DE1758287A1 - Stahl hoher Festigkeit,insbesondere zur Inchromierung - Google Patents

Description

■ 7.5.1968

Patentanwalt· ,. „ _ Dlpl.-Ing. R. Beetz u. I / O ö 2 8 7 Dipl.-ing. Lamprecht München 22, SteirwdorfWr. 10

Societe Anonyme des FORGES & ACIERIES du SAUT-DU-TARN,

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Paris δέΊηβ (Frankreich)

Stahl hoher Festigkeit,, insbesondere zur Inchroraierung

Die Erfindung bezieht eich auf einen Stehl hoher Festigkeit₉ insbesondere zur Inchromierung.

Die Inchroraiermjg ist ein physikalisch-chemisches Verfahren, welches die oberflächliche Anreicherung eines Metalles an Chrom durch Diffusion bei hoher Temperatur ermöglicht.

Um das Verfahren auszuüben, «ird das zu behandelnde Stück in Kontakt mit einer Chrorahalogenidverbindung - etwa Chromochlorid - gebracht, welche sich zersetzt und Chromatome freiwerden i läßt, die durch die Oberfläche des Stückes diffundieren.

Eine solche Behandlung wird bei hoher Temperatur, z.B. 900 bis HOO⁰C während mehrerer Stunden durchgeführt, wobei die Behandlungsdauer sich von 2 bis 20 Stunden ausdehnen kann·

Der zur Inchromierung vorgesehene Stahl muß selbstverständlich diese Wärmebehandlung bei hoher Temperatur aushalten, ohne eine Schädigung zu erleiden·

31θ~(6?Λ5)-ΤρΒ (Ο)

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Er muß von niedrigem Kohlenstoffgehalt sein, um die Bildung von Karbiden in der Oberflächenschicht zu vermelden, die hinsichtlich der Plastizität und der Korrosionsfestigkeit dieser Sehloht schädlich sind.

Andererseits weiß oan, welche die Wirkungen von verschiedenen Zusätzen auf die Eigenschaften des Stahls sein kftrmem

- Legierungezusätze vermehren die Festigkeit des Stahls.

- Molybdän hat eine günstige Wirkung auf die Korrosionsfestigkeit nichtoxydierender Stähle.

- Aluminium hat einen Beruhigungseffekt und verfeinert das KorngefUge des Stahle.

- Schlieeilch fixieren die stark kohlenstoffaffinen Elemente, wie z.B. Titan, Niob, Tantal oder Zirkon den Kohlenstoff und tragen zur Koinverfelnerung des Stahls bei»

Es sind bereits Stähle zur Inchromierung unter Berücksichtigung der erwähnten Prinzipien bekannt, die Titan, Niob, Tantal, Zirkon oder Aluminium enthalten. In einzelnen Fällen wurden Zusätze von Molybdän, Silizium, Mangan, Chrom, Nickel und Kupfer vorgenommen, um ihre Eigenschaften zu verbessern, z.B. was die Festigkeit, die inohromierte Schichtdicke und den Korrosionswiderstand in feuchtem Medium betrifft.

Diese Stähle haben in allgemeiner Hinsicht mechanisch unzureiohende und oft sohlecht definierte Eigenschaften.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahl hoher Festigkeit mit chemisch und geftigemäBig wohldefinierten Eigenschaften zu echaffen, dessen optimale Abschreckteaiperatur zu der Inchromierungstemperatur paßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen stahl folgender GewichtszusammenSetzung gelöst!

C 0,05 bis 0,20*,

Ho 0,*K) bis 2,00*,

V 0,20 bis 1,00*,

Ti 0,15 bis 0,50*,

Al 0,10 bis 0,30*,

Cr 0,50 bis 2,00*,

Si 0,20 bis 1,00*,

Mn 1,00 bis 1,50*,

Fe Rest

Der Stahl kann ebenfalle noch folgende Gewichtszusätze enthalten: Ni und/oder Co (insgesamt) 0,10 bis 1,50*, Cu 0,05 bis 0,75*.

Die Sonderstellung eines solchen Stahls basiert auf der sorgfältigen Dosierung der Bestandteile, die zu garantieren ermöglichtt

- Die Eignung zur Inchromierung,

- ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur,

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- Beibehaltung guter mechanischer Eigenschaften in der Wärme,

- Verstärkung der nichtoxydierenden und feuerfesten Eigenschaften der inchroalarten Schicht,

- und eine gute Eignung zur Durchführung der Verarbeitung oder Kaltverformung.

Der Stahl mit der Zusammensetzung gemäß der Erfindung ist fc durch erhöhte Umwandlungspunkte ot -» ^"bel der Erwärmung gekennzeichnet:

Beginn der Umwandlung AcI etwa 800°C, Ende der Umwandlung Ac3 etwa 1000⁰C.

Im Laufe einer Abkühlung und bei Geschwindigkeiten oberhalb 300°/h erfolgt die umgekehrte Umwandlung ^f-* ©C unter 600°C.

Dieser Stahl ist ebenfalls durch ein sehr feines Korn gekennzeichnet ι nach der Inchromierung und Abkühlung im Ofen 1st das Korn Tiel kleiner als das entsprechend der Nummer 5 nach der * ASTM-Norm.

Schließlich kann die Absohreokstruktur (Bainit) Sitz einer Härtung durch Ausscheidung im Laufe einer Wieder-AnloB-behandlung sein, wobei die Härtung duroh Anwendung τοη mechanischen Spannungen beschleunigt werden kann.

Die Stähle gemäß der Erfindung zeigen rersohledene Vorteile. Zunächst sind sie vollkommen zur Inohromierung geeignet. Wenn man als Inohroaierungstemperatur 1000 bis 1050⁰C anwendet, entspricht diese tatsächlich genau der besten Absohreokhärte-

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temperatur (20 bio 50° über dein Ac3-Punkt), und die Inchromierung geht in homogener Austenitphaee vor sich«

Bei dieser Temperatur ist das Austenitkorn natürlich fein·

Die Beibehaltung der Kornfeinheit wird durch die Anwesenheit von komplexen und verschiedenen Auoscheidungsphasen bei der Inchromierungstemperatur verstärkt, die nicht ganz in Lösung gegangen sind und von der Anwesenheit der Zusätze von Titan,

Aluminium und Vanadin stammen.

Nach Bildung dieser Ausscheidungen bleibt ein schwacher Prozentsatz von Kohlenstoff in Lösung, der unzureichend für eine etwaige Verschlechterung der Eigenschaften der inchromierten Oberflächenschicht, jedoch ausreichend zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften 1st.

Die ^-»erweiternden Elemente (Hn, Ni, oder Co, Cu) kompensieren den Effekt der anderen Elemente (Si, Cr, Ho, V, Ti, Al), so daß eine gleiche Temperatur des Endes der Ac3-Umwandlung erhalten wird, wenn die Anteile dieser letzteren Elemente in den entsprechend der Erfindung definierten Be« relchsgrenzen variieren«

Die Stähle gemäß der Erfindung haben nach der Abschreckung ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur al* Folge der Umwandlung in die Bainitstruktur, die fein und homogen 1st.

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Wesentlich für den Bainitbereich ist, daß nan diese Struktur erhält, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Härte- oder Vergütungsvorgang über 300°/h ist.

Bei einer solchen Behandlung ergeben sioh folgende Eigen· sohaftent

Elastizitätsgrenze E_{Q 2} ^. 70 hbar (Hektobar) Bruchfestigkeit R 100 bis 150 hbar,

Dehnung A % (5 d) > 10, Schlagfestigkeit KUF > über 4 daj/cm² (Dekajoule/cm²).

Es muß bemerkt werden, daß, wenn auf die Inchromierung keine Wärmebehandlung folgt, die mechanischen Eigenschaften durch die Abkühlungsgeschwindigkeiten beeinflußt werden.

Bei Abkühlungen zwischen 50 und 300°/h wachsen die Bruchfestigkelten von 55 hbar bis 100 hbar, bei Geschwindigkeiten oberhalb 300°/h liegen die Festigkeiten über 100 hbar.

Die Stähle gemäß der Erfindung besitzen darttberhinaus eine hohe Elastizitätsgrenze und eine hohe Bruchfestigkeit in der Wärme. Diese beruhen auf der Gefttgehärtung duroh Auescheldung, die im Bainit auftritt.

Zum Beispiel zeigen sloh folgende Wertet

bis 300⁰C E₀ 2 ^ 80 hbar, R > 100 hbarj

und bsi 500° sind die Eigenschaften nocht

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E_{0 2} > 70 hbar,
R ^- 85 hbar.

Das Molybdän ist das Element, das vor allen zu der Beständigkeit gegenüber einer Erweichung in der Wärme beiträgt. Seine Wirkung wird durch Vanadium und Titan verstärkt, wenn sie in einem wenigstens zweimal schwächeren Gehalt anwesend sind. Zum gleichen Zwecli wird das Chrom willentlich auf einem genügend g niedrigen Niveau gehalten.

Die oxydations- und Hitze- oder Peuerbeständigkeit der inchromierten Schicht werden durch äio Zusätze von Molybdän und Aluminium zum Bas isst aiii verbessert.

SchlieSlich weisen die Stähle gemäß der Erfindung eine ausgezeichnete Eignung zu ihrer Verarbeitung auf.

Im geglühten Zustand gibt die Erzielung einer wohl differenzierten Ferrit-Perlit-Struktur diesen Stählen eine sehr gute * Bearbeitbarkeit.

Ebenso kann man sogar nach der Inchronierung und Abkühlung Im Ofen Kaltverformungen durchführen.

., Solche Kaltverformungen ktfnnen z.B. dem Herstellen von Schraubengewinden dienen·

Beispiel 1

Ein Stahl gemäß der Erfindung hatte folgende Gewichtsbestandteile:

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C	0,10
Si	0,51
Hn .	iM
Cr	1.31
Tl	0,24
V	0,26
Mo	0,42
Al	o,15
Fe	Rest

Dieser Stahl enthielt darUberhinaus einen schwachen Proeent· eats an Kupfer unterhalb 0,l£.

Die meohanisohen Eigenschaften dieses Stahls waren nach einem Absohreoken von 1OOO°C in öl

Ohne Anlassen Hit Anlassen belt

»00^oC SOO⁰C B _0>2 (hbar) 75 78 82 85 87,5 90

R (hbar) 115 115 114,5 113t5 112 110 A % 8,5 9,5 10 9 10 11 KUF 8,5 8,1 7,5 6,5 6 5

Die mechanischen Eigenschaften in der HKrae nach dem Abschrecicen von 100O⁰C in öl und Anlassen bei 60O⁰C sind folgende ι

9 8 8 7/0721

jOjft?

"0,2	(hbar)	(HV20)	97	92	5	90	82	78
H	(hbar)	110	105		102	99	89
A*		16	15,	13	lft	15.5
HSrte	Vi eitere		321	319	317	273

Dieser Stahl hat eine Inchromierung bei 1050⁰C f Jähr end 3tunden vollkommen gut überstanden.

Beispiel 2

Bin Stahl wurde mit folgender prozentualer Gewichtezueawaensetzung hergestellt*

C	0,10
81
Hn	1,*9
Cr	1,92
Ti	0,15
V	0,20
Mo	0,^5
Ai	0,10
Pe	Best

Die Beohanisohen Elgeneohaften dleaee Stahls waren nach einer Ahachrackung τοπ 100O⁰C in öl folgundti

1 Ί ·*

- to ~

	Ohne	(hbar)	; t	80	iss!	te-	Hit	Anlaecen	froo°c	JOO0C
		(hbar)		119	Bk			C JOO^C	96	97
			11	119		89	93	118,5	117
	B		7,8	11·	5	119	119	11.5	15
	A*		7,	6	11.	6 11	7	6
»	KUP		7,	5 7,3

Die HBrtelgeneehaften in der Horse nach Abschrecken von 1000⁰C In el und Anlassen bei 6oo°C waren folgendes

Temperatur, Härte Vickere (HV 20)

382

372

371

fKX>°C

3*7 301

198

Claims (3)

Patentanspruchs

1. Staiil hoher Festigkeit, insbesondere zur Inchroiaieruns, gekennzeichnet durch folgende Gewiohteeusaanon aetzungt

C 0,05 bis 0,20$,

Mo 0,^0 bis 2,00#,

V 0,20 bis !,0Og,

Ti 0,15 bis 0,50£,

Al· 0,10 bis 0,30#,

Cr 0,50 bis 2,00ίί,

Si 0,20 bis 1,00Ji₉

Mn 1,00 bis l,50£,

Pe Beet.

2. Stahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet duroh die

folgenden zusätzlichen Gewichtsbestandteilet M

Ni und/oder Co (insgesamt) 0,10 bit l#50jt, Cu 0,05

3. Inchrottierung eines Stahls nach Anapruoh 1, dadurch gekenn zeichnet, daß roan den Stahl während mehrerer Stunden bei bie IiOO⁰C in Berührung Bit eines Chroa-Halogenld bringt.

j ¹O

BAD ORIGINAL