Verwendung von austenitischen Stahllegierungen als Werkstoff für geschweißte
Bauteile, die dem Angriff von Seewasser und/oder Meeresatmosphäre ausgesetzt sind
Nichtmagnetisierbare Stahllegierungen haben in letzter Zeit als Werkstoff für den
Bau von U-Booten erhebliche Bedeutung gewonnen. Unter nichtmagnetisierbaren Stahllegierungen
sollen hier nur solche verstanden werden, deren Permeabilität sowohl bei der Verarbeitung,
beispielsweise Erwärmen und Schweißen, als auch bei den während des Gebrauchs auftretenden
Beanspruchungen kleiner als 1,01 G/Oe ist. Für diesen Zweck wurden vor allem Stahllegierungen
mit etwa 0;40% Kohlenstoff, 18% Mangan, 40% Chrom, 0,10% Stickstoff verwendet, die
im lösungsgeglühten Zustand eine Streckgrenze von mehr als 40 kp/mm2 haben. Irrtümlicherweise
wurde zunächst angenommen, daß diese Stähle gegen Spannungsrißkorrosion beständig
sind. Diese Annahme beruht auf der Feststellung, daß bei Beanspruchungen durch die
für austenitische Stähle übliche 'Magnesiumchloridlösung unter gleichzeitiger Biegebeanspruchung
keine Rißbildung auftrat. Dagegen wurde bei Untersuchungen dieser Stahllegierungen
im geschweißten Zustand in kochendem Seewasser bei einer Spannung, die 900% der
Streckgrenze beträgt, festgestellt, daß diese Proben in der wärmebeeinflußten Zone
bereits nach 15 Stunden vollständig durch Spannungsrißkorrosion zerstört wurden.
Tatsächlich sind bei den aus derartigen Stählen gefertigten U-Booten schon nach
mehrmonatigem Einsatz Risse aufgetreten, die ihre weitere Verwendung in Frage stellen.Use of austenitic steel alloys as a material for welded
Components that are exposed to attack by sea water and / or the marine atmosphere
Non-magnetizable steel alloys have recently been used as a material for the
Construction of submarines gained considerable importance. Among non-magnetizable steel alloys
are to be understood here only as those whose permeability both during processing,
for example, heating and welding, as well as those occurring during use
Stresses less than 1.01 G / Oe. Steel alloys were mainly used for this purpose
with about 0; 40% carbon, 18% manganese, 40% chromium, 0.10% nitrogen used the
in the solution annealed condition have a yield strength of more than 40 kp / mm2. Mistakenly
it was initially assumed that these steels were resistant to stress corrosion cracking
are. This assumption is based on the finding that when stressed by the
Magnesium chloride solution common for austenitic steels under simultaneous bending stress
no cracking occurred. On the other hand, in investigations of these steel alloys
when welded in boiling sea water at a tension that is 900% of the
Yield strength, found that these samples were in the heat affected zone
were completely destroyed by stress corrosion cracking after only 15 hours.
In fact, the submarines made of such steels are already behind
several months of use cracks appeared, which call their further use into question.
Stahllegierungen mit 18% Chrom und etwa 8% Nickel sowie mit Gehalten
an Molybdän sind zwar gegen Seewasser weitgehend unempfindlich, weisen aber nur
im kaltverfestigten Zustand genügend hohe Streckgrenzenwerte auf, so daß aus derart
kaltverfestigten Stahlblechen keine Bootskörper hergestellt werden können. Da aber
diese Stahlbleche nur durch Warmbiegen und Schweißen für diesen Zweck weiterverarbeitet
werden können, werden durch diese Erwärmung der Stahlbleche zonenweise die Rekristallisationstemperaturen
erreicht, und die Streckgrenzenwerte sinken wieder ab. In solchen Fällen kann die
rechnerische Stabilität der Boote nicht mehr gewährleistet werden. Das gleiche gilt
für Stahllegierungen mit 16 bis 30% Chrom, 7 bis 20% Nickel, bis 0,20% Kohlenstoff
und 1 bis 5% Molybdän, denen entweder 1,5 bis 5% Mangan oder bis 4% Mangan und mindestens
4 - C an Niob zulegiert sind. Weiterhin sind austenitische Stähle mit etwa 0,05%
Kohlenstoff, 0,5% Mangan, 23% Chrom, 50% Nickel und 0,280% Stickstoff bekannt, die
zwar im geglühten Zustand eine Streckgrenze von etwa 55 kp/mm2 aufweisen, jedoch
nicht als amagnetisch - im vorstehenden Sinne anzusehen sind.Steel alloys with 18% chromium and about 8% nickel and with contents
of molybdenum are largely insensitive to sea water, but only have
in the work-hardened state sufficiently high yield strength values, so that from such
cold-hardened steel sheets no boat hull can be produced. Here but
these steel sheets are only further processed for this purpose by hot bending and welding
can be, the recrystallization temperatures are zone by zone due to this heating of the steel sheets
reached, and the yield strength values drop again. In such cases, the
The mathematical stability of the boats can no longer be guaranteed. The same goes for
