DE102009038382A1 - Stainless martensitic chrome steel - Google Patents
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Abstract
Ein rostfreier martensitischer Chromstahl mit 0,40 bis 0,80% Kohlenstoff, 0,20 bis 1,50% Silizium, 0,15 bis 1,00% Nickel, 0,30 bis 1,00% Mangan, 0,015 bis 0,035% Schwefel, 16 bis 18% Chrom, 1,25 bis 1,50% Molybdän, höchstens 0,8% Wolfram, 0,04 bis 0,08% Stickstoff, 0,15 bis 0,20% Vanadium, jeweils bis 0,05% Titan und Niob, 0,001 bis 0,03% Aluminium, 0,02 bis 0,5% Kupfer, höchstens 0,5% Kobalt und höchstens 0,004% Bor, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen eignet sich in Folge seiner Benetzbarkeit für Schmiermittel in besonderem Maße als Korrosions-, insbesondere lochfraßbeständiger Werkstoff für durch Reibungsverschleiß beanspruchte Gegenstände.A martensitic stainless chromium steel having 0.40 to 0.80% carbon, 0.20 to 1.50% silicon, 0.15 to 1.00% nickel, 0.30 to 1.00% manganese, 0.015 to 0.035% sulfur , 16 to 18% chromium, 1.25 to 1.50% molybdenum, at most 0.8% tungsten, 0.04 to 0.08% nitrogen, 0.15 to 0.20% vanadium, each up to 0.05% Titanium and niobium, 0.001 to 0.03% aluminum, 0.02 to 0.5% copper, at most 0.5% cobalt and at most 0.004% boron, the remainder of iron, including impurities caused by melting, are particularly suitable for lubricants owing to their wettability as corrosion-resistant, in particular puncture-resistant material for objects subject to frictional wear.
Description
Die Erfindung betrifft einen rostfreien martensitischen Chromstahl und dessen Verwendung.The invention relates to a stainless martensitic chromium steel and its use.
Derartige Stähle sind in großer Zahl bekannt und eignen sich je nach ihrer Zusammensetzung für ein sehr unterschiedliches Verwendungsspektrum.Such steels are known in large numbers and are suitable depending on their composition for a very different range of uses.
So beschreibt beispielsweise die
Wenig geeignet ist der Werkstoff jedoch für eine Verwendung, deren kennzeichnendes Merkmal ein reibender bzw. gleitender Kontakt Metall/Metall in Anwesenheit eines Schmiermittelfilms ist. Dies gilt insbesondere für Bauteile, die mit Treibstoffen, insbesondere Biokraftstoffen, bei denen es neben anderen Werkstoffeigenschaften sehr wesentlich auf eine gute Schmierfilmbildung bzw. -haftung ankommt, deren Lebensdauer mithin von dem Werkstoffabrieb bei einem Metall/Metall-Reibkontakt wie im Falle von Ventil- und Dosiernadeln sowie Abstreifringen von Kompressoren sehr wesentlich ankommt.However, the material is not very suitable for use, the characteristic feature of which is a sliding contact metal / metal in the presence of a lubricant film. This applies in particular to components which are fuel-based, in particular biofuels, which, in addition to other material properties, are very important for good lubricating film formation or adhesion, and whose service life is therefore dependent on material abrasion in the event of metal / metal frictional contact, as in the case of valve and dispensing needles and scraper rings of compressors is very important.
Ein derartiger, den Reibungsverschleiß herabsetzender Film erfordert jedoch nicht bei allen Verwendungsfällen ein Schmiermittel wie Öl und Fett, d. h. höhere molekulare Kohlenwasserstoffverbindungen, sondern die Teile können auch wie bei Einspritzsystemen oder Ölabstreifringen von dem Betriebsmittel selbst, beispielsweise Treibstoff, geschmiert werden. Entscheidend ist dabei immer das Entstehen eines verschleißhemmenden Films. Die Praxis verwendet jedenfalls eine Reihe von teils teuren, teils ökologisch bedenklichen Zusatzstoffen wie EP-Additive, Detergenzien, HD-Zusätze, Bleiverbindungen und chlorierte Diphenyle zur Beeinflussung, insbesondere zur Stabilisierung und zum Fixieren der verschleißhemmenden Schicht.However, such a frictional wear reducing film does not require a lubricant such as oil and grease in all uses. H. higher molecular weight hydrocarbon compounds, but the parts may also be lubricated by the resource itself, such as fuel, as in injection systems or oil control rings. The decisive factor is always the emergence of a wear-resistant film. In any case, the practice uses a number of partly expensive, partly ecologically questionable additives such as EP additives, detergents, HD additives, lead compounds and chlorinated diphenyls for influencing, in particular for stabilizing and fixing the wear-inhibiting layer.
