DE1294032B - Martensitischer, verguetbarer, rostfreier Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen martensitischen, vergütbaren, rostfreien Stahl.

In letzter Zeit ist eine neue Serie von Stählen in den Vordergrund getreten, die als Baustähle Verwendung finden. Diese Stähle sind dadurch gekennzeichnet, daß sie überwiegend martensitisch sind und daß eine Phasen- bzw. Gefügeunrwandlung mit einer Vergütungserscheinung verbunden ist, wodurch sie ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften erhalten. Manchmal besitzen diese Stähle eine geringe Korrosionsbeständigkeit. Folglich ist ihr Einsatz auf Verwendungszwecke beschränkt, bei denen Korrosionsbeständigkeit unbedeutend ist. Ferner werden zwei rostfreie Stahlsorten auf dem Markt angeboten, die vergütbare Stähle mit einer Mehrphasenmikrostruktur sind. Diese MikroStruktur enthält Restaustenit, Deltaferrit und Martensit. Durch diese Mehrphasenmikrostruktur werden einige mechanische Eigenschaften beeinträchtigt. Diese Stähle zeichnen sich außerdem durch mangelnde Verformbarkeit und durch Kerbempfindlichkeit in der Querrichtung aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen martensitischen, vergütbaren, rostfreien Stahl mit einem Optimum an Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit und einem hohen Maß an Kerbzähigkeit herzustellen, der außerdem ausgezeichnete Verarbeitungseigenschaften, beispielsweise im Hinblick auf Verformen, Schweißen und Zerspanen haben soll. Bei dem angestrebten Stahl soll es sich um einen martensitischen, vergütbaren rostfreien Chrom-Nickel-Titan-Stahl mit genau kontrollierten Gehalten an Kohlenstoff, Silizium und Mangen handeln.

Erfindungsgemäß hat ein martensitischer, vergütbarer, rostfreier Stahl einen Gehalt an Kohlenstoff von Spuren bis zu etwa 0,07 %, Silizium von Spuren bis zuO,2%> Mangan von Spuren bis zu etwa 0,60%, Chrom von etwa 14 bis zu etwa 17,5 %> Nickel von etwa 4,75 bis zu etwa 7 %> Titan oder Niob von etwa 0,3 bis zu 1,3 %> wahlweise Molybdän bis zu 2% und enthält restlich Eisen mit zufälligen Verunreinigungen, wobei die Summe der Mangan- und Siliziumgehalte kleiner ist als etwa 0,6% und der Stahl im wesentlichen frei von <5-Ferrit ist.

Der erfindungsgemäße Stahl ist ein rostfreier Stahl vom martensitaushärtenden »maraging«-Typ. Im geglühten Zustand ist der Stahl fast vollständig martensitisch. Auf Grund seiner Einphasenmikrostruktur, eines geringen Gehalts an Kohlenstoff und Stickstoff und der Zusätze von Titan besitzt der erfindungsgemäße Stahl hervorragende Verarbeitungseigenschaften, die sich beispielsweise in seiner Ziehfähigkeit, Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit zeigen. Die Festigkeit des Stahls kann durch eine einfache, bei tiefen Temperaturen stattfindende vergütende Wärmebehandlung erhöht werden.

In der nachfolgenden Tabelle I ist die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahles übersichtlich zusammengestellt:

Tabelle I
(Chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent)

Element	Allgemeiner Bereich	Bevorzugter Bereich
C Si Mn Cr Ni Mo Ti oder Nb Fe	von Spuren bis 0,07 von Spuren bis 0,02 von Spuren bis 0,60 14 bis 17,5 4,75 bis 7 wahlweise bis 2,0 0,3 bis 1,3 Rest	von Spuren bis 0,05 von Spuren bis 0,20 von Spuren bis 0,3 14,5 bis 15,5 5,25 bis 6,5 wahlweise bis 2,0 0,4 bis 1,0 Rest

Wie Tabelle I zeigt, ist für jeden Legierungsbestandteil des Stahls sowohl ein allgemeiner Bereich als auch ein bevorzugter Bereich angegeben. Der in dem erfindungsgemäßen Stahl enthaltene Kohlenstoff trägt zur Bildung der austenitischen Phase bei, die während der bei hohen Temperaturen stattfindenden Glühbehandlung gebildet wird, um ein martensitisches Gefüge nach der Abkühlung des Stahls auf Raumtemperatur zu erhalten. Für den Kohlenstoffgehalt ist ein Bereich angegeben, der von spurenweisem Vorkommen bis zu 0,07% reicht. Man bevorzugt jedoch einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt und erzielt optimale Ergebnisse, wenn der Kohlenstoffgehalt auf 0,05 % maximal begrenzt wird. Auf Grund dieses niedrigen Kohlenstoffgehaltes bildet sich ein wenig Kohlenstoff enthaltender Martensit, wenn der Stahl auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Der kohlenstoffarme Martensit zeigt genügend Weichheit und Verformbarkeit, so daß der Endverbraucher den erfindungsgemäßen Stahl mit den gegenwärtig bekannten und verwendeten Mitteln weiterbearbeiten kann.

Wird der Kohlenstoffgehalt auf mehr als 0,07% erhöht, dann, so hat man festgestellt, bindet der Kohlenstoff Titan durch Bildung von Titancarbonitriden, die sich im Stahl insofern störend bemerkbar machen, als sie dessen Qualität verschlechtern und auch dessen Korrosionsbeständigkeit beeinflussen können. Darüber hinaus binden höhere Kohlenstoffgehalte so viel Titan, daß dieses seiner nützlichen Aufgabe, nämlich der Bildung von Ausscheidungen während des Anlassens, entzogen wird und auf diese Weise die Festigkeit des Stahles nachteilig beeinflußt. Dementsprechend wird der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise so niedrig wie möglich gehalten, wie in Tabelle I aufgeführt.

