DE1032296B - Use of an austenitic steel alloy as a material for non-magnetic objects of high strength and yield strength - Google Patents

Use of an austenitic steel alloy as a material for non-magnetic objects of high strength and yield strength

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DE1032296B DEH17483A DEH0017483A DE1032296B DE 1032296 B DE1032296 B DE 1032296B DE H17483 A DEH17483 A DE H17483A DE H0017483 A DEH0017483 A DE H0017483A DE 1032296 B DE1032296 B DE 1032296B
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John Rhynas Rait
John Oliver Ward
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Description

Verwendung einer austenitischen Stahllegierung als Werkstoff für nichtmagnetische Gegenstände hoher Festigkeit und Streckgrenze Die Erfindung betrifft die Herstellung nichtmagnetischer, austenitischer Stähle von höchster Beanspruchbarkeit bei Raumtemperatur.Use of an austenitic steel alloy as a material for non-magnetic High Strength and Yield Strength Articles This invention relates to manufacture Non-magnetic, austenitic steels with the highest resistance at room temperature.

Austenitische Stähle werden hauptsächlich dort verwendet, wo es auf besondere Anforderungen z. B. in bezug auf Norrosions-, Oxydations-, Abnutzungs- und Warmfestigkeit sowie nichtmagnetisches Verhalten ankommt. Es gibt jedoch nur wenige austenitische Stähle, die man da einsetzen könnte, wo hohe Festigkeiten bei Raumtemperatur gefordert werden. Die Elastizitäts-und Streckgrenzenwerte der nicht ausgehärteten austenitischen Stähle liegen im Verhältnis zur Zugfestigkeit sehr niedrig. Sie lassen sich nur durch eine plastische Verformung oder durch Kalthärten verbessern. Nichtmagnetische Bandagen für die elektrotechnische Industrie werden im allgemeinen z. B. aus einer Legierung folgender Zusammensetzung hergestellt: C Si Mn Ni Cr 0,55110 0,40', 8,0011`" 8,00i#, 4,00,#" Zur Erziehing einer hinreichenden Zugfestigkeit bei Raumtemperatur härtet man die Ringe durch Kaltschmieden, das unter einer schweren hydraulischen Presse bewerkstelligt wird, wobei sich die Ringe auf einem Dorn befinden. Das Schmieden ist zeitraubend und erfordert auch eine besondere Geschicklichkeit und genaues Arbeiten. Des weiteren sind die Abmessungen der herzustellenden Ringe an die Leistung der Presse gebunden. Trotz besonderer Geschicklichkeit und Erfahrung ist es schwierig, auf diese Weise eine gleichmäßige Härtung zu erreichen. Diesem Übelstand kann etwas mit Walz- oder Stanzverfahren begegnet werden, die aber beide sehr schwere und kostspielige Anlagen erfordern.Austenitic steels are mainly used where there are special requirements, e.g. B. with regard to corrosion, oxidation, wear and heat resistance as well as non-magnetic behavior. However, there are only a few austenitic steels that could be used where high strengths at room temperature are required. The elasticity and yield strength values of the non-hardened austenitic steels are very low in relation to the tensile strength. They can only be improved by plastic deformation or cold hardening. Non-magnetic bandages for the electrical engineering industry are generally z. B. made of an alloy of the following composition: C Si Mn Ni Cr 0.55110 0.40 ', 8.0011 "" 8.00i #, 4.00, # " To achieve adequate tensile strength at room temperature, the rings are hardened by cold forging, which is done under a heavy hydraulic press, the rings being on a mandrel. Forging is time consuming and also requires special skill and precise work. Furthermore, the dimensions of the rings to be produced are linked to the performance of the press. Despite particular skill and experience, it is difficult to achieve uniform hardening in this way. This inconvenience can be counteracted somewhat with rolling or stamping processes, both of which, however, require very heavy and expensive equipment.

