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Verfahren zum Herstellen von chromhaltigen Stahllegierungen mit hohen
Stickstoffgehalten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von chromhaltigen
Stahllegierungen mit hohen Stickstoffgehalten durch Glühen von Stahllegierungspulvern
oder daraus hergestellten porösen Formkörpern in stickstoffhaltiger Atmosphäre.
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Während der Stickstoff in reinen Kohlenstoffstählen als schädliches
Begleitelement anzusehen ist, hat er als Legierungsbestandteil bei zahlreichen Werkstoffen
eine beträchtliche Bedeutung erlangt. So kann z. B. bei Chromnickelstählen das teure
Nickel teilweise durch Stickstoff ersetzt werden, wodurch sich eine Verbesserung
der Warmfestigkeit ergibt.
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Für die Herstellung von derartigen Legierungen ist es bekannt, der
Schmelze Salze, z. B. Caleiumcyanamid, zuzugeben, die bei hohen Temperaturen Stickstoff
abgeben. Es ist ferner der Zusatz von aufgestickten Legierungsmitteln wie Ferrochrom
u. dgl. bekannt. Auch eine Schrnelzenführung unter erhöhtem Stickstoffdruck ist
vorgeschlagen worden. Das Zugeben von Stickstoff abgebenden Salzen oder stickstoffhaltigen
Ferrolegierungen führt zu Schmelzen mit Stickstoffgehalten, die der Sättigung an
Luft entsprechen, bei 18/8-Chromnickelstahlschmelzen z. B. rund 0,2% Stickstoff.
Diese Gehalte sind für die meisten Zwecke aber zu niedrig. Durch das Schmelzen und
Vergießen unter einem Stickstoffdruck von z. B. 20 atü werden infolge der Druckabhängigkeit
der Sättigungskonzentration bei 18/8-Chromnickelstählen Stickstoffgehalte bis zu
0,8% erzielt. Dieses Verfahren ist aber sehr aufwendig, besonders wenn für Stickstoffgehalte
über 0,8 % der Druck wesentlich über 20 atü erhöht werden muß.
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Zur Aufstickung von porösen, aus unlegiertem Eisenpulver hergestellten
Formkörpern wird gemäß der deutschen Patentschrift 950 91.6 die Anwendung der klassischen
Nitrierhärtung mit Ammoniak bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen vorgeschlagen.
Dabei werden durch Glühen der gesinterten oder nur gepreßten porösen Eisenkörper
bei Temperaturen zwischen 150 und 450° C, vorzugsweise 350° C, in strömendem Ammoniak
Stickstoffgehalte bis etwa 2% angestrebt, d. h. bei Temperaturen, die unter den
üblichen Nitriertemperaturen von 500 bis 600° C liegen.
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Demgegenüber hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, chromhaltige
Stahllegierungen mit Stickstoffgehalten herzustellen, die mit dem bekannten Verfahren
nicht erzielbar sind.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß in an sich bekannter Weise, z.
B. durch Preßwasser, zerstäubtes Stahlpulver oder daraus erzeugte poröse Formkörper
bei einer Temperatur zwischen 800 und 1100° C, vorzugsweise bei 950° C, in stickstoffhaltigem
Gas im allgemeinen bei einem Druck von einer ata geglüht werden. Zweckmäßigerweise
wird der Aufstickglühung eine Glühung bei höherer Temperatur und unter vermindertem
Druck vorgeschaltet, um die Oxydfilme auf der Oberfläche der einzelnen Pulverkörner
durch den im Pulver enthaltenen Kohlenstoff zu reduzieren (kohlenstoffthermische
Desoxydationsbehandlung). Dadurch wird erreicht, daß bei der nachfolgenden Aufstickglühung
der Stickstoff leichter in das Metallkorn eindiffundieren kann. Der angebotene Stickstoff
wird schneller aufgenommen, so daß schon nach einigen Minuten ein erheblicher Stickstoffgehalt
in gleichmäßiger Verteilung vorliegt. Aus dem gleichen Grunde ist es zweckmäßig,
die Aufstickglühung unmittelbar nach der Desoxydationsglühung durchzuführen, da
eine Lagerung der vorgeglühten Proben an Luft bei Raumtemperaturen bei chromhaltigen
Legierungen eine erneute Oxydfilmbelegung der Kornoberfläche nach sich zieht.
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Die nach dem erfinderischen Verfahren hergestellten Legierungen weisen
Stickstoffgehalte auf, die mit den bisher bekannten Verfahren nicht erzielbar sind.
So ist es beispielsweise möglich, auf diesem Wege eine 18/8-Chromnickelstahllegierung
mit einem Stickstoffgehalt von mehr als 2% herzustellen. Das Pulver oder der aus
dem Pulver hergestellte poröse Formkörper kann nach der Aufstickung durch an
sich
bekanntes Pressen oder Walzen, zweckmäßig bei hoher Temperatur (1000 bis 1200° C)
verdichtet bzw. weiterverarbeitet werden. Wie angegeben, wird vorzugsweise das kohlenstoffhaltige
Pulver oder der daraus hergestellte Formkörper zwecks Erzielung eines gewünschten
Stickstoffgehaltes erst nach einer vorausgegangenen, im Vakuum erfolgenden Glühung
aufgestickt. Dies kann so erfolgen, daß nach der Vakuumglühung, die bei 18/8-Chromnickelstahl
vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 1150 und 1200° C erfolgt, in den noch
auf hoher Temperatur befindlichen, aber auf etwa 1100 bis 800° C abgekühlten Glühofen
Stickstoffgas eingeleitet wird.
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Beispiel 1 Die Ergebnisse einiger mit verschiedenen chromhaltigen
Stählen in Pulverform gemäß der Erfindung durchgeführten Aufstickungen sind in der
folgenden Zahlentafel wiedergegeben, und zwar enthält sie die Analysen der Stahllegierungen
und deren Stickstoffgehalte nach einem 3stündigen Glühen bei 950° C unter Stickstoffgas:
| C Si Mn Cr Ni N |
| °/o |
| o/° |
| o/a |
| a/o |
| a/o °/a |
| Stahl A . . . . . . . . 0,12 1,52 0,38 18,0 9,9 2,3 |
| Stahl B ........ 0,11 1,55 0,26 12,1 - 1,6 |
| Stahl C ........ 0,15 1,68 0,61 17,3 - 2,5 |
Beispiel 2 Zur Herstellung von Rohren aus 18/8-Chromnickelstahl mit hohem Stickstoffgehalt
wurde zunächst durch an sich bekanntes Zerstäuben der Stahlschmelze mittels Preßwasser
ein Stahlpulver mit einem stöchiometrischen Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff
erzeugt, welches dann mit einem Druck von 2 t/cm2 zu 20 kg schweren Blöcken verpreßt
wurde. Die Blöcke wurden im Vakuum bei 1150° C 8 Stunden lang geglüht, um den Kohlenstoff
und Sauerstoff zu entfernen (kohlenstoffthermische Desoxydationsbehandlung). Danach
wurde der Ofen auf 950° C abgekühlt und der Stickstoff eingeleitet. Nach einer Glühzeit
von 20 Minuten wiesen die Blöcke, über den ganzen Querschnitt gleichmäßig verteilt,
einen Stickstoffgehalt von 0,8 °/o auf. Anschließend wurden sie unter Stickstoff
auf 1150° C erhitzt und in einer Strangpresse zu Rohren verformt.
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Während normaler 18/8-Stahl bei 600° C eine Warmstreckgrenze von 8
bis 12 kp/mm2 besitzt, betrug sie für den nitrierten Stahl bei gleicher Temperatur
rund 38 kp/mm2. Die Zähigkeitseigenschaften des stickstoffhaltigen Stahles lagen
im Vergleich zum stickstofffreien Stahl nur weniger tiefer.