Der erfindungsgemäße Stahl enthält Silizium in einem Bereich von spurenweisem Vorkommen bis zu ungefähr 0,2%· Man hat festgestellt, daß Silizium in fester Lösung eine erhebliche Verfestigung ist. In dieser Hinsicht muß der Siliziumgehalt des erfindungsgemäßen Stahls in Hinblick auf optimale Eigenschaften genau kontrolliert werden, wegen seines

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Einflusses auf die Verarbeitungseigenschaften und erreicht man bei Nickelgehalten, die innerhalb der

die Festigkeit des Stahles. Man hat festgestellt, daß in Tabelle I genannten Grenzen liegen, auf Grund der

diese niedrigeren Siliziumgehalte wünschenswert sind, Tatsache, daß die Bildung von Deltaferrit oder Rest-

damit der erfindungsgemäße Stahl zufriedenstellende austenit verhindert wird, ohne jedoch die Mf- oder

Verarbeitungseigenschaften in geglühtem Zustand 5 Ms-Temperatur ungebührlich zu erniedrigen,

und Kerbzähigkeit in vergütetem Zustand besitzt. Titan wird vorzugsweise in den Grenzen von 0,30

Obwohl der in fester Lösung des erfindungsgemäßen bis 1,3 % gehalten und erfüllt die doppelte Aufgabe,

Stahls vorhandene Siliziumgehalt in großem Ausmaß sowohl Kohlenstoff zu binden und unter anderem

zu einer Verbesserung der Festigkeit des vergüteten zusammen mit Nickel eine beim Anlassen entstehende

Stahls beiträgt, beeinflußt er jedoch nichtsdestoweniger io Ausscheidung zu bilden, das für die Festigkeit des

die Zähigkeit und Verformbarkeit nachteilig, wenn erfindungsgemäßen Stahls von größter Bedeutung

der Siliziumgehalt über die in Tabelle I genannten ist. Wenigstens 0,30 % Titan ist erforderlich, wogegen

Werte erhöht wird. Titangehalte von mehr als ungefähr 1,30 % allem

In diesem Zusammenhang scheint auch Mangan Anschein nach keine bedeutende Verbesserung der einen Einfluß auszuüben und muß deshalb zusammen 15 Vergütungseigenschaften des Stahls verursachen, sonmit dem Silizium genau kontrolliert werden, um opti- dern das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften male Zähigkeitseigenschaften zu erreichen. Im Hin- nachteilig beeinflussen können. Obwohl man optimale blick darauf hat man festgestellt, daß der Gesamt- Ergebnisse erzielt, wenn der Titangehalt innerhalb gehalt an Silizium und Mangan weniger als ungefähr des in Tabelle I angegebenen bevorzugten Bereichs 0,6 % betragen muß und der Siliziumgehalt weniger 20 liegt, sollte der Titangehalt jedoch erhöht werden, als 0,2% betragen muß. Bereits dann, wenn die Summe wenn der Kohlenstoffgehalt erhöht wird, wobei des Siliziums und des Mangans weniger als 0,6 % jedoch für beide Elemente die in Tabelle I genannten und der Siliziumgehalt weniger als 0,2% beträgt, Grenzwerte eingehalten werden. Niob kann einen zeigt der erfindungsgemäße Stahl ein Verhältnis von Teil oder das gesamte Titan vertreten und wirkt Zugfestigkeit im gekerbten Zustand zu Zugfestigkeit 25 in der gleichen Art und Weise, d. h., es erfüllt die im ungekerbten Zustand in der Größe 1 oder größer doppelte Aufgabe, Kohlenstoff und Stickstoff zu als 1, auch dann, wenn der Stahl nicht erst durch binden und ein beim Vergüten entstehendes AusWärmebehandlung im wesentlichen auf denselben fällungsprodukt zu bilden. Folglich gelten die in Festigkeitswert gebracht oder einer allgemein üblichen Tabelle I für Titan genannten Bereiche auch für Vergütungs-Wärmebehandlung unterworfen wurde. 30 Niob.

Folglich müssen sowohl der Mangan- als auch der Der erfindungsgemäße Stahl kann wahlweise auch

Siliziumgehalt innerhalb der in Tabelle I genannten bis zu 2 % Molybdän enthalten. Molybdän erfüllt

Bereiche gehalten werden und außerdem in den vor- die doppelte Aufgabe, sowohl in fester Lösung zur

stehend genannten Grenzen der Gehalte bleiben. Festigkeit des Stahls beizutragen als auch ein zu-

Der erfindungsgemäße Stahl enthält Chrom in 35 sätzliches Maß an Korrosionsbeständigkeit zu vereiner Menge zwischen ungefähr 14 und 17,5% und leihen, besonders dann, wenn der erfindungsgemäße vorzugsweise zwischen 14,5 und 15,5%, um ein Stahl in einer Atmosphäre angewendet wird, die eine Optimum an Korrosionsbeständigkeit in Verbindung Verbindung mit einem Halogenion enthält, Mit mit mechanischer Festigkeit zu erzielen. Obwohl Rücksicht auf diesen besonderen Verwendungszweck Chrom ein starker Ferritbildner ist, wird es mit anderen 40 kann Molybdän in Mengen von bis zu 2% anwesend Legierungsbestandteilen abgestimmt, um ein voll- sein, ohne die Eigenschaften des erfindungsgemäßen ständiges martensitisches Gefüge zu erhalten, wenn Stahls zu verändern. Wenn jedoch der Stahl nicht der Stahl auf Raumtemperatur oder darunter nach in einer ein Halogen enthaltenden Atmosphäre verder Glühbehandlung abgekühlt wird. Der innerhalb wendet werden soll oder keine außerordentlich hohe der in Tabelle I angegebenen Grenzen liegende 45 Spannungskorrosionsbeständigkeit gefordert ist, kann Chromgehalt ergibt die optimale Vereinigung von man das Molybdän ohne weiteres fortlassen, ohne Korrosionsbeständigkeit, MikroStruktur und mecha- daß die grundlegende Korrosionsbeständigkeit oder nischer Festigkeit. die grundlegende Festigkeit des Stahls nachteilig

Der erfindungsgemäße Stahl enthält Nickel in den beeinflußt werden.

Grenzen von ungefähr 4,75 bis 7 % und vorzugsweise 50 Der Rest des Stahls enthält im wesentlichen Eisen von 5,25 bis 6,5%; es verbindet sich mit Titan und mit den üblichen zufälligen Verunreinigungen, die bildet eine durch Vergüten hervorgerufene Aus- gewöhnlich bei der Erzeugung rostfreier Stähle auffällung. Nickel ist ein starker Austenitbildner und treten.

gleicht so den Chromgehalt aus, wodurch die Bildung Der erfindungsgemäße Stahl kann nach irgendeinem von Deltaferrit, nachdem der Stahl auf die für eine 55 bekannten Verfahren erzeugt werden, z. B. nach Glühbehandlung erforderliche Temperatur erwärmt dem Lichtbogen-Schmelzverfahren mit einer Kohleworden ist. Jedoch darf der Nickelgehalt ungefähr elektrode. Schrott oder flüssiges Roheisen können 7% nicht übersteigen, damit der gebildete Austenit in einem üblichen Ofen eingesetzt und zu der ge-Ms- und Mf-Temperaturen besitzt, die über Raum- wünschten Analyse geschmolzen werden, aus dem temperatur liegen, so daß er sich nach Abkühlung 60 der flüssige Stahl entnommen und zu Brammen verauf Raumtemperatur in Martensit umwandelt. Wird gössen wird. Nach entsprechendem Glühen, z. B. der Nickelgehalt auf mehr als etwa 7% erhöht, im Tiefofen, können die Brammen entweder zu dann bleibt ein Teil der austenitischen Phase bei Stabstahl- oder Flachwalzerzeugnissen warm verwalzt Raumtemperatur zurück, wodurch die Festigkeit werden; danach können diese Erzeugnisse einer des Stahls nachteilig beeinflußt wird. Andererseits 65 Glühung, Entzunderung und Kaltverformung untersind aber wenigstens 4,75 % Nickel notwendig, worfen werden. Der erfindungsgemäße Stahl, der in um die Bildung von Deltaferrit während der Glüh- handelsüblichen Lichtbogenofen in Mengen von 10 Warmbehandlung zu verhindern. Optimale Ergebnisse bis zu 701 erzeugt worden ist, wurde zu Bandstahl

kaltgewalzt, wobei die Querschnittsfläche des vergüteten und gebeizten warmgewalzten Stahls um mehr als 75 % ohne irgendeine Schwierigkeit verringert worden ist. Derselbe Stahl wurde bei der Verarbeitung zu nahtlosen Rohren kaltgezogen, wobei die Wandstärke mit ähnlichem Erfolg um 80% verringert worden ist. Bei der Verarbeitung zu Draht wurde der Stahl kaltgezogen mit einer Verringerung des Querschnitts um 99 %, ^onne daß der Stahl einer Zwischenglühung ausgesetzt worden ist.

Der zu Stab- oder Flachwalzerzeugnissen verarbeitete Stahl wird vorzugsweise durch Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 760 bis 871⁰C geglüht, obwohl Temperaturen bis zu 1093⁰C angewendet werden können. Im Anschluß an diese Hochtemperatur-Glüh-Wärmebehandlung wird der Stahl auf Raumtemperatur abgekühlt. In geglühtem Zustand ist der Stahl durch eine fast vollständige martensitische MikroStruktur mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und ausgezeichneter Bruchdehnung quer zur Walzrichtung gekennzeichnet. In diesem Zustand kann der Stahl entzundert und zu seiner endgültigen Form weiterverarbeitet werden, wonach eine Ausscheidungshärtung bei tiefen Temperaturen die optimalen mechanischen Eigenschaften im verarbeiteten Stahl erzeugt. Die bevorzugte Vergütungsbehandlung besteht darin, den Stahl für einen Zeitraum von ungefähr 5 Minuten bis zu mehreren Stunden einer Temperatur im Bereich von ungefähr 427 bis 621⁰C auszusetzen, je nach gewünschter Festigkeit und Querschnittsabmessungen des fertigen Erzeugnisses. Vorzugsweise wird der vergütete Stahl auf die übliche Art und Weise an Luft abgekühlt. Bei der Ausscheidungshärtung tritt keine Formänderung oder starke Farbänderung als Folge der Wärmebehandlung in Erscheinung. Obwohl der Stahl leicht schweißbar ist und eine ausgezeichnete Verformbarkeit im geschweißten Zustand ohne vor- oder nachfolgende Wärmebehandlung aufweist, ist dieselbe Vergütungsbehandlung doch bei der Vergütung der Schweiße wirksam. Der erfindungsgemäße Stahl zeigt im vergüteten Zustand auch eine ausgezeichnete Zerspanbarkeit. Im Hinblick darauf kann der Erzeuger den Stabstahl in vergütetem Zustand liefern. Weil keine weitere Wärmebehandlung vorgenommen wird, ist ein nachfolgendes Entzundern nicht erforderlich, und die Maßtoleranzen können genau kontrolliert werden, ohne Berücksichtigung der Tatsache, daß die Vergütungs-Wärmebehandlung sowieso keine Formänderung an einem vollständig verarbeiteten Teil hervorruft.

