DE10052173C2

DE10052173C2 - Use of an austenitic steel alloy for the production of external watch parts

Info

Publication number: DE10052173C2
Application number: DE2000152173
Authority: DE
Inventors: Alfred Kuegler
Original assignee: Voestalpine Boehler Bleche GmbH
Current assignee: Voestalpine Boehler Bleche GmbH
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2020-10-21
Also published as: CH694590A5; ATA178699A; AT408762B; HK1035840A2; DE10052173A1; JP3590962B2; JP2001140045A

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer ferritfreien austenitische Stahllegierung zur Herstellung von äußeren Uhrenteilen, wie Uhrenschalen und dergleichen, enthaltend die Legierungselemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Begleitelemente, mit erhöhter Festigkeit, guter Polierbarkeit, verbesserter Zerspanbarkeit und Beständigkeit gegen Korrosion auf der menschlichen Haut.The invention relates to the use of a ferrite-free austenitic steel alloy for the production of external watch parts, such as watch cases and the like, containing the alloying elements carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), Molybdenum (Mo), Chrome (Cr), Nickel (Ni), Iron (Fe) and accompanying elements, with increased strength, good polishability, improved machinability and Resistance to corrosion on human skin.

Schmuckstücke und äußere Uhrenteile sollen das Aussehen möglichst lange beibehalten und keinerlei Nachteile im ästhetischen Erscheinungsbild bei oftmaligem Gebrauch aufweisen.Jewelry and external watch parts should keep the look as long as possible maintained and no disadvantages in the aesthetic appearance have frequent use.

Bei einem Kontakt der Teile mit der menschlichen Haut werden diese jedoch oftmals besonders hohen Korrosionsbelastungen durch Körperschweiß und dergleichen ausgesetzt. Aus diesem Grunde sind für obige Teile durchwegs hochkorrosionsfeste Werkstoffe auszuwählen.When the parts come into contact with human skin, however, they often become particularly high levels of corrosion from body sweat and the like exposed. For this reason, all of the above parts are highly corrosion-resistant Select materials.

Abgesehen von Edelmetallen wie Gold, Platin und dergleichen und aufwendigen Beschichtungen mit diesen ist es bekannt, Titan und Titanlegierungen als Werkstoff für Uhrengehäuse einzusetzen. Diese Titanwerkstoffe weisen höchste Korrosionsfestigkeit auf, verursachen nach derzeitigem Wissen auch keinerlei Allergien, haben jedoch den Nachteil eines hohen Werkstoffpreises und können nicht auf Hochglanz poliert werden.Except for precious metals like gold, platinum and the like and expensive Coatings with these are known, titanium and titanium alloys as a material to be used for watch cases. These titanium materials have the highest Corrosion resistance, according to current knowledge, do not cause any Allergies, however, have the disadvantage of a high material price and can not be polished to a high gloss.

Werden Stahllegierungen für äußere Uhrenteile eingesetzt, so ist neben einer hohen Korrosionsfestigkeit derselben wichtig, daß diese keinesfalls auch nur stellenweise ein ferromagnetisches Verhalten zeigen.If steel alloys are used for external watch parts, then there is one high corrosion resistance of the same important that this in no way even show ferromagnetic behavior in places.

Für kostengünstige äußere Uhrenteile sind derzeit zumeist ferritfreie austenitische Stahllegierungen, zum Beispiel mit der Werkstoffnummer 1.4435 nach DIN, vorgesehen. Diese Werkstoffe können ein ausreichend gutes Korrosions- und magnetisches Verhalten zeigen und zufriedenstellend kaltumformbar sowie dergleichen polierbar sein, jedoch den Nachteil einer ungünstigen Zerspanbarkeit aufweisen.For inexpensive external watch parts, ferrite-free austenitic ones are currently mostly Steel alloys, for example with material number 1.4435 according to DIN, intended. These materials can have a sufficiently good corrosion and show magnetic behavior and satisfactorily cold formable as well the like can be polished, but the disadvantage of an unfavorable machinability exhibit.