Eine Aushärtung ist- daher der Kalthärtung vorzuziehen. Sie setzt der Abmessung der herzustellenden Gegenstände keine Grenzen. Die Wärmebehandlung, durch die sie hervorgerufen wird, gewährleistet eine größere Gleichmäßigkeit der Härte an allen Stellen der Gegenstände und auch der Teile untereinander. Diejenigen Legierungen, denen man durch Aushärten eine brauchbare Streckgrenze verleihen kann, haben bei Raumtemperatur zu geringe Dehnung oder entwickeln ferromagnetische Eigenschaften.Hardening is therefore preferable to cold hardening. She sets there are no limits to the dimensions of the objects to be manufactured. The heat treatment, through which it is produced, ensures greater uniformity of the Hardness at all points of the objects and also of the parts among each other. Those Alloys that can be given a usable yield strength through hardening, have insufficient elongation at room temperature or develop ferromagnetic properties.

Es wurde nun ein Gebiet an sich bekannter nichtmagnetischer austenitischer Legierungen gefunden, die nach einer einfachen Aushärtebehandlung bei sehr guter Dehnung eine Streckgrenze von mindestens 60 kg/mm2 annehmen. Es handelt sich dabei um folgende Legierungen: C Si Mn 0,3 bis 0,90',; 0,2 bis 2,0 00 ; 0,5 bis 20 0,0 Cr Ni V höchst,@ns 8,0 0 0 höchstem 12,0 00 0,5 bis 4,0 Vorzugsweise sollen die Gehalte der Legierung an Silizium und Vanadin zusammen mindestens 1,5 0/0 betragen. Die Legierung kann darüber hinaus noch eine oder mehrere der folgenden Bestandteile enthalten: Molybdän . . . . . . . . . . . . . . bis zu 5,0 0[, Wolfram . ... ... ....... bis zu 5,0 0/0 Titan . .... ............ bis zu 5,0 0/0 Niob und/oder Tantal .. bis zu 5,0 0/0 Kobalt . . . . . . . . . . . . . . . . bis zu 5,0 0/, Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . bis zu 6,0 0I0 Aluminium . . . . . . . . . . . . bis zu 2,0 0/0 Stickstoff . . . . . . . . . . . . . . bis zu 0,25 0/0 Bor . . . . . . . . . . . . . . .. . . . bis zu 0,5 0/0 Zirkon . . . . . . . . . . . . . . . . bis zu 2,0 0/0 Die Aushärtungsbehandlung wird bei Temperaturen zwischen 300 und 950° C und in Abhängigkeit von der Temperatur so lange durchgeführt, bis die jeweils verlangte Zugfestigkeit erreicht ist. Vorteilhafterweise erhitzt man die Legierung zunächst auf eine Lösungstemperatur zwischen 1000 und 1300° C.A field of non-magnetic austenitic alloys known per se has now been found which, after a simple hardening treatment, assume a yield point of at least 60 kg / mm2 with very good elongation. These are the following alloys: C Si Mn 0.3 to 0.90 '; 0.2 to 2.0 00; 0.5 to 20 0.0 Cr Ni V highest, @ ns 8.0 0 0 highest 12.0 00 0.5 to 4.0 The silicon and vanadium contents of the alloy should preferably be at least 1.5% together. The alloy can also contain one or more of the following components: Molybdenum. . . . . . . . . . . . . . up to 5.0 0 [, Tungsten. ... ... ....... up to 5.0 0/0 Titanium. .... ............ up to 5.0 0/0 Niobium and / or Tantalum .. up to 5.0 0/0 Cobalt. . . . . . . . . . . . . . . . up to 5.0 0 /, Copper. . . . . . . . . . . . . . . . up to 6.0 0I0 Aluminum. . . . . . . . . . . . up to 2.0 0/0 Nitrogen. . . . . . . . . . . . . . up to 0.25 0/0 Boron. . . . . . . . . . . . . . ... . . up to 0.5 0/0 Zircon. . . . . . . . . . . . . . . . up to 2.0 0/0 The hardening treatment is carried out at temperatures between 300 and 950 ° C and depending on the temperature until the tensile strength required in each case is reached. It is advantageous to first heat the alloy to a solution temperature between 1000 and 1300 ° C.

