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Verwendung von Chrom-Nickel-Aluminium-Stahl zur Herstellung von aushärtbaren
Blechen, Platten, Bändern, Stäben, Stangen, Drähten und ähnlichen gewalzten Erzeugnissen
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Chrom-Nickel - Aluminium - Stählen mit
besonderen Zusammensetzungen zur Herstellung von aushärtbaren Blechen, Platten,
Bändern, Stäben, Stangen, Drähten und ähnlichen gewalzten Erzeugnissen. Diese Stähle
zeichnen sich durch gute Warmbearbeitbarkeit aus und erlangen durch Wärmebehandlung
eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur und auch bei höheren Temperaturen. Sie lassen
sich infolgedessen z. B. durch Walzen, Ziehen, Lochen und Strangpressen zunächst
in jede gewünschte Form bringen. Die z. B. bei Temperaturen von 1065 bis 1120°C
angelassenen Erzeugnisse erleiden beim Versand auch bei äußerst kaltem Wetter keine
unerwünschte Härtung, so daß sie vom Verarbeiter dann zu den gewünschten Fertigerzeugnissen
verarbeitet und vor oder nach der Verarbeitung durch Wärmebehandlung gehärtet werden
können.
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Die üblichen rostfreien Chrom-Nickel-Stähle sind zwar nicht durch
Wärmebehandlung härtbar; es gibt aber bereits rostfreie Chrom-Nickel-Stähle, die
als weitere Bestandteile Titan und bzw. oder Niob enthalten und auf Wärmebehandlung
ansprechen. Stähle mit einer ausgewogenen Zusammensetzung aus Chrom, Nickel, Titan
und/oder Niob sowie Kohlenstoff weisen im warmgehärteten Endzustand eine wesentliche
Härte auf. Dies beruht auf den carbidbildenden Eigenarten des Titans und Niobs,
die beide stärkere Carbildbildner als das Chrom sind. Niob ist jedoch bekanntlich
kostspielig und nicht leicht verfügbar. Titan andererseits führt leicht zu einem
»schmutzigen« Metall, wobei man beim Schmelzen besondere Arbeitsstufen vorsehen
muß, um einen hochwertigen Stahl zu erhalten. Aber auch abgesehen hiervon läßt die
Festigkeit dieser Stähle im warmgehärteten Zustand viel zu wünschen übrig.
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In jüngerer Zeit sind Chrom-Nickel-Aluminium-Stähle bekanntgeworden.
Diese Stähle enthalten kritische Mengen an Chrom, Nickel und Aluminium, um die gewünschte
Bearbeitbarkeit im angelassenen Zustand in Kombination mit der gewünschten Härte
und Festigkeit im warmgehärteten Zustand zu erzielen. Diese Stähle können zusätzlich
kleine Mengen Mangan und Silicium, Schwefel und Phosphor wie auch, zur Erhöhung
ihrer Korrosionsfestigkeit, kleine Mengen Molybdän enthalten. Mit der ausgewogenen
Zusammensetzung dieser Stähle und ihrer Spezialwarmhärtung werden Zugfestigkeiten
von etwas über 141 kg/mm2 bei 0,2%-Streckgrenzen in der Nähe von 141 kg/mm2 erhalten.
Diese Stähle haben im angelassenen Zustand eine gute Bearbeitbarkeit; ihre Rockwellhärte
im angelassenen Zustand beträgt etwas weniger als B 90. Einige dieser Stähle erfordern
jedoch eine Spezialstabilisierung, um eine unerwünschte Härtung beim Versand bei
Winterwitterung zu verhindern.
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Aus einer druckschriftlichen Veröffentlichung sind Chrom-Nickel-Mangan-Stähle
bekanntgeworden, die 6,5 bis 30% Nickel, 0,5 bis 25% Chrom, 0,1 bis 4% Mangan, weniger
als 1% Kohlenstoff, 0 bis 10% Wolfram, 0 bis 10% Molybdän, 0 bis 2% Vanadin, 0 bis
0,5% Titan und 0 bis 2% Zirkonium, Rest Eisen, enthalten und gegebenenfalls außerdem
noch 1 bis 20% Aluminium, weniger als 5% Bor, weniger als 5% Beryllium, weniger
als 100% Silicium und/oder weniger als 20% Kupfer enthalten können und sich durch
Wärmebehandlung härten lassen. Ein typischer Stahl dieser Zusammensetzung enthält
z: B. 12,75% Chrom, 11,80% Nickel, 3,60% Aluminium, 1,10% Mangan, Spuren Silicium
und 0,25% Kohlenstoff und weist nach der Wärmebehandlung eine Brinellhärte von 215
bis 230 und eine Bruchfestigkeit von 92,6 bis 103,7 kg/mm2 auf. Uber die Möglichkeit,
solche Stähle im ungehärteten Zustande zu der Form des Fertigerzeugnisses zu verarbeiten
und dieses dann durch Wärmebehandlung zu härten, macht die betreffende Druckschrift
keine Angaben. Dies ist auch bei den in der Veröffentlichung speziell angegebenen
Stählen nicht möglich, weil sie nicht die
erforderlichen Zusammensetzungen
aufweisen, um sich im angelassenen Zustand gut bearbeiten zu lassen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Chrom-Nickel-Aluminium-Stähle
mit ganz bestimmten, ausgewogenen Zusammensetzungen diese erwünschten Eigenschaften
besitzen und außerdem im ausgehärteten Zustand eine wesentlich höhere Härte und
Bruchfestigkeit annehmen als die in der genannten Patentschrift beschriebenen Stähle.
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Erfindungsgemäß wird Chrom-Nickel-Aluminium-Stahl, bestehend aus 4
bis 14,5% Chrom, 6 bis 12°/0 Nickel, 4 bis 14% Molybdän, 0,5 bis 2% Aluminium, 0
bis 20J" Mangan, 0 bis 1% Silicium, bis 0,20% Kohlenstoff; 0 bis 0,10% Titan bzw.
Zirkonium, 0 bis 0,500/0 Niob, 0 bis 0,010% Bor, Rest Eisen, mit der Maßgabe, daß
das Nickel bis auf eine Restmenge von mindestens 3,5% im Verhältnis von 2 : 1 durch
zusätzliches Mangan über die obige Höchstmenge von 20/0 hinaus bis auf einen Mangan-Gesamtgehalt
von 19%, das Chrom im Verhältnis von 1 : 1 durch zusätzliches Silicium bis auf einen
Silicium-Gesamtgehalt von 3%, das Molybdän im Verhältnis von 1 : 1 durch Wolfram
bis auf einen Wolfram-Gesamtgehalt von 6% und das Molybdän und das Wolfram im Verhältnis
von 1 : 1 durch Vanadin bis auf einen Vanadin-Gesamtgehalt von 2% ersetzt sein können,
zur Herstellung von durch Ausscheidungshärtung bei 370 bis 650°C bis zu einer Rockwellhärte
C 60 (600 Brinell) und einer Festigkeit von etwa 190 kg/mm2 bei Raumtemperatur
härtbaren Blechen, Platten, Bändern, Stäben, Stangen, Drähten und ähnlichen gewalzten
Erzeugnissen verwendet.
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Diese Stähle zeichnen sich durch gute Warmbearbeitbarkeit im angelassenen
Zustand und Härtbarkeit durch Ausscheidungshärtung unter Erzielung besonders hoher
Festigkeiten aus und weisen nicht den Nachteil auf, beim Versand bei kaltem Wetter
eine unerwünschte Härtung zu erleiden.
