DE1289994B

DE1289994B - Use of an austenitic stainless steel alloy for deep-drawn, cold-forged and cold-hammered objects

Info

Publication number: DE1289994B
Application number: DE1963A0044820
Authority: DE
Inventors: Mccunn Thomas Humes
Original assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1963-10-14
Filing date: 1963-12-18
Publication date: 1969-02-27
Also published as: CH428238A; GB995068A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung austenitischer rostfreier Stahllegierungen bestimmter Zusammensetzungen als Werkstoff für tiefgezogene, kaltgestauchte und -geschlagene Gegenstände.The invention relates to the use of austenitic stainless steel Steel alloys of certain compositions as a material for deep-drawn, cold-upset and hit objects.

Es sind bereits rostfreie Stahlarten bekannt, deren Zusammensetzung so ausgeglichen ist, daß der Stahl nach üblicher Walzbehandlung praktisch vollständig austenitisch ist und auch in dieser Form in den Handel gelangt. Einige Arten dieser Stähle sind insofern nicht stabil, als sie bei der Kaltverarbeitung, wie z. B. beim Tiefziehen und Kaltschlagen bzw. -stauchen, beträchtliche Mengen an Martensit bilden. So bilden z. B. rostfreie Stähle, die neben Eisen maximal 0,15% Kohlenstoff, maximal 5,5 bis 7,50% Mangan, maximal 0,061)/() Phosphor, maximal 0,031)/() Schwefel, maximal l,00/() Silizium, maximal 0,250/() Stickstoff, 16 bis 180/() Chrom und 3,5 bis 5,5% Nickel enthalten, oder Stähle, die neben Eisen maximal 0,15% Kohlenstoff, maximal 2,0% Mangan, maximal 0,0450/,) Phosphor, maximal 0,030% Schwefel, maximal 1,00/() Silizium, 16 bis 18% Chrom und 6 bis 8% Nickel enthalten, bei starkem Tiefziehen bis zu 500/0 Martensit oder sogar mehr. Die Neigung zur Martensitbildung beim Kaltverarbeiten kann zwar erheblich reduziert oder sogar vollständig ausgeschaltet werden, wenn man den Gehalt an bestimmten Legierungszusätzen, insbesondere an Nickel, erhöht. Stähle dieses Typs sind solche, die die gleiche Zusammensetzung wie der letztgenannte Stahl besitzen, jedoch maximal 0,08% Kohlenstoff, 18 bis 200/,) Chrom und 8 bis 120/() Nickel oder maximal 0,120/() Kohlenstoff, 17 bis 191)/() Chrom und 10 bis 130/0 Nickel enthalten. Derartige Stähle bilden selbst bei forcierter Kaltverarbeitung wenig oder überhaupt kein Martensit und sind daher stabile Legierungen. Andererseits sind sie auf Grund ihrer Zusammensetzung, insbesondere ihres Nickelgehalts, sehr kostspielig, so daß diese Art der Stabilisierung als unwirtschaftlich angesehen werden muß.There are already stainless steel types known, their composition is so balanced that the steel is practically complete after the usual rolling treatment is austenitic and is also marketed in this form. Some types of this Steels are not stable in that they are cold-processed, e.g. B. at Deep drawing and cold hammering or upsetting, form considerable amounts of martensite. So form z. B. stainless steels, in addition to iron, a maximum of 0.15% carbon, maximum 5.5 to 7.50% manganese, maximum 0.061) / () phosphorus, maximum 0.031) / () sulfur, maximum 1.00 / () silicon, maximum 0.250 / () nitrogen, 16 to 180 / () chromium and 3.5 to 5.5% Contain nickel, or steels which, in addition to iron, contain a maximum of 0.15% carbon, maximum 2.0% manganese, maximum 0.0450 /,) phosphorus, maximum 0.030% sulfur, maximum 1.00 / () Contains silicon, 16 to 18% chromium and 6 to 8% nickel, with strong deep drawing up to 500/0 martensite or even more. The tendency to form martensite during cold processing can be reduced considerably or even completely switched off if the content of certain alloy additives, in particular nickel, is increased. Steels of this type are those that have the same composition as the latter Steel have, but a maximum of 0.08% carbon, 18 to 200 /,) chromium and 8 to 120 / () nickel or a maximum of 0.120 / () carbon, 17 to 191) / () chromium and 10 to 130/0 nickel included. Such steels form even with forced cold processing little or no martensite and are therefore stable alloys. on the other hand because of their composition, especially their nickel content, they are very good expensive, so that this type of stabilization is viewed as uneconomical must become.

Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 1986 208 eine rostfreie Stahllegierung bekannt, die 12 bis 30% Chrom, 4 bis 120/() Mangan, 0,5 bis 3,5"/() Nickel, 0,5 bis 6"/() Kupfer, 0,5 bis 2"/1) Silizium, maximal 2% Molybdän und maximal 2"/1) Kohlenstoff neben Rest Eisen mit verschtnelzbedingten Verunreinigungen enthält. Diese Stahllegierung soll insbesondere eine gute Korrosionsfestigkeit aufweisen, und es ist angegeben, daß sie besonders zur Herstellung von Apparaturen und Vorrichtungen, bei denen diese Eigenschaft besonders wichtig ist, verwendet wird. Irgendwelche Hinweise auf die Eigenschaften der in dieser Entgegenhaltung beschriebenen rostfreien Stähle hinsichtlich des Verhaltens bei der Kaltverarbeitung sind nicht gemacht worden.Furthermore, a stainless steel alloy is known from the USA patent specification 1986 208, which contains 12 to 30% chromium, 4 to 120 / () manganese, 0.5 to 3.5 "/ () nickel, 0.5 to 6" / () Copper, 0.5 to 2 "/ 1) Silicon, max. 2% molybdenum and max. 2" / 1) Contains carbon and the remainder iron with impurities caused by fusion. In particular, this steel alloy is said to have good corrosion resistance, and it is stated that it is used particularly for the manufacture of apparatus and devices in which this property is particularly important. No indication of the properties of the stainless steels described in this reference in terms of cold working behavior has been made.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Werkstoffs für tiefgezogene, kaltgestauchte und -geschlagene Gegenstände aus billigem, stabilem, austenitischem, rostfreiem Stahl, wobei der Werkstoff eine geringe Härturigsgeschwindigkeit besitzt und auch bei forcierter Kaltverarbeitung nur wenig Martensit bildet. Es kann auf übliche Weise gewalzt werden und bleibt selbst bei der Kaltverarbeitung verhältnismäßig stabil. Allgemein kann ein Werkstoff aus austenitischem rostfreiem Stahl erst dann als stabil angesehen werden, wenn er bei starker Kaltverformung weniger als etwa 100/" Martensit bildet. Diese Grenze wird aus praktischen Erwägungen gezogen, da sich beim Tiefziehverfahren eines Werkstoffs mit mehr als 10% Martensit Risse bilden und/oder die Form übermäßig beansprucht wird.The object of the present invention is therefore to create a material for deep-drawn, cold-forged and cold-hammered objects made of cheap, stable, Austenitic, stainless steel, whereby the material has a low hardening rate and forms only a little martensite even with forced cold processing. It can be rolled in the usual way and remains even with cold processing relatively stable. In general, an austenitic stainless material Steel can only be regarded as stable if it is subjected to severe cold deformation forms less than about 100 / "martensite. This limit is made for practical reasons drawn, because the deep-drawing process of a material with more than 10% martensite Form cracks and / or the shape is unduly stressed.

Der angegebene Prozentgehalt an gebildetem Martensit ist diejenige Menge an Martensit, die bei forcierter Kaltverformung gebildet wird, wobei der Werkstoff in normal bearbeiteter Form praktisch vollständig austenitisch ist.The stated percentage of martensite formed is that Amount of martensite that is formed during forced cold deformation, whereby the material is practically completely austenitic in normal machined form.

Die Erfindung wird durch die Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Mangan- und Kupfergehalt von Legierungen, aus der die Beeinflussung der Heißwalzfähigkeit erkennbar ist, F i g. 2 eine graphische Darstellung, aus der die Neigung von Legierungen zur Bildung von &Ferrit hervorgeht, und F i g. 3 eine Belastungsdehnungskurve des erfindungsgemäßen Werkstoffs im Vergleich zu der eines rostfreien Stahls mit erhöhtem Nickelgehalt, wie er auf Spalte 1 beschrieben worden ist.The invention is explained in more detail by the drawings, namely shows Fig. 1 is a graph showing the relationship between the manganese and Copper content of alloys, from which the influence on the hot rolling ability can be seen is, F i g. 2 is a graph showing the tendency of alloys to Formation of & ferrite is evident, and Fig. 3 is a load-elongation curve of the Material according to the invention compared to that of a stainless steel with increased Nickel content as described in column 1.