In der folgenden Tabelle sind einige typische Beispiele für Legierungen nach dieser Erfindung verzeichnet. Die Eigenschaften der Legierungen wurden nach einer Wärmebehandlung bestimmt, die in einem Erhitzen auf Lösungstemperatur von 1150° C mit anschließender Abkühlung an Luft sowie einer weiteren 6stündigen Wärmebehandlung bestand, die bei den Legierungen Nr. 1 bis 4, 6 und 8 bis 10 bei 650° C, bei der Legierung Nr. 5 bei 600° C und bei der Legierung Nr. 7 bei 700° C stattfand; jeweils mit anschließender Abkühlung an Luft. Nr. Zusammensetzung as aa (5 Querkontraktion - G. Si I Mn I Cr ( 2,7i I V kg/mm?. kg/mm2 L = 4llA °/o I 1 0,61 0,82 j 8,5 4,2 12,0 I 3,25 64,4 90,8 32 46 2 0,65 0,90 9,7 4,0 6,3 3,1 85,2 113,3 20 nicht bestimmt 3 0,63 1,8 9,5 4,2 8,6 2,79 89,0 114,1 27 35 4 0,64 0,31 9,1 3,9 8,6 2,71 82,5 112;2 28 29 5 0,59 0,84 12,5 4,2 8,5 3,0 69,2 91,0 nicht bestimmt nicht bestimmt 6 0,63 0,89 6,6 3,9 8,6 3,11 63,8 94,5 17 nicht bestimmt 7 0,73 0,77 8,9 4,0 8,5 i 2,81 91,7 121,8 25 40 8 0,82 0,79 9,1 4,1 8,6 2,70 86,5 109,3 23 26 9 0,45 0,79 8,7 3,8 8,5 2,80 69,1 99,6 37 42 10 0,64 0,86 8,6 4,1 8,7 1,84 100,8 127,1 23 28 11 0,61 0,98 8,5 3,8 I - 8,5 1 1,29 105,6 132;9 22 26 u,#; = Streckgrenze. oalt = Zugfestigkeit. (5 = Dehnung. Im allgemeinen haben die Legierungen eine um so niedrigere Dehnung, je höher die Streckgrenze ist. Ihre Dehnung beträgt jedoch durchweg mindestens 15 °/a.The following table shows some typical examples of alloys in accordance with this invention. The properties of the alloys were determined after a heat treatment, which consisted of heating to a solution temperature of 1150 ° C with subsequent cooling in air and a further 6 hours of heat treatment, which for alloys No. 1 to 4, 6 and 8 to 10 at 650 ° C, Alloy No. 5 at 600 ° C and Alloy No. 7 at 700 ° C; each with subsequent cooling in air. No. Composition as aa (5 transverse contraction - G. Si I Mn I Cr (2.7i IV kg / mm ?. kg / mm2 L = 4llA ° / o I. 1 0.61 0.82 j 8.5 4.2 12.0 I 3.25 64.4 90.8 32 46 2 0.65 0.90 9.7 4.0 6.3 3.1 85.2 113.3 20 not determined 3 0.63 1.8 9.5 4.2 8.6 2.79 89.0 114.1 27 35 4 0.64 0.31 9.1 3.9 8.6 2.71 82.5 112; 2 28 29 5 0.59 0.84 12.5 4.2 8.5 3.0 69.2 91.0 not determined not determined 6 0.63 0.89 6.6 3.9 8.6 3.11 63.8 94.5 17 not determined 7 0.73 0.77 8.9 4.0 8.5 i 2.81 91.7 121.8 25 40 8 0.82 0.79 9.1 4.1 8.6 2.70 86.5 109.3 23 26 9 0.45 0.79 8.7 3.8 8.5 2.80 69.1 99.6 37 42 10 0.64 0.86 8.6 4.1 8.7 1.84 100.8 127.1 23 28 11 0.61 0.98 8.5 3.8 I - 8.5 1 1.29 105.6 132; 9 22 26 u, #; = Yield point. oalt = tensile strength. (5 = elongation. In general, the higher the yield strength, the lower the elongation of the alloys. However, their elongation is consistently at least 15 ° / a.

