DE1758474B1 - Verwendung eines nichtrostenden, schweissbaren stahles mit hoher streckengrenze - Google Patents

Verwendung eines nichtrostenden, schweissbaren stahles mit hoher streckengrenze

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DE1758474B1 DE19681758474 DE1758474A DE1758474B1 DE 1758474 B1 DE1758474 B1 DE 1758474B1 DE 19681758474 DE19681758474 DE 19681758474 DE 1758474 A DE1758474 A DE 1758474A DE 1758474 B1 DE1758474 B1 DE 1758474B1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf spezielle Verwendungen eines nichtrostenden, schweißbaren Stahles mit hoher Streckgrenze.
Es ist bereits ein Chrom-Nickel-Stahl bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 222 266), der 0,03 bis 0,25 % Kohlenstoff, 11 bis 14% Chrom, 0,25 bis 2,00% Mangan, 4 bis 8 V9 Nickel, 0,5 bis 3,5% Molybdän, 0,10 bis 0,70% Silizium und Eisen als Rest aufweist, der bei bestimmten Verhältnissen zwischen Nickel, Mangan, Chrom, Kohlenstoff, Silizium und Molybdän nach vollständiger Austenitisierung, Abkühlen auf Raumtemperatur, Anlassen bei 550 bis 650° C und nochmaligem Abkühlen auf Raumtemperatur als
ίο Werkstoff für gut schweißbare, härtbare und sehr korrosionsfeste Gegenstände verwendet wird. Dabei wurden Streckgrenzen bis zu 65,0 kg/mm2 erzielt. Das Lösungsglühen erfolgt bei 980° C, und der Gehalt an Restaustenit beträgt dann etwa 24%. Darüber hinaus ist ein Chrom-Nickel-Stahl bekannt (österreichische Patentschrift 150 612), der neben 6 bis 25% Chrom, 3 bis 27% Nickel und 3 bis 16% Mangan höchstens 0,3 % Kohlenstoff und 0,3 bis 6% Molybdän neben Eisen als Rest aufweist und als Schweißdraht zum Schweißen von nicht austenitischen Eisen und Eisenlegierungen bzw. Stahl und Stahllegierungen verwendet wird. Dieser Stahl kann außerdem Kobalt, Wolfram, Vanadium, Titan, Tantal, Zirkon und Silizium bis zu etwa 3 % einzeln oder in Kombination aufweisen. 0,07 bis 0,17% Kohlenstoff werden bei einem Stahl dieser Art bevorzugt, und der Anteil von Nickel und Mangan zusammen beträgt dabei bevorzugt zwischen 16 und 22 %· Verhältnismäßig hohe Streckgrenzen wurden auch bei bereits bekannten Chromstählen, beispielsweise 14% Chrom, 0,5% Nickel, 0,50% Mangan, 0,35% Silizium und 0,35 oder 0,50% Kohlenstoff erzielt (Houdremont, Handbuch der Sonderstahlkunde, 1956, S. 681), die sich darüber hinaus durch nicht-
.35 rostende Eigenschaften auszeichnen. Geglühte Chromstähle dieser Art weisen eine Streckgrenze von 50 kg/ mm2 bei einer Dehnung von 16% und gehärtete Stähle dieser Art eine Streckgrenze von 140 kg/mm2 bei einer Dehnung von 6% auf. Diese Chromstähle werden wegen ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit, beispielsweise gegen Salpetersäure, als Baustoff in der chemischen Industrie benutzt. Im allgemeinen bezeichnet man (L and olt — Börnstei n, 6. Auf lage, Bd. IV, Technik, 2. Teil, Bandteil a, S. 518 bis 520) Stähle mit mindestens 12 % Chrom als nichtrostende und säurebeständige Stähle. Darunter fällt der Stahl X 20 CrMo 13
; mit 12,0 bis 14,0 % Chrom, bis zu 1,0 % Nickel, bis zu 1,0% Mangan, d. h. bis zu 2,0% Mangan + Nickel gemeinsam, 1,0 bis 1,3% Molybdän, bis zu 1,0% Silizium und 0,17 bis 0,22% Kohlenstoff. Dieser Stahl wird zwischen 975 und 10250C vor dem Abschrecken in öl geglüht und dann zwischen 700 und 750° C angelassen. Die Streckgrenze beträgt 55 kp/tnm2 bei einer Dehnung von etwa 14%· Solche Stähle werden in Form von Blechen und Bändern hergestellt.
Schließlich ist es auch bekannt (Küntscher — Kilger — Biegler, Technische Baustähle, 1958, S. 332 und 517), die Warmfestigkeit von austenitischen Chrom-Nickel-Stählen durch Zusätze von insbesondere Bor zu erhöhen. Ein Stahl dieser Art mit 13% Chrom, 13% Nickel, 10% Kobalt, 2% Molybdän, 0,4 0A, Kohlenstoff, 2,5 % Wolfram und 3 % Niob wird beispielsweise für große Schmiedestücke verwendet, die zur Herstellung von Dampf- und Gasturbinen dienen. Gute Wirkungen von außerordentlich geringen Mengen Bor in der Größenordnung von weniger als 0,007 % sind bei Stählen dieser Art zu erwarten, die zwischen 0,12 und 0,5% Kohlenstoff aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Chrom-Nickel-Stahl insbesondere hinsichtlich der Streckgrenze zu verbessern, um ihn für verschiedene spezielle Anwendungsgebiete verwendbar zu machen. Dabei soll die korrosionsbeständige Eigenschaft und die gute Schweißbarkeit nicht vermindert werden.
Die Erfindung besteht darin, daß ein nichtrostender, schweißbarer Stahl mit hoher Streckgrenze, bestehend aus
11 bis 15°/o Chrom, bis zu 7 % Nickel,
bis zu 8 °/o Mangan
(bei 3 bis 12% Nickel + Mangan),
bis zu 3,5% Molybdän,
weniger als 0,02 % Kohlenstoff sowie wahlweise einzeln oder zu mehreren
0,001 bis 0,01 % Bor,
bis zu 0,5 % Niob,
bis zu 0,5 % Vanadium,
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreini- ao gungen, mit der Maßgabe, daß der Austenitgehalt 15 bis 40 % beträgt, für die Herstellung von Platten und m Blechen, Rohren, Kabeln und Drähten, Formstücken,
Druckbehältern und Lagertanks, Turbinengehäusen und Transportcontainern verwendet wird.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß eine erhebliche Verminderung des Kohlenstoffgehalts unter die bisher in der Regel übliche untere Begrenzung von 0,03 % zur Lösung der obenerwähnten Aufgabe führt, wenn der Gesamtanteil von Nickel und Mangan aus dem obenangegebenen Bereich gewählt wird. Die Streckgrenzkurve verläuft bei Chrom-Nickel-Stählen dieser Gattung, von etwa 0,1 % Kohlenstoff ausgehend, nach niedrigeren Kohlenstoffgehalten zu niedrigeren Werten, steigt jedoch überraschenderweise bei Werten um etwa 0,02 % Kohlenstoff nach noch geringeren Kohlenstoffwerten sehr steil an. Es ist daher zweckmäßig, den Kohlenstoffgehalt noch etwas von dieser Grenze abzusetzen und niedriger als 0,015 %, insbesondere niedriger als 0,007 %, zu wählen.
Der Nickelgehalt sollte zweckmäßigerweise 3 bis 7% und der Molybdängehalt zweckmäßigerweise 0,5 bis 3% betragen. Besonders vorteilhaft ist ein fe Molybdängehalt von mehr als 1 %. Auch die Auswahl
™ eines speziellen Mangangehalts im Bereich zwischen 2 und 8% ist vorteilhaft.
Außerdem ist es höchst überraschend, daß bei Stählen dieser Art erheblich niedrigere als übliche Temperaturen angewendet werden können, um lösungszuglühen. Während Lösungsglühtemperaturen von etwa 9800C üblich sind, genügen bei der Erfindung erheblich niedrigere, sofern sie höher als etwa 77O0C betragen, wie z. B. 850° C.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl wird daher zweckmäßigerweise bei solchen niedrigeren Temperaturen oberhalb etwa 770° C lösungsgeglüht und bei Temperaturen zwischen 500 und 7000C angelassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart sollen bei den einzelnen Legierungselementen beispielsweise folgende Verhältniszahlen berücksichtigt werden:
1,1. creau. - Niequ. beträgt max. 11, wobei Crequ. = % Cr + % Mo + 1,5 % Si und Nie,«. = % Ni -t- u,j /0 ivin -h Äi wo ν- -τ- /0 ")■
Neben den guten Resultaten bezüglich der Streckfestigkeit im vergüteten Zustand weist der Stahl im unvergüteten Zustand eine solch gute Härte auf, daß
65 er auch in diesem Zustand verwendet werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da die durch den Schweißvorgang behandelte Hitzezone hauptsächlich aus unvergütetem Martensit besteht. Bei einem höheren Kohlenstoffgehalt wäre dieser Stahl relativ spröde; folglich müßte eine zusätzliche Wärtnebehandlung erfolgen, was beim erfindungsgemäß verwendeten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt nicht notwendig ist. Zufolge des niedrigeren Kohlenstoffgehaltes ist der Stahl auch widerstandsfähiger gegen Korrosion.
In bezug auf Legierungselemente kann noch folgendes gesagt werden:
Chrom hat keinen bemerkbaren Einfluß auf die Festigkeitseigenschaften des Martensits, aber es soll wegen der Korrosionsbeständigkeit in Gehalten von über 11 % vorhanden sein. Zu hohe Gehalte an Chrom führen zur Bildung von Delta-Ferrit, was vermieden werden sollte, infolge der daraus entstehenden Anisotropie in den Eigenschaften von gewalzten Materialien, insbesondere in bezug auf die Schlagfestigkeit.
Nickel hat einen Einfluß auf den Austenitgehalt, hauptsächlich durch seine Wirkung auf die Aci-Temperatur. Nickel erniedrigt das Aci und je höher die Nickelgehalte sind, desto größer wird bei längerem Glühen der Gehalt an neu gebildetem Austenit. Zusätzlich sei erwähnt, daß diese Tatsache die Streckgrenze erniedrigt. Ausgehend vom Wunsche, einen hohen Chromgehalt (und möglicherweise auch einen hohen Molybdängehalt) u. a. für die Korrosionsbeständigkeit zu haben, ohne Bildung von Delta-Ferrit oder Resten von Austenit, wird in der Praxis der Nickelgehalt in der Größenordnung zwischen 3 bis 7 % begrenzt, wenn andere Austenit bildende Elemente nur in geringen Gehalten vorhanden sind.
In gewissen Grenzen kann Nickel dutch Mangan substituiert werden, aber es kann den Austenit nicht in demselben hohen Maße stabilisieren in bezug auf die Bildung von Delta-Ferrit. Mangan erniedrigt das Aci auch nicht in demselben Maße wie Nickel. Wenn jedoch das Ferrit bildende Element im Stahl, insbesondere Chrom und Molybdän, in geringerer Menge vorhanden ist, kann das Nickel fast ganz durch Mangan ersetzt werden. Da das Aci in Mangan-Legierungsstählen nicht so stark erniedrigt wird wie in Nickel enthaltenden Stählen, wird bei normalen Anlaßtemperaturen weniger neuer Austenit gebildet, und aus diesem Grund können höhere Härtegrade erreicht werden. I
In vergütetem Zustand erhöht Molybdän sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit. Molybdän erhöht auch die Anlaßbeständigkeit, insofern als insbesondere die Streckgrenze beim Anlassen bei zunehmendem Molybdänprozentsatz langsamer abnimmt. Es gibt Gründe zu der Annahme, daß ein Gehalt an Molybdän erforderlich ist, um die Festigkeitszunähme zu bewirken, was bei den extrem niedrigen Kohlenstoff gehalten schwer zu erklären ist. Tatsächlieh konnte eine entsprechende Wirkung in bekannten, kein Molybdän enthaltenden Stählen nicht beobachtet werden, welche Stähle jedoch in ihrer Zusammen-Setzung dem Stahl nach der Erfindung entsprachen. u.Stickfoff c «Jf1.* die Festigkeit und vermindert die Haj;te *? ??ls «gehärteten Zustand
Naturlich kann der erfindungsgemaß verwendete stahl auch andere Legierungselemente in mäßigen Gehalten enthalten, die die eine oder andere Eigenschaft
verbessern.
Durch Zusatz von Bor kann eine Steigerung der
Zug- und Streckfestigkeit mit einer gleichzeitigen Verbesserung der Schlagfestigkeit erzielt werden. In gehärtetem Zustand sind sowohl Zug- und Streckfestigkeit als auch Dehnungs- und Kontraktionswerte erhöht.
Niob und Vanadium ergeben eine Steigerung der Festigkeitseigenschaften. Ihre kornverfeinernde Wirkung kann erfolgreich verwendet werden, da zufolge des äußerst niedrigen Kohlenstoffgehaltes des Stahls bei verhältnismäßig niedriger Temperatur bis zu 770° C hinunter lösungsgeglüht werden kann.
Elemente wie reines Aluminium und Titan scheinen keine oder nur eine unbedeutende Wirkung auf die Festigkeitseigenschaften zu haben. Aluminium beeinflußt jedoch das Vergüten im Fällbad zwecks Alterung bei 450° C.
Erfindungsgemäß zu verwendende Stähle sollen möglichst frei von Delta-Ferrit sein.
Ein zu hoher Gesamtprozentsatz von speziellen Legierungselementen Cr, Ni, Mo, Mn, C oder N kann zu unerwünschter Bildung von Resten von Austenit nach dem Härten führen. Um imstande zu sein, eine Stahlzusammensetzung zu wählen, die beim Härten ein martensitisches Gefüge ergibt (<10% Austenit), ist es vorteilhaft, die nachstehende Richtzusammen-Setzung zu verwenden:
77 — 3 (% Cr) — 4,3 (% Ni + °/„ Mn - 0,40) 0,9 (% Mo) — 72 (%)C — 53 (% N) >0.
In F i g. 1 und 2 sind die Werte der Streckgrenze und ίο Schlagfestigkeit in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt für gehärtete und bei 600° C vergütete Proben angeben. Dabei sind alle Proben einer Wärmebehandlung unterworfen worden. In bezug auf die Austenitgehalte variieren die Stähle mäßig innerhalb der »5 Größenordnung von 15 bis 40%·
F i g. 2 bezieht sich auf den Stahl in gehärtetem, aber unvergütetem Zustand.
Dabei liegt der F i g. 1 ein Stahl zugrunde, der bei 6000C angelassen ist.
ao Beispiele für erfindungsgemäß verwendete Stähle sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Stahl Größe
(mm Durch		 C Si Mn (Ve) Ni Mo N
.LNl» messer) 0,021 0,26 0,40 I Cr 6,0 1,0 0,027
1 20 0,020 0,25 0,42 14,3 5,9 1,0 0,077
3 20 0,065 0,32 0,42 13,3 5,8 1,0 0,029
5 20 0,091 0,20 0,42 14,0 5,8 1,0 0,018
6 20 0,007 0,36 0,45 12,6 6,0 1,0 0,069
12 20 0,039 0,08 0,01 14,5 6,0 1,0 0,058
13 20 0,041 0,43 0,78 14,4 4,9 1,0 0,035
14 20 0,018 0,18 2,70 15,9 3,2 1,0 0,025
21 22 0,007 0,30 0,38 13,0 6,1 1,53 0,020
A 10 0,008 0,34 0,40 12,8 6,1 1,55 0,020
B 10 0,021 0,33 0,46 12,8 6,0 1,61 0,027
C 10 13,4
Tabelle 2
Stahl C Streckgrenzwerte und Austenit-Gehalte bei Vergütungstemperaturen von (%) 580° C (%) 600° C (7o) Schlagfestig
keit Charpy V
Nr. 560° C 4,5 (kp/mm*) j 13,5 (kp/mm2) 32,0 unvergütet
(%) (kp/mm2) j 4,0 69,8 10,5 59,0 26,0 (kpm)
1 0,021 75,5 12,5 69,4 21,5 58,7 32,0 8,1
3 0,020 76,7 2,5 75,0 9,0 63,7 25,0 4,3
5 0,065 83,1 11,2 76,0 14,0 66,1 29,0 4,6
12 0,007 81,6 13,0 73,2 21,0 61,6 33,5 10,6
13 0,039 81,3 73,0 4,0 62,4 17,0 4,8
14 0,041 81,8 80,2 62,7 19,5 7,1
21 0,018 67,5 18,5 11,1
A 0,007 67,3 26,5
B 0,008 56,0
C 0,021
Für die Stähle 1 bis 14 wurden die Festigkeitseigenschaften nach 3 Stunden Vergüten bzw. Anlassen bei
560, 580 und 600° C untersucht. Alles dem Vergüten
bei ein und derselben Temperatur unterworfene
Material wurde gleichzeitig wärmebehandelt, und die
Proben wurden willkürlich im Ofen verteilt. Die
Schlagfestigkeit (Charpy V) wurde in gehärtetem Zustand bestimmt. Das Härten der Stähle 1 bis 14 erfolgte
bei 1050° C mit Abschrecken in Öl.
Die Stähle 21 und A bis C wurden bei 8500C luftgehärtet und 3 Stunden bei 600° C luftvergütet; Stahl21
dagegen bei 58O0C. Dabei wurden die Stähle A bis C
gleichzeitig behandelt, während Stahl 21 bei einer anderen Gelegenheit behandelt wurde. Stahl 21 wurde
ebenfalls bei 450° C alterungsbehandelt und ergab eine sehr hohe Festigkeit, gleichzeitig aber auch eine niedrige Härte (1,0 °/0 Austenit).
Alle Stähle wurden doppelt getestet in bezug auf Festigkeit, während für die Bestimmung der Schlagfestigkeit dreifache Tests durchgeführt wurden. Die
in Tabelle 2 aufgeführten Werte sind Mittelwerte. Die mittlere Streuung zwischen den Streckgrenzwerten in den Doppeltests für alle in Tabelle 2 aufgeführten Stähle im vergüteten Zustand ist 0,7 kp/mma.
Bei allen Prozentangaben bezüglich der Legierungselemente handelt es sich um Gewichtsprozente.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
COpy
209 531/408

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Verwendung eines nichtrostenden, schweißbaren Stahles mit hoher Streckgrenze, bestehend aus
11 bis 15% Chrom,
bis zu 7% Nickel,
bis zu 8 % Mangan
(bei 3 bis 12% Nickel + Mangan), bis zu 3,5% Molybdän,
weniger als 0,02% Kohlenstoff sowie wahlweise einzeln oder zu mehreren 0,001 bis 0,01 % Bor,
bis zu 0,5% Niob,
bis zu 0,5 % Vanadium,
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, mit der Maßgabe, daß der Austenitgehalt 15 bis 40% beträgt, für die Herstellung von Platten und Blechen.
2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 für die Herstellung von Rohren.
3. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 für Kabel und Drähte.
4. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 für Formstücke.
5. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 für Druckbehälter und Lagertanks.
6. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 für Turbinengehäuse.
7. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 für Transportcontainer.
8. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Kohlenstoffgehalt bis zu 0,015% beträgt, für den Zweck nach einem der: Ansprüche 1 bis 7.
9. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß der Kohlenstoffgehalt 0,007 % beträgt, für den Zweck nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1, 8 oder 9 mit der Maßgabe, daß .der . Nickelgehalt 3 bis 7 % beträgt, für den Zweck nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
11. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 oder 8 bis 10 mit der Maßgabe, daß der Molybdängehalt 0,5 bis 3 % beträgt, für den Zweck nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
12. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 11 mit der Maßgabe, daß der Molybdängehalt mindestens 1 % beträgt, für den Zweck nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
13. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 oder 8 bis 12 mit der Maßgabe, daß der Mangangehalt 2 bis 8 % beträgt, für den Zweck nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
14. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 oder 8 bis 13 mit der Maßgabe, daß der Stahl oberhalb 7700C lösungsgeglüht und auf Temperaturen zwischen 500 und 700° C angelassen worden ist, für den Zweck nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
DE19681758474 1967-06-08 1968-06-07 Verwendung eines nichtrostenden, schweissbaren stahles mit hoher streckengrenze Pending DE1758474B1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015112215A1 (de) * 2015-07-27 2017-02-02 Salzgitter Flachstahl Gmbh Hochlegierter Stahl insbesondere zur Herstellung von mit Innenhochdruck umgeformten Rohren und Verfahren zur Herstellung derartiger Rohre aus diesem Stahl

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT150612B (de) * 1934-06-27 1937-09-10 Boehler & Co Ag Geb Verfahren zum Schweißen von nichtaustenitischen Eisen und Eisen-Legierungen bzw. von Stahl und Stahl-Legierungen.

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CH519026A (de) 1972-02-15
NO121630B (de) 1971-03-22
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