Entscheidend dabei ist insbesondere im Falle von Systemen zum Fördern oder Verdichten von Kraftstoffen oder auch bei Kolbenringen und Abstreifdichtungen sowie Dosier- oder Ventilnadeln auch für chemische oder pharmazeutische Gemische die Stabilität und das Haftvermögen der verschleißmindernden Oberflächenschicht. Eine Stabilisierung ist jedoch in verschiedenen Systemen nicht möglich, so beispielsweise bei neuen, Methanol und Äthanol enthaltenden Kraftstoffen.Crucial here is especially in the case of systems for conveying or compressing fuels or in piston rings and wiper seals and dosing or valve needles for chemical or pharmaceutical mixtures, the stability and the adhesion of the wear-reducing surface layer. However, stabilization is not possible in various systems, such as with new methanol and ethanol containing fuels.
Hinzu kommt, dass der Gesetzgeber in zahlreichen Fällen die Verwendung von Hilfsstoffen und Zusätzen wie beispielsweise bleihaltige Verbindungen aus ökologischen Gründen untersagt.In addition, in many cases, the legislature prohibits the use of excipients and additives such as lead-containing compounds for environmental reasons.
Bei eingehenden Untersuchungen hat sich nun gezeigt, dass der Abrieb bei martensitischen Chromstählen sehr stark von der Benetzbarkeit der Oberfläche beeinflusst wird. So unterliegt ein derartiger Stahl auch bei hoher Festigkeit einem erhöhten Verschleiß, der sich auf eine unzureichende Benetzung der Stahloberfläche durch das Schmiermittel zurückführen lässt. Unter Krafteinwirkung kann es nämlich zu einem örtlichen Verdrängen des Schmiermittels kommen, diese Gefahr ist insbesondere dort sehr groß, wo mikroskopisch kleine Oberflächenerhebungen unter entsprechend hohem spezifischem Druck stehen. Ursache dafür ist ein Verdrängen der Schmiermittelmoleküle an solchen Erhebungen und Spitzen, die infolge der dynamischen Beanspruchung getrennt und aufgerissen werden. Die Folge eines solchen Adhäsionsverschleißes ist eine erhöhte Rauhigkeit der Metalloberfläche und ein dadurch wiederum erhöhter Verschleiß.Extensive research has shown that the abrasion of martensitic chromium steels is strongly influenced by the wettability of the surface. Thus, such a steel is subject to increased wear, even at high strength, which can be attributed to insufficient wetting of the steel surface by the lubricant. Under the action of force, local displacement of the lubricant can occur, and this danger is particularly great where microscopic surface elevations are under a correspondingly high specific pressure. The reason for this is a displacement of the lubricant molecules at such elevations and tips, which are separated and torn as a result of the dynamic stress. The consequence of such adhesive wear is an increased roughness of the metal surface and thereby in turn increased wear.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen rostfreien martensitischen Chromstahl zu finden, der aufgrund seiner chemischen Affinität und starker Adhäsionskräfte eine bessere Benetzbarkeit besitzt und einen stabilen Schmiermittelfilm bildet, der sich weitaus schwieriger stören bzw. verdrängen lässt als bei herkömmlichen Stählen dieser Art und demzufolge einen geringeren Verschleiß bewirkt.The invention is therefore based on the problem to find a stainless martensitic chromium steel, which has better wettability due to its chemical affinity and strong adhesion forces and forms a stable lubricant film, which is much more difficult to disturb or displace than conventional steels of this type and consequently causes less wear.
Die Lösung dieses Problems besteht in einem martensitischen Chromstahl mit
Vorzugsweise enthält der Stahl jeweils einzeln oder auch nebeneinander
Die Praxis hat sich bisher an Trockenverschleißversuchen, d. h. an den Ergebnissen von schmiermittelfreien Versuchen orientiert. Es hat sich daher gezeigt, dass der Reibverschleiß bei einem Kontakt auch unter Verwendung eines Schmiermittels erheblich war.Practice has hitherto been limited to dry wear tests, i. H. oriented on the results of lubricant-free tests. It has therefore been found that the frictional wear in a contact was also significant using a lubricant.