Die Legierungen nach der Erfindung sind nicht magnetisch. Sie besitzen eine Permeabilität von weniger als 1,1, im allgemeinen von 1,003 bis 1,005. Diese Legierungen können durch Gießen oder Schmieden zu Gegenständen mit hoher Streckgrenze bei oder um Raumtemperatur herum verarbeitet werden.The alloys according to the invention are not magnetic. You own a permeability of less than 1.1, generally from 1.003 to 1.005. These Alloys can be cast or forged into objects with a high yield strength processed at or around room temperature.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Die Verwendung einer an sich bekannten austenitischen Stahllegierung der Zusammensetzung: Kohlenstoff ...... 0,3 bis 0,9"/, Silizium . . . . . . . . . 0,2 bis 2,001, Mangan . . . . . . . . . 6,0 bis 20,00/, Chrom . . . . . . . . . . höchstens 8,00/0 Nickel . . . . . . . . . . höchstens 12,00/0 Vanadin ......... 1,0 bis 4,0°/o
Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen, im nur ausgehärteten Zustande als Werkstoff für Gegenstände, die nichtmagnetisch sein und bei oder um Raumtemperatur eine hohe Festigkeit bei mindestens 60 kg/mm' Streckgrenze aufweisen müssen. PATENT CLAIMS: 1. The use of an austenitic steel alloy known per se with the composition: Carbon ...... 0.3 to 0.9 "/, Silicon. . . . . . . . . 0.2 to 2.001, Manganese. . . . . . . . . 6.0 to 20.00 /, Chrome. . . . . . . . . . at most 8.00 / 0 Nickel. . . . . . . . . . maximum 12.00 / 0 Vanadium ......... 1.0 to 4.0%
The remainder is iron and the usual impurities in the hardened state as a material for objects that are non-magnetic and at or around room temperature must have a high strength with at least 60 kg / mm 'yield point. 2. Die Verwendung einer Stahllegierung der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß ihr Gehalt an Mangan, Chrom und Nickel den Wert von 28 °/o nicht überschreitet und ihr Chrom-Behalt auf den nichtmagnetischen Charakter der Legierung eingeregelt ist, für den Zweck nach Anspruch 1. 2. The use of a steel alloy of the composition according to claim 1 with the Provided that their manganese, chromium and nickel content does not exceed 28 ° / o and their chromium content adjusted to the non-magnetic character of the alloy is, for the purpose of claim 1. 3. Die Verwendung einer Stahllegierung der Zusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 und 2; deren Silizium- und Vanadingehalte zusammen mindestens 1,5 % betragen, für den Zweck nach Anspruch 1. 3. The use of a steel alloy of the composition according to claims 1 and 2; the silicon and vanadium contents of which together are at least 1.5 % for the purpose according to claim 1. 4. Die Verwendung einer Stahllegierung gemäß Anspruch 1, die jedoch noch jeweils bis zu 5 °/Q Molybdän, Wolfram, Titan, Niob und/oder Tantal und jeweils bis zu 2,0 °/o Aluminium, Zirkon und Beryllium, diese Elemente einzeln oder zu mehreren, jedoch insgesamt nicht mehr als 100/, davon, enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. 4. The use of a steel alloy according to claim 1, but each up to 5% molybdenum, tungsten, titanium, niobium and / or tantalum and up to 2.0% aluminum, zirconium and beryllium, these elements individually or to several, but in total not more than 100 /, thereof, contains, for the purpose according to claim 1. 5. Die Verwendung einer Stahllegierung der Zusammensetzung nach Anspruch 4, die jedoch noch bis zu 5 % Kobalt, bis zu 6,0 °/o Kupfer, bis zu 0,25 °/o Stickstoff und bis zu 0,5 % Bor, diese Elemente einzeln oder zu mehreren enthält, für den Zweck nach An-Spruch 1. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 803 175; 790 980; französische Zusatzpatentschrift Nr. 46 731; britische Patentschrift Nr. 471088; B. Habbel, »Eisen und Stahllegierungen«, 2. Ergänzungsband, 2. Teil, 1940, S. 774.5. The use of a steel alloy of the composition according to claim 4, but still containing up to 5 % cobalt, up to 6.0 % copper, up to 0.25% nitrogen and up to 0.5% boron, these Contains elements individually or in groups, for the purpose according to claim 1. Considered publications: French patent specifications No. 803 175; 790 980; French additional patent specification No. 46,731; British Patent No. 471 088; B. Habbel, "Iron and Steel Alloys", 2nd Supplementary Volume, Part 2, 1940, p. 774.
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