Austenitische Stähle bilden bei einer Dreh- oder Fräsbearbeitung lange lockenförmige Späne, die sich ungünstig auf den Bearbeitungsvorgang und auf die Oberflächengüte des Werkstückes auswirken können. Weiters ist die Standzeit der verwendeten Werkzeuge gering. Dem Fachmann ist bekannt, durch höhere Schwefelgehalte, zum Beispiel 0,2 Gew.-% S, die Zerspanbarkeit des Werkstoffes zu verbessern und vorteilhaft kurzbrechende Späne bei dessen Bearbeitung zu bewirken. Das Brechen der Späne wird dabei durch Sulfideinschlüsse, insbesondere Mangansulfide, hervorgerufen, weiche Einschlüsse jedoch einen äußerst nachteiligen Einfluß auf eine Hochglanzpolierbarkeit des Materials haben. Mit anderen Worten: Besitzt eine austenitische Stahllegierung einen derartig hohen Schwefelgehalt, daß eine gute Zerspanbarkeit des Materials erreicht wird, so ist diese nicht auf Hochglanz polierbar.Austenitic steels take a long time to turn or mill curly chips that adversely affect the machining process and the Can affect the surface quality of the workpiece. Furthermore, the service life of the tools used low. The person skilled in the art knows, by higher Sulfur contents, for example 0.2% by weight S, the machinability of the material to improve and advantageously short-breaking chips during its processing cause. The breaking of the chips is caused by sulfide inclusions, especially manganese sulfides, but soft inclusions have an extremely adverse influence on the high-gloss polishability of the material. In other words, an austenitic steel alloy has such a high one Sulfur content so that good machinability of the material is achieved these cannot be polished to a high gloss.

Gleiches gilt für Blei-Titan-Niob- und erhöhte Sauerstoff-Gehalte im Stahl, die ebenfalls zur Verbesserung der Zerspanbarkeit des Werkstückes zulegiert sein können.The same applies to lead-titanium-niobium and increased oxygen contents in the steel also be alloyed to improve the machinability of the workpiece can.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, eine ferritfreie austenitische Stahllegierung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei erhöhter Festigkeit eine gute Polierbarkeit und eine verbesserte Zerspanbarkeit, sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit gegen Körperschweiß aufweist.Here, the invention seeks to remedy this and aims to provide a ferrite-free one to create austenitic steel alloy of the type mentioned, which at increased strength, good polishability and improved machinability, and has good corrosion resistance to body sweat.

Überraschend wurde gefunden, dass eine gattungsgemäße Stahllegierung wie sie im vorliegenden Patentanspruch 1 definiert ist, die geforderten Eigenschaften aufweist und daher besonders zur Verwendung als Werkstoff für die Herstellung von äußeren Uhrenteilen geeignet ist. Gegenstand des Anspruchs 1 ist daher eine solche Verwendung.Surprisingly, it was found that a generic steel alloy like this is defined in the present claim 1, the required properties has and therefore particularly for use as a material for the Manufacture of external watch parts is suitable. The subject of claim 1 hence such use.