Um die Vorzüge des erfindungsgemäßen Stahles deutlicher zu erläutern, sei auf die folgende Tabelle II verwiesen, die typische Eigenschaften des zu Blechen verarbeiteten, erfindungsgemäßen Stahls zeigt. Die in Tabelle II zusammengestellten mechanischen Eigenschaften wurden aus Versuchen gewonnen, die an Charge GL-58 vorgenommen wurden, welche eine nominelle Zusammensetzung von 0,02 % Kohlenstoff, 0,10% Mangan, 0,13% Silizium, 15,05% Chrom, 5,7% Nickel, 0,75 °/_? Titan und den Rest Eisen mit zufälligen Verunreinigungen besitzt.

Tabelle II

Anlaßbehandlung	Härte Rc	0,02-Dehngrenze kg/mm2	0,2-Dehngrenze kg/mm2	Zugfestigkeit kg/mm2	Bruchdehnung in %, Meßlänge 50,16 mm
815,6° C, 5 Minuten (nicht angelassen) 426,70C5 4 Stunden 426,7° C, 16 Stunden 482,2°C, 4 Stunden 482,2°C, 16 Stunden 565,0°C, 1 Stunde 621° C, 1 Stunde	25,5 35,5 42 40 42 34,4 30,0	36,6 96,75 11,28 11,23 11,88 75,75 53,0	69,6 105,1 122,8 121,5 128,7 97,7 75,3	86,8 109,2 127,8 124,8 131,6 106,0 94,5	8,0 7,5 6,0 6,0 5,5 10,0 10,5

Wie die Tabelle II zeigt, besitzt der Stahl im geglühten Zustand eine Streckgrenze von ungefähr 69,6 kg/mm² und eine Dehnung von ungefähr 8% (Probenlänge 50,16 mm). Die mechanischen Eigenschaften des vergüteten Stahls zeigen klar, daß das Material eine außerordentliche Vergütbarkeit besitzt. Durch die bevorzugte Vergütungstemperatur wird im allgemeinen die Härte um etwa 15 Rc erhöht. Die entsprechenden Zugversuche zeigen deutlich, daß die Vergütungs-Wärmebehandlung die 0,2%-Streckgrenze und die äußerste Zugfestigkeit außerordentlich erhöht, ohne die Verformbarkeit, gemessen in Prozent als Dehnung, in einem größeren Ausmaß nachteilig zu beeinflussen. Die der Tabelle II zu entnehmenden mechanischen Eigenschaften legen eine Verwendung des Stahls als Baustahl besonders in all den Fällen nahe, in denen gute Korrosionsbeständigkeit verbunden mit mechanischer Festigkeit erwünscht ist.

Um die Wirkung der Legierungselemente auf die Festigkeit des Materials deutlicher zu erläutern, sei auf die folgende Tabelle III verwiesen, die eine Anzahl von Zusammensetzungen enthält, die eine vorgegebene Veränderung von Silizium und Mangan bei im wesentlichen konstanten Gehalten an anderen Legierungsbestandteilen aufweist. Die dort angeführte Charge GM-5 ist gegenwärtig im Handel erhältlich; sie enthält eine Mehrphasenmikrostruktur, die Martensit, Deltaferrit und Restaustenit aufweist.

Tabelle III

Charge	C 7o	Mn 7o	Si 7o	Cr %	Ni 7o	Ti %
GL-58A ... GL-60A ... GL-60B ... GL-64	0,023 0,018 0,018 0,013 0,016 0,016 0,055	0,10 0,08 0,082 0,096 1,00 1,44 0,38	0,13 0,35 0,58 0,89 0,19 0,13 0,50	15,05 15,00 14,96 15,00 14,94 15,10 16,40	5,70 5,72 5,68 5,72 5,75 5,75 6,84	0,74 0,85 0,78 0,78 0,66 0,66 0,90
GM-47 .... GM-50 .... GM-5

Die Stähle der Chargen mit der in Tabelle III angegebenen chemischen Zusammensetzung wurden zu Blechen gewalzt und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von ungefähr 816°C für eine Zeit von ungefähr 10 Minuten unterworfen sowie anschließend gekühlt. Weil Silizium in der Matrix gelöst eine erhebliche Verfestigung bewirkt und die Vergütungseigenschaften verbessert und weil die Zähigkeit bei gleichen Festigkeitswerten ermittelt werden sollten, wurden verschiedene Vergütungsbehandlungen angewendet. Ein Maß für die Zähigkeit ist das Verhältnis von Kerbzugfestigkeit zu Zugfestigkeit der ungekerbten Probe entsprechend den Empfehlungen des ASTM-Ausschusses für Bruchzähigkeit (ASTM Bulletin, Nr. 243, Januar 1960, und Nr. 244, Februar 1960). Die nachstehend wiedergegebene Tabelle IV verzeichnet die Ergebnisse dieser Versuche. Jeder Stahl wurde in Querrichtung bei Raumtemperatur nach vorangegangener Vergütung bei Temperaturen und für Zeiten, wie sie der Tabelle IV zu entnehmen sind, untersucht.

Tabelle IV

	Vergütungs	Härte	Versuchs	Kerbzug	Ungekerbte Probe	Zugfestigkeit	Dehnung in	Verhältnis von Kerbzug
Charge	behandlung		temperatur	festigkeit	0,2 Dehn		% Länge des	festigkeit zu
Nr.					grenze	kg/mm2	Probekörpers	Zugfestigkeit
		Rc				129,0	51mm	der unge
	4820C, 8 Stunden	41	Raum	kg/mm2	kg/mm2			kerbten Probe
GL-58A	an Luft abgekühlt		temperatur	142,5	121,0	118,8	5,0	1,10
	426°C, 3 Stunden	39	Raum
GL-60A	an Luft abgekühlt		temperatur	128,1	114,2	122,1	5,0	1,08
	4260C, 3 Stunden	39	Raum
GL-60B	an Luft abgekühlt		temperatur	120,7	115,8	122,9	6,0	0,98
	426° C, 2 Stunden	39,5	Raum
GL-64	an Luft abgekühlt		temperatur	122,0	115,0	137,3	5,2	0,99
	482° C, 8 Stunden	41,5	Raum
GM-47	an Luft abgekühlt		temperatur	127,1	127,0	131,5	4,0	0,93
	4820C, 8 Stunden	41	Raum
GM-50	an Luft abgekühlt		temperatur	122,8	—	129,8	4,0	0,93
	4260C, !Stunde	41	Raum
GM-5	an Luft abgekühlt		temperatur	112,0	120,0	9,5	0,86