for steel alloys with 16 to 30% chromium, 7 to 20% nickel, up to 0.20% carbon
and 1 to 5% molybdenum, which is either 1.5 to 5% manganese or up to 4% manganese and at least
4 - C are added to niobium. Furthermore, austenitic steels with about 0.05%
Carbon, 0.5% manganese, 23% chromium, 50% nickel and 0.280% nitrogen are known to the
have a yield strength of about 55 kp / mm2 in the annealed state, however
are not to be regarded as non-magnetic in the above sense.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegierung mit
einer Streckgrenze (0,2-Grenze) von mehr als 40 kp/mm2 im nichtkaltverfestigten
Zustand vorzuschlagen, die als Werkstoff für nichtmagnetisierbare, dem Angriff von
Seewasser und/oder Meeresatmosphäre ausgesetzte geschweißte Bauteile geeignet ist,
wobei nach dem Schweißen keine nachträgliche Wärmebehandlung erforderlich ist. Dabei
soll unter dem Begriff »nichtkaltverfestigt« verstanden werden, daß die verwendeten
Werkstoffe bei der Herstellung nicht zum Zwecke der Erhöhung der Streckgrenze kaltgewalzt
oder auf andere Weise kaltverformt sind. Kaltverformungen, wie z. B. bei der Verarbeitung
notwendig, können dagegen ohne Beeinträchtigung der sonstigen Eigenschaften durchgeführt
werden. Insbesondere sollen diese Stahllegierungen als Wrkstoff für den Stahlkörper
von Unterseebooten verwendet werden.
Erfindungsgemäß werden hierfür
austenitische Stahllegierungen mit max. 0,07% Kohlenstoff max. 0,7% Silizium 4 bis
12% Mangan 22 bis 15% Chrom 16 bis 6% Nickel 0,23 bis 0,4% Stickstoff 3% und weniger
Molybdän Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Begleitelementen und Verunreinigungen
verwendet.The invention is based on the object of a steel alloy with
a yield point (0.2 limit) of more than 40 kp / mm2 in the non-cold-hardened
To propose the condition as a material for non-magnetizable, the attack of
Welded components exposed to sea water and / or the sea atmosphere are suitable,
no subsequent heat treatment is required after welding. Included
should be understood by the term "not cold-hardened" that the used
Materials not cold-rolled during manufacture for the purpose of increasing the yield strength
or otherwise cold worked. Cold deformation, such as B. in processing
necessary, but can be carried out without impairing the other properties
will. In particular, these steel alloys are intended as an active material for the steel body
used by submarines.
According to the invention for this
Austenitic steel alloys with max. 0.07% carbon max. 0.7% silicon 4 to
12% manganese 22 to 15% chromium 16 to 6% nickel 0.23 to 0.4% nitrogen 3% and less
Molybdenum Remainder iron with the usual contents of accompanying elements and impurities
used.
Im Falle von niedrigen Gehalten an Kohlenstoff und Stickstoff sind
die Chrom- bzw. die Molybdängehalte sowie der Nickelgehalt innerhalb der angegebenen
Bereiche hoch zu wählen und umgekehrt.In the case of low levels of carbon and nitrogen are
the chromium or molybdenum content as well as the nickel content within the specified
Choosing high areas and vice versa.
Für ein optimales Verhältnis dieser Elemente ist die Anwendung folgender
Regeln zu empfehlen: 1. 33 mal (0/11 C + 11/11 N) + 0,8 mal 0/11 Cr + 1.5 mal 0/11
Mo > 28.For an optimal ratio of these elements, the application is as follows
Recommended rules: 1. 33 times (0/11 C + 11/11 N) + 0.8 times 0/11 Cr + 1.5 times 0/11
Mon> 28.
2. 0/11 Cr +- 0/11 Mo < 10 + 16 mal (0/11 C + 0/11 N) + 0,7 mal
0/11 Ni - 0,05 mal % Mn.2.0/11 Cr + - 0/11 Mo <10 + 16 times (0/11 C + 0/11 N) + 0.7 times
0/11 Ni - 0.05 times% Mn.
Eine unbedeutende Abweichung von den optimalen Verhältnissen ergibt
sich, wenn in den Formeln noch folgende Toleranzen vorliegen: Formel 1 (33 ± 2)
mal (0/11 C + 0/11 N) + (0,8 0,05) mal 0/11 Cr + (1,5 + 0,1) mal 0/11 Mo
> 28. Formel 2 %Cr+O/oMo<10+(16+1) mal (0/11 C + 0/11 N) + (0,7 + 0,1) mal 01o
Ni - (0,05 + 0,02) mal 0/11 Mn. Für den vorgenannten Verwendungszweck werden vor
allem folgende austenitische Stähle mit folgender Legierungszusammensetzung empfohlen:
0,03 bis 0,07% Kohlenstoff; 0,3 bis 0.5% Silizium, 5 bis 801o Mangan, 18,5 bis 16,5%
Chrom, 13 bis 9% Nickel.An insignificant deviation from the optimal ratios results if the following tolerances are still present in the formulas: Formula 1 (33 ± 2) times (0/11 C + 0/11 N) + (0.8 0.05) times 0 / 11 Cr + (1.5 + 0.1) times 0/11 Mo> 28. Formula 2% Cr + O / oMo <10+ (16 + 1) times (0/11 C + 0/11 N) + ( 0.7 + 0.1) times 01o Ni - (0.05 + 0.02) times 0/11 Mn. The following austenitic steels with the following alloy composition are recommended for the aforementioned purpose: 0.03 to 0.07% carbon; 0.3 to 0.5% silicon, 5 to 8010 manganese, 18.5 to 16.5% chromium, 13 to 9% nickel.
0,3 bis 0.401o Stickstoff, 2,5 bis 1.5010 Molybdän, wobei 0/11
Cr + 1,9 mal 0/11 Mo > 21 ist, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor
und Schwefel, oder 0,03 bis 0.07% Kohlenstoff; 0.3 bis 0,5% Silizium, 5 bis 8% Mangan,
18,5 bis 16,5% Chrom, 2,5 bis 1.5% Molybdän, 13 bis 9% Nickel, wobei der Nickelgehalt
über 10,5% liegt, falls 0/11 Chrom + mal 0/11 Molybdän >l9,5 ist, 0,17 bis 0,270%
Stickstoff; 0,05 bis 0,15% Niob, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor
und Schwefel.0.3 to 0.401o nitrogen, 2.5 to 1.5010 molybdenum, where 0/11 Cr + 1.9 times 0/11 Mo> 21, remainder iron with the usual contents of phosphorus and sulfur, or 0.03 to 0.07 % Carbon; 0.3 to 0.5% silicon, 5 to 8% manganese, 18.5 to 16.5% chromium, 2.5 to 1.5% molybdenum, 13 to 9% nickel, with the nickel content above 10.5% if 0 / 11 chromium + times 0/11 molybdenum> 19.5, 0.17 to 0.270% nitrogen; 0.05 to 0.15% niobium, the remainder iron with the usual contents of phosphorus and sulfur.
Durch einen kleinen Gehalt an Niob werden die Eigenschaften der Stähle
noch verbessert, insbesondere wird die Streckgrenze weiter erhöht.The properties of the steels are enhanced by a small content of niobium
still improved, in particular the yield strength is further increased.
In der Tafel I sind beispielsweise einige der erfindungsgemäß zu verwendenden
Stahllegierungen aufgeführt. Die Eigenschaften dieser Stähle im lösungsgeglühten
Zustand sind in der Tafel 1I wiedergegeben und nach DIN 50125 gemessen. Die angegebene
Permeabilität wird auch bei Erwärmung auf Temperaturen über 400°C und durch Schweißen
in der Schweißeinflußzone nicht verschlechtert. Die Standzeiten wurden an geschweißten
und ungeschweißten Proben ermittelt, die in kochendem, mit Sauerstoff durchperltem
Seewasser mit 900% ihrer Raumtemperaturstreckgrenze beansprucht waren.
Tafel I
Bez. %C 11/o si 11/o Mn 11,10M0 11/o Cr 11(o
Ni o 0
111N (oNb
A ........... 0,06 0,34 11,2 - 19,1 9,8 0,35 -
B ........... 0,03 0,46 10,1 1,5 18,5 10,1 0,30 --
C ........... 0,05 0,34 6,7 1,6 18,1 9,5 0,25 0,12
Tafel II
Technologische Eigenschaften Permeabilität G/ 0e
Standzeit
ab,2 a'B (55
kp/n,m2 0/11 0/11 unverformt kaltverformt [ Stunden
A . . . . . . . . . . . 42,7 79,2 48 69 1,003 1,002 > 1000
B . . . . . . . . . . . 40,5 77 46 72 1,005 1,005 > 1000
C . . ....... .. 47,2 82 44 67 1,006 1,005 > 1000
In Table I, for example, some of the steel alloys to be used according to the invention are listed. The properties of these steels in the solution-annealed condition are given in Table 1I and measured in accordance with DIN 50125. The specified permeability is not impaired even when heated to temperatures above 400 ° C. and by welding in the sweat-affected zone. The service life was determined on welded and unwelded samples that were exposed to 900% of their room temperature yield point in boiling, oxygen-bubbled seawater. Panel I.
Ref. % C 11 / o si 11 / o Mn 11.10M0 11 / o Cr 11 (o Ni o 0
111N (oNb
A ........... 0.06 0.34 11.2 - 19.1 9.8 0.35 -
B ........... 0.03 0.46 10.1 1.5 18.5 10.1 0.30 -
C ........... 0.05 0.34 6.7 1.6 18.1 9.5 0.25 0.12
Plate II
Technological properties Permeability G / 0e
Service life
ab, 2 a'B (55
kp / n, m 2 0/11 0/11 undeformed cold-worked [hours
A. . . . . . . . . . . 42.7 79.2 48 69 1.003 1.002> 1000
B. . . . . . . . . . . 40.5 77 46 72 1.005 1.005> 1000
C. . ....... .. 47.2 82 44 67 1.006 1.005> 1000