Die Stahllegierung gemäß Anspruch 1 ist aus DE 12 67 854 A bekannt. Als mögliche Verwendung ist in diesem Dokument aber nur die Herstellung von Rasierklingen beschrieben. The steel alloy according to claim 1 is known from DE 12 67 854 A. As possible use in this document is only the production of Razor blades described.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent Expectations.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß der Werkstoff bei einer gesicherten Korrosionsbeständigkeit auf der menschlichen Haut keinerlei für Uhren nachteilige ferromagnetische Eigenschaften besitzt und gleichzeitig eine verbesserte Zerspanbarkeit sowie höchste Güte der polierten Oberfläche aufweist. Weiters werden erhöhte Festigkeitswerte des Materials erhalten. Die Ursache dafür liegt, wie gefunden wurde, im wesentlichen in einer synergetischen Wirkung von Bor und Stickstoff in derartigen Legierungen. Das Bor ist in Stählen dieser Art praktisch nicht oder nur in geringem Ausmaß löslich und bildet Boride, die gegebenenfalls durch den Einfluß von Stickstoff fein und homogen verteilt an den Korngrenzen im Gefüge eingelagert sind. Für den Fachmann war vollkommen überraschend, daß die harten Boride in den erfindungsgemäßen Konzentrationen von Bor keinerlei Nachteile hinsichtlich der Polierbarkeit des Werkstoffes besitzen. Offenbar sind die Borideinschlüsse so klein und dispers verteilt, daß keinerlei Schlieren, Streifen, Kometenstreifen und dergleichen beim Polieren auftreten. Weiters wurde überraschend festgestellt, daß trotz der geringen Korngröße wesentlich kürzere Späne bei der Bearbeitung dieses Materials gebildet werden, bzw. daß ein Brechen der Späne gefördert wird. Eine vom Fachmann erwartete Verschlechterung der Kaltumformbarkeit konnte bei üblichen Materialverformungen zum Beispiel im Herstellungsprozeß von Uhrenschalen und Gehäuseteilen nicht festgestellt werden, wohl aber ist eine Steigerung der Materialfestigkeit durch B und N in den erfindungsgemäßen Grenzen von 0,001 bis 0,02 B und 0,02 bis 0,3 N gegeben. Niedrigere Gehalte als 0,001 Gew.-% B sowie kleinere Konzentrationen als 0,02 Gew-% N ergeben eine schlechte Bearbeitbarkeit und eine erniedrigte Festigkeit des Materials, hingegen bewirken B-Werte über 0,02 Gew.-% grobe Boridausscheidungen vorwiegend in Wolkenform und somit stellenweise eine Materialversprödung und eine Verschlechterung der Polierbarkeit. Stickstoffgehalte über 0,3 Gew.-% können die mechanischen Werkstoffeigenschaften nachteilig für die Herstellung von Uhrenteilen ändern und bei Wechselwir kung mit Bor ungewünschte Nitride bilden.The advantages achieved with the invention can be seen essentially in the fact that the material with a guaranteed corrosion resistance on the human Skin has no ferromagnetic properties detrimental to watches and at the same time improved machinability and the highest quality of the polished Surface. Furthermore, increased strength values of the material receive. The cause of this, as was found, is essentially one synergistic effect of boron and nitrogen in such alloys. The boron is practically insoluble or only slightly soluble in steels of this type and forms borides, which may be fine and homogeneous due to the influence of nitrogen distributed at the grain boundaries in the structure. For the specialist completely surprising that the hard borides in the invention Concentrations of boron have no disadvantages with regard to the polishability of the Own material. Apparently the boride inclusions are so small and disperse distributed that no streaks, stripes, cometary stripes and the like when Polishing occur. Furthermore, it was surprisingly found that despite the small Grain size formed much shorter chips when processing this material or that the breaking of the chips is promoted. One from the specialist expected deterioration in cold formability could be normal Material deformations, for example in the manufacturing process of watch cases and Housing parts are not found, but is an increase in Material strength by B and N in the limits according to the invention from 0.001 to 0.02 B and 0.02 to 0.3 N are given. Levels lower than 0.001% by weight of B as well concentrations smaller than 0.02% by weight of N result in poor machinability and a reduced strength of the material, whereas B-values cause more than 0.02% by weight coarse boride deposits mainly in cloud form and thus in places, material embrittlement and a deterioration in polishability. The mechanical Material properties adversely change for the manufacture of watch parts and with reciprocal form undesirable nitrides with boron.

Wenn, wie nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Legierung einen Gehalt in Gew.-% an Beryllium von 0,001 bis 0,02 aufweist, wird die günstige Wirkung von B und N im Hinblick auf eine verbesserte Zerspanbarkeit bei höchster Polierbarkeit des Stahles verstärkt. Auch die Materialfestigkeit erfährt durch Be-Gehalte im obigen Bereich eine Erhöhung.If, as in a further embodiment of the invention, the alloy has a beryllium content in% by weight from 0.001 to 0.02, the beneficial effects of B and N in terms of improved machinability highest polishability of the steel reinforced. The material strength is also experienced by contents in the above range an increase.