Die in Tabelle IV aufgeführte Charge GL-58A zeigt für den erfindungsgemäßen Stahl einigermaßen repräsentative Eigenschaften im Vergleich zu den Werten der Tabelle II. Sowohl die Einzelgehalte an Mangan und Silizium als auch die Summe aus Mangan- und Siliziumgehalt liegen innerhalb der in Tabelle I genannten Grenzen. Die Versuchsergebnisse für die Charge GL-58A zeigen eindeutig ein Verhältnis von Kerbzugfestigkeit zu Zugfestigkeit von etwa 1,1. Wird jedoch der Siliziumgehalt auf mehr als 0,20 °/o> d. h. über den oberen Grenzwert hinaus, erhöht und der Mangangehalt auf ungefähr 0,08 °/₀ eingestellt, so daß die Summe des Silizium- und Mangangehalts den oberen Grenzwert von 0,6 % überschreitet, dann zeigt die Charge GL-60B ein Verhältnis von Kerbzugfestigkeit zu Zugfestigkeit, das kleiner als 1 ist. Eine weitere Erhöhung des Siliziumgehalts beeinflußt allem Anschein nach dieses Verhältnis nicht, was z. B. die Versuchsergebnisse für Charge GL-64 beweisen. Auch bei einem Siliziumgehalt innerhalb des optimalen Bereichs und Erhöhung des Mangangehalts über seinen individuellen Bereich hinaus, so daß die Summe des Silizium- und Mangangehalts die oben festgelegte Grenze überschreitet, ist das Verhältnis von Kerbzugfestigkeit zu Zugfestigkeit kleiner als 1.

Charge GM-5, eine im Handel erhältliche Legierung, zeigt klar ein schlechteres Verhältnis von Kerbzugfestigkeit zu Zugfestigkeit der ungekerbten Probe. Man ist der Auffassung, daß dies mit der Tatsache zusammenhängt, daß der Stahl eine Mehrphasenstruktur aus Martensit, Deltaferrit und Restaustenit besitzt sowie höhere Silizium- und Mangangehalte aufweist. Vorstehende Ausführungen machen deutlich, daß die Zusammensetzung genau kontrolliert werden muß, um eine hervorragende Zähigkeit bei hohen Festigkeitswerten zu gewährleisten.

Um die Ergebnisse und Folgerungen aus den in Tabelle IV zusammengestellten Versuchsergebnissen zu untermauern und um außerdem die ausschlaggebende Bedeutung der chemischen Zusammensetzung zu beweisen, wurden weitere Chargen erschmolzen und untersucht. Diese Chargen zeigen eine Zusammensetzung, die der Tabelle V zu entnehmen ist.

Tabelle V

Charge	C %	Mn °/o	Si %	Cr %	Ni %	Ti %
GT-100.... GV-38 .... GV-78 .... GV-80 .... GV-I	0,045 0,014 0,017 0,015 0,012 0,014	0,14 0,14 0,17 0,12 0,47 0,26	0,17 0,34 0,57 0,86 0,080 0,37	15,18 15,20 15,00 15,00 15,30 15,17	5,70 5,73 5,75 5,80 5,90 5,90	0,70 0,75 0,74 0,74 0,64 0,80
GV-96 ....

Die Stähle mit der in Tabelle V angegebenen Zusammensetzung wurden zu Stabstahl verarbeitet. Diese Versuchsergebnisse sollen die Folgerungen aus der Untersuchung der Bleche untermauern. Aus dem Verhältnis der Kerbzugfestigkeit zur Zugfestigkeit der ungekerbten Probe, ermittelt an Stabstahl, wird die

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Zähigkeit bestimmt. Die gekerbten Stabstahlprobe- temperatur eingehalten im Gegensatz zu den Ver-

körper haben einen Kerbradius von maximal suchen entsprechend Tabelle VI, bei denen eine

0,124 mm. gleichbleibende Festigkeit gefordert wurde, so daß

In der Versuchsreihe der Tabelle IV, die nachstehend eine Änderung der Vergütungstemperatur notwendig

wiedergegeben ist, wurde eine konstante Vergütungs- 5 war.

Tabelle VI

	Vergütungs	Härte	Versuchs	Kerbzug	Ungekerbte Probe	Zugfestigkeit	Bruch	Verhältnis
	behandlung		temperatur	festigkeit			dehnung in %	von Kerbzug
Charge					0,2 Dehn		Probenlänge	festigkeit zu
Nr.		cR			grenze	kg/mma	51mm	Zugfestigkeit
	482°C, 8Stunden	39,5	Raum	kg/mms		117,5		der unge
	an Luft abgekühlt		temperatur	190,0	kg/mm*		14,0	kerbten Probe
GT-100	482° C5 8 Stunden	45,0	Raum		116,5	140,4		1,62
	an Luft abgekühlt		temperatur	191,3			17,0
GV-38	482° C, 8 Stunden	47,0	Raum		137,6	146,8		1,36
	an Luft abgekühlt		temperatur	134,9			15,0
GV-78	4820C, 8 Stunden	47,0	Raum		143,8	153,9		0,92
	an Luft abgekühlt		temperatur	146,3			13,0
GV-80	4820C, 8 Stunden	39	Raum		151,3	121,8		0,95
	an Luft abgekühlt		temperatur	193,1			20,0
GV-I	482° C, 8 Stunden	45	Raum		120,3	148,1		1,58
	an Luft abgekühlt		temperatur	140,7			14,5
GV-96					144,4			0,95

