DE1608366B1

DE1608366B1 - Verwendung eines stahles zur herstellung korrosionsbestaen diger schneidwerkzeuge mit hoher schneidkantenhaerte wie rasierklingen

Info

Publication number: DE1608366B1
Application number: DE19671608366
Authority: DE
Inventors: Bergqvist Claes Bertil; Carlen Jan-Christer He Ovesson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1966-09-21
Filing date: 1967-09-21
Publication date: 1971-05-06
Also published as: CH505907A; GB1099017A

Description

1 2

Bisher wurden korrosionsbeständige Schneidwerk- . bis 0,8 % Silizium, _r
zeuge mit hoher Schneidkantenhärte, wie Rasierklin- ^; .^ . · bis l,0%Mangän,' ~ ' ^Jl
gen, aus Stählen mit hohem Chrom-Gehalt oder mit- . bis 1,5% Molybdän,
telhohem Kohlenstoffgehalt hergestellt und aus einer bis 3,0% Wolfram sowie
1000⁰C übersteigenden Temperatur gehärtet. Als Bei- 5 bis 1% der Elemente Nickel,
spiele können Stähle genannt werden, die 13 bis 14% Kobalt, Kupfer, Niob, Tantal,
Chrom, 0,9 bis 1,1% Kohlenstoff (Type A) und 13 bis Titan, Vanadium, Zirkonium,
14% Chrom sowie 0,5 bis 0,7% Kohlenstoff (Type B) Bor und Beryllium, einzeln
enthalten. Der Rest ist im wesentlichen Eisen, gegebe- oder zu mehreren, Rest Eisen
nenfalls mit geringen Zusätzen eines oder mehrerer io und erschmelzungsbedingte
weiterer Elemente, wie^: Mangan, Kupfer, Molybdän Verunreinigungen,
und Kobalt. Die aus diesen Stählen hergestellten Werkzeuge haben sich in mehreren wesentlichen Beziehun- wobei der Kohlenstoffgehalt C und die Summe Y gen nicht als völlig zufriedenstellend erweisen. Bei- von Cr + V2 Mo + ^a/₄ W durch die Fläche eines PoIyspielsweise erhalten Stähle der Type A bei einer Här- 15 gons bestimmt ist, welches im C-F-Diagramm durch tung auf eine Härte von etwa 800 HV (Vickers-Härte, die Eckpunkte A (0,3/9,0) — B (0,3/10,0) — C 0,5 kg Belastung) ein Gefüge, das eine große Anzahl (0,4/12,0) — D (0,5/12,0) — E (0,5/10,0) — F (0,4/9,0) grober Karbidkörner innerhalb des Bereiches von 3 gebildet wird, zur Herstellung korrosionsbeständiger bis 30 Mikron (maximale lineare Abmessung) enthält, Schneidwerkzeuge mit hoher Schneidkantenhärte, wie so daß es unmöglich ist, eine glatte Schneidkante zu 20 Rasierklingen. Ein solcher Stahl weist nicht nur erzielen, weil diese Körner beim Schleifen der Schneid- eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine hohe kante leicht herausgerissen werden und eine unregel- Schneidkantenhärte auf, sondern er besitzt auch ein mäßige Kontur und Oberfläche ergeben. Außerdem ist Gefüge, das frei von schädlichen Karbidkörnern ist. die Korrosionsbeständigkeit dieser Stähle ziemlich ge- Mit den erwähnten Stählen können Werkzeuge, wie ring. Stähle vom Typ B haben weniger grobe Karbid- 25 Rasierklingen, hergestellt werden, deren Härte norkörner und eine etwas bessere Korrosionsbeständigkeit malerweise 800 HV bei 0,5 kg Belastung in gehärtetem als die Stähle des vorerwähnten Typs A, jedoch ist die Zustand übersteigt und deren Härte nach dem Andurch das Härten erzielte maximale Härte geringer als lassen bis auf 400° C 650 bis 800 HV betragen kann, diejenige für den Stahl des Typs A, wodurch die Dauer- Zweckmäßig kann zur Herstellung von korrosionshaftigkeit der Kantenschärfe aus solchen Stählen her- 30 beständigen Schneidwerkzeugen mit hoher Schneidgestellter Werkzeuge ungünstig beeinflußt wird. kantenhärte, wie Rasierklingen, ein Stahl der vor-Durch die britische Patentschrift 801 463 ist ein genannten Art verwendet werden, welcher höchstens Stahl mit folgender Zusammensetzung bekannt: 0,45% Kohlenstoff enthält. Zu dem genannten Zweck

kann auch ein Stahl der vorgenannten Art verwendet

Chrom 10 bis 30% 35 werden, welcher 9,5 bis 10,5% Chrom enthält. Der

Kohlenstoff 0,25 bis 1,5% Stahl der vorgenannten Art kann auch 0 bis 1,25%

Silizium bis zu 5% Molybdän enthalten. Der vorgenannte Stahl kann

Mangan bis zu 5% ferner 0 bis 2,5% Wolfram enthalten, und es kann

Molybdän bis zu 5% auch ein Stahl der vorgenannten Art verwendet wer-

WoIfram bis zu 5 % 40 den, bei welchem das Chrom-Kohlenstoff-Verhältnis

Nickel bis zu 5 % weniger als 29 :1 beträgt, vorzugsweise innerhalb des

Kobalt bis zu 5% Bereiches20: Ibis28: lliegt.

Kupfer bis zu 2% Iⁿ der Zeichnung ist ein Diagramm dargestellt,

Niob bis zu 2% welches die einzuhaltenden Gehalte an Kohlenstoff

Titan bis zu 2% ^{45 UQ}d der Summe aus Chrom, der Hälfte des Molyb-

Vanadium bis zu 5% däns und ein Viertel des Wolframs in dem erfindungs-

Rest Eisen gemäß zu verwendenden Stahl zeigt. Diese Summe ist

im Diagramm mit Y bezeichnet. Im Rahmen der Er-

Dieser Stahl soll besonders gut geeignet sein für findung wurde festgestellt, daß, wenn ein niedriger Koh-

das in der britischen Patentschrift 801 463 beschrie- 50 lenstoffgehalt gewählt wird, der Chromgehalt niedrig

bene Verfahren zum Vakuumglühen von Stählen mit sein muß und, wenn Molybdän und/oder Wolfram vor-

einem Kohlenstoffgehalt oberhalb 0,25 %> die emp- handen sind, der Chromgehalt um die Hälfte des Mo-

findlich gegen Randentkohlung sind. Eine bevorzugte lybdängehalts und ein Viertel des Wolframgehalts

Verwendung eines solchen Stahles ist in der briti- vermindert werden muß.

sehen Patentschrift 801463 nicht angegeben. 55 Die bisher für Schneidwerkzeuge, wie Rasierklingen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verwendeten Stähle hatten eine unausgeglichene Zusam-Stahl zur Herstellung korrosionsbeständiger Schneid- mensetzung, was bedeutet, daß ihre Gehalte an Kohlenwerkzeuge, wie Rasierklingen, auszuwählen, die neben stoff und Chrom im Überschuß zu dem waren, was einer erhöhten Korrosionsbeständigkeit eine hohe nützlich ist, wenn der Stahl wärmebehandelt wird. Kantenschärfe und eine gute Kantenglätte sowie eine ^6o Daher wurde der Überschuß an Kohlenstoff undChrom verbesserte Anlaßbeständigkeit aufweisen. Dies wird als Karbidkörner im gehärteten Stahl gefunden, wäherfindungsgemäß erreicht durch die Verwendung eines rend die Grundmasse wesentlich geringere Kohlen-Stahles, bestehend aus stoff- und Chromgehalte hatte, als durch die chemische 9 bis 10 8 °/ Chrom Analyse des Stahls ermittelt werden konnte. Im er- OA Wo η W TfnMprUtofP ⁶S findungsgemäß zu verwendenden Stahl ist die Zusam-

mensetzung hingegen so ausgeglichen, daß die Analyse

wobei das Chrom-Kohlenstoff-Verhältnis weniger als der Grundmasse im wesentlichen diejenige des Stahles

30:1 sein soll, an sich ist. Einer der Vorteile, welcher durch den erfin-

dungsgemäß zu verwendenden Stahl erhalten wird, besteht darin, daß die Zusammensetzung der Grundmasse nach dem Härten unabhängig von Veränderungen in den Härtungsbedingungen praktisch konstant ist. Dies bedeutet ferner, daß die Korrosionsbeständigkeit unverändert bleibt und daß der Stahl unempfindlich für die Veränderungen der Wärmebehandlungsbedingungen ist. Ein weiterer Vorteil im Vergleich 2x1 den bisher verwendeten korrosionsbeständigen Stählen ist der niedrigere Gehalt an Chrom, was auch hinsichtlich der Kosten von Bedeutung ist.

Die Härte eines gehärteten Stahls hängt unter anderem von dem Kohlenstoffgehalt des Stahls ab. Wenn jedoch die Temperatur des Stahls, bei welcher die Umwandlung von Austenit in Martensit beginnt, durch den Zusatz zweckmäßiger Mengen von Legierungselementen so weit herabgesetzt wird, daß durch das Selbstanlassen praktisch keine Vergütung des Martensits nach dem Härten des Stahls stattfindet, kann eine Härte, die 800 HV überschreitet, bereits erreicht werden, wenn der Kohlenstoffgehalt nur 0,3 beträgt. Wenn andererseits die Temperatur des Beginns der Martensitumwandlung durch Zusetzen zu hoher 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 wird, selbst wenn eine die Martensitbildung begünstigende Tieftemperaturkühlung angewendet wird.

In den nachfolgenden Beispielen werden die überlegenen Eigenschaften des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls (Proben C1 und C 2) im Vergleich zu früher verwendeten korrosionsbeständigen Stählen für Schneidwerkzeuge (Proben A und B) noch weiter erläutert.

	c %	Si%	Mn%	CrVo	MoVo	Karbidkörner
						je mm²
						gröber als
	0,95	0,32	0,91	13,4	_	5 Mikron
A ...	0,58	0,36	0,42	13,9	—	671
B ...	0,38	0,41	0,41	10,6	—	16
Cl ..	0,42	0,34	0,38	10,0	0,87	0
C2..					0

Die Härte von korrosionsbeständigen Chromstählen hängt, von der beim Härten verwendeten Temperatur, von der Abschreckung aus der Härtetemperatur und von der Anlaßtemperatur ab. Für Stähle, welche im Gegensatz zu dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl keine ausgeglichene Zusammensetzung haben, besteht immer eine vorgeschriebene Härtungszeit und ein bestimmtes Abschreckverfahren sowie eine bestimmte Härtetemperatur, welche maximale Härte ergibt. Durch nachfolgendes Anlassen auf 100 bis 150° C ist es möglich, die Härte etwas zu erhöhen. Bei den nachfolgenden Beispielen, bei welchen die Proben A und B frühere Rasierklingenstähle darstellen und Cl, C2 und C3 erfindungsgemäß zu verwendende Stähle, wurde die maximale Härte erzielt durch die Verwendung einer Härtungszeit von 40 Sekunden, einer Abschreckung von der Härtungstemperatur zunächst auf Raumtemperatur und dann auf —70° C sowie einem nachfolgenden Anlassen bei 100° C in siedendem Wasser.

	c%	Si%	Mn%	Cr»/„	Mo»/„	W°/o	Maximale Härte HV, 0,5 kg Belastung
A	0,95	0,32	0,91	13,4			820
B	0,58	0,36	0,42	13,9	—	—-	790
Cl	0,38	0,41	0,41	10,6	—	—	845
C2	0,42	0,34	0,38	10,0	0,87	—	840
C3	0,45	0,32	0,43	9,7	0,61	0,63	855

Die hohe Härte der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle erleichtert das Kantenschleifen, verbessert die Kanten und trägt ferner zu einer erhöhten nutzbaren Lebensdauer der Kanten bei, besonders, wenn die Kanten, wie dies manchmal üblich ist, bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur von z. B. —200 ⁰C und vorzugsweise —150° C, mit einem Material beschichtet werden, welches die Schneideigenschaften steigert.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl hat trotz des verhältnismäßig niedrigen Gehalts an Chrom und an anderen eine Korrosion verhindernden EIementen, wie Molybdän und Wolfram, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Ein Vergleich der Korrosionsgeschwindigkeiten in 0,5%iger Essigsäure ist in der nachfolgenden Tabelle gegeben. Alle Stähle waren gehärtet und auf maximale Härte vergütet.

Korrosionsgeschwindigkeit mm/Jahr

A 98

B 5,0

Cl 4,2

C2 4,0

C3 4,6

Aus der Tabelle ergibt sich, daß die Stähle Cl, C2 und C 3 wesentlich korrosionsbeständiger als der Stahl A und etwa gleichwertig dem Stahl B trotz eines niedrigeren Gehalts an Legierungselementen sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Stahles, bestehend aus

9 bis 10,8% Chrom,

0,3 bis 0,5% Kohlenstoff,

wobei das Chrom-Kohlenstoff-Verhältnis weniger als 30:1 sein soll,

bis 0,8% Silizium,

bis 1,0 % Mangan,

bis 1,5% Molybdän,

bis 3,0% Wolfram,

sowie bis 1 % der Elemente

Nickel, Kobalt, Kupfer, Niob,

Tantal, Titan, Vanadium,

Zirkonium, Bor und Beryllium,

einzeln oder zu mehreren,

Rest Eisen und erschmelzungs-

bedingte Verunreinigungen,

wobei der Kohlenstoffgehalt C und die Summe Y von Cr + V₂ Mo + V4 W durch die Fläche eines Polygons bestimmt ist, welches im C-F-Diagramm durch die Eckpunkte^ (0,3/9,0) — B (0,3/10,0) — C (0,4/12,0) — D (0,5/12,0) — E (0,5/10,0) — F (0,4/9,0) gebildet wird, zur Herstellung korrosionsbeständiger Schneidwerkzeuge mit hoher Schneidkantenhärte, wie Rasierklingen.

2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, welcher höchstens 0,45% Kohlenstoff enthält, für den Zweck-nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahles nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher 9,5 bis 10,5%

Chrom enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung eines Stahles nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher bis 1,25 % Molybdän enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung eines Stahles nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher bis 2,5% Wolfram enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung eines Stahles nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Chrom-Kohlenstoff-Verhältnis weniger als 29:1 beträgt, vorzugsweise innerhalb des Bereiches 20:1 bis 28 :1 liegt, für den Zweck nach Anspruch 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen