nickel-containing, austenitic, stainless steels. It is important that the material is subjected, according to the invention, to a solution heat treatment with subsequent quenching, because it causes precipitates, e.g. Carbides and / or structural phases are dissolved and a purely austenitic structural state is stabilized. Structural inhomogeneity or excretions are mostly associated with local concentration differences of alloy or trace elements, which can cause allergic reactions. A chemical structuring ability of the part is also adversely affected. Both for particular security against the occurrence of allergy-related skin diseases and for improving the corrosion-chemical properties, it has proven to be particularly advantageous if the alloy has the concentrations of the elements carbon, manganese, chromium, nitrogen and nickel characterized in claims 2 and 3. In order to increase the mechanical properties of the parts, in particular the 0.2% proof stress Rp0.2 of approx. 400 N / mm2 and to achieve lighter or safer designs, it can furthermore be advantageous that the part formed from the alloy has a Cold working of at least 5%, preferably greater than 15%. Cold forming can increase the 0.2% proof stress of the material from approx. 400 N / mm2 to, for example, approx. 900 N / mm2 through an approx. 25 to 30% degree of deformation. A desired yield strength can thus be easily set by a correspondingly large cold deformation without the toughness of the material and the fatigue due to elastic change in shape, in particular bending, being adversely affected, as has been found by numerous experiments. Surprisingly, the austenitic amagnetic material state is retained even at high degrees of cold forming, so there is no formation of deformation martensite, which is magnetic, known to the person skilled in the art of manganese steels, which makes the material particularly suitable for watch cases and watch bands. 1. Corrosion-resistant alloy for use as a material for structurable parts that are at least partially in contact with the skin of living beings, especially humans, essentially containing the components manganese, chromium and nitrogen, the rest iron, characterized in that this alloy in wt .-% carbon max. 0.10 silicon max. 1.0 manganese 11.0 to 25.0 chromium 10.0 to 20.0 molybdenum to 1.6 nitrogen 0.05 to 0.55 optionally one or more of the elements vanadium, niobium, tantalum, tungsten, aluminum, titanium, Copper, boron in a concentration of at most 2.0% by weight, the rest iron and manufacturing-related impurities with the proviso that their nickel content is less than 0.5% by weight and the material according to a, at a temperature of 1010 ° C to 1080'C solution quenching treatment is quenched and optionally cold-formed to increase the yield strength and strength of the material and has an austenitic structure 2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese in Gew.-% Kohlenstoff max 0,06 Mangan 18,0 bis 21,5 Chrom 12,0 bis 15,0 Stickstoff 0,2 bis 0,4 aufweist. 3 AT 397 968 B2. Alloy according to claim 1, characterized in that it has in wt .-% carbon max 0.06 manganese 18.0 to 21.5 chromium 12.0 to 15.0 nitrogen 0.2 to 0.4. 3 AT 397 968 B 3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß deren Nickelgehalt unter 0,25 Gew.-% liegt3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that its nickel content is below 0.25% by weight 4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dieser gebildete Teil eine Kaltverformung von mindestens 5 %, vorzugsweise von größer als 15 %, aufweist.4. Alloy according to one of claims 1 to 3, characterized in that the part formed from this has a cold deformation of at least 5%, preferably greater than 15%. 5. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung enthaltend in Gew.-% Kohlenstoff max. 0,1 Silizium max. 1,0 Mangan 11,0 bis 25,0 Chrom 10,0 bis 20,0 Molybdän bis 1,6 Stickstoff 0,05 bis 0,55 gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob,Tantal, Wolfram, Aluminium, Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen als Rest, welche Legierung einen Nickelgehalt von unter 0,5 Gew.-% aufweist, im von einer Temperatur von 1010“C bis 1080'C zur Lösungsglühbehandlung abgeschreckten und gegebenenfalls zur Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kalt-verformten Zustand als austenitischer Werkstoff für struk - turierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen.5. Use of a corrosion-resistant alloy containing in wt .-% carbon max. 0.1 silicon max. 1.0 manganese 11.0 to 25.0 chromium 10.0 to 20.0 molybdenum to 1.6 nitrogen 0.05 to 0.55 optionally one or more of the elements vanadium, niobium, tantalum, tungsten, aluminum, titanium, Copper, boron in a concentration of at most 2.0% by weight, iron and manufacturing-related impurities as the remainder, which alloy has a nickel content of less than 0.5% by weight, in a temperature from 1010 ° C. to 1080 ° C. quenched for solution heat treatment and, if necessary, to increase the yield strength and strength of the material, cold-deformed state as an austenitic material for structurable parts which are at least partially in contact with the skin of living beings, in particular humans. 6. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5 enthaltend im wesentlichen in Gew.-% Kohlenstoff max. 0,06 Mangan 18,0 bis 21,5 Chrom 12,0 bis 15,0 Stickstoff 0,2 bis 0,46. Use of an alloy according to claim 5 containing essentially in wt .-% carbon max. 0.06 manganese 18.0 to 21.5 chromium 12.0 to 15.0 nitrogen 0.2 to 0.4 7. Verwendung einer Legierung gemäß den Ansprüchen 5 oder 6 mit einem Nickelgehalt von höchstens 0,25 Gew.-%.7. Use of an alloy according to claims 5 or 6 with a nickel content of at most 0.25 wt .-%. 8. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit einer Kaltverformung von mindestens 5%, vorzugsweise von größer als 15 %.8. Use of an alloy according to one of claims 5 to 7 with a cold deformation of at least 5%, preferably greater than 15%. 9. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 als amagnetischer Werkstoff für Gehäuse von Uhren und/oder Armbändern von Uhren. 49. Use of an alloy according to one of claims 5 to 8 as an amagnetic material for the housing of clocks and / or bracelets of clocks. 4th
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