Zusätzlich zu den wissenschaftlich belegbaren, vorteilhaften Eigenschaftsveränderungen des Materials wurde, insbe sondere bei Uhrenböden aus Be-legierten Stählen im Gebrauch, von einem positiven Einfluß auf die Psyche der Trägerin bzw. des Trägers berichtet. Diese Wirkung könnte erreicht worden sein bzw. erreicht werden, weil die Be-Verbindungen im Uhrenboden fein verteilt vorliegen und am Handgelenk, an dieser neuralgischen Stelle, eine besonders konzentrierte Entfaltung und Wirksamkeit erreichen.In addition to the scientifically proven, advantageous changes in properties of the material, esp especially with watch floors made of alloyed steel in use, from a positive influence on the psyche of the wearer or the carrier reported. This effect could have been achieved because of the Be connections are finely distributed in the back of the watch and particularly concentrated on the wrist, at this critical point Achieve development and effectiveness.

Für die Herstellbarkeit und die Gebrauchseigenschaften des Werkstoffes, aber auch hinsichtlich eines geringstmögli chen Werkzeugverschleißes kann es vorteilhaft sein, wenn die Legierung einen Summengehalt von Bor und Beryllium von 0,002 bis 0,028. vorzugsweise von bis zu 0,024 Gew.-% aufweist.For the manufacturability and the usage properties of the material, but also with regard to the least possible Chen tool wear, it can be advantageous if the alloy has a total content of boron and beryllium from 0.002 to 0.028. preferably up to 0.024% by weight.

Eine vollaustenitische Gefügestruktur unter Vermeidung von Resten an Delta-Ferrit, welcher die Funktion von Uhr werken stören kann, und eine hohe Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes sind in günstiger Weise errreichbar, wenn die Legierung in Gew.-% C höchstens 0,15; Cr 16,0 bis 20,0; Ni 10,0 bis 17,0 und Mo 1,1 bis 4 enthält.A fully austenitic structure while avoiding residues of delta ferrite, which functions as a watch works can interfere, and a high corrosion resistance of the material can be reached in a favorable manner, if the alloy in% by weight C at most 0.15; Cr 16.0 to 20.0; Ni contains 10.0 to 17.0 and Mo 1.1 to 4.

Besondere Vorteile betreffend das Eigenschaftsprofil bzw. einer synergetischen Wirkung der Legierugselemente des Stahles sind erfindungsgemäß erreichbar, wenn die Legierung in Gew.-% C kleiner/gleich 0,035; Si 0,15 bis 0,45; Mn 1,5 bis 2,0; Cr 16,5 bis 18,5; Mo 2,1 bis 3,1; Ni 12,5 bis 14,0; B 0,0015 bis 0,012; N 0,04 bis 0,2; Be kleiner/gleich 0,009; (B + Be) 0,0025 bis 0,018 enthält.Particular advantages regarding the property profile or a synergetic effect of the alloying elements of the According to the invention, steels can be obtained if the alloy in% by weight C is less than or equal to 0.035; Si 0.15 to 0.45; Mn 1.5 to 2.0; Cr 16.5 to 18.5; Mo 2.1 to 3.1; Ni 12.5 to 14.0; B 0.0015 to 0.012; N 0.04 to 0.2; Be less than or equal to 0.009; (B + Be) contains 0.0025 to 0.018.

Anhand von Untersuchungsergebnissen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert:
Eine Stahllegierung mit einer Zusammensetzung in Gew.-% von
C = 0,021
Si = 0,28
Mn = 1,69
Cr = 17,6
Mo = 2,67
Ni = 13,3
B = 0,005
N = 0,065
Fe = Rest
wurde in einem Labor-Induktionsofen erschmolzen und 50% der Schmelze in eine Kokille unter Bildung eines Blockes A abgegossen. Dem Schmelzenrest wurde Be derart zulegiert, daß eine Konzentration dieses Elementes im Stahl von 0,006 vorlag, worauf damit eine Herstellung eines Blockes B erfolgte. Die Blöcke A und B wurden zu Blechen verformt, wonach aus den Blechen Uhrenschalen gefertigt und letztlich Armbanduhren hergestellt wurden. Im Herstellungsprozess erfolgte eine Feststellung des Korrosionsverhaltens K, der mechanischen Festigkeit F, der Polierbarkeit P und der Zer spanbarkeit Z des Werkstoffes der Versuchslegierungen, welche Werte in % mit denjenigen (100%) der bisherigen Er zeugung O ohne B, N, Be in der Tabelle gegenübergestellt sind.The invention is explained in more detail below on the basis of test results:
A steel alloy with a composition in% by weight of
C = 0.021
Si = 0.28
Mn = 1.69
Cr = 17.6
Mo = 2.67
Ni = 13.3
B = 0.005
N = 0.065
Fe = rest
was melted in a laboratory induction furnace and 50% of the melt was poured into a mold to form a block A. Be was alloyed into the melt residue in such a way that this element had a concentration of 0.006 in the steel, whereupon a block B was produced. Blocks A and B were formed into sheets, after which watch shells were made from the sheets and ultimately wristwatches were made. In the manufacturing process, the corrosion behavior K, the mechanical strength F, the polishability P and the machinability Z of the material of the test alloys were determined, which values in% with those (100%) of the previous generation O without B, N, Be in the Are compared.

Untersuchungen haben ergeben, daß die geringere Polierbarkeit der Materialien auf einen hohen Sauerstoffgehalt der Versuchsschmelzen zurückzuführen ist, welcher naturgemäß in einer Produktion von größeren Schmelzen wesentlich ge ringer anfällt.Studies have shown that the lower polishability of the materials to a high oxygen content Experimental melting is to be attributed, which is of course essential in the production of larger melts wrestler arises.

Im wesentlichen zeigen die Versuchsergebnisse eine ausgepägte Verbesserung der Zerspanbarkeit durch die Legie rungselemente B, N nd Be bei verbesserten Festigkeitswerten des Stahles.Essentially, the test results show a marked improvement in machinability by the alloy B, N nd Be with improved strength values of the steel.

Befragungen von Personen nach einer Zeitdauer von 38 Tagen, in welcher Uhren mit einem Boden des Werkstoffes A und B im wesentlichen ununterbrochen am Handgelenk getragen wurden, erbrachten, daß das psychische Wohlbefinden der "B-Personen" um 63% gesteigert war.Surveys of people after a period of 38 days, in which watches with a base of material A and B were worn essentially continuously on the wrist, which resulted in psychological well-being of "B-people" was increased by 63%.

Claims

1. Use of a ferrite-free austenitic steel alloy consisting of
at most 0.16% by weight carbon (C)
at most 1.2% by weight silicon (Si)
at most 2.2% by weight of manganese (Mn)
at most 4.9% by weight molybdenum (Mo)
15.0 to 20% by weight chromium (Cr)
9.0 to 17% by weight nickel (Ni)
such as
0.02 to 0.3% by weight nitrogen (N)
0.001 to 0.02% by weight boron (B)
Rest of iron (Fe) and melting-related impurities, as a material for the production of external watch parts.

2. Use according to claim 1, characterized in that the alloy has a beryllium (Be) content of 0.001 to 0.02% by weight.

3. Use according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the alloy has a total content of boron and beryllium (B + Be) of 0.002 to 0.028% by weight, preferably up to 0.024% by weight.

4. Use according to one of claims 1 to 3, characterized in that the alloy
at most 0.15% by weight of C
16.0 to 20.0% by weight of Cr
10.0 to 17.0 wt% Ni
1.1 to 4.0% by weight of Mo
contains.

5. Use according to one of claims 1 to 4, characterized in that the alloy
≦ 0.035% by weight of C
0.15 to 0.45 wt% Si
1.5 to 2.0 wt% Mn
16.5 to 18.5% by weight of Cr
2.2 to 3.1% by weight of Mo
12.5 to 14.0 wt% Ni
0.0015 to 0.012 wt% B
0.04 to 0.2 wt% N
≦ 0009% by weight of Be
0.0025 to 0.018% by weight Be + B
contains.