Der Kohlenstoff ist Austenitbildner und stabilisiert daher das austenitische Kristallgitter. Gleichzeitig trägt der Kohlenstoff aber auch zusammen mit den Karbidbildnern zu karbidischen Ausscheidungen bei, die eine Steigerung der Härte und Abriebfestigkeit des Stahls bewirken. Um ein grobkörniges und zeilenförmiges Ausscheiden von Chromkabiden zu vermeiden, empfiehlt sich ein Vorabausscheiden anderer Karbide im austenitischen Zustand, die eine bessere Karbidhomogenität bewirken. Der Stahl enthält daher 0,40 bis 0,80%, vorzugsweise 0,55 bis 0,75% Kohlenstoff.The carbon is austenite and therefore stabilizes the austenitic crystal lattice. At the same time, however, carbon, together with the carbide formers, also contributes to carbide precipitations, which increase the hardness and abrasion resistance of the steel. In order to avoid a coarse and a line-like precipitation of chromium carbides, it is advisable to pre-precipitate other austenitic carbides, which cause a better carbide homogeneity. The steel therefore contains 0.40 to 0.80%, preferably 0.55 to 0.75% carbon.
Silizium dient als Desoxidationsmittel. Höhere Gehalte können jedoch zum Entstehen intermetallischer Phasen führen. Andererseits ist Silizium jedoch auch ein Ferritbildner. Der Stahl enthält daher 0,2 bis 1,5% Silizium, vorzugsweise bis 0,65% Silizium.Silicon serves as a deoxidizer. However, higher contents can lead to the formation of intermetallic phases. On the other hand, silicon is also a ferrite former. The steel therefore contains 0.2 to 1.5% silicon, preferably up to 0.65% silicon.
Nickel gehört zu den Austenitbildnern, jedoch bringt der Austenitanteil im Gefüge die Gefahr einer Verschlechterung der Verschleißeigenschaften mit sich. Andererseits ist das Nickel jedoch auch als Bestandteil des Kristallgitters mit seinem Einfluss auf das c/a-Verhältnis des Martensits von Vorteil. Der Stahl enthält daher 0,15 bis 1% Nickel.Nickel is one of the austenite formers, but the austenite content in the microstructure carries with it the risk of deterioration of the wear properties. On the other hand, nickel is also an advantage as part of the crystal lattice with its influence on the c / a ratio of the martensite. The steel therefore contains 0.15 to 1% nickel.
Mangan stabilisiert den Austenit und verschiebt vorteilhafterweise die Martensitbildung zu tieferen Temperaturen. Der Höchstgehalt an Mangan beträgt daher 1%, jedoch sollte ein Mindestgehalt von 0,30% nicht unterschritten werden, weil Mangan gleichzeitig auch das c/a-Verhältnis des frisch entstandenen Martensits verändert und im austenitischen Bereich das Ausscheidungsverhalten der Feinausscheidungen vorteilhaft beeinflusst.Manganese stabilizes the austenite and advantageously shifts the martensite formation to lower temperatures. The maximum level of manganese is therefore 1%, but a minimum content of 0.30% should not be undercut, because manganese simultaneously alters the c / a ratio of the newly formed martensite and advantageously influences the precipitation behavior of the fine precipitates in the austenitic region.
Der Schwefelgehalt ist auf höchstens 0,035% begrenzt, da bei höheren Schwefelgehalten störende sulfidische Ausscheidungen entstehen können.The sulfur content is limited to a maximum of 0.035%, since at higher sulfur levels, troublesome sulfidic precipitates may occur.