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In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 in graphischer Darstellung die Auswirkung
der Härtungstemperatur auf die Festigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Stahls,
F i g. 2 in graphischer Darstellung die Festigkeit des erfindungsgemäß verwendeten
Stahls bei erhöhter Temperatur und F i g. 3 schematisch die Beeinflussung der Festigkeit
des erfindungsgemäß verwendeten Stahls durch die chemische Ausgewogenheit seiner
austenit- und ferritbildenden Bestandteile.
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Es wurde gefunden, daß man durch enges Inbeziehungsetzen der Bestandteile
Chrom und Nickel zu den weiteren Bestandteilen Aluminium und Molybdän einen Stahl
erhält, der gute Warmbearbeitbarkeit besitzt. Die Zusammensetzung ist in jedem Sinne
kritisch. Es hat sich gezeigt, daß man durch richtige Wärmebehandlung des im angelassenen
Zustand befindlichen Stahls eine hohe Festigkeit und Härte erzielt, ohne daß der
Stahl beim Versand im angelassenen Zustand bei kalter Witterung einer ungewollten
Härtung unterliegt.
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In der oben angegebenen Zusammensetzung haben die Zusätze des Titans,
Zirkoniums und Niobs die Auswirkung, den in dem Stahl enthaltenen Kohlenstoff mit
dem Ergebnis zu binden, daß die Härte im angelassenen Zustand wesentlich gesenkt
und die Verformbarkeit entsprechend verbessert wird.
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Der erfindungsgemäß verwendete Stahl besteht gewöhnlich aus 4 bis
14,5% Chrom, 6 bis 12% Nickel, 4 bis 14% Molybdän, 0,5 bis 2% Aluminium, 0 bis 2%
Mangan, 0 bis 1% Silicium, je 0 bis 0,05% Phosphor und Schwefel, bis 0,20% Kohlenstoff,
Rest Eisen. Ein bevorzugter Stahl kennzeichnet sich durch eine Zusammensetzung von
8 bis 14,5% Chrom, 6 bis 10% Nickel, 4 bis 8% Molybdän, 0,5 bis 2% Aluminium, bis
0,20% Kohlenstoff; Rest Eisen. Dieser Stahl ist rostfrei, im angelassenen Zustand
leicht bearbeitbar und durch Wärmebehandlung auf eine hohe Festigkeit härtbar.
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Die rostfreien Stähle haben vorzugsweise eine Zusammensetzung von
11,25 bis 12,75% Chrom, 6,5 bis 7,5% Nickel, 5,5 bis 6,5% Molybdän, 0,8 bis 1,4%
Aluminium, 0,06 bis 0,10% Kohlenstoff, Rest Eisen. Dieser Stahl kann 0 bis 2% Mangan,
0 bis l0/0 Silicium und je 0 bis 0,05% Phosphor und Schwefel enthalten. Ein spezieller
Stahl besteht aus 12% Chrom, 70/0 Nickel, 6% Wolfram, 0,8 bis 1,4% Aluminium, bis
0,20% Kohlenstoff; Rest Eisen.
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Ein erfindungsgemäß bevorzugter rostfreier Stahl besteht aus 10,75
bis 12,00% Chrom, 7,5 bis 8,5% Nickel, 5,5 bis 6,5% Molybdän, 0,8 bis 1,4% Aluminium,
bis 0,200/0 Kohlenstoff; Rest Eisen. Auch dieser Stahl kann 0 bis 20/0 Mangan, 0
bis 1% Silicium und je 0 bis 0,05% Phosphor und Schwefel enthalten.
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Ein weiterer bevorzugter Stahl besteht aus 10 bis 11,50/0 Chrom, 8
bis 9,5% Nickel, 5 bis 7% Molybdän, 0,5 bis 1,50/0 Aluminium, bis 0,20% Kohlen-Stoff;
Rest Eisen. Der Stahl kann auch noch kleinere Mengen an Mangan, Silicium, Schwefel
und Phosphor enthalten. Ein spezieller bevorzugter Stahl besteht aus 11% Chrom,
90/0 Nickel, 6% Molybdän, 1% Aluminium, Rest Eisen. Dieser Stahl wie auch der obenerwähnte,
andere, bevorzugte Stahl sind von Delta-Ferrit fast völlig frei, indem der Gehalt
an Delta-Ferrit weniger als etwa 5 und gewöhnlich weniger als 2 Volumprozent beträgt.
Der weiter bevorzugte und vorstehende spezielle bevorzugte Stahl eignet sich besonders
zur Herstellung von Stangen, Barren, Schmiedeteilen, Grobblech und flachgewalzten
Erzeugnissen großen Querschnitts.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Stähle weisen vorzugsweise bei hohem
Molybdängehalt einen niedrigen Chromgehalt auf und umgekehrt. So kann erfindungsgemäß
ein rostfreier Stahl aus 13 bis 14% Chrom, 6,5 bis 7,50/c, Nickel, 0,8 bis 1,40%
Aluminium, 4% Molybdän, Rest Eisen oder ein rostfreier Stahl aus 11,25 bis 12,75%
Chrom, 6,5 bis 7,50/0 Nickel, 0,8 bis 1,400/0 Aluminium, 6% Molybdän, Rest Eisen
oder ein rostfreier Stahl aus 8 bis 10% Chrom, 8 bis 9% Nickel, 0,8 bis 1,40% Aluminium,
8% Molybdän, Rest Eisen verwendet werden. Ein besonderer Stahl hat die Zusammensetzung
9% Chrom, 9% Nickel, 8% Molybdän, 0,8 bis 1,4% Aluminium, Rest Eisen.
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Einige weitere, ' erfindungsgemäß verwendbare Stähle bestehen aus
4 bis 8% Chrom, 7,5 bis 12% Nickel, 8 bis 14% Molybdän, 0,5 bis 2% Aluminium, bis
0,20% Kohlenstoff; Rest Eisen. Diese Stähle sind zwar nicht im eigentlichen Sinne
als rostfreie Stähle anzusprechen, aber im angelassenen Zustand leicht bearbeitbar
und durch Wärmebehandlung auf eine hohe Festigkeit härtbar. Ein solcher Stahl besteht
z. B. aus 8% Chrom, 9% Nickel, 10% Molybdän, 0,8 bis 1,4% Aluminium, Rest Eisen.
Ein anderer Stahl dieser Art besteht aus 5% Chrom, 12% Nickel, 12% Molybdän, 0,8
bis 1,4% Aluminium, Rest Eisen.
Ein weiterer Stahl, der aus seinem
lösungsbehandelten Zustand in einer einzigen Arbeitsstufe durch Wärmebehandlung
gehärtet werden kann, besteht aus 4 bis 9% Chrom, 6 bis 10% Nickel, 4 bis 8% Molybdän,
wobei der Gesamtgehalt an Chrom und Molybdän weniger als 14% beträgt, 0,5 bis 2%
Aluminium, bis 0,10% Kohlenstoff Rest Eisen. Bei diesem Stahl soll die Summe des
Chrom- und Molybdängehaltes weniger als 14% betragen, um die Ausbildung von Delta-Ferrit
und den entsprechenden Verlust an Querduktilität bzw. -festigkeit zu verhindern.
Aus dem gleichen Grund soll der Nickelgehalt nicht weniger als 6% betragen.