Aus den in Tabelle VI für die Chargen GT-100, GV-78 und GV-80 aufgeführten Versuchsergebnissen ist zu ersehen, daß sich bei der Erhöhung des Siliziumgehalts von 0,17 auf 0,57 und 0,86 °/₀ bei etwa gleichbleibendem Mangangehalt das Verhältnis von Zugfestigkeit im gekerbten Zustand zu Zugfestigkeit im ungekerbten Zustand auf einen Wert kleiner als 1 verringert. Die Charge GV-I mit einem niedrigeren Silizium- und einem hohen Mangangehalt unterstreicht deutlich die ausschlaggebende Bedeutung der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls. Wenn sowohl die Bedingung, daß die Summe des Silizium- und Mangangehalts kleiner als 0,60% i^st> als auch die Bedingung, daß der Siliziumgehalt dabei kleiner als 0,2 °/₀ ist, erfüllt ist, dann wird das Verhältnis von Kerbzugfestigkeit zu Zugfestigkeit größer als 1. Wenn andererseits zwar die Summe aus Silizium- und Mangangehalt innerhalb der angegebenen Grenzen liegt, aber der Siliziumgehalt z. B. 0,20 °/o übersteigt, wie z. B. bei Charge GV-96, die 0,37% Silizium enthält, dann verringert sich das Verhältnis von Zugfestigkeit im gekerbten Zustand zur Zugfestigkeit im ungekerbten Zustand auf einen Wert kleiner als 1. Vorstehende Ausführungen lassen erkennen, daß der erfindungsgemäße Stahl eine hervorragende Kombination mechanischer Eigenschaften besitzt, die den Stahl zu einem guten Baustahl machen, so weit die Grenzwerte der chemischen Zusammensetzung, die vorstehend erläutert wurden, eingehalten werden. Es wurde eindeutig nachgewiesen, daß nicht nur der Siliziumgehalt allein, sondern auch die Summe aus Silizium- und Mangangehalt im Hinblick auf die hervorragende Kombination der mechanischen Eigenschaften von Bedeutung ist.

Im Hinblick auf die Weiterverarbeitung zeigt der erfindungsgemäße Stahl ausgezeichnete Schweißeigenschaften. Charge GV-72 mit einer Zusammensetzung von 0,03% Kohlenstoff, 0,22% Mangan, 0,20% Silizium, 15,25% Chrom, 6,02% Nickel, 0,7% Titan und dem Rest Eisen mit zufälligen Verunreinigungen wurde zu Bandstahl mit einer Dicke von 0,79 mm verarbeitet, bei 816°C für ungefähr 10 Minuten geglüht und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Bandstahl wurde ohne Zusatzmaterial unter inertem Schutzgas und unter Verwendung einer Wolframelektrode automatisch stumpfgeschweißt. Bei der Flüssigkeits-Penetrationsuntersuchung aller Schweißen wurden keine Risse in der Schweiße oder im Grundmetall gefunden. Doppelte Zugversuchs-Probekörper aus Blech wurden spanabhebend bearbeitet, wobei die Schweißnaht entweder in Längsrichtung durch die Mitte des Probekörpers oder in Querrichtung quer zur Mitte des Teils mit verringertem Querschnitt verlief. Diese Materialien wurden im Standardzugversuch gezogen und dabei die folgenden Versuchsergebnisse aufgezeichnet.

Tabelle VII

Wärmebehandlung	Art der Prüfung	Rc-t Grund metall	arte Schweiße	Streck grenze kg/mm2	Zugfestigkeit kg/mma	Bruch dehnungen	Lage der Bruchstelle
Geglüht bei 8150C Geschweißt ohne Wärmevor- und -nachbehandlung	ungeschweißt in Querrichtung geschweißt	OO OO CN CN	28	80,0 81,1	97,6 102,5	3,0 3,0	Grundmetall

Tabelle VII Fortsetzung

Wärmebehandlung	Art der Prüfung	Rc-] Grund metall	iärte Schweiße	Streck grenze kg/mm2	Zugfestigkeit kg/mma	Bruch dehnungen 7o	Lage der Bruchstelle
Geschweißt ohne Wärmevor- und -nachbehandlung	in Längsrichtung geschweißt	28	28	78,2	96,5	4,5	—
Vergütet, 8 Stunden bei 4820C	ungeschweißt	42	—	134,6	135,3	2,8	—
Geschweißt und vergütet	in Querrichtung geschweißt	42	45	135,3	135,1	2,5	Grundmetall
Geschweißt und vergütet	in Längsrichtung geschweißt	42	45	133,1	136,9	5,2	—
Geschweißt und geglüht bei 815 0C	in Querrichtung geschweißt	41	40	132,0	132,5	8,0	Schweiße
Geschweißt und geglüht bei 815°C	in Längsrichtung geschweißt	41	40	121,2	123,1	2,5	—
Vergütet, 2 Stunden bei 537°C	ungeschweißt	39	—	117,7	118,5	5,7	—
Geschweißt und vergütet	in Querrichtung geschweißt	39	43	119,4	120,5	4,5	Grundmetall
Geschweißt und vergütet	in Längsrichtung geschweißt	39	43	119,9	123,4	6,5	—

Aus den ersten drei Zeilen der Versuchsergebnisse der Tabelle VII ergibt sich, daß das Schweißen nur eine geringe Änderung in den Zugfestigkeitseigenschaften gegenüber denen des geglühten ungeschweißten Materials ergibt. Wird die ungeschweißte und geglühte Probe während 8 Stunden bei 482° C vergütet, so erhöht sich die 0,2-Streckgrenze von etwa 80 kg/mm² auf etwa 135,3 kg/mm². Die geglühten, geschweißten und dann während 8 Stunden bei 482° C vergüteten Proben zeigen im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie das ungeschweißte Material. Dieses Ergebnis ist unabhängig davon, ob auf das Schweißen folgend ein erneutes Glühen und hiernach ein erneutes Vergüten des Materials vorgenommen wird. Aus den in Tabelle VII angegebenen Prüfergebnissen geht hervor, daß nach dem Schweißen eine erneute Glühbehandlung nicht notwendig ist. Zur Erzielung optimaler Festigkeit ist es jedoch zu bevorzugen, die geschweißten Materialien in dem gleichen niedrigen Temperaturbereich zu vergüten.