Der prozentuale Martensitgehalt für eine Reihe von Legierungen - wie er einerseits nach obiger Formel berechnet und andererseits gemessen wurdeist in folgender Tabelle I angegeben. Martensit Chargen C Mn Si Cr Ni Cu N r) °/" gefunden `/,berechnet 1 0,074 6,44 0,54 16,83 5,31 0,14 0,050 22,4 28,2 21,7 2 0,072 6,48 0,51 16,64 5,22 0,44 0,053 20,6 17,2 17,8 3 0,078 6,57 0,51 16,64 5,29 0,94 0,047 16,0 3,5 5,0 4 0,076 6,42 0,52 16,55 5,20 1,48 0,045 15,2 1,2 <0 5 0,075 6,37 0,40 16,55 5,20 1,97 0,048 14,0 0,0 <0 6 0,076 6,28 0,51 16,70 6,31 0,10 0,056 17,6 5,5 10,7 7 0,073 6,32 0,51 16,60 7,30 0,12 0,049 17,0 1,0 0,8 8 0,072 7,30 0,47 16,70 5,58 0,24 0,050 20,8 17,9 12,5 9 0,074 8,50 0,54 16,70 5,47 0,13 0,046 18,8 7,0 9,1 10 0,082 6,48 0,51 16,60 4,28 0,96 0,042 20,8 17,8 18,6 11 0,076 6,28 0,39 16,70 3,38 1,88 0,048 16,8 8,7 9,3 Fortsetzung Martensit Chargen C Mn Si Cr Ni Cu N n gefunden % berechnet i 12 0,073 0,76 0,50 16,72 7,70 0,12 0,039 30,0 >50,0 32,2 13 0,076 0,78 0,49 16,65 7,72 0,49 0,039 25,6 48,0 23,6 14 0,072 0,72 0,47 16,42 7,58 1,66 0,039 18,4 28,5 2,8 15 0,11 0,79 0,55 17,00 7,22 0,075 0,056 29,2 48,0 23,8 , 16 0,098 0,76 0,51 16,96 7,17 0,91 0,036 21,4 35,0 13,4 17 0,10 0,75 0,49 16,96 7,14 2,01 0,046 17,0 11,0 < 0 18 0,098 10,60 0,51 14,40 4,07 0,03 0,034 25,6 37,4 39,9 19 0,10 8,02 0,46 14,68 5,58 0,09 0,034 25,6 36,5 32,2 20 0,10 6,97 0,40 14,55 6,42 0,04 0,035 24,0 35,5 30,7 21 0,10 7,87 0,46 15,78 5,00 0,06 0,034 25,6 37,4 28,4 22 0,046 1,52 0,46 18,08 9,01 0,03 0,032 15,3 4,5 4,4 23 0,050 6,80 0,63 15,45 6,15 0,08 0,028 24,0 37,5 36,4 24 0,059 6,36 0,51 15,23 5,99 1,95 0;033 13,4 1,0 <0 25 0,15 7,42 0,45 16,72 5,26 0,07 0,039 19,0 4,5 4,6 26 0,11 7,72 0,47 17,70 5,62 0,06 0,031 18,4 5,0 <0 27 0,11 8,23 0,47 16,60 6,05 0,06 0,032 15,6 2,5 1,4 28 0,069 6,40 0,69 16,46 5,48 1,71 0,034 14,2 0,0 < 0 29 0,045 6,50 0,56 16,50 5,40 1,73 0,039 12,8 0,0 <0 30 0,052 6,78 0,47 16,40 5,40 1,88 0,039 .15,6 0,0 <0 31 0,048 6,02 0,16 16,46 5,38 1,75 0,040 14,4 3,2 < 0 32 0,054 6,38 0,53 16,50 5,38 1,64 0,034 14,4 1,8 <0 33 0,061 0,96 0,70 18,10 9,52 0,21 0,028 14,5 1,1 < 0 34 0,045 1,02 0,43 18,45 9,65 0,27 0,034 15,2 1,5 <0 35 0,049 1,69 0,50 17,24 12,77 0,15 0,039 11,8 0,0 <0 36 0,054 1,72 0,42 17,33 12,52 0,17 0,029 12,2 0,0 <0 Die Angabe »<0« in obiger Tabelle bedeutet, daß bei Ausrechnung des Martensitwertes nach der im Anspruch 1 angegebenen Formel eine negative Zahl erhalten wurde.The percentage martensite content for a number of alloys - as calculated on the one hand using the above formula and on the other hand measured is given in Table I below. Martensite Batches C Mn Si Cr Ni Cu N r) ° / " found` /, calculated 1 0.074 6.44 0.54 16.83 5.31 0.14 0.050 22.4 28.2 2 1 , 7 2 0.072 6.48 0.51 16.64 5.22 0.44 0.053 20.6 17.2 17.8 3 0.078 6.57 0.51 16.64 5.29 0.94 0.047 16.0 3.5 5.0 4 0.076 6.42 0.52 16.55 5.20 1.48 0.045 15.2 1.2 <0 5 0.075 6.37 0.40 16.55 5.20 1.97 0.048 14.0 0.0 <0 6 0.076 6.28 0.51 16.70 6.31 0.10 0.056 17.6 5.5 10.7 7 0.073 6.32 0.51 16.60 7.30 0.12 0.049 17.0 1.0 0.8 8 0.072 7.30 0.47 16.70 5.58 0.24 0.050 20.8 17.9 12.5 9 0.074 8.50 0.54 16.70 5.47 0.13 0.046 18.8 7.0 9.1 10 0.082 6.48 0.51 16.60 4.28 0.96 0.042 20.8 17.8 18.6 11 0.076 6.28 0.39 16.70 3.38 1.88 0.048 16.8 8.7 9.3 CONTINUED Martensite Batches C Mn Si Cr Ni Cu N n found% calculated i 12 0.073 0.76 0.50 16.72 7.70 0.12 0.039 30.0> 50.0 32.2 13 0.076 0.78 0.49 1 6.65 7.72 0.49 0.039 25.6 48.0 23.6 14 0.072 0.72 0.47 16.42 7.58 1.66 0.039 18.4 28.5 2.8 15 0.11 0.79 0.55 17.00 7.22 0.075 0.056 29.2 48.0 23.8, 16 0.098 0.76 0.51 16.96 7.17 0.91 0.036 21.4 35.0 13.4 17 0.10 0.75 0.49 16.96 7.14 2.01 0.046 17.0 1 1 , 0 <0 18 0.098 10.60 0.51 14.40 4.07 0.03 0.034 25.6 37.4 39.9 19 0.10 8.02 0.46 14.68 5.58 0.09 0.034 25.6 36.5 32.2 20 0.10 6.97 0.40 14.55 6.42 0.04 0.035 24.0 35.5 30.7 21 0.10 7.87 0.46 15.78 5.00 0.06 0.034 25.6 37.4 28.4 22 0.046 1.52 0.46 18.08 9.01 0.03 0.032 15.3 4.5 4.4 23 0.050 6.80 0.63 15.45 6, 1 5 0.08 0.028 24.0 37.5 36.4 24 0.059 6.36 0.51 15.23 5.99 1.95 0; 033 13.4 1.0 <0 25 0.15 7.42 0.45 16.72 5.26 0.07 0.039 19.0 4.5 4.6 26 0.11 7.72 0.47 17.70 5.62 0.06 0.03 1 18.4 5.0 <0 27 0.11 8.23 0.47 1 6.60 6.05 0.06 0.032 15.6 2.5 1.4 28 0.069 6.40 0.69 16.46 5.48 1.71 0.034 14.2 0.0 <0 29 0.045 6.50 0.56 16.50 5.40 1.73 0.039 12.8 0.0 <0 30 0.052 6.78 0.47 16.40 5.40 1.88 0.039. 1 5.6 0.0 <0 31 0.048 6.02 0.16 16.46 5.38 1.75 0.040 14.4 3.2 <0 32 0.054 6.38 0.53 16.50 5.38 1.64 0.034 14.4 1.8 <0 33 0.061 0.96 0.70 18.10 9.52 0.21 0.028 14.5 1.1 <0 34 0.045 1.02 0.43 18.45 9.65 0.27 0.034 1 5.2 1.5 <0 35 0.049 1.69 0.50 17.24 12.77 0.15 0.039 1 1.8 0.0 <0 36 0.054 1.72 0.42 17.33 12.52 0.17 0.029 12.2 0.0 <0 The indication "<0" in the above table means that when calculating the martensite value according to the formula given in claim 1, a negative number was obtained.

