DE1211672B

DE1211672B - Verfahren zur Herstellung von schneidfesten und nichtrostenden Schneidwerkzeugen, wie Bandsaegen, Bandmesser, Messerklingen, aus einem aushaertbaren austenitischen nicht-rostenden Chrom-Nickel-Stahl

Info

Publication number: DE1211672B
Application number: DEST13510A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Appel; Dr-Ing Otto Cromberg
Original assignee: Stahlwerk Kabel C Pouplier Jr
Current assignee: Stahlwerk Kabel C Pouplier Jr
Priority date: 1958-03-07
Filing date: 1958-03-07
Publication date: 1966-03-03

Description

Verfahren zur Herstellung von schneidfesten und nichtrostenden Schneidwerkzeugen, wie Bandsägen, Bandmesser, Messerklingen, aus einem aushärtbaren austenitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Stahl Vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung von schneidfesten und nichtrostenden Schneidwerkzeugen, wie Bandsägen, Bandmesser, Messerklingen, aus einem aushärtbaren austenitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Stahl.
Soweit bislang an Schneidwerkzeuge Ansprüche bezüglich Rostbeständigkeit gestellt werden, werden sie aus einem vergütbaren bzw. härtbaren martensitischen Chromstahl hergestellt, der etwa 0,2 bis 0,5 % C und etwa 13 % Cr enthält. So ist ein Chromstahl bekannt mit maximal 0,25 % C, etwa 11 bis 14 % Cr und einem Rest aus Eisen mit üblichen Verunreinigungen, der aber für Schneidgegenstände wegen des geringen C-Gehaltes nur beschränkt zu gebrauchen ist, denn auch dieser martensitische Chromstahl läßt sich nur durch eine Härtebehandlung bis etwa 1000° C auf eine erreichbare Härte von 46 Re vergüten. Er läßt sich deshalb nur für Schneidgegenstände niedriger Schneidhaltigkeit verwenden.
Darüber hinaus sind schon Chromstähle bekannt zur Verwendung für Messer mit etwa 0,45 % C und 13 % Cr, für Schneidgegenstände mit noch höherer Schneidhaltigkeit mit etwa 0,90 % C und 17 % Cr, schließlich für nichtrostende Rasierklingen mit etwa 1.,10% C und 13% Cr.
Der Werkstoff wird meistens in ungehärtetem Zustand bearbeitet und zum Schluß gehärtet. Das Härten muß bei sehr hoher Temperatur (etwa 1000° C) durchgeführt werden, wobei leicht Verzug und starke Verzunderung eintreten können. Die Rostbeständigkeit derartiger Schneidwerkzeuge ist verhältnismäßig gering, so daß bei höheren Ansprüchen an die Rostbeständigkeit oft ein nachträgliches Hartverchromen der Oberfläche durchgeführt wird. In der Hauptsache wird für Schneidwerkzeuge nach wie vor der unlegierte bzw. schwach legierte C-Stahl in vergütetem bzw. gehärtetem Zustand verwendet. Es würde einen großen Fortschritt darstellen, wenn dem Hersteller von Schneidwerkzeugen ein nichtrostender Ausgangswerkstoff mit niedriger Festigkeit zur Verfügung stehen würde, der sich nicht nur leicht und billig bearbeiten, sondern der sich auch nach der Bearbeitung durch eine einfache Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur auf die notwendige hohe Härte bringen ließe.