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Ein bevorzugter, in einer einzigen Arbeitsstufe wärmehärtbarer Stahl
besteht aus 5,5 bis 6,5% Chrom, 8,5 bis 9,5% Nickel, 5,5 bis 6,5% Molybdän, 0,8
bis 1,4% Aluminium, bis 0,08% Kohlenstoff, Rest Eisen. Ein anderer derartiger Stahl
besteht aus 4 bis 5% Chrom, 7,5 bis 8,5% Nickel, 5,5 bis 6,5% Molybdän, 0,8 bis
1,4% Aluminium, bis 0,08% Kohlenstoff, ttest Eisen. Ein weiterer bevorzugter, in
einer einzigen Arbeitsstufe wärmehärtbarer Stahl besteht aus 7 bis 8% Chrom, 7,5
bis 8,5% Nickel, 5,5 bis 6,5% Molybdän, 0,8 bis 1,4% Aluminium, bis 0,08% Kohlenstoff,
Rest Eisen.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle eignen sich gut zur Umwandlung
aus dem Rohblock oder Knüppel durch Walzen, Ziehen, Lochwalzen und Strangpressen
zu verschiedenen Handelsformen, wie Platten, Blechen, Bändern, Stäben, Stangen,
Drähten, Rohren und verschiedenen Sonderformen. Diese Produkte können dem Verarbeiter
im angelassenen Zustand geliefert werden, ohne, selbst bei extrem kalter Witterung,
einer unerwünschten Umwandlung zu unterliegen.
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Der Verarbeiter kann die Stähle leicht nach bekannten Arbeitsweisen,
wie Biegen, Stanzen, spanabhebendes Bearbeiten u. dgl. sowie Schweißen, Nieten usw.,
zu einer Vielfalt von Produkten verarbeiten, die anschließend durch Wärmebehandlung
gehärtet und verfestigt werden. Die Stähle können, wenn gewünscht, zum Gußstück
verarbeitet werden, das dann spanabhebend weiterbearbeitet wird. Die Wärmebehandlung
oder eine oder mehrere Stufen derselben können sowohl beim Schmiede- als auch beim
Gußstück vor der Verarbeitung durchgeführt werden. Man kann auch eine oder mehrere
der Wärmebehandlungs-, Kaltbehandlungs- und Enthärtungsarbeiten im Stahlwerk vor
dem Versand durchführen, wenn der Verarbeiter keine oder keine große Verformung
durchführen will. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle werden vorzugsweise
warmgehärtet, indem man zuerst den angelassenen Stahl bei einer Temperatur von etwa
649 bis 982°C oder auch 538 bis 982°C härtet und abkühlt, was die anschließende
Härtebehandlung erleichtert. Der Stahl wird dann kaltbehandelt, indem man ihn auf
einer Temperatur von 66 bis -196'C oder 66 bis -73'C, vorzugsweise 16 bis -196°C,
insbesondere 16 bis -73°C, hält. Der Stahl wird schließlich warmgehärtet, indem
man ihn wieder auf eine Temperatur von 427 bis 621 oder auch 371 bis 649°C erhitzt.
Vorzugsweise wird der angelassene Stahl bei einer Temperatur von 704 bis 899°C,
insbesondere bei 760°C wärmebehandelt. Die Dauer der Behandlung liegt gewöhnlich
im Bereich von etwa 10 Minuten bis zu einer Stunde oder mehr, vorzugsweise etwa
2 Stunden bei der bevorzugten Temperatur. Eine längere Wärmebehandlung über etwa
2 Stunden hinaus hat keine besonderen Vorteile mehr ergeben.
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Der Stahl kann 2 bis 24 Stunden oder mehr bei einer Temperatur von
16 bis -196'C kaltbehandelt werden, wird aber vorzugsweise etwa 8 Stunden auf etwa
-73°C oder 2 Stunden auf -32°C gekühlt, worauf die bevorzugte 2stündige Wärmebehandlung
bei 760°C folgt.
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Die Härtung des kaltbehandelten Stahls erfolgt vorzugsweise etwa 1
Stunde bei einer Temperatur von 510 bis 566°C. Bei der 1stündigen Wärmebehandlung
bei 760°C und darauf 8stündigen Kühlung auf -73'C wird der Stahl vorzugsweise durch
eine 2stündige Behandlung bei etwa 538°C warmgehärtet.
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Die Auswirkung der Temperatur und Dauer der Wärmebehandlung nach dem
Anlassen bei einem typischen erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl ist in den Tabellen
la und lb an Hand der Analysenwerte des Stahls und der mechanischen Eigenschaften
nach der auf die Wärmebehandlung folgenden Wärmebehandlung erläutert, wobei zwei
zusätzliche, später erläuterte Beispiele angegeben sind.
| Tabelle la |
| Chemische Analyse von rostfreiem |
| Cr-Ni-Mo-Al-Stahl |
| Probe C Mn si Cr Ni Mo Al |
| R 1078* 0,080 0,61 0,59 12,12 7,14 5,82 1,40 |
| R 1079 0,085 0,53 0,59 11,90 7,20 6;08 1,34 |
| R 1080 0,084 |
| 0,54 0,34 12,32 7.28 6.05 1,34 |
| * 0,004 Bor. |
Tabelle Ib Auswirkung der Behandlungstemperatur und -zeit auf die mechanischen Eigenschaften
bei Raumtemperatur des angelassenen Stahls, Probe R 1078, nach Tabelle Ia
| Wärmebehandlung |
| Dauer 10 Minuten Dauer 60 Minuten |
| Temperatur, |
| 10 Minuten, "C Streckgrenze Zug- Dehnung Streckgrenze Zug-
Dehnung |
| (0,2%) festigkeit auf 5,1 cm Rc (0,20%) festigkeit auf
5,1 cm Rc |
| kg/mmz kg/mm2 0% kg/mm2 kg/mm2 0% |
| 649 155,38 179,99 6 51,5 151,87 175,77 5 51,0 |
| 704 153,27 177,88 6 51,5 153,97 178,58 6 51,5 |
| 760 157,49 177,18 4 51,5 159,60 180,69 5 52,5 |
| 816 156,79 178,58 6 51,0 - - - 51,5 |
| 871 153,97 175,07 7 51,0 154,68 175,77 5 51,0 |
| 927 151,16 174,36 6 51,0. 146,94 151,16 5 51,0 |
| 982 153,27 175,07 7 50,5 142,02 167,33 5 51,5 |
Die Werte der Tabellen Ia und Ib zeigen, daß die besten Ergebnisse
in bezug auf die Zugfestigkeit und Streckgrenze bei 0,2% erhalten werden, wenn der
vorher angelassene Stahl bei einer Temperatur zwischen 704 und 871°C, insbesondere
etwa 760'C behandelt wird. Wie die Tabellen zeigen, ergibt eine Behandlungszeit
von einer Stunde etwas bessere Ergebnisse als die kürzere Behandlungszeit von 10
Minuten.