Der erfindungsgemäße Stahl wurde einigen Standardprüflingen auf Korrosionsbeständigkeit unterzogen. Die Tabelle VIII zeigt die verwendeten Prüfmedien und vergleicht einen Stahl, dessen Zusammensetzung in den erfindungsgemäßen Grenzen liegt, mit einem rostfreien Stahl des amerikanischen Typs 430, der neben Eisen maximal 0,12% Kohlenstoff, maximal 1,00% Mangan, maximal 0,040% Phosphor, maximal 0,030 % Schwefel, maximal 1,00% Silizium und 14,00 bis 18,00% Chrom enthält.

Tabelle VIII

Prüfmedium

Dickenabnahme in Millimeter
pro Monat

Probe gemäß
Erfindung

Stahl
Typ 430

25% siedende Salpetersäure .,

60% siedende Essigsäure.

20% siedende Phosphorsäure

fünfmal je 48 Stunden
24 Stunden
24 Stunden

0,023

0,0051

0,0051

0,018

6,35

3,81

Aus den in Tabelle VIII angegebenen Versuchsergebnissen ergibt sich deutlich, daß der erfindungsgemäße Stahl bei Behandlung in dem genannten Prüfmedium eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit zeigt. Dies zeigen die ermittelten Gesamtkorrosionen bei der erfindungsgemäßen Probe. Es wurden ferner Korrosionsversuche durchgeführt, bei denen der erfindungsgemäße Stahl dem Einfluß eines 5%igen Salzsprühnebels unterworfen wurde, wonach sich nach 1000 Stunden Versuchsdauer nur einige wenige zerstreute Rostflecken zeigten. Ferner wurden Blechproben in Querrichtung nach Vergütung bei Temperaturen von 482, 538 und 566°C Zugbelastungen von 70% der Zugfestigkeit ausgesetzt. Diese Proben wurden in belastetem Zustand dem 5%igen Salzsprühnebel ausgesetzt, um die Zugkorrosionsbeständigkeit zu ermitteln. Es zeigten sich dann nach einer Versuchsdauer von 1120 Stunden keine Mängel.

Es ist somit klar, daß der erfindungsgemäße Stahl eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine hervorragende Zugkorrosionsbeständigkeit besitzt.
Die Zerspanbarkeit des erfindungsgemäßen Stahles

Claims (1)

13 14

wurde im Vergleich mit der Zerspanbarkeit eines Durch Vergleich der Kurve 10 mit der Kurve 16 ist handelsüblichen Stahls ermittelt, der nachstehend als ersichtlich, daß der Stahl dabei eine hervorragende Stahl C bezeichnet ist und eine Zusammensetzung Zerspanbarkeit besitzt. Während der Stahl C in vervon 0,064% Kohlenstoff, 0,36 °/o Mangan, 0,70 % gütetem Zustand geringe Zerspanbarkeit besitzt, Silizium, 15,73% Chrom, 4,22% Nickel, 3,49% 5 besitzt der erfindungsgemäße Stahl in nicht geglühtem Kupfer, Rest Eisen mit zufälligen Verunreinigungen, Zustand eine erhöhte Zerspanbarkeit als im gebesitzt, glühten Zustand, wie sich deutlich aus Kurve 18

Die folgenden Versuchsbedingungen wurden bei ergibt. Die in dem Schaubild graphisch dargestellten

Bohrversuchen mit dem erfindungsgemäßen Stahl Prüfungsergebnisse, die durch Drehbankversuche be-

und mit dem vorgenannten Stahl C angewendet. io stätigt wurden, zeigen deutlich die hervorragenden

Zerspanbarkeitseigenschaften des erfindungsgemäßen

Durchmesser des Bohrers 6,35 mm Stahls.

Bohrerwerkstoff Stahl, der neben Eisen ^us der vorstehenden Beschreibung ergibt sich,

η so/ v-r.iiionotr.ff ι α/ daß der erfindungsgemaße Stahl hergestellt werden

\J,O In JS.UUienblU.il, J.,J /Oi ι ι η ι ι · 1 1 1-1*1 τι *·

Wolfram, 8 0°/ Molyb- ¹⁵ kann, ohne daß dabei besondere Erfahrungen, Fertigen An'oi 'r'Virr.Tn „«η keiten oder Anlagen erforderlich sind. Die angewende-

UdIl, t,U /η V_IirUIIl UIlU 1111 · ι · j· ι 111

10°/ Vanadin enthält ^ten Wärmebehandlungen sind einfach und haben

⁰ Vorteile, insofern sich geringes Verziehen, wenig

Schneidenwinkel 118° Zunderbildung und wenig Verfärbung bei der Her-Schneidenart Meißelspitze ²⁰ stellung des Stahls bis in den Zustand einstellen, in

„ ,, . , ,,,.,,.,, welchem er eine optimale Kombination von mechani-

Kuhlmittel Kuhlmittelschneidöl aus _{schen Eigenschaften} aufweist.

sulf ochlormiertem _Der erfindungsgemäße Stahl kann in den verschieden-

Schweineiett _sten p_{ormeil5 w}j_{e un}ter anderem in Stangenform,

Vordere Spitze 0,4 mm Fasenanschliff der 25 Blechform, Bandform, Drahtform oder als nahtlose

Schneidkante Rohre, unter Anwendung der üblichen Walzverfahren

hergestellt werden.