Chrom ist erforderlich, um die Korrosionsbeständigkeit des Stahls in Kombination mit dessen Molybdängehalt von 1,25 bis 1,50% zu gewährleisten, insbesondere eine hinreichende Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion. Der Chromgehalt beträgt daher mindestens 16%. Im Hinblick auf die ferritisierende Wirkung des Chroms ist dessen Gehalt jedoch auf 18% begrenzt. Die synergistische Wirkung von Chrom und Molybdän im Hinblick auf die Lochfraßbeständigkeit ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die Gehalte an Chrom, Molybdän und Wolfram der folgenden Gleichung genügen:
Der Stahl enthält 0,001 bis 0,8% Wolfram, vorzugsweise mindestens 0,001% Wolfram, das zusammen mit dem Eisen und Molybdän Mischkarbide bildet, die zur Warmfestigkeit des Stahls erheblich beitragen und bei einem Anlassglühen zum Entstehen von Sekundärausscheidungen in Form höherer Karbide führen.The steel contains from 0.001 to 0.8% tungsten, preferably at least 0.001% tungsten, which together with the iron and molybdenum forms mixed carbides, which contribute significantly to the hot strength of the steel and lead to secondary carbide secondary precipitation during tempering.
Der Stickstoff bildet zusammen mit dem Kohlenstoff Karbonitride, verschlechtert jedoch auch die Benetzbarkeit des Stahls für Kohlenwasserstoff-Schmiermittel; die obere Gehaltsgrenze für Stickstoff beträgt daher 0,08%.The nitrogen together with the carbon forms carbonitrides, but also worsens the wettability of the steel to hydrocarbon lubricants; the upper content limit for nitrogen is therefore 0.08%.
Der Stahl enthält Vanadium, Niob und Titan als Karbidbildner mit dem Vorteil, dass diese in Anbetracht der hohen Affinität zum Kohlenstoff bereits bei sehr hohen Temperaturen Kristallisationskeime für das Entstehen von Chromkarbiden bilden. Der Vanadiumgehalt beträgt daher 0,15 bis 0,20% bei Titan- und Niobgehalten von jeweils bis 0,05%. Besonders vorteilhaft ist dabei die folgende Wirksumme der Karbidbildner:
Der Stahl enthält des weiteren 0,001 bis 0,03% Aluminium als Desoxidationsmittel, jedoch nicht mehr, weil höhere Aluminiumgehalte versprödend wirken.The steel also contains 0.001 to 0.03% aluminum as a deoxidizer, but not more, because higher aluminum contents have an embrittling effect.
Der Kupfergehalt beträgt maximal 0,5% und führt insbesondere bei einem Anlassglühen zu feinstkörnigen Sekundärausscheidungen, die zusammen mit anderen Ausscheidungen die Benetzbarkeit des Stahls für Öle bzw. Kohlenwasserstoffe verbessern.The copper content is at most 0.5% and, in particular during tempering, results in fine-grained secondary precipitations which, together with other precipitates, improve the wettability of the steel for oils or hydrocarbons.
Kobalt schließlich fördert das Entstehen von ε-Karbiden und anderen Feinausscheidungen; es verbessert auf diese Weise die Warmfestigkeit des Stahls. Aus Kostengründen sollte jedoch ein Kobaltgehalt von 0,5% nicht überschritten werden.Finally, cobalt promotes the formation of ε-carbides and other fine precipitates; it improves the hot strength of the steel in this way. For cost reasons, however, a cobalt content of 0.5% should not be exceeded.
Da sich die für die Werkstoffeigenschaften entscheidenden Chromkarbide beim Abkühlen unter dem Einfluss von Kristallisationskeimen zu 90% im Temperaturbereich von 1100 bis 900°C bilden, sollte die Abkühlungsgeschwindigkeit hier 50°C/sec nicht übersteigen (Wärmebehandlung A), um die Karbidbildung nicht zu beeinträchtigen und zu verhindern, dass ein Teil der Reaktionspartner beim Entstehen der Karbide metastabil auf Zwischengitterplätzen verbleibt. Bei der weiteren Abkühlung bildet sich unterhalb der MS-Temperatur spontan aus dem kubisch raumzentrierten Kristallgitter Martensit mit der Folge, dass die zuvor entstandenen Karbide im Martensit eingelagert werden, der Spannungszustand der Matrix jedoch umso geringer ist, je feiner verteilt die Karbide vorliegen. Dieser Zustand fördert sehr wesentlich die Schmiermittel- bzw. Ölbenetzung der Oberfläche des Stahls.Since the decisive for the material properties of chromium carbides on cooling under the influence of crystallization nuclei form 90% in the temperature range of 1100 to 900 ° C, the cooling rate should not exceed 50 ° C / sec (heat treatment A), so as not to affect the carbide formation and to prevent part of the reactants from remaining metastable at interstitial sites when the carbides are formed. Upon further cooling, martensite spontaneously forms below the MS temperature from the cubic body-centered crystal lattice, with the result that the previously formed carbides are incorporated in the martensite, but the stress state of the matrix is lower, the more finely distributed the carbides are. This condition greatly enhances the lubricant or oil wetting of the surface of the steel.
Der Martensit aus der Austenit-Umwandlung besitzt ein tetragonal verzerrtes Kristallgitter mit einem Verhältnis der Kristallachsen a/c über 1. Dabei lässt sich der bei der Umwandlung entstandene Martensit durch eine der Martensitbidlung folgende Wärmebehandlung im Temperaturbereich unter 550°C dahingehend beeinflussen, dass sich das Kristallachsenverhältnis s/c verringert, was sich außerordentlich vorteilhaft auf die Werkstoffeigenschaften auswirkt. Dieser Vorteil ergibt sich insbesondere, wenn der Gesamtgehalt an Niob, Titan und Vanadium folgender Bedingung genügt:
Unterhalb des Werts von 0,15 ist die Keimbildung weniger günstig, so dass das Chromkarbid einer Kristallisationshemmung unterliegen kann und später auskristallisiert. Damit verbunden ist ein gräberkörniges Chromkarbid mit einer ungünstigen Verteilung in der Matrix. Beim Überschreiten des oberen Grenzwerts können anstelle feiner Primärkarbide grobe MC-Karbide des Niobs, Titans und des Vanadiums entstehen. Damit geht die Wirkung der vorerwähnten Elemente als karbidische Kristallisationskeime für die Chromkarbide verloren.Below the value of 0.15, the nucleation is less favorable, so that the chromium carbide can be subject to crystallization inhibition and crystallized later. Associated with this is a grained-grain chromium carbide with an unfavorable distribution in the matrix. When the upper limit is exceeded, coarse MC carbides of niobium, titanium and vanadium may be formed instead of fine primary carbides. Thus, the effect of the aforementioned elements is lost as carbide crystallization nuclei for the chromium carbides.
Die Wärmebehandlung B besteht dabei in einem Anlaßglühen bei 100 bis 550°C, vorzugsweise bei mindestens 200°C statt und führt zum Entstehen von Feinausscheidungen in dem bei der vorausgegangenen Wärmebehandlung A im Temperaturbereich von 1100 bis 900°C stabilisierten Martensit. In Lösung befindliche Atome wie die des Kupfers und des Kobalts sowie die karbidbildenden Elemente spielen hierbei eine wesentliche Rolle, da sie in die Feinausscheidungen eingehen, die insbesondere mit der gemäß
Von weiterem Vorteil ist die Einhaltung der BedingungAnother advantage is compliance with the condition
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is explained below with reference to embodiments and the drawings of the closer. In the drawing show:
Aus der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Analysen von fünf herkömmlichen Vergleichsstählen V1 bis V5 und dreier unter die Erfindung fallender Stähle E1 bis E3 ersichtlich. Tabelle 1
Die nachfolgende Tabelle II gibt die sich aus den Analysen ergebenden Summenwerte für K1 bis K3 wieder. Tabelle II
Acht den Stand der Technik betreffende Proben 1 bis 8 und neun unter die Erfindung fallende Proben 9 bis 17 mit den sich aus Tabelle I ergebenden Zusammensetzungen wurden in einem Mittelfrequenzofen unter Schutzgas erschmolzen und in einer Kokille zu Probestäben vergossen sowie 30 min. bei 1200°C ausgelagert. Danach wurden die Proben zu Stäben geschmiedet, von ihrer Zunderschicht befreit und mittels Hartmetallschneidplatten zu zylindrischen Probestäben abgedreht. Die Probestäbe besaßen einen Durchmesser von 15 mm und wurden verschiedenen Austenitisierungstemperaturen (A) und Anlaßtemperaturen (B) unterworfen, um schließlich die Qualität einer Ölbenetzung und den Abriebverschleiß zu bestimmen.Eight of the prior art samples 1 to 8 and nine falling under the invention samples 9 to 17 with the compositions resulting from Table I were melted in a medium frequency oven under inert gas and poured into test tubes in a mold and 30 min. outsourced at 1200 ° C. Thereafter, the samples were forged into rods, freed of their scale layer and turned off by means of carbide cutting plates to cylindrical test bars. The test bars had a diameter of 15 mm and were subjected to various austenitizing temperatures (A) and tempering temperatures (B) to finally determine the quality of oil wetting and abrasion wear.