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Die Auswirkung der Temperatur und Dauer der Kaltbehandlung erläutern
die Werte der -". belle Ic. Tabelle Ic Auswirkung der Kaltbehandlungstemperatur
auf die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur des 1 Stunde bei 510°C gehärteten
Stahls R 1078 nach Tabelle Ia
| Wärmebehandlungs- Kaltbehandlungs- Streckgrenze (0,20%) Zugfestigkeit
Dehnung |
| temperatur, 10 Minuten temperatur, 8 Stunden auf 5,1 cm
Re |
| IC ° C kg/mm2 kg/mm2 0/0 |
| -18 146,94 170,15 6 51,0 |
| 843 -46 157,49 175,07 7 52,0 |
| -73 155,03 175,77 6 52,0 |
| -18 146,24 169,44 8 50,0 |
| 899 -46 151,16 172,25 7 51,0 |
| -73 151,16 172,96 7 51,0 |
| - 18 142,02 165,93 9 51,5 |
| 954 -46 147,65 169,44 7 50,5 |
| -73 149,76 170,15 8 51,0 |
Die mechanischen Eigenschaften von nach Kaltbehandlung bei -73 und -46°C gehärteten
Stählen sind zwar etwa gleich, aber der Unterschied läßt die Behandlung bei der
tieferen Temperatur günstiger erscheinen. Die Behandlung bei diesen beiden Temperaturen
ist jedoch nur etwas besser als die Behandlung bei -18°C. Die Kaltbehandlung bei
-73°C wird bevorzugt. In der Praxis kann sich eine Kühlung bei -32°C als angemessen
erweisen.
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Während bei dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl weder die Wärmebehandlungstemperatur
noch die Temperatur der Kaltbehandlung sonderlich kritisch sind, ist die Temperatur
bei der Endhärtung recht kritisch. Die kritische Natur der zur Endhärtung durchgeführten
Wärmebehandlung erläutern an Hand der Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften
des Stahls bei Raumtemperatur die Werte der Tabelle Id. Tabelle Id Auswirkung der
Härtungstemperatur auf die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur des warm-
und kaltbehandelten Stahls gemäß Beispiel R 1078 von Tabelle Ia
| Härtungstemperatur, °C Streck- Zug- Dehnung |
| (1stündige Einwirkung grenze festig- auf Rc |
| der Temperatur) (0#2010) keit 5,1 an |
| kg/mm2 kg/mm2 0/0 |
| 316 117,98 141,74 8 42 |
| 371 121,14 143,57 9 42 |
| 427 - 160,72 7 47 |
| 482 147,22 173,59 7 49 |
| 510 157,49 177,95 5 50 |
| 538 153,69 180,69 4 50 |
| 566 160,30 180,34 5 51 |
| 593 149,76 162,83 6 48 |
| 649 95,41 139,21 8 42 |
Die Werte der Tabelle Id, insbesondere die für die Zugfestigkeit und Streckgrenze
genannten Werte, zeigen, daß man die besten Ergebnisse bei Durchführung der Endhärtung
in dem kritischen Bereich von 510 bis 566°C erhält. In diesem Bereich werden Zugfestigkeitswerte
von über 175 kg/mm2 bei Streckgrenzenwerten von im allgemeinen durchschnittlich
über 155 kg/mm2 erhalten. Die kritische Natur der Endhärtungsbehandlung zeigt sich
zwingend bei graphischer Darstellung der Zugfestigkeit und Streckgrenze als Funktion
der Härtetemperatur (F i g. 1 der Zeichnungen). Diese Kurven untermauern den allgemeinen
Bereich von 427 bis
621'C, der allgemein zufriedenstellende Ergebnisse liefert,
und den bevorzugteren Bereich von 510 bis 566°C.
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Die Härtungswärmebehandlung wird vorzugsweise dreistufig durch Erhitzen
des angelassenen Stahls, dann Kaltbehandlung desselben und schließlich Warmhärtung
desselben durchgeführt, aber günstige Ergebnisse unter Erzielung vieler der genannten
Vorteile werden auch mit anderen Wärmebehandlungen erhalten. Man erhält z. B. gute
Ergebnisse, wenn man den Stahl, der vorher nach oder ohne Anlassen bei einer Temperatur
von 954°C behandelt worden ist, einfach bei 8 Stunden bei einer Temperatur von etwa
-73°C kaltbehandelt und dann durch Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr
427 bis
621'C härtet. Die Tabelle II nennt die mechanischen Eigenschaften
bei Raumtemperatur eines erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls der analytischen
Zusammensetzung, 13,41% Chrom, 7,35% Nickel: 4,10% Molybdän, 1,20% Aluminium, 0,95%
Kohlenstoff, 0,81% Mangan, 0,64% Silicium, 0,012% Phosphor, 0,020% Schwefel, Rest
Eisen, der vorher 10 Minuten bei 954°C behandelt worden war und dann bei -73'C kaltbehandelt
und darauf durch Wärmebehandlung bei Temperaturen von 399, 441 und 510°C gehärtet
worden ist.
Tabelle II Auswirkung der Temperatur bei der Endhärtung
auf die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur von Bandmaterial (0,050" Gage)
aus kaltbehandeltem und warmgehärtetem, rostfreiem Chrom-Nickel-Molybdän-Aluminium-Stahl
| Streck- Zug- Dehnung |
| Zustand grenze festig- auf Rockwell- |
| (0,2%) keit 5,1 cm härte |
| kg/mm2 kg/mm2 0% |
| Angelassen 38,88 10l,95 27 RB 93 |
| gehärtet |
| bei 399°C 132,25 152,08 8 RC 46,5 |
| bei 441'C 147,93 166,84 9 RC 49,5 |
| bei 510°C 163,82 177,53 6 RC 51,5 |
Die Werte der Tabelle 11 zeigen, daß man die besten Ergebnisse in bezug auf die
Zugfestigkeit und Streckgrenze bei Endhärtung bei den höheren Temperaturen erhält.
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Die Ergebnisse sind mit der Zugfestigkeit und Streckgrenze vergleichbar,
die man bei der bevorzugten Behandlung durch Warmbehandeln, Kaltbehandeln und Warmendhärten
erhält (vgl. Tabelle Id).