Bei Anwendung der vorstehenden Versuchsbedin- Der Übersichtlichkeit halber soll nachfolgend noch-

gungen ergaben die durchgeführten Bohrversuche die mais zusammengefaßt werden, daß der erfindungsim Schaubild graphisch dargestellten Ergebnisse. In 30 gemäße martensitische, vergütbare, rostfreie Stahl

diesem Schaubild ist auf der Ordinate die durch- vergütet werden kann, indem er bei einer Temperatur

schnittliche Bohrtiefe angegeben, wobei eine Einheit im Bereich von etwa 760 bis 1O93°C und vorzugs-

etwa 2,5 cm entspricht. Auf der Abszisse ist die Bohrer- weise 760 bis 871⁰C geglüht, auf Raumtemperatur

geschwindigkeit am Umfang angegeben, und eine Ein- abgekühlt, bei einer Temperatur von etwa 427 bis

heit entspricht etwa 30 cm/Min. 35 621⁰C angelassen und danach an Luft abgekühlt

Es ist offensichtlich, daß der erfindungsgemäße wird. Auf diese Weise wird eine Bruchzähigkeit bei

Stahl ausgezeichnete Zerspanbarkeitseigenschaften hin- einem Verhältnis von Zugfestigkeit im gekerbten

sichtlich der Werkzeugstandzeit besitzt, wenn man Zustand zu Zugfestigkeit im ungekerbten Zustand

eine gleichbleibende Bohrtiefe von 25,4 cm zugrunde nicht unter 1 erhalten. Die Vergütung kann auch

legt. Die Versuchsergebnisse zeigen ferner, daß der 4° erreicht werden, indem der erfindungsgemäße Stahl

erfindungsgemäße Stahl hervorragende Zerspanbar- einer Lösungsglühbehandlung bei einer Temperatur

keitseigenschaften auch dann zeigt, wenn er vergütet im Bereich von 816 bis 843° C für eine Dauer von

bzw. gehärtet ist. Die Zerspanbarkeit ist wesentlich 5 Minuten bis zu 3 Stunden unterworfen, nachfolgend

größer als diejenige des Stahls C, wenn man beide abgeschreckt und anschließend bei einer Temperatur

Stähle in geglühtem und vergütetem Zustand ver- 45 zwischen 482 und etwa 565 ⁰C für etwa 2 bis 16 Stun-

gleicht. Wendet man konstante Bohrgeschwindigkeit den vergütet wird. Auf diese Weise wird eine Streck-

an, so zeigen sich die gleichen Versuchsergebnisse. grenze von etwa 127 kg/mm² erhalten.

Kurve 10 zeigt den Einfluß der Bohrergeschwindigkeit _π ..

auf die durchschnittliche Bohrtiefe beim Stahl C₅ Patentansprüche:

nachdem dieser bei einer Temperatur von 1038⁰C 50 1. Martensitischer, vergütbarer, rostfreier Stahl,

während einer halben Stunde geglüht und hierauf dadurch gekennzeichnet, daß er von

mit öl abgeschreckt wurde. Wird der Stahl weiter Spuren bis zu etwa 0,07 % Kohlenstoff, von Spuren

wärmebehandelt, nämlich bei 468 ⁰C, während einer bis zu 0,2%-Silizium, von Spuren bis zu 0,60 %

Stunde erhitzt und in Luft gekühlt, so ergibt sich bei Mangan, von 14 bis 17,5 % Chrom, von 4,75 bis

Durchführung der gleichen Bohrversuche, daß 4ie 55 zu 7% Nickel, von 0,3 bis zu 1,3% Titan oder

Zerspanbarkeit des Stahls C nachteilig beeinflußt Niob, wahlweise Molybdän bis zu 2% und als

wird, wie sich deutlich aus der Kurve 12 zeigt, die Rest Eisen mit zufälligen Verunreinigungen enthält,

nach unten verschoben ist und links von der Kurve 10 wobei die Summe der Mangan- und Siliziumgehalte

liegt (s. Abb.). Wird der erfindungsgemäße Stahl dem kleiner ist als 0,6 % und der Stahl im wesentlichen

gleichen Bohrversuch im heißgewalzten, geglühten 60 frei von ό-Ferrit ist.

und vergüteten Zustand unterworfen, so zeigt er 2. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, dadurch

weit größere Zerspanbarkeitseigenschaften. Kurve 14 gekennzeichnet, daß der Gehalt an Kohlenstoff

zeigt die Zerspanbarkeit des erfindungsgemäßen 0,05 % oder weniger, an Mangan weniger als

Stahles in heißgewalztem Zustand. Es ist ersichtlich, 0,3%, an Chrom 14,5 bis 15,5%, an Nickel

daß der erfindungsgemäße Stahl in diesem Zustand 65 5,25 bis 6,5 % und an Titan bzw. Niob 0,4 bis 1,0 %

eine weit höhere Zerspanbarkeit als der Stahl C beträgt.

besitzt. Kurve 16 zeigt die Zerspanbarkeit des er- 3. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1 oder 2,

findungsgemäßen Stahles im geglühten Zustand. dadurch gekennzeichnet, daß Niob wahlweise oder

vollständig an Stelle von Titan verwendet ist, und umgekehrt.

4. Rostfreier Stahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl 0,02% Kohlenstoff, 0,1 °/₀ Mangan, 0,13 °/₀ Silizium, 15,05% Chrom, 5,7% Nickel, 0,74% Titan und als Rest Eisen enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen