DE1558649C2

DE1558649C2 - Verwendung eines korrosionsbeständigen Stahles zur Herstellung von Rasierklingen

Info

Publication number: DE1558649C2
Application number: DE1558649A
Authority: DE
Inventors: Claes Bertil Bergquist; Jan-Christer Henric Ovesson Carlen
Original assignee: SANDVIKENS JERNVERKS SANDVIKEN (SCHWEDEN) AB
Current assignee: SANDVIKENS JERNVERKS SANDVIKEN (SCHWEDEN) AB
Priority date: 1966-09-22
Filing date: 1967-09-22
Publication date: 1975-11-20
Also published as: NL6712353A; DE1558649A1; GB1100340A; BE704112A; US3672877A; DE1558649B2

Description

0,8

bis 11,5%
bis 2%
bis 1%
bis 1,5%
bis 3%

Chrom,

Silizium,

Mangan,

Molybdän,

Wolfram

sowie insgesamt bis zu 1 % Nickel, Kobalt, Kupfer, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Zirkonium, Bor, Beryllium, einzeln oder zu mehreren, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, in welchem die Abhängigkeit zwischen C-Gehalt und Summe Y der Gehalte von Cr + 1/2 Mo + 1/4 W durch den Bereich im C-Y-Diagramm bestimmt ist, welcher durch einen die Punkte

A (0,3/9,0),
B (0,3/11,25),
C (0,4/12,25),
D (0,5/12,25),
E (0,5/10,0),
F (0,4/9,0),
A

verbindenden Polygonzug umschlossen ist, zur Herstellung von Rasierklingen mit verbessertem Korrosionswiderstand, verbesserter Anlaßbeständigkeit, höherer Kantenglätte und einer Schneidkantenhärte über 800Vickerseinheiten (0,5 kg Belastung) nach der Härtung sowie über 720Vickerseinheiten (0,5 kg Belastung) nach einem auf das Härten folgenden Anlassen bis zu 450° C.

2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, bestehend aus

0,35 bis 0,45 % Kohlenstoff,
9,25 bis 11% Chrom,
0,9 bis 1,5% Silizium,
0,2 bis 0,7% Mangan,
0,3 bis 1,5% Molybdän,
höchstens 2,6 % Wolfram

sowie insgesamt bis zu 0,5% Nickel, Kobalt, Kupfer, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Zirkonium, Bor, Beryllium, einzeln oder zu mehreren, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, in welchem die Abhängigkeit zwischen C-Gehalt und Summe Y der Gehalte von Cr + 1/2 Mo + 1/4 W durch den Bereich im C-Y-Diagramm bestimmt ist, welcher durch einen die Punkte

A₁ (0,35/9,5),
B₁ (0,35/11,25),
C₁ (0,40/11,75),
D₁ (0,45/11,75),
E₁ (0,45/10,0),
F₁ (0,40/9,5),

verbindenden Polygonzug umschlossen ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, welcher mehr als 0,3% Molybdän enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines korrosionsbeständigen Stahles zur Herstellung von Rasierklingen mit verbesserten Eigenschaften.

Es ist bereits bekannt, korrosionsbeständige Schneidwerkzeuge, wie Rasierklingen, aus Stählen mit hohem Chromgehalt und einem hohen oder mittelhohen Gehalt an Kohlenstoff herzustellen, die durch Abschrecken von einer 1000° C übersteigenden Temperatur gehärtet worden sind. Als Beispiele können genannt werden ein Stahl mit 13 bis 14% Chrom, 0,9 bis 1,1% Kohlenstoff (Typ a) und ein

ao Stahl mit 13 bis 14% Chrom und 0,5 bis 0,7% Kohlenstoff (Typ b).

Der Rest ist im wesentlichen Eisen allein gegebenenfalls mit geringfügigen Zusätzen eines oder mehrerer weiterer Elemente, wie Mangan, Kupfer, Molybdän und Kobalt. Die Werkzeuge oder Klingen, welche aus diesen Stählen hergestellt sind, haben in mehreren wesentlichen Beziehungen sich nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen. Beispielsweise erhalten die Stähle' vom Typ a, wenn sie auf eine nahe bei 800 Vickers (VPN 800) liegende Härte gehärtet worden sind, ein Gefüge, das eine große Anzahl grober Karbidkörner innerhalb des Bereiches von 3 bis 30 Mikron (maximale lineare Abmessung) aufweist, wodurch es unmöglich gemacht wird, eine glatte Schneidkante zu erhalten, da diese Körner beim Schleifen der Schneidkante leicht ausgerissen werden, so daß die Kante eine durchgescheuerte bzw. abgenutzte Kontur und Oberfläche erhält. Außerdem ist die Korrosionsbeständigkeit dieser Stähle ziemlich mäßig. Stähle vom Typ b haben weniger grobe Karbidkörner und eine etwas bessere Korrosionsbeständigkeit als die Stähle des vorerwähnten Typs a, jedoch ist die maximale Härte, die durch Härten erzielt wird, geringer als die für den Typ a, wodurch die Lebensdauer der Kantenschärfe der Werkzeuge oder Klingen negativ beeinflußt wird.