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Eine andere Wärmebehandlung, die einige der gemäß der Erfindung erzielbaren
Vorteile liefert, besteht darin, den Stahl 11/2 Stunden oder länger auf 760°C zu
erhitzen, innerhalb einer Stunde auf Raumtemperatur (16°C) abzukühlen und dann wieder
11/2 Stunden auf etwa 5660C zu erhitzen. Die Tabelle III nennt die dabei mit dem
Stahl erhaltenen Ergebnisse, dessen analytische Zusammensetzung oben genannt ist
und dessen Eigenschaften in der Tabelle II zusammengestellt sind. Tabelle III Mechanische
Eigenschaften von Bandmaterial (0,050" Gage) aus mehrmals wärmebehandeltem rostfreiem
Chrom-Nickel-Molybdän-Aluminium-Stahl
| Streck- Zug- Dehnung |
| Zustand grenze festig auf Rockwell- |
| (0,20%) keit 5,1 cm härte |
| kg/mm2 kg/mrn2 0/0 |
| gehärtet |
| bei 566°C l51,16 159,88 7 RC48,5 |
Die Tabelle IVb erläutert die überlegenen Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden
Stähle bei erhöhter Temperatur einerseits an Proben, die der bevorzugten Wärmebehandlung
(1stündige Wärmebehandlung bei etwa 760°C, darauf 8stündige Kaltbehandlung bei -73'C
und Härtung durch 1stündige Wärmebehandlung bei 538'C) unterworfen worden sind,
und andererseits an Proben, die in anderer Weise wärmebehandelt wurden (nach einer
vorherigen Behandlung bei 954°C eine 8stündige Kaltbehandlung bei -73°C und 1stündige
Warmendhärtung bei 5380C). Die chemischen Analysen der verschiedenen Stähle sind
in Tabelle IVa genannt. Tabelle IVa Chemische Analyse von rostfreien Chrom-Nickel-Molybdän-Aluminium-Stählen
| Ausgewogenheitsfaktor |
| Probe C Mn Si Cr Ni AI Mo |
| austenitisch ferritisch |
| R 1415 0,083 0,62 0,64 11,45 7,48 l,13 5,97 9,865 20,32 |
| R 1419 0,083 0,62 0,62 11,41 7,51 1,10 6,24 9,895 20,47 |
| R 1409 0;071 0,60 0,59 11,29 6,87 1,12 6,l7 8,945 20,29 |
| R 1407 0,070 0,58 0,53 11,38 7,38 1,15 5,99 9,32 20,20 |
| R 1411 0,068 0,59 0,57 11,50 7,45 1,13 6,28 9,445 20,61 |
| R 1417 0,086 0,62 0,60 11,36 6,77 1,12 6,29 9,230 20,49 |
Tabelle IVb Zugfestigkeitseigenschaften von rostfreiem Chrom-Nickel-Molybdän-Aluminium-Stahl
bei kurzzeitiger Einwirkung erhöhter Temperaturen
| Temperatur Streckgrenze Zugfestigkeit Dehnung |
| Probe (0,20%) auf 5,1 cm Austenit Ferrit |
| °C kg/mm2 kg/mm2 0% |
| 1. Anlassung und Behandlung bei 760°C, Kaltbehandlung bei -73°C,
Warmhärtung bei 538°C |
| RT* 174,72 191,52 3 |
| 316 136,05 163,11 3 |
| R 1415 482 99,49 128,31 10,5 9,865 20,32 |
| 538 81,56 106,52 14 |
| 593 60,11 81,56 13 |
| RT 166,70 191,94 2 |
| 427 119,17 l46,24 6,5 |
| R 1419 482 100,19 129,02 9,5 9,895 20,47 |
| 538 82,26 107,92 13 |
| 593 59,76 82,26 14 |
| Fortsetzung |
| Temperatur Streckgrenze Zugfestigkeit Dehnung |
| Probe (0,2%) auf 5,1 cm Austenit Ferrit |
| .C kg(mm2 kg/mm2 0/0 |
| RT 168,74 187,02 5 |
| 316 132,18 161,01 2 |
| R 1409 427 115,31 143,78 6 8,945 20,29 |
| 538 76,64 105,11 14 |
| 566 68,20 94,92 14,5 |
| 2. Anlassung und Behandlung bei 954°C, Kaltbehandlung bei -
73'C, Warmhärtung bei 538'C |
| RT 164,52 182,29 4 |
| 316 133,59 163,82 3 |
| R 1407 482 95,97 122,34 10 9,32 20,20 |
| 538 76,99 103,35 12 |
| 593 59,76 81,56 12 |
| RT 163,33 182,80 3 |
| 316 131,12 157,14 3 |
| R 1411 427 110,38 141,32 7 9,445 20,61 |
| 482 95,27 123,74 10 |
| 538 80,50 104,76 13 |
| 566 70,31 92,81 17 |
| RT 159,94 179,78 5 |
| 316 128,66 155,38 3 |
| R 1417 427 110,74 136,40 7 9,230 20,49 |
| 538 77,69 102,30 12,5 |
| 593 61,52 78,74 18,0 |
| * RT = Raumtemperatur. |
Ein einfacher Vergleich der Werte von Teil 1 und Teil 2 der Tabelle IVb zeigt, daß
die Festigkeit des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls bei kurzzeitiger Einwirkung
erhöhter Temperaturen, die man bei der bevorzugten Wärmebehandlung erhält, wesentlich
besser als die bei der anderen Wärmebehandlung erhaltene ist. Dieser Vergleich ist
in F i g. 2 der Zeichnung graphisch veranschaulicht.
-
Eine andere bevorzugte Behandlung der erfindungsgemäß zu verwendenden
Stähle nach dem Anlassen bei 1038 bis 1121°C besteht darin, die Stähle auf 538 bis
649°C zu erhitzen und abzukühlen. Der Stahl wird hierauf bei -34 bis -101 ° C gekühlt
und hierauf durch erneutes Erhitzen auf 371 bis 621°C, insbesondere etwa 538 bis
566°C, gehärtet. Die Härtung der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle wird auch
erreicht, indem man eine drastische Kaltwalzung oder andere Kaltbearbeitung, d.
h. von mindestens 25 und vorzugsweise etwa 60% oder mehr, durchführt und darauf
durch Wärmebehandlung aushärtet. So werden bei einem Stahl, der analytisch etwa
1101o Chrom, 8% Nickel, 5% Molybdän und l0/0 Aluminium, Rest Eisen ergibt, im wesentlichen
nur Eisen ergibt, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften entwickelt, wenn man
den Stahl durch Kaltbearbeitung um etwa 60% reduziert und dann durch Erhitzen auf
etwa 510 bis 566°C warmhärtet und abkühlt. Did Tabelle Va nennt die chemische Analyse
dieses Stahls.; die mechanischen Eigenschaften sind in Tabelle Vb zusammengestellt.
Tabelle Va Chemische Analyse eines speziellen rostfreien Chrom-Nickel-Aluminium-Stahls
| Probe C Mn P S Si Cr Ni Mo AI |
| V 421 0,07 0,44 0,012 0,017 0,43 I 11,55 I 8,00 I 6,00 I 1,23 |
Tabelle Vb Mechanische Eigenschaften des Stahls nach Tabelle IVa
| Probe Zustand* Streckgrenze (0,2%) Zugfestigkeit Dehnung auf
5,1 an Rockwellhärte |
| kglmm2 kg(mm2 010 |
| V 421 C 163,47 171,90 3 48,0 |
| V 421 CH 950 219,71 232,72 3 57,0 |
| V 421 CH 1000 204,88 226,53 4 56,5 |
| V 421 CH 1050 202,49 220,77 4 55,5 |
| * C = 60% kaltgewalzt. |
| CH 950 = 60% kaltgewalzt und 1 Stunde bei 510°C gehärtet. |
| CH 1000 = 60% kaltgewalzt und 1 Stunde bei 538°C gehärtet. |
| CH 1050 = 600% kaltgewalzt und 1 Stunde bei 566°C gehärtet. |
Alle Prüfungen sind in Längsrichtung durchgeführt. Besonders bemerkenswert
ist die hohe Zugfestigkeit des kaltgewalzten und ausgehärteten Stahls, die 210 kg/mm2
weit überschreitet, wie auch die ausgezeichnete Streckgrenze, die sich einem Wert
von 210 kg/mm2 nähert.