Von den Chargen der Tabelle I liegen die Chargen 3 bis 5, 11, 24 sowie 28 bis 32 innerhalb des Rahmens der Erfindung. Der angeführte » n«-Wert drückt die durchschnittliche Neigung der Belastungsdehnungskurve zwischen 25 und 50°/o Dehnung aus. Dieser » n«-Wert vermittelt eine Vorstellung von den Härtungseigenschaften des Materials, da er proportional der Härtungsgeschwindigkeit ist. Der »gefundene Prozentsatz an Martensit« wurde durch Messungen mit einer MAGNEGAGE-Testvorrichtung (American Instrument Company, Silver Spring, Maryland/USA) etwa 2,5 cm von der Bruchstelle der auf Zugfestigkeit untersuchten Probe festgestellt. Dieser Wert entspricht zwar nicht genau dem berechneten Wert, kommt ihm aber sehr nahe. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß . die Formel zur Berechnung des prozentualen Martensitgehaltes außerhalb des Rahmens der Erfindung ihre gute Ubereinstimmung verliert, insbesondere, wenn der Nickelgehalt hoch ist.Of the lots of Table I, lots 3 through 5, 11, 24 and 28 through 32 are within the scope of the invention. The quoted "n" value expresses the average inclination of the load-elongation curve between 25 and 50% elongation. This "n" value gives an idea of the curing properties of the material as it is proportional to the curing rate. The "percentage of martensite found" was determined by measurements with a MAGNEGAGE test device (American Instrument Company, Silver Spring, Maryland / USA) about 2.5 cm from the point of fracture of the sample tested for tensile strength. Although this value does not exactly correspond to the calculated value, it is very close to it. It should be noted, however, that. the formula for calculating the percentage martensite outside the scope of the invention loses its good agreement, especially when the nickel content is high.

Die Tabelle 1I zeigt die Zugfestigkeiten von verschiedenen, in Tabelle I aufgeführten Legierungschargen. Aus dieser geht hervor, daß die erfindungsgemäßen Werkstoffe besonders gut für Tiefziehverfahren geeignet sind. Außerdem sind aus Tabelle 11 die Messungsergebnisse des prozentualen Martensitgehaltes angegeben, der bei 50%iger Kaltreduktion des Querschnitts gebildet wird. Diese Werte entsprechen ziemlich genau den gemäß obiger Formel berechneten und in Tabelle I aufgeführten Werten. Tabelle 1I Geglüht bzw. angelassen 50°,/oige Kaltreduktion Chargen 0,2°/" äußerste Dehnung Härte äußerste Härte Martensit Streckgrenze Zugfestigkeit 6 Zugfestigkeit kg/cm2 k g/cm2 "" R6 kg/cm2 Rc °% 1 2640 7755 57,5 85,0 14265 45,5 29,3 2 2700 7280 61,5 83,5 13610 43,5 26,0 3 2535 6145 59,0 78,0 12495 40,0 6,8 4 2520 5880 58,0 76,5 11670 37,0 2,1 Fortsettutig Geglüht bzw. angelassen 50°/oige Kaltreduktion Churgen 0,2% gubetate Dehnung Härte äußerste Härte Martensit Streckgrtnre Zugfestigkeit Zugfestigkeit 5 k 2500 glcm 't kg/cn,2 5670 . 58,5 % 74,0 Rb 11345 kg/CM2 35,5 RC 0,0 6 2620 6455 59,0 81,5 12935 42,0 12,8 7 2630 6175 58,0 80,0 12315 38,0. 2,7 8 2675 6980 58,0 83,0 13580 44,0 24,5 9 2605 6665 59,0 84,0 13130 42,5 14,3 10 2520 7015 60,0 82,0 14000 44,5 39,7 11 2515 6440 59,0 81,0 12490 41,5 19,5 12 2450 7995 56,0 _ 82,0 14030 45,0 49,0 13 2435 7600 66,0 80,0 12795 42,5 41,2 14 2310 6250 65,5 73,0 11115 38,0 17,1 15 2900 8850 68,5 86,0 - - - 16 2535 7460 74,5 80,0 - - - 17 2575 6505 64,0 78,0 - - - 28 2855 6680 57,5 - - - - 29 2450 6130 57,0 - - - - 30 2435 5900 57,2 - - - - 31 2595 6475 55,5 - - - - 32 2730 6385 56,2 - - - - 33 2840 6875 53,8 - 34 2715 6760 57,0 - - - - 35 2995 6385 47,5 - - - - 36 2700 6235 53,5 - - " - - Bei den meisten Gußstücken üblicher Größe zeigt sich, daß die Produkte Walzsplitter oder andere Unregelmäßigkeiten aufweisen und zur Rißbildung oder zum Bruch neigen, wenn während des Walzens mehr als etwa l00% a-Ferrit anwesend sind und nicht besondere Vorsichtsmaßnahmen ergriffen und Sonderbehandlungen angewendet werden. Um derartige kostspielige Sondermaßnahmen zu vermeiden, ist es erforderlich, bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff die Legierungsbestandteile so auszuwählen, daß die h-Ferritbildung gemäß der obengenannten Formel kleiner als 10 ist. Die dieser Formel entsprechende Linie, die schematisch in F i g. 2 dargestellt ist, nähert sich einem 10%igen Gehalt von b-Ferrit in normal großen Gußstücken während der Anfangsstufe des Heißverwalzens. Liegt das Verhältnis der Elemente in dem rechten Bereich unter der Linie, so wird überschüssiges ö-Ferrit gebildet, und die Legierung fällt nicht in den Rahmen der Erfindung; liegt der Wert jedoch in dem linken Bereich oberhalb dieser Linie und werden die angegebenen Mengen der Legierungskomponenten eingehalten, so entspricht die ä-Ferritbildung den erfindungsgemäßen Erfordernissen. Selbstverständlich verschwindet das &Ferrit während des Heißverwalzens oder wird in Austenit umgewandelt, so daß das endgültige Walzprodukt praktisch frei von b-Ferrit ist.Table 1I shows the tensile strengths of various alloy batches listed in Table I. This shows that the materials according to the invention are particularly suitable for deep-drawing processes. In addition, Table 11 shows the measurement results of the percentage martensite content that is formed with a 50% cold reduction of the cross section. These values correspond almost exactly to the values calculated according to the above formula and listed in Table I. Table 1I Annealed or tempered 50 ° / o cold reduction Batches 0.2 ° / "extreme elongation hardness extreme hardness martensite Yield strength tensile strength 6 tensile strength kg / cm2 kg / cm2 "" R6 kg / cm2 Rc °% 1 2640 7755 57.5 85.0 14265 45.5 29.3 2 2700 7280 61.5 83.5 13610 43.5 26.0 3 2535 6145 59.0 78.0 12495 40.0 6.8 4 2520 5880 58.0 76.5 11670 37.0 2.1 Continuous Annealed or tempered 50% cold reduction Churgen 0.2% gubetate elongation hardness extreme hardness martensite Expanded particle tensile strength tensile strength 5 k 2500 glcm 't kg / cn, 2 5670. 58.5 % 74.0 Rb 11345 kg / CM2 35.5 RC 0.0 6 2620 6455 59.0 81.5 12935 42.0 12.8 7 2630 6175 58.0 80.0 12315 38.0. 2.7 8 2675 6980 58.0 83.0 13580 44.0 24.5 9 2605 6665 59.0 84.0 13130 42.5 14.3 10 2520 7015 60.0 82.0 14000 44.5 39.7 11 2515 6440 59.0 81.0 12490 41.5 1 9.5 12 2450 7995 56.0 _ 82.0 14030 45.0 49.0 13 2435 7600 66.0 80.0 12795 42.5 41.2 14 2310 6250 65.5 73.0 11 115 38.0 17.1 15 2900 8850 68.5 86.0 - - - 16 2535 7460 74.5 80.0 - - - 17 2575 6505 64.0 78.0 - - - 28 2855 6680 57.5 - - - - 29 2450 6130 57.0 - - - - 30 2435 5900 57.2 - - - - 31 2595 6475 55.5 - - - - 32 2730 6385 56.2 - - - - 33 2840 6875 53.8 - 34 2715 6760 57.0 - - - - 35 2995 6385 47.5 - - - - 36 2700 6235 53.5 - - "- - Most common size castings show that the products have mill chips or other irregularities and are prone to cracking or breakage if more than about 100% α-ferrite is present during rolling and no special precautions are taken and special treatments are not applied. In order to avoid such costly special measures, it is necessary to select the alloy components in the material according to the invention so that the formation of h-ferrite according to the above formula is less than 10. The line corresponding to this formula, which is shown schematically in FIG. 2, approaches 10% b-ferrite in full-size castings during the initial stage of hot rolling. If the ratio of the elements in the right-hand area is below the line, excess δ-ferrite is formed and the alloy does not fall within the scope of the invention; however, if the value is in the left-hand area above this line and if the specified amounts of the alloy components are adhered to, then the α-ferrite formation corresponds to the requirements according to the invention. Of course, the & ferrite disappears or is converted to austenite during hot rolling, so that the final rolled product is practically free of β-ferrite.

Es wurde weiterhin gefunden, daß eine Beziehung zwischen den im Werkstoff anwesenden Mengen an Mangan und Kupfer und der Warmsprödigkeit der Legierung besteht. Bei höheren Mangananteilen kann nicht soviel Kupfer verwendet werden wie bei geringem Mangangehalt. In der F i g. 1 ist das bereits genannte Grenzverhältnis zwischen Mangan und Kupfer graphisch dargestellt, das eingehalten werden muß, um eine Warmsprödigkeit des Werkstoffs und damit eine schlechte Warmwalzbarkeit zu verhindern. Liegt das Verhältnis an Kupfer zu Mangan oberhalb der Linie in F i g. 1, so läßt sich die Legierung nur schlecht walzen. Für den erfindungsgemäßen Werkstoff muß das Gleichgewicht von Kupfer und Mangan unter diese Linie fallen. Die in folgender Tabelle 111 zusammengefaßten Legierungschargen sind in F i g. 1 därgestellt. Selbst die leichteste Rißbildung bei Heißverwalzen muß vermieden werden, und nur die Werkstoffe, die keine Rißbildung aufweisen, sind annehmbar. Tabelle IIl Rißbildung beim Chargen C Mn si Cr Ni Cu N Heißverwalzen 37 0,060 6,86 0,47 16,12 5.78 2,11 0,040 keine 38 0,062 6.86 0,43 16,08 5,84 2.73 0,039 leicht 39 0,049 6.(X) 0.53 16.90 5.86 3.52 0.038 sehr schwer Rißbiidung beim Chargen C Mn 8i Cr Ni Cu N Heißverwalzen 40 0,035 4,00 0,55 16,l4 6,90 3,57 0,037 schwer " 41 0,055 6,00 0,54 l6,23 8,30 3,54 0,037 sehr schwer 42 0,052 6,02 0,37 16,19 5,01 1,98 - keine 43 0,056 9,01 0,37 16,58 5,14 2,06 0,048 keine 44 0,052 11,75 0,41 15,92 5,17 2,05 0,050 leicht 45 0,056 9,01 0,37 l6,58 5,14 1,05 - keine 46 0,052 11,75 0,41 15,92 5,17 1,00 - keine 47 0,052 6,02 0,37 16,19 5,01 2,48 - keine 48 0,052 6,02 0,37 16,l9 5,01 2,94 0,050 leicht 49 0,058 3,48 0,63 16,60 6,66 2,56 0,027 keine 50 0,061 6,57 0,54 16,69 8,15 2,97 0,036 schwer 51 0,056 8,85 0,51 16,64 8,54 2,03 0,045 keine 52 0,055 9,37 0,52 14,60 5,22 2,03 0,034 keine 53 0,060 3,97 0,56 16,67 5,70 2,86 0,039 keine 54 0,064 8,00 0,65 16,55 5,45 2,94 0,054 leichtschwer 55 0,065 10,20 0,64 16,35 5,43 2,95 0,057 schwer Hinsichtlich der Anteile der Legierungskomponenten im erfindungsgemäßen Werkstoff müssen folgende Bedingungen erfüllt werden: Der Chromgehalt darf nicht unter 15#'/o liegen, da bei einer geringeren Menge ein zu hoher Anteil an anderen Legierungskomponenten erforderlich wäre, um die Stabilität in bezug auf die Martensitbildung zu wahren, und sonst die Warmsprödigkeit ungünstig beeinflußt werden würde. Der Chromgehalt darf jedoch nicht mehr als etwa 17,5o/" betragen, da dies wiederum größere Mengen anderer Elemente erfordern würde, um die Bildung von b-Ferrit zu verhindern, so daß der Werkstoff wesentlich teurer würde. Größere Anteile an anderen Elementen zum Ausgleich eines zu hohen Chromgehaltes könnten auch zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Warmsprödigkeit führen, falls Kupfer und Mangan in größeren Mengen verwendet werden würden, um die &Ferritbildung zu verhindern.It was also found that there is a relationship between the amounts of manganese and copper present in the material and the hot brittleness of the alloy. With a higher manganese content, not as much copper can be used as with a low manganese content. In FIG. 1 the above-mentioned limit ratio between manganese and copper is shown graphically, which must be adhered to in order to prevent hot brittleness of the material and thus poor hot rollability. If the ratio of copper to manganese is above the line in FIG. 1, the alloy is difficult to roll. For the material according to the invention, the equilibrium of copper and manganese must fall below this line. The alloy batches summarized in Table III below are shown in FIG. 1 shown. Even the slightest cracking in hot rolling must be avoided and only the materials which are not cracked are acceptable. Table III Cracking at Batches C Mn si Cr Ni Cu N hot rolling 37 0.060 6.86 0.47 16.12 5.78 2.11 0.040 none 38 0.062 6.86 0.43 16.08 5.84 2.73 0.039 slightly 39 0.049 6. (X ) 0.53 16.90 5.86 3.52 0.038 very difficult Crack formation at Batches C Mn 8i Cr Ni Cu N hot rolling 40 0.035 4.00 0.55 16.14 6.90 3.57 0.037 heavy " 41 0.055 6.00 0.54 l 6.23 8.30 3.54 0.037 very difficult 42 0.052 6.02 0.37 16.19 5.01 1.98 - none 43 0.056 9.01 0.37 16.58 5.14 2.06 0.048 none 44 0.052 11.75 0.41 15.92 5.17 2.05 0.050 easy 45 0.056 9.01 0.37 l 6.58 5.14 1.05 - none 46 0.052 11.75 0.41 15.92 5.17 1.00 - none 47 0.052 6.02 0.37 16.19 5.01 2.48 - none 48 0.052 6.02 0.37 16.19 5.01 2.94 0.050 easy 49 0.058 3.48 0.63 16.60 6.66 2.56 0.027 none 50 0.061 6.57 0.54 16.69 8.15 2.97 0.036 heavy 51 0.056 8.85 0.51 16.64 8.54 2.03 0.045 none 52 0.055 9.37 0.52 14.60 5.22 2.03 0.034 none 53 0.060 3.97 0.56 16.67 5.70 2.86 0.039 none 54 0.064 8.00 0.65 16.55 5.45 2.94 0.054 easy 55 0.065 10.20 0.64 16.35 5.43 2.95 0.057 heavy With regard to the proportions of the alloy components in the material according to the invention, the following conditions must be met: The chromium content must not be below 15%, since a smaller amount would require too high a proportion of other alloy components to ensure stability with regard to martensite formation and the warm brittleness would otherwise be adversely affected. The chromium content, however, must not be more than about 17.5o / ", as this in turn would require larger amounts of other elements in order to prevent the formation of β-ferrite, so that the material would be considerably more expensive. Larger proportions of other elements to compensate too high a chromium content could also lead to difficulties with regard to hot brittleness, if copper and manganese were used in larger quantities in order to prevent the formation of ferrite.

Enthielte die Legierung weniger als 3"/0 Nickel, so müßte der Gehalt an Mangan und/oder Kupfer erhöht werden, um eine gute Stabilität in bezug auf die Martensitbildung zu erzielen und die Bildung von überschüssigem (@-Ferrit zu verhindern, und die Legierung könnte warmspröde werden. Ein Gehalt von mehr als 6,5% Nickel führt zu einer starken Erhöhung der Kosten des Werkstoffs.If the alloy contained less than 3 "/ 0 nickel, the content would have to be of manganese and / or copper can be increased in order to have a good stability with respect to the To achieve martensite formation and to prevent the formation of excess (@ ferrite, and the alloy could become hot brittle. A content of more than 6.5% nickel leads to a sharp increase in the cost of the material.

Die Legierung muß wenigstens 5"J0 Mangan enthalten, da sonst zum Ausgleich größere Mengen an kostspieligem Nickel zugegeben werden müssen. Die Legierung würde wärmespröde werden, wenn man die gewünschte Stabilität durch übermäßigen Zusatz an Kupfer erreichen wollte. Der Anteil an Mangan darf jedoch 8,50/0 nicht überschreiten, da sonst wegen der auftretenden Wärmesprödigkeit die Menge an Kupfer entsprechend reduziert werden müßte. Bei einem Anteil von weniger als 0,75"/" Kupfer wären jedoch überschüssige Mengen an Nickel und/oder Mangan erforderlich, um die Stabilität der Legierung zu bewirken, da Kupfer gemäß der Formel fast zweimal so wirksam wie Nickel und mehr als dreimal so wirksam wie Mangan bei der Stabilisierung der Legierung gegen Martensitbildung während der Verformung ist. Mehr als 2,50/0 Kupfer machen jedoch die Legierung wärmespröde, wenn nicht gleichzeitig der Mangangehalt niedrig gehalten wird. Darüber hinaus übt Kupfer eine wesentlich geringere Wirkung hinsichtlich der Unterdrückung des b-Ferrits als Mangan und Nickel aus.The alloy must contain at least 5 "J0 manganese, otherwise to compensate larger amounts of expensive nickel have to be added. The alloy would become heat-brittle if the desired stability is achieved through excessive addition wanted to achieve copper. However, the proportion of manganese must not exceed 8.50 / 0, otherwise the amount of copper will be correspondingly due to the resulting heat brittleness would have to be reduced. However, if the proportion was less than 0.75 "/" copper, Excess amounts of nickel and / or manganese are required to maintain the stability of the Alloy cause, according to the formula, copper is almost twice as effective as nickel and more than three times as effective as manganese in stabilizing the alloy against martensite formation during deformation. Make more than 2.50 / 0 copper however, the alloy is heat-brittle, if not at the same time the manganese content is low is held. In addition, copper has a much smaller effect in terms of the suppression of b-ferrite as manganese and nickel.

Obgleich Kohlenstoff und Stickstoff ebenfalls wesentlich zur Stabilität und zur Unterdrückung der a-Ferritbildung beitragen, werden die Streckgrenze und die Zugfestigkeit der Legierung bis zu einem Punkt erhöht, an dem der Werkstoff für Tiefziehen, Kaltschlagen bzw. -stauchen und ähnliche Verformungsverfahren nicht mehr geeignet wäre, wenn die Anteile an diesen Elementen mehr als etwa 0,12 bzw. etwa 0,10% betragen.Although carbon and nitrogen are also essential for stability and contribute to the suppression of a-ferrite formation, the yield strength and the tensile strength of the alloy increases to a point where the material not for deep drawing, cold forming or cold upsetting and similar deformation processes would be more suitable if the proportions of these elements were more than about 0.12 or be about 0.10%.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollen die Kosten des Werkstoffs möglichst gering gehalten und trotzdem optimale Eigenschaften erzielt werden. Dieses wird erreicht, wenn folgende Anteile der Legierungskomponenten eingehalten werden: höchstens 0,07% Kohlenstoff, 5,5 bis 6,5% Mangan, höchstens 20/0 Silizium, 16,1 bis 16,6% Chrom, 5 bis 5,50J0 Nickel, 1,5 bis 2"/o Kupfer, höchstens 0,050(o Stickstoff und Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen enthalten kann.In a preferred embodiment of the invention, the cost of the material is kept as low as possible while still achieving optimal properties will. This is achieved if the following proportions of the alloy components are adhered to are: a maximum of 0.07% carbon, 5.5 to 6.5% manganese, a maximum of 20/0 silicon, 16.1 to 16.6% chromium, 5 to 5.50J0 nickel, 1.5 to 2 "/ o copper, max. 0.050 (o Contains nitrogen and the remainder iron with impurities from the melting process can.

In Tabelle IV sind die Ergebnisse von Versuchen aufgezeichnet, in denen die Korrosionsfestigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffs untersucht wurde. Die Legierungschargen 28, 31 und 32, deren Zusammensetzung der Tabelle I entnommen werden kann, wurden mit einem üblichen rostfreien Stahl (Charge 56) verglichen, der 0,098% Kohlenstoff, 6,48% Mangan, 0,0280/" Phosphor, 0,006% Schwefel, 0,570/" Silizium, 16,600% Chrom, 5,400% Nickel, 0,170/" Kupfer und 0,11% Stickstoff und Rest Eisen enthielt. Es ist ersichtlich, daB der erfindungsgemäße Werkstoff bei dem CASS- und dem Corrodkote-Test eine ähnliche Korrosionsfestigkeit wie der bekannte Stahl aufwies und bei dem H. A. Smith-und dem Huey-Test eine wesentlich bessere Korrosionsfestigkeit zeigte. Tabelle IV Chargen Test 56 28 31 32 CASS*), 16 Stunden (% Oberflächenangriff) ....... 1,8 2,2 0,7 2,5 Corrodkote**), 3 Stunden (0% Oberflächenangriff) ... 14,0 - 8,5 18,2 H. A. S m i t h***), 2 Stunden, örtliche Anfressung/ inch2 ........................................ 100 8 28 3 Huey-Test****), siedende 65% HNO3 (cm Eindrin- gungje Monat) .............................. 0,00549 - 0,00266 0,00233 *) ASTM Designation B 368-6l T. - **) ASTM Designation B 380-61 T. ***) Corrosion Handbook, H. H. U h 1 i g, 1948, S. 1022. ****) Corrosion Handbook, H. H. U h 1 i g, 1948, S. 1016. Die erfindungsgemäßen Werkstoffe sind leicht verarbeitbar, verhältnismäßig billig und rostfrei und besitzen ausgezeichnete Tiefzieheigenschaften. Sie eignen sich besonders gut zur Herstellung von solchen Gegenständen im Tiefziehverfahren, die unter strengen Bedingungen kaltverformt werden, wie z. B. Kochtöpfen oder Metallkappen für Füllfederhalter. Bei dem Tiefziehen dieser Gegenstände, die bis zu 50% oder mehr verformt werden können, bildet sich mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff nicht mehr als 10% Martensit. Weiterhin können die erfindungsgemäßen Werkstoffe auch zufriedenstellend kaltgeschlagen bzw. -gezogen werden, und sie besitzen bei erhöhten Temperaturen gutes Zeitstandverhalten, so daß sie sehr gut zur Herstellung von Bolzen und Ventilen oder anderen Gegenständen, die bei erhöhten Temperaturen einer Belastung ausgesetzt werden, wie z. B. Automotorventile, geeignet sind. Die Untersuchung des Zeitstandverhaltens von etwa 2,5 cm dicken Stangen aus heißverwalztem und 15 Minuten auf l0lO°C erhitztem Stahl der Chargen 31 ergab folgende Werte: Tabelle V Temperatur Belastung Zeit in Stunden bis 1°% °C kg/cm2 plastischer Verformung 735 700 13,6 735 490 38,5 Extrapoliert man diese Belastungswerte mit dem Larson-Miller-Parameter: P = T [20 + 10 g t] - 10 3, wobei P für den Parameter, T für die Temperatur (° R) und t für die Zeit in Stunden steht (beschrieben in dem ASM-Handbook, B. Auflage, Bd. 1, S. 472), so beträgt die zur Erzielung einer l%igen plastischen Verformung in 100 Stunden bei 735°C notwendige Belastung 304,5 kg/em2. Versuche haben ergeben, daß Ventile, die aus kaltgeschlagenen Stangen von erfindungsgemäßen Werkstoffen hergestellt wurden, ausgezeichnete Korrosionsfestigkeit in Verbrennungskraftmaschinen zeigen und daß deren andere physikalische und chemische Eigenschaften ebenfalls so sind, daß sie für diesen Zweck besonders geeignet sind. Die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Werkstoffe lassen diese für zahlreiche weitere Verwendungszwecke geeignet erscheinen.Table IV shows the results of tests in which the corrosion resistance of the material according to the invention was investigated. Alloy batches 28, 31 and 32, the composition of which can be found in Table I, were compared to a standard stainless steel (batch 56) containing 0.098% carbon, 6.48% manganese, 0.0280% phosphorus, 0.006% sulfur 0.570 / "silicon, 16.600% chromium, 5.400% nickel, 0.170 /" copper and 0.11% nitrogen and the remainder iron. It can be seen that the material according to the invention in the CASS and Corrodkote tests has a similar corrosion resistance as the known steel had and showed a significantly better corrosion resistance in the HA Smith and Huey tests. Table IV Batches test 56 28 31 32 CASS *), 16 hours (% surface attack ) ....... 1.8 2.2 0.7 2.5 Corrodkote **), 3 hours (0% surface attack) ... 14.0 - 8.5 18.2 HA S mith ***), 2 hours, local erosion / inch2 ........................................ 100 8 28 3 Huey test ****), boiling 65% HNO3 (cm penetration gung per month) .............................. 0.00549 - 0.00266 0.00233 *) ASTM Designation B 368-6l T. - **) ASTM Designation B 380-61 T. ***) Corrosion Handbook, HH U h 1 ig, 1948, p. 1022. ****) Corrosion Handbook, HH U h 1 ig, 1948, p. 1016. The materials according to the invention are easy to process, relatively cheap and rust-free and have excellent deep-drawing properties. They are particularly suitable for the production of such objects in the deep-drawing process that are cold-formed under strict conditions, such as. B. saucepans or metal caps for fountain pens. When deep-drawing these objects, which can be deformed by up to 50% or more, no more than 10% martensite is formed with the material according to the invention. Furthermore, the materials according to the invention can also be cold-drawn or cold-drawn satisfactorily, and they have good creep behavior at elevated temperatures, so that they are very good for the production of bolts and valves or other objects that are exposed to stress at elevated temperatures, such as, for. B. car engine valves are suitable. The investigation of the creep behavior of approximately 2.5 cm thick bars made of hot-rolled steel and heated to 1010 ° C. for 15 minutes from batches 31 gave the following values: Table V Temperature load time in hours up to 1 °% ° C kg / cm2 of plastic deformation 735 700 13.6 735 490 38.5 If one extrapolates these exposure values with the Larson-Miller parameter: P = T [20 + 10 gt ] - 10 3, where P stands for the parameter, T for the temperature (° R) and t for the time in hours (described in the ASM-Handbook, B. Edition, Vol. 1, p. 472), the load required to achieve 1% plastic deformation in 100 hours at 735 ° C is 304.5 kg / em2. Tests have shown that valves made from cold-forged rods of materials according to the invention exhibit excellent corrosion resistance in internal combustion engines and that their other physical and chemical properties are also such that they are particularly suitable for this purpose. The favorable properties of the materials according to the invention make them appear suitable for numerous other uses.

Claims

Claims: 1. The use of an austenitic stainless Steel alloy, consisting of up to 0.120 / 0 carbon, 5 to 8.5% manganese, up to to 2.00 / 0 silicon, 15.0 to 17.50% chromium, 3.0 to 6.50% nickel, 0.75 to 2.5% copper, up to 0.10% nitrogen, remainder iron, with impurities from the melting process, the constituents of the alloy being regulated in such a way that martensite formation less than 10% according to the following formula:% martensite = 358 - 221 (% C +% N) - 6.42 (% Mn) - 11.7 (% Cr) - 12.7 (% Ni) - 22.7 (% Cu) and the b-ferrite formation less than 10% according to the formula b-ferrite formation = 0% Cr + 1.5 (° / c, Si) - 0.87 [30.0 (c '/ o C +% N) +% Ni + 0.5 (% Mn) + 0.3 (% Cu) 1 + 1 and the Amount of copper 3.85 - 0.18 (0%) Mn) as a material for deep-drawn, cold-forged and cold-hammered objects.

2. Use of a steel alloy according to claim 1, consisting of at most 0.071) / o carbon, at most 0.05% nitrogen, 5.5 to 6.5% manganese, 16.1 to 16.6% chromium, 5.0 to 5.50 / c, nickel, 1.5 to 2.00 / " Copper, the remainder iron with impurities caused by the smelting, for the purpose after Claim 1.