Diese Aufgabe zu lösen ist Grundlage vorliegender Erfindung.
Die Lösung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von schneidfesten und nichtrostenden Schneidwerkzeugen, wie Bandsägen, Bandmesser, Messerklingen, aus einem aushärtbaren austenitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in Band- oder Drahtform einer kurzzeitigen Glühbehandlung bei 1000° C, vorzugsweise im Durchlaufverfahren, unterzogen, an Luft oder in Flüssigkeit abgeschreckt, dann um mindestens 30 %, vorzugsweise 50 0/0, kalt verformt und abschließend mindestens 1/2 Stunde bei einer Temperatur von 400 bis 500° C angelassen wird.
Auf diese Weise kann die Bearbeitung des nichtrostenden Chrom-Nickel-Stahles bei niedriger Festigkeit leicht durchgeführt werden, wobei die Festigkeit durch die Kaltverformung in die Werkzeugform stark ansteigt und durch das Anlassen nach der Kaltverformung eine wesentliche Aushärtung und eine weitere Festigkeitssteigerung um mehr als 20 kg/mm° Damit steht ein Werkstoff für Verwendungszwecke zur Verfügung, bei denen außer hoher Schneidfähi5 keit und Festigkeit gute Rostbeständigkeit und auch eine Säurebeständigkeit verlangt wird, wie für Lederspaltmesser, Fleischersägen, Messerklingen, Nadeln für die Textilindustrie u. a.
Als besonders geeigneter Ausgangswerkstoff wird vorgeschlagen, daß der Stahl 0,05 bis 0,20 % Kohlenstoff, 12 bis 20% Chrom, 6 bis 10 % Nickel, 0,40 bis 2 % Titan, 0,3 bis 2,0 % Silizium, 0,2 bis 2,0 % Mangan, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, enthält, wobei der Titangehalt vorzugsweise den 10- bis 15fachen, mindestens aber den 6fachen Betrag des Kohlenstoffgehaltes ausmacht.
Dabei ist zweckmäßigerweise der Cr- und Ni-Gehalt so zu halten, daß ein möglichst hoher Anteil an metastabilem Austenit im Ausgangswerkstoff vorhanden ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Legierung nach dem bekannten Gefügediagramm zwar im austenitischen Gebiet liegt, aber möglichst nahe an der Grenze zwischen dem austenitischen und martensitisch-austenitischen Gebiet. CrundNi können in gewissen Grenzen gegeneinander ausgetauscht werden. C wirkt in demselben Sinne, d. h., eine Erhöhung des C-Gehaltes macht eine Verringerung des Ni-Gehaltes bzw. des Cr-Gehaltes erforderlich. Zur Erreichung einer möglichst hohen Aushärtbarkeit hat es sich als günstig erwiesen, Titan in wesentlich höherer Menge zuzusetzen als bisher bei den bekannten nichtrostenden Stählen üblich, bei denen der Ti-Gehalt gleich dem 5fachen C-Gehalt ist.
Um gute Rostbeständigkeit zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, den C-Gehalt an der unteren Grenze zu halten. Am günstigsten hat sich nach den bisherigen Ergebnissen ein Werkstoff mit folgender Analyse bewährt:

C .......... 0,06%

Cr .......... 17,2%

Ni .......... 7,20°/o

Ti .......... 0,901/0

Mn ......... 1,16%

Si .......... 1,25%

Rest ........ Fe

Der Ti-Gehalt beträgt in diesem Falle also den 15fachen C-Gehalt.
Als weitere die Aushärtbarkeit fördernde Elemente können in dem erfindungsgemäßen Chrom-Nickel-Stahl an Stelle des Titans oder zusätzlich Al oder Mo enthalten sein.
Es wird daher noch ergänzend vorgeschlagen, daß der Titangehalt des Stahles ganz oder teilweise durch Aluminium und/oder Molybdän ersetzt werden kann und wobei die Summe Titan, Molybdän, Aluminium 0,3 bis 3,0 % ausmachen soll.
Zur Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Ausführungsbeispiele:

Chrom-Nickel-Stahl-Analyse:

C .......... 0,06%

Cr .......... 17,2%

Ni .......... 7,200/0

Ti .......... 0,90°/o

Mn ......... 1,16°/o

Si ........... 1,25%

Rest ........ Fe

Beispielsweise wurde aus dem Werkstoff obiger Analyse ein Warmband in derAbmessung 155 - 4,0 mm hergestellt. Das Band wurde nach einer Glühbehandlung bei 1000° C an Luft abgeschreckt und kalt gewalzt auf die Abmessung 155-1,65 mm. Es wurde also um etwa 60 % kalt verformt. Die erreichte Festigkeit betrug 153 kg/mm2. Das kaltgewalzte Band wurde dann 1/z Stunde lang bei 500° C geglüht, wobei die Festigkeit auf 194 kg/mm2 anstieg. Es trat also eine Festigkeitssteigerung um 41 kg/mm2 ein.
In einem anderen Falle wurde ein Band 120 1,2 mm nach einer Glühbehandlung bei 1000° C an die Abmessung 120 - 0,60 mm = 50% Kaltverformung kaltgewalzt und dabei eine Festigkeit von 140,5 kg/mm2 bei einer Rc-Härte von 40 und einer Hin- und Herbiegezahl von über 10000 erreicht. Es handelt sich dabei um eine Festigkeit und Härte, wie sie bei gehärtetem Holzbandsägenband aus dem bekannten unlegierten oder schwach legierten C-Stahl üblich ist. Bei dem normalen Stahl liegt aber die Hin- und Herbiegezahl, die ein Zeichen für die Zähigkeit und Lebensdauer eines Schneidwerkzeuges ist, wesentlich niedriger, und zwar bei maximal 5000. Eine Säge oder ein Messer, hergestellt aus dem Werkstoff gemäß Erfindung, ist also wesentlich zäher und hat eine längere Lebensdauer als eine solche aus bekanntem, gehärtetem Werkstoff. Dazu kommt eine wesentliche Verbesserung der Schneidhaltigkeit, wenn das Band nach der Kaltverformung oder die fertige Säge bzw. Messer zwischen 350 und 550° C wärmebehandelt wird. In vorliegendem Falle wird durch ein Glühen bei 500° C 1/4 Stunde lang die Festigkeit von 140,5 auf 184 kg/mm2 erhöht, bei einer Re-Härte von 47 und einer Hin- und Herbiegezahl von 5000.
Es ist zwar bekannt, Chrom-Nickel-Stahl als Baustahl für Bauteile hoher Festigkeit insbesondere im Flugzeugbau zu verwenden. Nach einem bekannten Vorschlag soll dabei durch Wärmebehandlung eine Aushärtung erzielt werden. Bei Chrom-Nickel-Stahl führt dieser Weg nur zu Festigkeitswerten bis 140 kg/mm2. Diese Festigkeitswerte reichen nur für einen brauchbaren Schneidstahl nicht aus, auch ist ein auf diese Weise hergestellter Baustahl nur gering kalt zu verformen.
Nach einem anderen Vorschlag soll der bekannte Chrom-Nickel-Stahl mit 18 % Cr und 8 % Ni zu chirurgischen Nadeln verarbeitet werden, wobei bekannt ist, daß sich ein derartiger Stahl durch Kaltverformung bis auf 140 kg/mm2 Festigkeit verfestigen läßt. Bei diesem Stahl ist eine Festigkeitssteigerung durch anschließende Aushärtung nicht möglich. Die nach diesem bekannten Vorschlag erwähnte Warmbehandlung bei Temperaturen von 275 bis 285° C kann zu keiner erwähnenswerten Steigerung der Festigkeit führen, es wird lediglich die Elastizität geringfügig erhöht.
Mit diesem bekannten Vorschlag läßt sich eine für einen Schneidgegenstand notwendige Härte von mindestens 150 kg/mm2 Festigkeit nicht erreichen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von schneidfesten und nichtrostenden Schneidwerkzeugen, wie Bandsägen, Bandmesser, Messerklingen, aus einem aushärtbaren austenitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Stahl, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Stahl in Band- oder Drahtform einer kurzzeitigen Glühbehandlung bei 1000° C, vorzugsweise im Durchlaufverfahren, unterzogen, an Luft oder in Flüssigkeit abgeschreckt, dann um mindestens 30 %, vorzugsweise 50 %, kalt verformt und abschließend mindestens eine halbe Stunde bei einer Temperatur von 400 bis 550° C angelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl 0,05 bis 0,20 % Kohlenstoff, 12 bis 20 % Chrom, 6 bis 10 0/0 Nickel, 0,40 bis 2 % Titan, 0,3 bis 2,0 % Silizium, 0,2 bis 2,0 % Mangan, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, enthält, wobei der Titangehalt vorzugsweise den 10- bis 15fachen, mindestens aber den 6fachen Betrag des Kohlenstoffgehaltes ausmacht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Titangehalt des Stahles ganz oder teilweise durch Aluminium und oder Molybdän ersetzt werden kann und wobei die Summe Titan, Molybdän, Aluminium 0,3 bis 3,0% ausmachen soll. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 654 451, 664 082, 754 914, 889 306; österreichische Patentschrift Nr. 182 728; britische Patentschrift Nr. 791113; USA-Patentschrift Nr. 2 781283; B u 11 e n s, »Steel and Its Heat Treatment«, Bd. 111, 1952, S. 489 und 490.