-
Die allgemeine Auswirkung der chemischen Ausgewogenheit des erfindungsgemäß
zu verwendenden Stahls der Erfindung, d. h. die Ausgewogenheit zwischen den austenitbildenden
Bestandteilen (als das Fünfundzwanzigfache des Kohlenstoffgehalts und die Hälfte
des Mangangehalts und den Nickelgehalt bemessen) gegenüber den ferritbildenden Bestandteilen
(als Summe des Gehaltes an Chrom, Molybdän und Silicium und das Doppelte des Aluminiumgehalts
bemessen) zeigt, daß die größte Festigkeit erzielt wird, wenn die Summe der austenitbildenden
Bestandteile einen höheren Wert und die Summe der ferritbildenden Bestandteile einen
niedrigeren Wert hat. Die Tabelle VIb nennt die mechanischen Eigenschaften einer
Reihe von beispielsweise erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle mit unterschiedlicher
Zusammensetzung; die Analysen dieser Stähle sind in der Tabelle VIa zusammengestellt,
wobei die Proben nach Tabelle IVa mit aufgeführt sind. Tabelle VIa Chemische Analyse
von rostfreien 12-7-6-Cr-Ni-Mo-Al-Stählen
| Probe C Mn si Cr Ni A1 Mo Aus'ogenheitsfaktor |
| austenitisch ferritisch |
| R 1405 0,067 0,61 0,56 11,63 6,84 1,16 5,92 8,82 20,43 |
| R 1406 0,069 0,62 0,59 12,53 5,87 1,16 6,03 8,905 21,49 |
| R l407 0,070 0,58 0,53 1l,38 7,38 l,15 5,99 9,32 20,20 |
| R 1408 0,065 0,63 0,66 12,56 7,39 1,15 5,92 9,33 21,44 |
| R 1409 0,071 0,60 0,59 l1,29 6,87 1,12 6,17 8,945 20,29 |
| R 14l0 0,064 0,62 0,60 12,46 6,75 l,03 6,21 8,66 21,33 |
| R 14l1 0,068 0,59 0,57 1l,50 7,45 1,13 6,28 9,445 20,61 |
| R 1412 0,068 0,62 0,54 12,44 7,48 1,08 6,28 9,49 21,42 |
| R 1413 0,079 0,58 0,56 1l,47 6,82 1,06 5,87 9,085 20,97 |
| R 1414 0,082 0,60 0,58 12,35 6,85 1,10 5,92 9,20 2l,05 |
| R 1415 0,083 0,62 0,64 1l,45 7,48 1,13 5,97 9,865 20,32 |
| R 1416 0,083 0,63 0,63 12,26 7,47 1,08 5,95 9,855 21,00 |
| R l417 0,086 0,62 0,60 11,36 6,77 1,12 6,29 9,230 20,49 |
| R 1418 0,085 0,60 0,60 12;30 6,86 1,07 6,24 9,285 21,28 |
| R 14l9 0,083 0,62 0,62 11,41 7,51 1,10 6,24 9,895 20,47 |
| R 1420 0,088 0,63 0,6l 12,42 7,40 1,14 6,26 9,915 2l,57 |
Tabelle VIb Mechanische Eigenschaften eines 1 Stunde bei 760°C behandelten, 8 Stunden
bei -73°C gekühlten und 1 Stunde bei 538°C warmgehärteten, rostfreien Chrom-Nickel-Molybdän-Aluminium-Stahls
(PH 12-7-6)
| Streckgrenze Zug- Dehnung Rockwell- |
| Probe (0,2%) festigkeit auf 5,1 cm C-Härte |
| kg/mm2 kg/mm2 0/0 |
| R 1405 164,52 183,50 5 52,0 |
| R 1406 l55,38 176,26 4 51,5 |
| R 1407 172,25 188,78 3 53,0 |
| R 1408 158,76 179,14 6 52,0 |
| R 1409 168,74 187,02 5 53,0 |
| R 1410 157,74 179,99 4 52,0 |
| R l411 l68,74 190,53 3 54,0 |
| R 1412 152,13 l75,77 4 51,5 |
| R 14l3 160,58 181,04 4 52,5 |
| R 14l4 158,97 177,67 3 52,5 |
| R 1415 174,72 191,52 3 53,0 |
| R 1416 165,22 182,80 3 52,0 |
| R 1417 167,83 l87,23 3 53,0 |
| R 1418 157,98 179,99 3 52,0 |
| R 1419 166,70 191,94 2 54,0 |
| R 1420 l55,03 178,58 5 52,0 |
Die Werte der Tabellen Vla und VIb zeigen, daß die hohen Zugfestigkeiten bei den
Stählen erhalten werden, bei denen die Summe der austenitbildenden' Bestandteile
groß und die Summe der feiritbildenden' Bestandteile klein ist. F i g. 3 der Zeichnungeü
,er= läutert dies graphisch.
-
Tabelle VIIa nennt eine weitere Reihe bevorzugter Stähle. Die bei
der Kaltbehandlung erhaltenen Ergebnisse, der Gehalt an Delta-Ferrit und die Aus-,
gewogenheit zwischen austenit- und ferritbildenden Bestandteilen sind in der Tabelle
VIIb und die entsprechenden mechanischen Eigenschaften im gehärteten Zustand in
den Tabellen VIIc und VIld genannt. Tabelle VIIa Chemische Analyse von rostfreien
11-8-6-Cr-Ni-Mo-Al-Stählen
| Probe C Mn Si Cr Ni Mo AI |
| R 1861 0,066 0,57 0,47 .11,27 7;77 5,88 1,15 |
| R 1962 0,069 0,59 0,49 11,83 7,72 6,00 1,l5 |
| R 1879 0,071 0,57 0,48 10,53 8;90 5,79 l,22 |
| R 1939 0,076 0,44 0,46 11,26 8,05 5,70 1,16 |
| R 1940 0,075 0,37 0,37 11,17 8;60 5,94 1,17 |
| R 1941 0,076 0,44 .0,39 11,05 8,99 6,00 1,13. |
| Fortsetzung |
| Probe C Mn si Cr Ni Mo Al |
| R 1943 0,077 0,44 0,40 9,76 9,06 6,29 1,09 |
| R 1945 0,078 0,40 0,41 11,74 8,11 6,15 1,14 |
| R 1944 0,077 0,47 0,41 9,72 9,51 6,23 1,12 |
| R 1946 0,083 0,38 0,41 1l,78 8,58 6,21 1,06 |
| R 2022 0,081 0,45 0,44 11,12 8,47 6,07 0,99 |
| R 2023 0,082 0,43 0,39 11,08 8,94 6,00 1,13 |
| R 2026 0,080 0,44 0,46 10,47 8,99 5,99 1,24 |
| R 2043 0,080 0,49 0,38 11,20 8,23 6,02 1,27 |
Tabelle VIlb Ergebnisse bei der Kaltbehandlung, Delta-Ferrit-Gehalt und chemische
Ausgewogenheit von rostfreien 11-8-6-Cr-Ni-Mo-Al-Stählen
| Rockwell- ockwell- Delta- Ausgewogenheits- |
| Probe B-Härte, B-Härte, Ferrit faktor |
| ange- kalt- auste- ferri- |
| lassen behandelt % nitisch tisch |
| R 1861 91 94 10 9,705 19,92 |
| R 1862 93 94 10 9,74 20,62 |
| R 1879 85 85 4 10,96 19,24 |
| R 1939 90 90 8 10,17 19,74 |
| R 1940 86 86 5 10,66 19,82 |
| R 1941 83 83 4 11,11 19,70 |
| R 1943 82 97 2 11,205 18,63 |
| R 1944 80 85 0 11,67 18,60 |
| R 1945 91 92 12 10,26 20,58 |
| R 1946 88 88 10 10,845 20,51 |
| R 2022 88 88 5 10,72 19,61 |
| R 2023 84 87 3 11,205 19,73 |
| R 2026 83 84 1 11,21 19,40 |
| R 2043 89 89 10 10,475 20,14 |
Die Tabelle VIIb zeigt, daß der Gehalt der Stähle an Delta-Ferrit gewöhnlich weniger
als 12 Volumprozent (gewöhnlich weniger als 10%) und häufig weniger als 5% beträgt.
Die Härte im angelassenen Zustand beträgt gewöhnlich weniger als Rockwell B 90.
Diese Härte wird durch Behandlung bei Temperaturen, wie sie beim Versand bei kalter
Witterung erreicht werden (-18°C), gewöhnlich nicht erhöht; eine gelegentlich auftretende
Erhöhung beträgt nicht mehr als 1 oder 2 Punkte. Tabelle VIIc Mechanische Eigenschaften
eines 2 Stunden bei 760°C behandelten, 2 Stunden bei -32°C kaltbehandelten und 2
Stunden bei 538°C warmgehärteten, rostfreien 11-8-6-Cr-Ni-Mo-Al-Stahls
| Streckgrenze Zug- Dehnung Rockwell- |
| Probe (p,2%) festigkeit auf 5,1 cm C_Härte |
| kg/mm2 kg/mm2 0/0 |
| R 1861 182,80 196,23 4 54 |
| R 1862 174,93 190,53 4 53 |
| R 1879 176,94 197,92 4 54,5 |
| R 1939 179,71 198,27 4 54 |
| R 1940 182,24 198,41 4 54 |
| R 1941 161,00 180,97 4 53 |
| Streckgrenze Zug- Dehnung Rockwell- |
| Probe (0,20%) festigkeit auf 5,1 cm C_Härte |
| kg/mm2 kg/mm2 0/0 |
| R 1943 179,29 199,39 6 54,5 |
| R 1944 137,87 182,80 4 51,5 |
| R 1945 175,77 193,49 5 53,5 |
| R 1946 165,22 184,28 6 53 |
| R 2022 179,29 195,81 5 54 |
| R 2023 162,41 182,10 6 52,5 |
| R 2026 163;47 186,74 9 53 |
| R 2043 185,33 199,67 4 54,5 |
Tabelle VIld Mechanische Eigenschaften eines 2 Stunden bei 760°C behandelten, 2
Stunden bei -32°C kaltbehandelten, 2 Stunden bei 538'C warmgehärteten, im Ofen auf
510°C abgekühlten, 3 Stunden auf dieser Temperatur gehaltenen, im Ofen auf 482°C
abgekühlten, 3 Stunden auf dieser Temperatur gehaltenen und an Luft weiter abgekühlten,
rostfreien I1-8-6-Cr-Ni-Mo-Al-Stahls
| Streckgrenze Zug- Dehnung Roc@,ell- |
| Probe (0,2%) festigkeit auf 5,1 can C_Härte |
| kg/mm2 kg/mm2 0/0 |
| R 1861 188,00 204,10 4 55 |
| R 1862 173,80 197,00 5 55 |
| R 1879 182,10 204,53 3 56 |
| R 1939 189,83 203,89 4 55,5 |
| R 1940 188,14 203,19 4 55 |
| R 1941 169,72 188,85 5 53 |
| R 1943 180,69 204,32 6 55 |
| R 1944 151,87 186,46 5 53 |
| R 1945 187,02 201,50 4 55 |
| R 1946 171,62 189,83 3 54,5 |
| R 2022 182,80 201.,50 4 55,5 |
| R 2023 161,85 186,32 7 53 |
| R 2026 166,77 192,29 5 54 |
| R 2043 189,27 206,71 5 56 |
Allgemein zeigen die Tabellen VIIc und wiederum VIId, daß die höchste Festigkeit
bei den Stählen mit maximalem Austenit- und minimalem Ferritgehalt erhalten wird.
Darüber hinaus zeigt ein Vergleich der Tabellen VIIc und VIb, daß die Stähle der
besonders bevorzugten Zusammensetzung, die allgemein als rostfreier 11-8-6-Cr-Ni-Mo-AI-Stahl
bezeichnet werden, eine noch höhere Festigkeit als die 12-7-6-Stähle haben. Ferner
zeigt ein Vergleich der mechanischen Eigenschaften der nach den beiden verschiedenen
Verfahren gehärteten Stähle, daß man die besten Ergebnisse bei der Härtung unter
Anwendung der verzögerten Abkühlung im Ofen (Behandlung nach Tabelle VIId) erhält.
-
Die Tabelle VIIIa gibt jeweils mehrere spezielle Beispiele für die
erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle mit hohem Molybdängehalt, d. h. einem solchen
von 8, 10 und 12% (analytische Zusammensetzung 8 bis 10% Chrom, 8,5 bis 9,5% Nickel,
8% Molybdän, 0,8 bis 1,4% Aluminium, Rest Eisen; 7 bis 8% Chrom, 9 bis 10% Nickel,
10% Molybdän, 0,8 bis 1,4% Aluminium, Rest Eisen; 4 bis 6% Chrom, 10 bis 12% Nickel,
120% Molybdän, 0,8 bis 1,4% Aluminium, Rest Eisen). Die mechanischen Eigenschaften
dieser Stähle sind in der Tabelle VIIIb genannt.
Tabelle VIIIa
Chemische Analyse und chemische Ausgewogenheit von drei Gruppen von Chrom-Nickel-Molybdän-Aluminium-Stählen
(Molybdängehalt etwa 8, 10 bzw. 12°/o)
| Probe C Mn Si Cr Ni Mo AI Ausgewogenheitsfaktor |
| austenitisch ferritisch |
| R 2233 0,083 0,64 0,66 9,56 I 9,43 8;00 I 1,17 11,825 20,56 |
| R 2391 0,070 0,51 0,52 8,89 8,37 7,87 1,14 10,375 19,56 |
| R 2392 0,073 0,54 0158 8,93 8,90 8,03 1,15 10;995 19,84 |
| R 2394 0,075 0,50 0,52 8,23 8,40 8,03 1,18 10,525 19,14 |
| R 2395 0,078 0,49 0,56 8,36 9,00 8,10 1,20 11,195 19,42 |
| R 2237 0,070 0,67 0,73 7,69 9,47 10,00 1,12 11,555
20,66 |
| R 2397 0,066 0,54 0,56 7,03 9,38 10,20 1,14 11,30 20,07 |
| R 2400 0,076 0,47 0,48 7,85 8,89 10,13 1,16 11,025 20,78 |
| R 2243 0,080 0,67 0,82 6,12 9,84 12,30 1,14 12,175 21,54 |
| R 2401 0,068 0,52 0,61 4,51 11,86 12,14 1,23 13,815
19,72 |
| R 2404 0,081 0;49 0,58 3,72 10,82 11,93 1,13 13,09 18,49 |
Die Menge des Delta-Ferrits in den obengenannten Stählen beträgt weniger als 12
Volumprozent und bei der zweiten und dritten Gruppe von Stählen gewöhnlich ungefähr
3 bis 5 Volumprozent. Tabelle VIIIb Mechanische Eigenschaften der Stähle gemäß den
drei Gruppen der Tabelle `v IIIa, bestimmt an 2 Stunden bei 760°C warmbehandelten,
8 Stunden bei -73'C kaltbehandelten und 2 Stunden bei 538'C warmgehärteten Bandmaterialproben
| Streckgrenze Zug- Dehnung Rockwell- |
| Probe (0,2°%) festigkeit auf 5,1 cm C-Härte |
| kg/nun2 kglmm2 0% |
| R 2233 139,91 190,89 4 53 |
| R 2391 196,86 220,06 2 57 |
| R 2392 202,49 221,82 2 57 |
| R 2394 190,53 213,88 1 57 |
| R 2395 204,60 209,52 - 58 |
| R 2237 192,64 215,85 2 57 |
| R 2397 194,05 208,11 1 57 |
| R 2400 182,80 202,07 1 56 |
| R 2243 203,89 208,46 0;5 60 |
| R 2401 208,11 210,92 1 58 |
| R 2404 215,85 229,20 1 60 |
Bei 2stündiger Behandlung bei 649°C werden vergleichbare mechanische Eigenschaften
erhalten, desgleichen bei einer von 10 Minuten bis 2 Stunden durchgeführten Behandlung
bei 927°C. In der Tat scheint die höchste Zugfestigkeit bei den Stahlsorten mit
niedrigerem Chrom- und höherem Molybdängehalt sich beim Behandeln bei 927°C und
darauffolgendem Kühlen auf -73°C und Härten bei 538°C einzustellen, wobei die Zugfestigkeit
des Stahls mit einem Molybdängehalt von 12% im Bereich von ungefähr 210 bis 230
kg/mxns liegt; wenngleich die Duktilität leidet. Im allgemeinen wird daher der Stahl
vorzugsweise auf 760°C erhitzt, hierauf gekühlt und darauf bei etwa 53:8°C gehärtet.
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Zur weiteren Erläuterung sind die folgenden rostfreien Chrom-Nickel-Aluminium-Stähle
angegeben, deren erster etwa 6% Molybdän, zweiter etwa 60% Wolfram, dritter etwa
2% Molybdän und 30% Wolfram und vierter etwa 2% Molybdän, 2% Wolfram und 1 % Vanadin
enthält. Die Tabelle IXa nennt die chemische Analyse dieser Stähle; die mechanischen
Eigenschaften im warmgehärteten Zustand sind in der Tabelle IXb zusammengestellt.
Tabelle IXa Chemische Analyse von 4 warmhärtbaren rostfreien Cr-Ni-AI-Stählen
| Probe C Mn P S Si cr Ni Mo Al W V |
| i |
| R 1078 0,065 0,53 0,010 0,010 0,59 11,50 7,20 6,08 1,34 - - |
| R 1197 0,10 0,47 0,011 0,010 0,44 12,08 7,26 - 1,31 6,44 - |
| R 1207 0,11 0,45 0,009 0,011 0,37 12,26 7,26 1,78 1,29 3,13
- |
| R 1257 0,11 0,47 0,010 0,010 0,39 13,17 .7,21
1,75 1;33 2,17 0,48 |
Tabelle IXb Mechanische Eigenschaften der Stähle nach TabelleXa
nach Behandlung bei 760°C, 8stündiger Kaltbehandlung bei -73'C und 1 ständiger Warmhärtung
bei
566°C
| Profil- Zug- Streck- |
| Probe festig- grenze Dehnung R@Ckwell- |
| quer- keit (0,2°/o) C-Härte |
| schnitt |
| kg/mm2 kg/mm2 °/o |
| R 1078 Band 178,72 166,49 4,0 51,5 |
| R 1197 Stab 175,14 159,60 9,3 50 |
| R l207 Stab 179,78 l55,45 l0,7 51 |
| R l257 Stab 167,75 145,05 10,7 50 |
Wie die Tabellen IXa und lXb zeigen, besitzen die Molybdän und/oder Wolfram enthaltenden
Stähle eine Zugfestigkeit von etwa 175 kg/mm2 bei einer Streckgrenze von etwa 155
kg/mm2, während diese Festigkeitswerte bei dem sowohl Molybdän als auch Wolfram
als auch Vanadin enthaltenden Stahl etwas geringer sind. Alle Stähle haben eine
Rockwellhärte von C 50 oder eine bessere Härte. Gewisse weitere Vorteile können
durch Zusatz von bis zu etwa 0,10% Titan oder Zirkonium erhalten werden. Durch diesen
Zusatz wird die Schweißbarkeit verbessert und sichergestellt, daß man eine gesunde
Schweißstelle erhält und an der Schweißnaht keine nadelfeinen Löcher auftreten.
Darüber hinaus kann man dem Stahl zur Verbesserung seiner Zähigkeit bis zu etwa
0,50°/o Niob zusetzen.
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Die folgenden drei Beispiele der Tabelle Xa erläutern den in einer
Arbeitsstufe warmhärtbaren Stahl. Die Tabelle Xb nennt die mechanischen Eigenschaften
im angelassenen Zustand (1/2stündige Behandlung bei 1038'C und Abschreckung in 01)
und im ausgehärteten Zustand (nach der vorgenannten Anlaßbehandlung und dann 1stündiger
Behandlung bei 566°C und Abkühlung an der Luft). Tabelle Xa Chemische Analyse von
3 in einer einzigen Behandlung härtbaren Cr-Ni-AI-Stählen
| Probe C Mn P S Si Cr Ni Mo Al |
| R 2711 0,027 0,33 0,018 0,011 0.44 4,05 8,08 6,42 1,09 |
| R 2707 0,037 0,39 0,020 0,029 0,19 6,23 9,55 5,73 1,22 |
| R 2712 0,031 0,33 0,0l8 0,012 0,47 7,60 8,19 6,37 1,11 |
Tabelle Xb Mechanische Eigenschaften der Stähle gemäß Tabelle Xa im angelassenen
Zustand (1/2stündige Behandlung bei 1038'C und Abschreckung in 0l) und im warmgehärteten
Endzustand (Anlassung und 1stündige Behandlung bei 566°C und Abkühlung an Luft)
| Zug- Streckgrenze Dehnung Ein- Rockwell- |
| Probe Zustand festigkeit (0,2°/o) auf 5,1 cm schnürung |
| C-Härte |
| kg/mm2 kg/mm2 o/° o/o |
| R 2711 angelassen 104,76 73,82 9 44 31 |
| R 2707 angelassen 105,46 75,23 9 41 32 |
| R 2712 angelassen 106,87 76,64 8 41 32 |
| R 2711 gehärtet 198,27 174,36 11 38 53 |
| R 2707 gehärtet 206,00 177,18 9 35 54 |
| R 2712 gehärtet 203,89 176,47 10 36 54 |
In dem obigen Beispiel wird zwar eine Lösungsbehandlung bei 1038°C und eine Aushärtung
bei 566°C angewandt, aber man kann, wenn gewünscht, den in einer einzigen Behandlung
härtbaren Stahl auch in einem breiteren Temperaturbereich von; 816 bis
1121'C lösungsbehandeln und in Luft, i31 oder Wasser abschrecken. Der Stahl
befindet sich dabei in einem martensitischen Zustand. Diese Härtung kann durch Behandlung
bei 427 bis
621'C und Abkühlung erfolgen.
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Die in einer einzigen Arbeitsstufe wärmehärtbaren Stähle besitzen
eine geringe Härte und gute Duktilität im angelassenen Zustand sowie hohe Zugfestigkeit
und eine hohe Streckgrenze im warmgehärteten Zustand. Ferner ist die Duktilität
im gehärteten. Zustand, wie die Dehnung und Einschnürung zeigen, gut und schneidet
beim Vergleich mit derjenigen des nach Doppelbehandlungsverfahren gehärteten Stahls
gut ab. Diese Stähle haben einen besonders geringen Delta-Ferrit-Gehalt, der 2 Volumprozent
'überschreitet, und besitzen gute Quereigenschaften; solche Eigenschaften sind besonders
wichtig, wenn der Stahl bei seiner Verwendung in mehreren Richtungen beansprucht
wird. Aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl lassen sich auf Grund seiner
isotropen Eigenschaften leicht die Außenhüllen von Geschossen, Raketen und Überschallflugzeugen
herstellen.