Das in der Tabelle III mit A gekennzeichnete Austenitisierungsglühen fand bei 1020°C oder 1050°C statt, gefolgt von einem Schnellabkühlen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 50°C/sec auf 800°C und einem sich anschließenden Abkühlen innerhalb von 5 min. auf 300°C sowie einem langsamen Abkühlen auf Raumtemperatur.Austenitizing annealing indicated by A in Table III took place at 1020 ° C or 1050 ° C, followed by rapid cooling at a cooling rate of at least 50 ° C / sec to 800 ° C followed by cooling within 5 min. to 300 ° C and a slow cooling to room temperature.
Die Proben wurden zudem abschließend entsprechend der Versuchsreihe B auf eine Temperatur von 100 bis 530°C erwärmt und mit einer Geschwindigkeit von 100°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt.The samples were finally heated according to the test series B to a temperature of 100 to 530 ° C and cooled at a rate of 100 ° C / h to room temperature.
Zur Bestimmung der Benetzbarkeit wurden die Proben sodann geschliffen und poliert, in einem wässrigen Ultraschallbad bei 50°C gereinigt, mit heißem destillierten Wasser unter Einwirkung von Ultraschall weitere 20 min. von Reinigungsmittelresten befreit und danach getrocknet. Zur Bestimmung der Benetzbarkeitskennzahl B wurden sodann mithilfe einer Mikrodosierung auf jede Probe 10 μl Parafinöl aufgetragen und der sich sodann bildende Öltropfen hinsichtlich seiner Breite B vermessen, wie sich das schematisch aus der Darstellung in
Die Abrieb- bzw. Verschleißfestigkeit wurde mit Hilfe eines modifizierten ”Pin an Disk-Versuchs” bestimmt. Dabei wurden die zylindrischen Proben zunächst plangeschliffen, danach gereinigt, in eine Halterung eingespannt und sodann entsprechend
Die Ergebnisse sind eindeutig; die unter die Erfindung fallenden Proben 9 bis
Da viele kleine Chromkarbidausscheidungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit wirkungsvoller sind als wenige grobe Ausscheidungen, kann das Ergebnis eines Salzsprühtests als Indikator für die Größe und die Verteilung der Chromkarbidausscheidungen dienen. Die Proben wurden daher 120 Stunden einem Korrosionsversuch im Rahmen eines modifizierten Salzsprühtests mit einer 3%-NaCl-Lösung und 5% Alkohol unterworfen.Since many small chromium carbide precipitates are more effective in corrosion resistance than a few coarse precipitates, the result of a salt spray test can serve as an indicator of the size and distribution of the chromium carbide precipitates. The samples were therefore subjected to 120 hours of corrosion testing as part of a modified salt spray test with a 3% NaCl solution and 5% alcohol.
Die Versuchsergebnisse sind in Spalte 7 der Tabelle III zusammengestellt.The test results are listed in column 7 of Table III.
Es ist allgemein bekannt, dass martensitische Chromstähle je nach der Größe und Dichte der Chromkarbidausscheidungen in chloridische Lösungen einer starken Lochfraßkorrosion unterliegen. Die Daten der Spalte 7 der Tabelle III bestätigen das für die herkömmlichen Vergleichsstähle 1 bis 8 im Vergleich mit den unter die Erfindung fallenden Stählen 9 bis 17.It is well known that martensitic chromium steels are subject to severe pitting corrosion, depending on the size and density of the chromium carbide precipitates in chloride solutions. The data of column 7 of Table III confirm that for the conventional comparative steels 1 to 8 in comparison with the steels 9 to 17 according to the invention.
Je nach Breite der Zone einer Chromverarmung kommt es zum Entstehen von Lochfraßkorrosion, woraus sich die Erkenntnis gibt, dass eine Vielzahl kleiner Chromkarbidausscheidungen hinsichtlich der Lochfraßkorrosion günstiger ist als eine geringere Anzahl großer Ausscheidungen. Insofern eignen sich die Ergebnisse des Salzsprühtest als Indikator für die Größe und die Verteilung der Chromkarbidausscheidungen.Depending on the width of the zone of a chromium depletion, pitting corrosion occurs, which leads to the finding that a large number of small chromium carbide precipitations is more favorable in terms of pitting corrosion than a smaller number of large precipitates. In this respect, the results of the salt spray test are an indicator of the size and distribution of chromium carbide precipitates.
Die Ergebnisse der Korrosionsversuche gemäß Tabelle III letzte Spalte wurden nach einer Güteskala von 0 bis 5 bewertet, wobei 0 für keinerlei Roststellen steht und 5 mindestens fünf Roststellen indiziert. Die Ergebnisse des Salzsprühtests sind in Tabelle III, letzte Spalte zusammengestellt.The results of the corrosion tests according to Table III last column were evaluated according to a quality scale of 0 to 5, where 0 stands for no rusting and 5 indicates at least five rust spots. The results of the salt spray test are summarized in Table III, last column.
Insgesamt zeigen die Versuchsergebnisse, dass sich das Benetzungsverhalten der erfindungsgemäßen martensitischen Chromstähle für Schmiermittel deutlich besser ist als das der Vergleichsstähle. Die gute Benetzbarkeit führt zu einem geringeren Adhäsionsverschleiß in Anwesenheit einer Schmierung. Dabei ist nicht nur die chemische Zusammensetzung des Stahls von entscheidender Bedeutung. Einen wesentlichen Einfluss auf die Benetzbarkeit übt auch eine Wärmebehandlung der Proben aus. Dies zeigt sich an den größeren C-Werten und den kleineren R-Werten der erfindungsgemäßen Proben der Versuche 9 bis 17.Overall, the test results show that the wetting behavior of the inventive martensitic chromium steels for lubricants is significantly better than that of the comparative steels. The good wettability results in less adhesive wear in the presence of lubrication. Not only the chemical composition of the steel is of crucial importance. A significant influence on the wettability is also exerted by a heat treatment of the samples. This is shown by the larger C values and the smaller R values of the samples according to the invention of experiments 9 to 17.
Maßgebend für die bessere Verschleißbeständigkeit R der erfindungsgemäßen Proben dürfte in erster Linie die Zusammensetzung des Stahls sein, wohin zu die zweistufige Wärmebehandlung zur Beeinflussung der Ausscheidungen kommt. Insoweit bedingt nicht nur die spezielle Zusammensetzung des Stahls, sondern auch dessen Ausscheidungen im Gefüge die Materialeigenschaften. Dabei ist zu beachten, dass sich die Benetzbarkeit des Stahls für ein Schmiermittel besonders durch die Wärmebehandlungen A und B verbessern lässt. Das lässt den Schluss zu, dass die kohlenstoffhaltigen Feinausscheidungen im Martensit für die Schmiermittelbenetzung günstiger sind als stickstoffmodifizierte Karbonitride und eine stickstoffhaltige Matrix. Maßgebend ist somit der niedrige Stickstoffgehalt der Legierung ebenso wie der Faktor K2. Das belegen insbesondere die Vergleichsstähle V3 mit 0,25% Stickstoff und auch V5 mit 0,22% Stickstoff im Gegensatz zu den unter die Erfindung fallenden Stähle E1 bis E3 mit nur 0,05 bis 0,07% Stickstoff.Decisive for the better wear resistance R of the samples according to the invention should be primarily the composition of the steel, whereupon the two-stage heat treatment for Influencing the excretions comes. In that regard, not only the special composition of the steel, but also its precipitates in the structure requires the material properties. It should be noted that the wettability of the steel for a lubricant can be improved especially by the heat treatments A and B. This suggests that the carbonaceous fine precipitates in martensite are more favorable for lubricant wetting than nitrogen-modified carbonitrides and a nitrogen-containing matrix. The decisive factor is thus the low nitrogen content of the alloy as well as the factor K2. This is demonstrated in particular by the comparison steels V3 with 0.25% nitrogen and also V5 with 0.22% nitrogen, in contrast to the steels E1 to E3 covered by the invention with only 0.05 to 0.07% nitrogen.
Schließlich zeigen auch die Faktoren K1 und K3, dass die günstigen Versuchsergebnisse auf einer günstigeren Ausscheidung der Karbide und anderer Phasen sowie dem Grundgefüge basieren.Finally, the factors K1 and K3 also show that the favorable test results are based on a more favorable precipitation of the carbides and other phases as well as the basic structure.
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