Es ist auch ein Verfahren zum Vakuumglühen von Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt über 0,25% bekannt (britische Patentschrift 8 01463). Dieses Verfahren soll nach der Veröffentlichung besonders geeignet sein für Stähle mit folgender Zusammensetzung: 0,25 bis 1,5% C, 10 bis 30% Cr, bis zu 5% Si, bis zu 5% Mn, Mo, W, V, Co, Al allein oder in Kombination, bis zu 2% je Ti, Nb, N und Cu, Rest Fe. Der genannten Druckschrift ist kein Hinweis über die Verwendbarkeit solcher Stähle für Rasierklingen zu entnehmen. Die angegebenen Legierungsbereiche sind so umfangreich, daß diesen Hinweisen keine Anregung zur Verwendung eines solchen Stahles für Rasierklingen entnommen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl anzugeben, der die Herstellung von Rasierklingen mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit in Kombination mit einer hervorragenden Kantenschärfe und -glätte und einer verbesserten Anlaßbeständigkeit ermöglicht. Die Erfindung besteht in der Verwendung eines Stahles, bestehend aus 0,30 bis 0,50% Kohlenstoff, 9 bis 11,5% Chrom, 0,8 bis

ίο oö

2% Silizium, O bis 1 % Mangan, O bis 1,5% Molybdän, O bis 3% Wolfram sowie insgesamt bis zu 1% Nickel, Kobalt, Kupfer, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Zirkonium, Bor, Beryllium, einzeln oder zu mehreren, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, in welchem die Abhängigkeit zwischen C-Gehalt und Summe Y der Gehalte von Cr + 1/2 Mo + 1/4 W durch den Bereich im C-Y-Diagramm bestimmt ist, welcher durch einen die Punkte

verbindenden Polygonzug umschlossen ist, zur Herstellung von Rasierklingen .mit verbessertem Korrosionswiderstand, verbesserter Temperaturbeständigkeit, höherer Kantenglätte und einer Schneidkantenhärte über 800 Vickerseinheiten (0,5 kg Belastung) nach der Härtung sowie über 720 Vickerseinheiten (0,5 kg Belastung) nach einem auf das Härten folgenden Anlassen bis zu 450° C.

Vorzugsweise kann ein Stahl der vorgenannten Art verwendet werden, bestehend aus 0,35 bis 0,45% Kohlenstoff, 9,25 bis 11% Chrom, 0,9 bis 1,5% Silizium, 0,2 bis 0,7% Mangan, 0,3 bis 1,5% Molybdän, höchstens 2,6% Wolfram sowie insgesamt bis zu 0,5% Nickel, Kobalt, Kupfer, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Zirkonium, Bor, Beryllium, einzeln oder zu mehreren, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, in welchem die Abhängigkeit zwischen C-Gehalt und Summe Y der Gehalte von Cr + 1/2 Mo + 1/4 W durch den Bereich im C-Y-Diagramm bestimmt ist, welcher durch einen die Punkte

^₁ (0,35/9,5),
B₁ (0,35/11,25),
C₁ (0,40/11,75),
D₁ (0,45/11,75),
E₁ (0,45/10,0),
F₁ (0,40/9,5),
^Ai

verbindenden Polygonzug umschlossen ist, für den vorgenannten Zweck.

Es kann auch ein Stahl für den vorgenannten Zweck der erstgenannten Art verwendet werden, welcher mehr als 0,3% Molybdän enthält. Schließlich ist auch die Verwendung eines Stahles der vorgenannten Art für den gleichen Zweck möglich, welcher 0,7 bis 1,3% Molybdän enthält.

Die bisher für Schneidwerkzeuge,, wie Rasierklingen, verwendeten Stähle hatten eine unausgeglichene Zusammensetzung, was bedeutet, daß ihr Gehalt an Kohlenstoff und Chrom im Überschuß gegenüber dem für die Härtung erforderlichen Gehalt war. Beispielsweise wurde der Überschuß an Kohlenstoff und Chrom in Form von Karbidkörnern im gehärteten Stahl festgestellt, während die Grundmasse einen wesentlich niedrigeren Kohlenstoff- und Chromgehalt hatte, als durch die chemische Analyse des Stahles ermittelt werden konnte.

Bei dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl ist die Zusammensetzung so ausgeglichen, daß die Analyse des Stahles und diejenige der Grundmasse im wesentlichen die gleiche ist. Einer der Vorteile, welche durch den erfindungsgemäß verwendeten Stahl erhalten wird, besteht darin, daß die Zusammensetzung der Grundmasse nach dem Härten unabhängig von Veränderungen in den Härtungsbedingungen praktisch konstant ist. Dies bedeutet, daß ferner die Korrosionsbeständigkeit unverändert bleibt und daß der Stahl unempfindlich gegen Veränderungen der Wärmebehandlungsbedingungen ist. Infolge des verhältnismäßig niedrigen Gehaltes an Kohlenstoff und an Chrom im erfihdungsgemäßen Stahl ist dieser praktisch frei von primären Karbiden, was für das Erzielen ausgezeichneter Schneidkanten von großer Bedeutung ist. Beim Härten des Stahles werden die vorhandenen Karbide praktisch vollständig aufgelöst, weshalb die chemischen Analysen der Grundmasse die gleichen wie die Analysen für den Stahl sind. Der Umstand, daß die Zusammensetzung der

so Grundmasse die Korrosionsbeständigkeit des gehärteten Stahles entscheidet, trägt zu der ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahles bei. Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu den bisher verwendeten korrosionsbeständigen Stählen ist der niedrigere Gehalt an Chrom, was hinsichtlich der Kosten von Bedeutung ist. : · ■ ' ■

Die Härte des Stahles hängt unter anderem von dem Kohlenstoffgehalt,des Stahles ab. Wenn jedoch die Ms-Temperatur des Stahles — die Temperatur, bei welcher die Umwandlung von Austenit in Martensit beginnt — durch den Zusatz von zu großen Mengen von Legierungselementen zum Stahl zu weit herabgesetzt wird, wandelt sich der Austenit nur teilweise in Martensit um, was zur Folge hat, daß die Härte nicht ausreichend hoch ist, selbst wenn eine die Martensitbildung begünstigende Niedrigtemperaturkühlung angewendet wird. Die bisher zur Herstellung von korrosionsbeständigen Schneidwerkzeugen, wie Rasierklingen, verwendeten Stähle hatten keine geeignet ausgeglichenen Zusammensetzungen, weshalb die durch diese Stähle erreichte maximale Härte wesentlich geringer als erwünscht war. Ferner war es bei diesen Stählen nicht möglich, eine solche gleichmäßige Zusammensetzung in der Grundmasse zu erzielen wie in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl. Daher führt das Vorhandensein großer Mengen von Karbidkörnern in den erwähnten früheren Stählen zu Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung um die Körner herum, wodurch wiederum die durch Härten erzielbare maximale Härte herabgesetzt wird.

Die überlegenen Eigenschaften des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahles im Vergleich zu den früher verwendeten korrosionsbeständigen Stählen für Schneidwerkzeuge werden in den nachfolgenden Beispielen noch weiter erläutert: Das Gefüge des Stahles nach dem Kaltwalzen ist von beträchtlicher Bedeutung für die Herstellung einer ausgezeichneten

Kante. Daher ist das Vorhandensein grober Karbidkörner ein ernster Nachteil, da diese, wie erwähnt, beim Schleifen der Schneidkante leicht herausgerissen werden können, so daß die Kante eine durchgescheuerte Kontur und Fläche erhält. In der nachfolgenden Tabelle 1 stellen die Stähle α und b früher verwendete Rasierklingenstähle dar, während die Stähle C₁ und C₂ erfindungsgemäß zu verwendende Stähle darstellen.

ίο oö

Tabelle 1

	C	Si	Mn	Cr	Mo	Karbidkörner
						je mm² gröber
						als 5 Mikron
	°/o	Vo	Vo	Vo	Vo
a	0,95	0,32	0,91	13,4	.	671
b	0,58	0,36	0,42	13,9	—	16
^Cl	0,38	1,06	0,36	10,3	—	0
^C2	0,43	1,27	0,33	10,6	0,94	10

Die Härte von korrosionsbeständigen Chromstählen hängt von der beim Härten verwendeten Temperatur, von der Kühlung aus der Härtungstemperatur und von der Auslaßtemperatur ab. Für Stähle, welche im Gegensatz zu dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl keine ausgeglichene Zusammensetzung haben, besteht immer eine gegebene Härtungszeit und ein bestimmtes Kühlungsverfahren sowie nur eine einzige Härtungstemperatur, welche maximale Härte ergeben. Durch nachfolgendes Anlassen bei 100 bis 15O⁰C ist es möglich, die Härte etwas zu erhöhen.

Die nachfolgende Tabelle 2 enthält wiederum die Stähle α, b, C₁ und C₂ gemäß Tabelle 1. Bei diesen Stählen wurde die maximale Härte durch die Verwendung einer Härtungszeit von 40 Sekunden, einer Kühlung aus der Härtungstemperatur auf Raumtemperatur und dann auf —70° C und einer nachfolgenden Vergütung bei 100° C in siedendem Wasser erzielt.

Die höhere Härte der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle erleichtert das Kantenschleifen, verbessert die Kanten und trägt ferner zu einer erhöhten nutzbaren Lebensdauer der Rasierklingen bei, auch wenn die Kanten, wie dies üblich ist, mit einer Material beschichtet werden, welches die Rasiereigenschaften verbessert, wobei die Klingen in der Regel bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 200 bis 400⁰C vergütet werden. Die endgültige Kantenhärte hängt hierbei von der Anlaßbeständigkeit des Stahles ab, wenn dieser innerhalb des erwähnten Bereiches vergütet wird. Ein Vergleich der Anlaßbeständigkeit der bisher bekannten Stähle α und b und der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle C₁ und C₂ ist in der Tabelle 2 enthalten, wobei die Vergütung bei 350° C durchgeführt worden ist.

Tabelle 2 '

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle haben trotz ihrer verhältnismäßig niedrigen Gehalte an Chrom und anderen die Korrosion verhindernden Elemente wie Molybdän und Wolfram eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Ein Vergleich der Korrosionsgeschwindigkeit in 0,5%iger Essigsäure für die erwähnten früheren Stähle α und b und die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle C₁ und C₂ ist in der nachfolgenden Tabelle 3 gegeben. Alle ίο Stähle waren gehärtet und auf eine maximale Härte vergütet.

Maximale Härte	Maximale Härte Vickers
Vickers	(Belastung 0,5 kg)
(Belastung 0,5 kg)	nach dem Vergüten
(VPN)	bei 350° C (VPN)

a	820	650
b	790	630
*^Cl*	840	725
c„	855	740

Tabelle	3	Korrosions geschwindigkeit mm/Jahr
	98 .
a	5,0
b	5,2
*^Cl*	4,8
C,

Aus der Tabelle 3 ergibt sich, daß die Korrosionsbeständigkeit djer Stähle C₁ und c₂ beträchtlich höher

als diejenige für den Stahl α und gleichwertig derjenigen für den Stahl b trotz des niedrigeren Gehaltes an Legierungselementen in den Stählen C₁ und C₂ war. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann in Bandform auf die gewünschte dünne Abmessung,

z. B. auf 0,05 bis 0,5 mm, kaltgewalzt werden, worauf eine formgebende Bearbeitung, z. B. ein Stanzen, erfolgen kann. Der kaltgewalzte Bandstahl wird dann auf eine hohe Härte dadurch gehärtet, daß er auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von 1050 bis 1125 ° C, vorzugsweise auf etwa 1110° C erhitzt wird, nachfolgend auf Raumtemperatur oder niedriger, z.B. auf den Bereich zwischen —20 und — 120⁰C, gekühlt wird. Nach dem Härten und gegebenenfalls einem nachfolgenden Vergüten innerhalb des Bereiches von 75 bis 125° C, vorzugsweise bei etwa 100° C auf einen Härtegrad, der 800 Vickers (VPN 800) überschreitet, werden die Schneidkanten durch Schleifen od. dgl. geformt. Schließlich kann das Material während eines begrenzten Zeitraumes von beispielsweise etwa 1 Minute bis zu 1 oder mehreren Stunden bei einer Temperatur bis 450° C, z. B. innerhalb des Bereiches von 200 bis 400° C, vergütet werden. Die Härte des Stahles nach der erwähnten Endvergütung beträgt mindestens 700 Vickers (VPN 700) und liegt beim Vergüten zwischen 200 und 400° C je nach der Vergütungstemperatur innerhalb des Bereiches von 720 bis 850 Vickers (VPN 720 bis 850).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

Verwendung eines Stahles, bestehend aus 0,30 bis 0,50 % Kohlenstoff,

4. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 oder 2, welcher 0,7 bis 1,3 °/o Molybdän enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.