DE1758482A1

DE1758482A1 - Waermehaertbarer rostfreier Stahl

Info

Publication number: DE1758482A1
Application number: DE19681758482
Authority: DE
Inventors: Harry Tanczyn
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1968-06-11
Filing date: 1968-06-11
Publication date: 1971-02-25

Description

Wärmehärtbarer rostfreier Stahl

Die Erfindung betrifft einen wärmehärtbaren rostfreien Stahl,

der zusätzlich $u Chrom und Kohlenstoff in wesentlichen Stick-

stoff und Niob-Tantal in einer besonderen Menge unthKtt, wo-

bei etwa vorhandenen Molybdän und/oder Wolfram auf einer kri-

tischen niedrigen Menge gehalten wird. Insbesondere besteht

der Stahl im wesentlichen aus ungefähr 0,01 bin ungefähr 0,25 f

Kohlenstoff, ungefähr 0,1 - 3 % Mangan, ungefähr 0901 bin un-

getähr 2 % Silicium, ungefähr 10 bin ungefähr 16 % Chxon,

etwa Vorhandenem Kolybdän in einer Menge von nicht mehr als

0,3 %, etwa vorhandenem ttolfram in einer Menge von nicht

mehr als 0,5 %, wobei die fesamtmenge an Molybdän und Volt-

ram nicht ungefähr 0,5 % Ubersteigt, ungefähr 0,04 bis unge-

fähr 0,2 yt Stickstoff, ungefähr 0,03 bin ungefähr 0975 % Hiob-

Tantal,bis au ungefähr 0,75 % na und zum Best im we-

sentlichen aus Eisen. Der Stahl wird insbesondere in form

einen Stähgenmaterials hergestellt, ans wlohem verschiedene

Produkte hergestellt werden, insbesondere Turbinenschaufeln

oder dergleichen.

Die Erfindung besieht sich auf nichtrostende reine Chrom-

stähle, insbesondere die#A.I.S.I. (Amerioaa Iran a Steel

Institute)-Zusammensetsnngsreihe 400, auf die weiter unten

noch näher eingegangen werden wird.

Eines der Hauptsiele der vorliegenden Erfindung ist die So hst-

fung eines rostfreien Roohtemperaturstahls, der durch Vgsss-

behandlung härtbar ist,*wobei ein hoohsugfester Stahl mit

hoher Streckgrense bei Zimmerte@npsratur sowie bei hohen fee-

peraturen erhalten wird, der äartiberhinans mich und dnktil !.st

und eine gute Sohlaaestigheit besitzt.

Der ertindungsgsmitsse Stahl lässt sich gut in ein«

beispielsweise ans 1e»tellung von glatter, lleohea

und Bändern sowie von Stangen, Stäben oder Drähten, verar-

beiten und eignet sich tUr eino Vielzahl von Verarbeitungs-

und Varformungsmußnaömen, beispielsweise zum Zerspanen, Schnei-

den, zum Einschneiden von Gewinden oder dergleichen sowie

zum Schmieden, wobei er sich zusätzlich noch leicht liften,

hart löten und schweissen lässt und zur Herstellung einer

Vielzahl von Gegenständen und Produkten geeignet ist, die

®ich bei hohen Temperaturen verwenden lassen, d.h. bei Tem-

peraturen bis zu ungefähr 593°C (1100°F). In den Rahmen der

Erfindung fällt ferner die Schafthag eines rostfreien Stahles

sowie eines Verfahrene zur Herstellung desselben, wobei die-

ser Stahl die Eigenschaft besitzt, dass er gleiohmdssig durch

das ganze Notall hindurch au= die Wärmebehandlung anspricht

und eine hohe Beständigkeit gegenüber eines inleaeen (tempering)

und Kriechen besitzt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass

zur Herstellung der vorstehend geschilderten Stähle eine be-

stimmte Kombination chemischer gleerente erforderlich ist und

eine beetimte Reihenfolge von Verfahrensstuten nur Berstel-

lung dieser Stähle eingehalten worden muss.

Zum besseren Verständnis bestimter Merk»le der vorliegenden

Erfindung ist an dieser Stelle dar=! hinzuweisen, dass die

nicht-rostenden reinen Ohrometähle, die durch llärsebehanähmg

härtbar oind, d.h. die Sohle der A.I.9.I.-400-Reihe von

403.- 440, eine martonsitischo Struktur besitzen. Unter diese

Gruppe von Stählen fallen die Typen 403 (11,5 - 13 % Chrom,

maximal 1,00 96 Mangan, maximal 0950 % Siliciumb nazimal 0,15 %

Kohlenstott, Rest Eisen), 410 (11,5 - 13,5 % Chrom, maximal

1900 1i Mangan, ma=imal 1g00 % 311icium, maximal 0,15 % bohlen-

storf, Rest Eisen), 414 ( 11v5 - 1395 % Chrom, 1925 - 2t50 Nickel, maximal 1900 % Mangan, ma=imal 1,00 % Silicium, maxi-

mal 0,15 % Kohlenstoff, Rest Eisen), 416 (12 - 14 !: Chrom,

1925 %

maximal. 1,00 % Silicinaa, minimal 0,15 % Schwe-

fel, Molybdga und Zirkon jeweils bis maximal 0,60 %, maximal

0,15 % Kohlenstoff, Reut Eisen) o 420 (12 - 14 % Chrom, maxi-

mal 1,00 % Mangen, maximal 00 % Silicium, über 0,15 % Koh-

lenatoff, Rest Eisen), 431 (15 - 17f Chrom, 1.25 - 2.50 %

Nickel, maximal 1900 % Mangen, maximal 11,00 % Silicium, maxi-

mal 0,20 16 Kohlenstoff, Rest Eisen), und 440 (16 - 18 % Chrom,

maximal 1,00 x Hangaa, meudmsl 1,00 % Silicium, Moiybdän bis

maxianal 0,75 %, 0960 - 1920 % Kohlenstoff für Modifikationen

des Typs 440, Rest Eisen).

wenn such, wie vorstehend erwähnt, die wärmehärtbartn rost-

freien Stile der Reihe 400 viele günstige Eigenschaften be-

sitzen und sich Mr eine Vielsahl von @admoggebietea eig-

nen, so hat sich doch herausgestellt, dses,sie eine Reihe von

Nachteilen aufweisen und zieht für bentinats tam n@ävmigagebl*to'

geeignet sind. Beispielsweise neigen diese Stähle au einer

schwerwiegenden Entmischung, so dass sie eine unzureichende

Zähigkeit besitzen und nur in begrenz-bem Umfange bearbeit-

bar sind und gegenüber einer Spannungskorroaionerissbildung

anfällig sind. Insbesondere neigen diese Stähle zu einer

ungleichmässigen Textar sowie sau einer schwachen mechAni-

sohen Festigkeit infolge der Ausscheidung fester Karbide.

Ausserdem sind die Stähle gegenüber einer EUirterissbildung

empfänglich.

Wenn auch die nicht-rostenden reinen Chromstähle in den vergange-

nen Jahren durch Zugabe von einem oder mehreren Bestand-

teilen, wie beispielsweise Kolybdän, Wolfram, 9anadin oder

Niob, modifiziert worden sind, so konnte bisher dennoch noch

keine Kombination aus Festigkeit, und zwar sowohl bei Zimmer-

temperatur als auch bei hohen Temperaturen, und Zähigkeit

Erzielt werden. Dabei ist auf die Nodifisiertuigen hinzuwei-

sen, die im Laufe der Jahre an dem 12 % Chrom enthaltenden

rostfreien Stahl durchgeführt wurden. Im Anfang bestand die-

ser Stahl, der als Typ 410 bezeichnet wird, aus 11,5 - 13,5 1

Chrom, jeweils maximal bis zu 1,00 % Kaügan und Silicium,

maximal 0,15 g6 Kohlenstoff und zum Rest im wesentlichen aus

Eisen. Dieser Stahl wurde anschliessend durch die Zugabe von

kleinen Mengen der Bestandteile Nickel, Molybdän, Wolfram und

Yanadin modifiziert und als Typ 422 bezeichnet. In typischer

Weiso.besteht dieser Stahl aus 13,0 % Chroms 0,75 % Nickel,

190 % Molybdän, 190 % Wolfram, 0934 % Vanadin, 0922 % Kohlen-

'steif und zum Rest ane Eisen. Ein weiterer modiiisierter Stahl,

der in allgemeinen als 12 Or4i-Mo-O-Stahl bezeichnet wird,

besteht in typischer Weine aus 11,5 f Chrom 0,70 % Nickel,

190 % Mblybdän, 0925 f V®naäin. 0,17 f Kohlenstoff und zum

Best aus Eisen. Ein anderer, als 12-2W bezeichneter Stahl, be-

steht zu 12,0 % .aus Chrom, 2,0 ¢ aus Nickel, 3,0 % aus Wolfram,

0,18 96 aus Kohlenstoff Ünd zum Rest aus Eisen. Es hat zieh je-

doch herausgestellt, dass diese verschiedenen modifizierten

Stähle ebenfalls die &vwUnschte Kombination aue Festigkeit und

Zähigkeit vermissen lassen. Vor allen Dingen fehlt es ihnen '

an einer Festigkeit bei Zimmertemperatur sueawen mit Psstig-

keit bei hohen Temperaturen. Ist die eine Pestig»it botrie-

digend, so lässt die andere zu wnaaohen Übrig. Ausserdem lassen

sie eine Zähigkeit vermiesen. Die Soblegtestigkeit Lot ma-

zureichend, ebenso die Widerstandstähigkeit gegen eine Span-

nungskorrosionsrissbildung. Ausserdem rind diese Stähle kerb-

empfindlich. werden ihnen merkliche Mengen an Nickel, Wolybdän

und Wolfram zugesetzt, dam sinä sie teuer.

Der in

Seit modigisisrte 1`7n 410 eines rosltnlen

Stahls wird in der

3 0W 729 beeobsleben.

Dieser Stahl enthält s»ritslioh zu etwa 10,O - 14,0 % Ohr=

und 0 , 07 - 0 ,14 % =obleastott tiob-fmtal in simw Ump

von 0,05 - 0,35 %, wobei gegebenenfalls Vana&in in Mengen bis

zu 0,20 96 zugegen ist. Der Rest besteht natürlich im wesent-

lichen auo Eioon. wem auch dieser Stahl viele der erfindungs-

gemaes angestrebten Eigenschaften besitzt, so lässt er den-

noch eine Festigkeit sowohl bei Zimmerte fratur als auch bei

erhöhten Temperaturen vermiesen. Darüberhinaue wird die ge-

wünschte Festigkeit nicht einfach dadurch erzielt, dass eine

grössere Menge der Niob-Tantal- und Vanadinbestandteile zuge-

setzt werden.

Ferner wird in der US-Patentsohrift 3 139 ein Stahl. ähn-

licher Zueammensetaung beschrieben. Aber auch die ä-ou°fastig-

keit dienen Stahles ist unzureichend. DarUberhinaus e.-«agel*#

en diesem Stahl an Schlagfestigkeit. Weiterhin ist dieser 8tah1

wie einige der vorstehend beschriebenen Stähle infolge der Art

und Menge der verwendeten hegieruggsbestaadteile au teuer.

Einer der Vorteile der vorliegenden Brfinäe@m@g liegt darin, dann

ein Stahl geschaffen wird, welcher die Nachteile der bisher be-

kannten Stähle nicht mehr besitzt. Bei dieser Stahl handelt

es sich um einen vergleichsweise billigen noäifiaierten wäroe-

härtbaren nicht-rostenden reinen Chromstahl., der sich darüber- .

hinaus für eine Härtung und zu einen Anlassen (teaperiM) zur

Erzeugung einen Stahls eig»t, der fest, näh und gegenüber

Spannungskorrosionsrissbilduna sowohl bei UmertesWeratur als

auch bei hohen Temperaturen bogtärdig ist. Dieser Stahl lässt

sich in einfacher Weise verarbeiten, beispielsweise durch

Schneiden, Stanzen und Bohren oder dergleichen, wobei er

eich ferner gegebenenfalls zur Herstellung einer Reihe von

Gegenständen löten oder echweissen läset. Ausserdem lässt .

sich der Stahl in einfacher und direkter Weise värmebehandeln,

wobei gleiohmäseige und reproduzierbare Ergebnisse erzielt

werden.

Bei den bisher bekannten Stählen ist die lestigkeit und Härte

im wesentlichen auf den äohlenstottgehalt surdokeufUhren. Die

Stähle sind nach dem Härten natürlich marteneitisoh. Bei den

bisher bekannten §tählen worden in dem Rohblock Teste Lede#

burit-8arbide gebildet. Diese Karbide bleiben als Msoonde-

rang zurück und lassen sich nicht in einfacher Weise in der

Stahlmatrix verteilen, und zwar weder durch Verarbeiten noch

durch eine theaaisobe Behandlung. Vielmehr bleiben sie als

Klumpen oder Sohilier (1ltagliohe hasera) aasohliessead an

die Umwandlung des Rohblocks innerhalb fertiggestellter Regen-

stände oder in Endprodukten zurück. lolglioh ist das Metall

sohwaoh, insbesondere in Querrichtung, d.h. Quer au der Walz-

oder Ziehriohtuag.

Wenn auch bei bestirnten bekannten 8tähleu als ärgebnis der

Bugabe von Mollbdän md/oder Woltroat eise erhöhte Pestigktit,

erzielt yrird, Bo hat dennoch die Zugabe von einem oder beiden

dieser Bestandteile eine deutliche Herabsetzung der Löslich-

keit von Kohlonfltoff zur Folge. Dies bedeutet, dass es schwie-

rig ist, den Kohlenstoff in Lösung zu bringen, wobei eine

gesriinochte Abochreckhärie, die anschliessend an die Anlase-

behandlung*beibahalten wird, nur schwierig zu erzielen ist.

Darüberhinaus neigen wie im Falle von. Chromkarbiden die ge-

bildeten Molybdänka2.bide und wolframkarbide zu einem Zusammen-

ballon oder zu einer Aufweit-ung, wobei massive Karbide er-

zeugt werden, die durch das ganze Metall hindurch verteilt

sind. Diese massiven Karbide.* welche einem Fliessen des Me-

talls unter Spannung entgegenstehen und in einem gewissen

Sinne das Netall verfestigen, müssen in notwendiger Weise die

Duktilität und Zähigkeit in nachteiliger Weise beehflussen.

Die Wirkung ist keine echte Härtungs- und Verfestigungewi.r-

kung, oondarn vielmehr eine Behinderung des Fliessens, welche

bevrusat erzeugt wird. Insbesondere lassen sich keine Erhöhungen

der Hochtemperaturhärte und -festigkeit durch weitere Erhöhungen

des Kohlenstoff-, Molybdän- und Wolframgehaltes ersielen, da

es immer schwieriger wird, bei den grösseren Karbiden den Koh-

lenstoff in Lösung zu bringen. Zusätzlich wird es mit stei-

gendem Kohlenstoffgehalt schwierig, das Metall in einem Walz-

werk zu verarbeiten.

Unbeachtet aller Theorien wurde jedoch gefunden, dann die bis-

her bekannten Stähle, in denen Nolybdän und/oder Wolfram oder

sogar Chrom zusammen mit erheblichen Mengen an äohlenstoff

'verwendet werden, keins Kombination aus Duktilität und BNhig-

keit zueemmen mit Zugfestigkeit besitzen.

Es hat sich nun orfindmnggsgemdes herausgestellt, dass eine

sekundäre HärtrmV,rixbei den sogenannten nicht-rostenden

reinen Chromstählen erzielt wird, die über und ausserhalb der

Härtung liegt, welche mit äohlenstoff erzielt wird. Diese

Wirktang erfolgt durch Zugabe von Stickstoff Mund 81ob-lantal.

Offensichtlich erfolgt eine Reaktion zwischen Stickstoff und

Niob-Tantal, welche einen gtlnetigen Einfluss zur äraielmg

einer feinen Kornstruktur ausübt, wobei die Nitride in feiner

Form durch das ganae Metall hindurch <erteilt sind, wodurch

die Matrix verfestigt wird. Man stellt eine grhöhuag der Härte

und Festigk3it nicht nur bei Zimurtesperatur, sondern such

bei erhöhten Temperaturen fest. Diese Verbesserungen werden

in Abwesenheit von massiven Karbiden ersielt, da getmden

wurde, dass die An»semheit' von Niob-Santal die llildm% fron

massiven Chromkarbiden auf einem Xiaiowa hat. Die gebildeten

Ohromtarbide sind klein aad gut durch den Stahl hintasoh ver-

teilt. Die Folge davon sind gute Dattili«t md ZM*eit.

Da die Zohlenetottreektion gegen#ber der Stioketotse@sttioa

denn Vorrang zu haben scheint, ist rar tesielmgafitatle@t ib-

gebnisse eine grosse Kohlenstoffmenge nicht zweokmäeeig, son-

dern man verwendet vielmehr nur gerade die äohlenstoffmenge,

die zur Erzielung der gewünschten Absohreokhärte erforderlich

ist. Grössere Mangen an Kohlenstoff verbinden sich lediglich

mit einem der Elemente Niob, Tantal oder Chrom sowie anderen

Legierungselementen. Dies hat einen Verlust der Wirksamkeit

dieser Elemente zur Folge. Ausserdem wirken die gebildeten

Karbide als unerwunaohte Einschlüsse, welche die Duktilität

und Zähigkeit herabsetzen.

Stickstoff wird in einer Menge

die dazu ausreicht,

die gewünschte Endhärte einzustellen und diese Härte beim An-

lassen beizubehalten. Die Stioketotfnfbe bewirkt die Erzie-

lung von Härte und Festigkeit, welche ansohliesaend bei er-

höhten Temperaturen beibehalten werden. Dabei scheint in,

gewissem Ausmaße eine molekulare Blockierung einzutreten und

nicht die Störungevieuag auf Grund der massiven Karbide zu

erfolgen, welche in der bisher bekannten Stählen gefunden wer-

den. Auch in diesem Falle wird in dem ertinäm esässen Stahl

unbeachtlioh aller Theorien Daktilitllt und Zähigkeit zusammen

mit Härte und Festigkeit erzielt. Bärte und ?tstigiceit ohne

Verlust an Duktilität und Zähigkeit werden ferner durch Zugabe

von Vanadin in gesteuerten Mengen, auf die naohstebend noch

näher eingegangen wird, erhöht.

Erfindvagagemäes wird ein rostfreier Stahl zur Verfügung ge-

stellt, der im wesentlichen aus ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,25

Kohlenstoff, ungefähr 0,1 i 3 %Mangaa, ungefähr 0,01 bis un-

gef:!hr 2 % Silicium, ungefähr 10 bis ungefähr 16 % Chrom, etwa

vorhandenem itolybdbin in einer Menge von nicht mehr als 093 und etwa vorhandenem Wolfram in einer Menge von nicht mehr

als 0,5 y6, wobei Kolybdän und Wolfram ausammen eine Menge von

ungefähr 0,5 g6 nicht übersteigen, ungefähr 0,04 bis ungefähr 0,296

Stickstoff, ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 % Niob-Tantal, bin

zu ungefähr 0,75 % Vanadin und zum Rest in wesentlichen aus

Eisen besteht. Nickel kann in Mengen bis zu maximal 2 96 vor-

liegen. Die Bestandteile Phosphor und Schwefel, die im enge-

meinen in allen rostfreien Stählen vorliegen, werden in Mengen

gehalten, die maximal. 0,050 % nicht Uberstoigen. Etwa vorhan-

denes Yiolybdän wird in einer Menge von nicht mehr als 0,3 %

und vorzugsweise von nicht mehr als ungefähr 0,2 % gehalten,

da in diesem Falle, wie nachstehend noch näher erläutert wer-

den wird, eine Neigung zur Yerritbildung besteht. In ähnlicher

Weise wird etwa vorhandenes Wolfram auf einem Weit von nicht

sehr als ungefähr 0,5 % und voreuge»ise nicht sehr als unge-

fähr 0,2 % zur 15c:ielung optimaler ßrgebnisee gehalten.

'Molybdän und Wolfram werden zusammen auf einem Wert gehalten,

der ungefähr 0,5 % und vorzugsweise ungefähr 0,2 %, nicht

übersteigt, da auf diese Weise eine marine Duktilit4t und

Zähigkeit des Stahls bei mimen Losten erzielt werden. Tat-

sächlich überateiger. die Gehalte an Nolybdän und Wolfram Belten

0, 05 - 0, 08 yä (eiolybdän) und ungefähr 0,10 % (Wolfram).

ilanadin wird der Piaase in einer Menge bis zu ungefähr 0,75 zugesetzt. Gewöhnlich liegt Vanadin in Mengen von 090 3 bis

ungefähr 0,75, vorzugsweise in Mengen von ungefähr 0,03 bis

ungefähr 0,35 und in ganz bevorzugter Weise in Mengen von

0,10 bis uagefähx 0,35 % zur Ersielung der besten Kombination

aus Härte, Fentigheit und Zähigkeit vor.

In dem erfindungsgemässen Stahl sind die Bestandteile Kohlen-

stoff, Chrom, Stickstoff und Niob-Tantal in jedem Sinne kri-

tiseh. Der Chromgehalt muss wenigstens ungefähr 10 % betragen,

da sonst die Korrosionsbeständigkeit stark abfällt und eine

unerwUnschte Entwicklung.von Wärmezunder beim Betrieb bei er-

höhten Temperaturen auftritt. Darüberhinaus erfolgt ein Ver-

lust der Löslichkeit für Stickstoff, ein für den Stahl wesent-

licher Bostandieil. Andererseits sollte der Chromgehalt nicht

ungefähr 16 % übersteigen, .da Chrom, welches über dieser Menge

vorliegt, zur Bildung eines Stahls neigt, der übermässig ferri-

tisch ist und keine mechanisohen Yestigkeiten besitzt. Zur

Herstellung eines möglichst billigen Stahls liegt der bevor-

zugte Chromgehalt bei ungefähr 10 - 12 9d oder sogar bei unge-

fähr 10 bis ungefähr 13 %. Zur Herstellung eines Stahls mit

grösserer Festigkeit und Uhigkeit sowie grösserer Korrosions-

beständigkeit liegt der eingehaltene Chromgehalt bei ungefähr

13 bis ungefähr 15 % nad insbesondere bei ungefähr 1.

Der Kohlenstoffgehalt des ertindungegemässsn Stahls wird auf

einem Wert von Wenigstens 0,01 %.geholten, da beim vorliegen

einer geringeren Kohlenetottnenge nur geringe Vorteile er-

zielt werden. Der Kohlenstoff darr jedoch nicht in einer Menge

von mehr als ungefähr 0,25 % vorliegen. da eine weitere Er-

höhung dar Kohlonetoftmenge in übezitässi;em Maße die Bildung

von Ausscheidungen begUaetigt, weiche in nachteiliger Weise

die Zähigkeit den Metalls beeinflussen. Ein bevorzugter Kohlen-

stoffgehalt liegt bei ungefähr 0,15 bis ungefähr 0,25 % und,

für bestimmte Anwendungsgebiete, beispielsweise zur Herstellung

von Turbinenschaufeln und Schaufeln für Kompressoren, bei un-

gefähr 0,1 rlo ungefähr 0,2 %. Für einig3 Aaweadungsgebiete,

beispielnwaise zur Herstellung von allgemein verwendbaren Stählen,

wird bei Stählen mit höheren Uhromgehalten ein Itohlenatottge-

halt von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,15 ¢ bevorzugt. Sind bei

anderen Stählen grössere Härten erforderlich, dann ist ein

Kohlenstoffgehalt von ungefähr 0,10 bis ungefähr 0920 % vor-

zuziehen.

Wie vorstehend bereits erwähnt, ist der Bestandteil Stiokatott

wesentlich. 1r mies in einer Menge von ungefähr 0,04 bis

unge-

fähr 0"2 % vorliegen. Bin Stickstoffgehalt von weniger ela a»-

gefälr 0,04 % übt keine besondere Wirkung aus. Hei einem

Stichetoffgehalt von mehr als ungefähr 0,2 ;4 besteht die

Möglichkeit einen Vergasene, und m-rar mit dem Ergebnis, dass

ein achlachte3 Metall erhalten wird; dies ist auch dann der

Fall, wenn der Chromgehalt bis $u ungefähr 16 % beträgt. Im

allgemeinen wird ein Stickstoffgehalt von ungefähr 0,06 bis

ungefähr 0,16 x bevorzugt, obwohl bei einigen Ausführungs-

formen, wie weiter unten noch näher erltutert wird, der

Stickstoffgehalt ungefähr 0,04 bis ungefähr 0,2 % beträgt.

Wie vorstehend erwähnt, liegt Niob-Tantal in einer Menge von

ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 % vor. Wenigstens 0,03

Niob-Tantal sind zur Breielung der gewüneahten Wirkungen

hinsichtlich Koragröeeeneteuerung oder im Hinblick auf die

Umsetzung mit dem vorhandenen Stickstoff erforderlich. Bei

einen Niob-Tßntalgeh$lt von mehr als 0,35 % wird lediglich

Kohlenstoff gebunden, so dann die Menge, welche in Lösung

gehen kpaa, herabgesetzt wird. Dies hat zur Folge, dann so-

wohl die Abechrcokhärte als auch die Anlaeehärte (temper

hardness) leiden. Dstilberhinaue hat die Bildung einer über-

schüssigen Menge an Niob-Tantal die Bildung massiver Aus-

scheidungen zur Folge, welche die Dnktilität und Zähigkeit

dieses Metalle verschlechtern. Bei den »isten Stählen liegt

der bevorzugte Niob-Tantalsehalt in der Grössenordnung von

ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,3 % und sogar bei ungefähr 0,1

bis ungefähr 0,2 %, wobei der ganz bevorzugte Gehalt bei 0,08

bis 0,15 % liegt, und urrar je nach der Mengenverteilung der

anderen Bestandteile, wie nachstehend noch näher erläutert

werden wird.

Falls Vanadin eingesetzt wird, so geschieht dies in einer

Menge von wenigstens 0,03 %, da geringere Mengen keine Wir-

kung zur folge haben. Der Vanadingehalt sollte jedoch nicht

ungefähr 0,75 % übersteigen, da ein übersohuss an diesem Me-

tall ebenso wie ein Überschuss an Niob-Tantal lediglich Koh-

lonstoff bindet, so dass auf diese Weise die gohlenstoffhenge

herabgesetzt wird, die in ?tdeung@gehen kann. Dadurch werden

sowohl die Abschreolcä,8rte als auch die Anlasshärte in nach-

teiliger Weise beeinflusst. Ausserdem hat die Bildung massiver

Ausscheidungen eine Herabsetzung der Streckgrenze sowie einen

Verlust an Duktilität, Zähigkeit und Schlagfestigkeit zur

Folge. Sind sowohl Niob-Tantal als auch Vanadin in dem Stahl

vorhanden, so hat es den Aasoheim als ob das aiob-Taatal mit

dem vorhandenen tohlemstoff reagiert, während das Vanadin

mit dem Stickstoff unter einer Erhöhung von Eä;rte und Festig-

kalt in Reaktion tritt. Die Anwesenheit der beiden angegebenen

Legierungsbestandteile verleiht dem@Stahl seine besten mecha-

nischen Eigenschaften.

Wie vorstehend erwltänt, sind in dem ertindumgsgwVLrsen Stahl

die Bestandteile eU.gan, Silicium, Phosphor und Schwefel ent-

halten, wobei *es sich dabei um Bestandteile handelt, die in

allen roatfrcian Stählen vorliegen. Die Mangan- und Silieium-

gehalte betragen jeweils wenigstens 0,01 %. Diese Menge ist

eine praktische untere Grenze für diese Bestandteile, während

das Siliei um nach oben hin bis zu ungefähr 1 y# oder sogar 2 96

und das Mangan in einer Menge bis zu ungefähr 1 % vorliegen

können. Wie bereits erwähnt, kann das Mangan in Mengen bis

zu ungefähr 3 % eingesetzt werden. Diese Zugabe dient haupt-

sächlich dazu, den Hoehtemperaturaustenit des Stahls zu sta-

bilisieren. Eine überschüssige Menge macht jedoch das Metall

bei der Umwandlung in Martensit während der Absohreckhärtung

strengflüssig. Das Mangan besitzt weiterhin den Vorteil, dass

es als beauemez Vohikol für die Einführung eines wesentlichen

Teiles des erforderlichen Stickstoffs dient. Der Stickstoff

#sri rd in allgemeinen in Form eines nitrierten Elektrolytmangaus

zugesetzt. Das verwendete Silicium dient dazu, dem Metall

bei einer Verwendung bei hohen Temperaturen eine Beständigkeit

gegen Värmezunderbildung zu verleihen. Jedoch induziert Silicium

in e;aer Menge von mehr als 2 96 eine Ausscheidung und wirkt

in dieser Hinsicht in ähnlicher Weise wie ein Übersohuse an

Kohlenstoff. DarUberhinaus neigt das überschüssige Silicium

dazu, das Metall in unerwünschtere Ausmaße ferritisch zu machen.

Die Phosphor- und Schwefelgehalte sollten jeweils nicht maxd.-

mal 0,05 % übersteigen, da sonst Schwierigkeiten beim Reise-

verarbeiten auftreten. Hei höheren Schwefelgehalten wird die

Schlagfestigkeit des Metalls etßrk beainträchtigt.

Der Nickelgehalt des Stahls sollte, wie bereits et, 2 %

nicht übersteigen, da Nickel ein Austenitstabilisieittel

ist. Bei höherem Nickelgehalt ist es schwierig, das lleetsll zu

glühen. DarUberhinans ist Nickel ein teurer Bestandteil. Vor-

zugsweise weist der Stahl einen Nickelgehalt auf, der ma=im al

1 % nicht übersteigt und vorzugsweise maximal 0,5 % beträgt.

Der erfindungsgemässe Stahl wird in wsentliohen von den Be-

standfeilen Molybään und Wolfram lreigehltea, wobei es sich

bei diesen Elementen um Bestandteile hsadelt, die gfbnlich

in merklichen Mengen in den bekannten nioht-rosteaäen reinen

Chromstählen vorliegen. Man stellt fest, dass diese zwei Be-

standteile zur Bildung eines brpereutektisahm Stehlen sowie

zur Bildung massiver Aussoheidnagen neigen. Vena auch Molybään

und Wolfram lange Zeit als in hohem Aumeaße karbiälrildende Ale-

mente betrachtet wurden, rel oha bei hohen Z'@neeaz eine

gute hestigkeit zur Folge haben, hat es sich Mr die Zweckre

der vorliegenden Ertiadung herausgestellt, äsen äe la2bide

dieser zwei Bestandteile nachweislich die sut, Saug-

keif und

vrrsohleaätena, m" zwar aher-

weise wegen der Weigmg mm Bildaas saasiver =su@birsohei-

sungen. Diese Verschlechterung wird Einer Behinderung des

plaƒtischen Fliessenn zugeschrieben. ünbeachtlich aller Theo-

rien wurde jedoch getuaden,'daee massive Karbide existieren.

In dem erfindungegeaäasen Stahl ist die Molybdännenge auf

einen Wert begrenzt, der nicht ungefähr 0,3 % und vorzugs-

weise niöht ungefähr 0,2 % übersteigt, wobei etwa vorhande-

nen Wolfram in dem Metall in einer Menge vorliegt, die nicht

ungefähr 0,5 % und vorzugsweise nicht ungefähr 0,3 % Uber-

steigt, wobei die Sinne aus dienen zwei Elementen nicht unge-

fähr 0,5 ;@ und vorzugsweise nicht ungefähr 0,2 % iibereohrei-

tet.

Ein bevorzugter erfindungegemäsoer Stahl besteht im wesent-

lichen aus ungefähr 0,01 % oder sogar ungefähr 0,05 % bis

zu ungofähr 0,25 96 Kohlenstoff, ungefähr 0901 bis ungefähr 1

Mangan, ungefähr 10 bis ungefähr 13 % Chrom, ungefähr 0,04 bis

ungefähr 0,16 x oder sogar bis ungefähr 0,2 % Stiolcetoff, un-

gefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 y6 und vorzugsweise ungefähr 0,1

bis ungefähr 0,3 % 81ob;-Tantal, bis $u ungefähr 0,75 % und

vorzugsweise ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 % 9ansdin, wobei

die Summe von etwa vorhandenem Kolybdäa und Wolfram nicht ungefähr

095 % und vorzugsweise als Maximum nicht ungefähr 0,2 % über-

steigt, während eich der Rest im wesentlichen aus Bisen zu-

eemmensetst. Bin anderer Btab7. besteht in wesentlichen aus

ungefähr 0,01 bin ünglMr, Q, 2 % äohlelgtotf, u#glfähr 11 bin

ungefähr 12 5p Chrom, ungefähr 0,04 bin ungefähr 0.16 % Stick-

stoff, ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,75 % oder vorzugsweise

0,1 bis ungefähr 0.3 % Niab-Tantal, ungefähr 0 % bis ungefähr

0,60 % Vanadin, wobei der Vanadingehalt vorzugsweise ungefähr

0.2 bin ungefähr 0,4 % beträgt und die Summe an etwa vorhan-

denem Kolybdän und Wolfram nicht ungefähr 0,5 96 übersteigt

und vorzugsweise nicht 0,2 % überschreitet, während sich der

Rest im wesehtlichen aus ässen zusmmensetzt. Bin weiterer

Stahl, der sich insbesondere auf dem Gebiet der Verarbeitung

von Erdöl sowie zur Durohführumg chemischer Verfahren eignet,

d.h. also für Anwendungsgebiete gesignet.iet, auf welchen

Festigkeit, Zähigkeit und Beständigkeit gegenüber einemEr-

wei.chen bei hohen Temperaturen erforderlich sind, besteht im

wesentlichen aus ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,2 % Kohlenstoff.

ungefähr 13 bis ungefähr 15 % Chrom, ungefähr 0,04 % bis unge-

fähr 0,2 % Stickstoff, ungefähr 0,1 bin ungefähr :)"3 % Niob-

T.antal. 0 bin 096 96 und vorzugsweise 0,2 bis unge%£ar 0.6 96

Vanadin, wobei die Summe an etwa vorhandenem Holybdgn und

Wolfrea n9.cht ungefähr 0,5 % und vorzugsweine nicht 092 96

übersteigt, während sich der Rest im wesentlichen aus Einen

zusammensetzt.

Der erfindungegemäese rostfreie Stahl wird in zweckmässiger«

Weise in einem hichtbogenofen eraclmolzen. Gegebenenfalls

kann er auch in einen Induktionsofen erschmolzen werden. Na-

türlich kann er auch Im Vakrmn geschmolzen werden, d.h. in

einem Lichtbogenofen unter Vakuumbedingungen erschmolzen wer-

den. Ausserdem kann man ein doppeltes Schmelzverfahren an-

wenden, d.h. ein Schmelzen in. einem hichtbogenofen oder In-

duktionsofen, dem sich ein erneutes Ersohmelzen unter Vakuums-

bedingtmgen anschliesst. Im allgemeinen ist jedoch zur Her-

stellung eines befriedigenden Stahls unter minimalen Kosten

ein Schmelzen in einem liohtbogonofen vollständig ausreichend.

Der geschmolzene Stahl wird jedoch in $weckmäseiger Weise in

Form von Rohblöcken vergossen, aus welchen er zu Brammen, Vor-

blöcken oder Barren verarbeitet wird. Aus diesen wird er an-

schliessend $u Platten, Blechen, Bändern, Stangen und Drähten

nach üblichen Reisswalzverfahren verarbeitet. Das Metall lässt

sich in einfacher Weise schmelzen, beispielsweise zur Her-

stellung einer Vielzahl grob gearbeiteter Gegenstände, die

sich anschliessend zur Verfeinerung maschinell bearbeiten las-

sen.

Der Stahl ist besonders s= Herstellung von Dampfturbinen-

sahauteln sowie nur Herstellung von Xompreesorsohaufeln Ittr

@triebsaggregabe geeignet. Infolge seiner gröeeerem

Streokfestigkeit ermöglicht der Stahl. die Herstellung und

YetWendung grösserer Schaufeln, so dass auf diese Weise der

Yirhugsgrad von Tuucbinen und Kompressoren erhöht wird.

Der erfindungsgemässe rostfreie Stahl sowie die aus ihm her-

gestellten Gegenstände werden beispielsweise durch Erhitzen

auf eine Temperatur von ungefähr. 926 - 11500Q (1700 = 210007)

während einer Zeitspanne von bin $u ungefähr 4 Stunden oder

darüber und aasohliessendes Abschrecken in Wt, 0l, Wasser

oder dergleichen abechreakgehärtst. Ansohliessard an die Ab-

schreckhärtuag kann das Metall einer Anlasebehmäluag (telwerim

treatment) unterzogen werden, wobei diene

deshalb

durchgeführt wird, um Spannungen zu beseitigen und de® Ma-

terial eine gewünschte Hirtentute zu verleihen. In diesem Pall

wird das Metall erneut auf eine Temperatur von ungefähr 482 -

705 00 (900 - 1300°P) erhitzt und gegbsnentalle abseilt. ,

Uhrend dieser Behandlung wird dem Material, wie nachstehend

noch xidher erläutert werden wird, eine ausgezeichnete Kombi-

nation aus Streckfestigkeit, Dnktili«t Land Vähigksit ver-

liehen. Nach einer derartigen @ehaaäluag besitzt der erfin.-

dungegemäsae gehärtete und angelasoene Stahl: Streoktentig-

keiten von 8790 kg/=2 (125000 psi)@ und darüber zusonnen mit

einer Charpy-9-Herbschlagtetigkeit von wenigstens 2,5 - 2,8 m-kg

(18 - 20 ft.lbs.).

Dis äberraaohmitn Eigenschaften dendaagggrsla@en 8,

welche auf die tombiatstioa von üob-Wmirl moL 8tiokrtott aiit

oder ohne Vanadia stasltoltssind, @ei@1s sitz twmb

einen Vergleich mit dm sa@ai Files S, !.z

*elohen einer oder mehrere dieser Bestandteile fehlen. In

der nachfolgenden Tabelle I sind die chemischen Zusammen-

eetzungen von 5 rostfreien Chromstählen (Gütegrad 12) zu-

sammengefasst, wobei einer der Stähle ein erfindungsgemässer

Stahl ist, welcher die Bestandteile Niob-Tantal und Stick-

. stoff in Kombination enthält, während ein anderer erfindungs-

gemässer Stahl angegeben ist, in welchem zusätzlich Vanadin

enthalten ist. Die drei anderen Stähle weichen von den er-

findungsgemässen Stählen dadurch ab, da9 Niob-Tantal und/oder

Stockstoff fehlen. In der Tabelle II sind die werte der Rock-

well-Härte dieser verschiedenen Stähle anechlieseend an ein

Erhitzen auf verschiedene Temperaturen und anschliessendes

Abkühlen sowie anschliessend an eine Anlassbehandlung der ver-

schiedenen gehärteten Stähle angegeben.

Tabelle I

Chemische Zusammensetzung von fünf rostfreien

Chromstählen (Gütegrad 12)

Stahl Nr. C Mn P 1;"" Si er lqi Ho N Cb** Y

R4982-1 0,049 o,74 0,015 0,o17 0,33 12,25 o,13 0,04 0,o58 0,0o5 0,o1

R4982-2 0,o49 0,74 o,015 0,017 o,33 12,25 0,13 0,04 o,058 o,11 0,01

e-R4982-3 0,o49 o,74 0,o15 0,o17 0,33 12,25 0,13 0,04 o,058 o,11 o,21.

.12Cr-Cb 0,12 0,30 09015 0,016 0928 12g00 0,15 0,04 09027 0915 0,0i

12cr-Cb-v 0,13 0,43 o,011 o,019 0,2o 11,67 o,16 0,o8 0,026 0,10 o,11

'Der Rest der Zusammensetzung besteht jeweils im wesentlichen

ans.Eisen.

* Erfindungsgemässer Stahl, ** Niob-Santal, angegeben als Niob

Die Stähle der Tabelle I werden bei 926°C (1700°F), 982°C

(1800°F) und 103800 (1900°F) lösungsbehandelt und in Ö1 ab-

geschreckt sowie anschliessend bei 649°C (1200°F) während

einer Zeitspanne vbn 4 Stunden angelassen und an der Luft ge-

kühlt. Die Werte der Rockwell-Härte werden für alle Proben

in abgeschrecktem und angelassenem Zustand ermittelt: Die Härte-

werte sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst.

Tabelle II

Werte der Rockwell-Härte für die Stähle der Tabelle I

in gehärtetem sowie in gehärtetem und angelassenem Zustand

926°C Öl- 982°a 1038°C

absshr.+ Ölabs. Ölab$chr.

649 C-4Std.+6490 C +649 C

926'C 920C 1038°C Abkühlen -4 Std. -4 Std:

Stahl lir. Ölabachreckg.Ölabschr. Ölabschr.in lüft Abk.i.L. Abk.ij.

R 4982-1 C 39 C 38 C 38 H 95 B 95 B 95

*RK4982-2 C 38 C 38 C 37 C 22 C 24 C 28

*R 4982-3 C 37 C 38 C 36 c 26 C 27 C 29

12Cr-Cb C 42 C 44 C 44 C 23 C 24 C 25

12Cr-Cb-V C 43 C 44 C 44 C 23 C 25 C 25

Erfindungsgemässer Stahl

Man sieht, dann von den Stählen, deren chemische Zusammen-

setzungen in der Tabelle I angegeben sind, die mit 1@2-Cr-Cb.und

. 120r-Cb-V bezeichneten Stähle keinen Stickstoff, jedoch Niob-

Tantal.baw. Niob-mantal plus Vanadin enthalten. Der mit R4982-1

bezeichnete Stahl enthält Stickstoff, jedoch kein @Niob und

Yanaäin. Die Stähle R 1982-2 und R4982-3, und zwar die er-

findungsgemässen Stähle, enthalten die Bestandteile Stick-

stoff und Niob--Tantal, wobei der Stahl R4982-3 den weiteren

Bestandteil vanadin aufweist.

:Lm abechreckgehärxteten Zustand besitzen, wie aus den in der

Tabelle II $ueanmengefassten Werten hervorgeht, alle fünf

Stähle eine gute Härte, wobei die Härtewerte zwischen Itookwell-

036 und Rockrrrell-044 wchwenken. Die Stähle 120r-Ob und 120r-Ob-y

besitzen die maximale Härte, und zwar ungefähr Rockwell-044,

und mrar in abgeschrecktem Zustand von einer Temperatur von

982 -- 1033o0. Diese Härte wird dem erheblichen Kohlenstoff-

gehalt, d.L. einem Kohlenetof.fgehalt von ungefähr 0,12 % bis

ungetähr 0,13 % zugeschrieben. Die drei Stähle R4982-1, R4982-2

und R4982-3 besitzen in abechreokgehärtetem Zustand Härten von

ungefähr 036-38 (Rockwell), wenn sie von 982 - 1038o0 (1800 -

1900°7) abgeschreckt

sind. Diese Härte wird dem wesent-

lich geringeren Kohlenstoffgehalt, d.h. einm Kohlenstoff-

gehalt von 0,049 % zugeaohrieben, obwohl ein Stiokatoffgehalt

.von 0,058 96,vorliegt und die Summe von Kohlenstoff und Stiok-

atoff in diesen drei Stählen 0,107 % beträgt.

Beim Imlaeeen erleiden die zwei Stähle 120r-Ob und 120r-Ob-Y

einen erheblichen Härteverlust, wobei die Härte von Rockwell-

023-25. fällt, d.h. , dann die Härte einige 20 Punkte für jeden

dieser Stähle ZU die verschiedenen unterschiedlichen Märtuf-

temperaturen beträgt. Der Stahl R4982-1, ein Stahl, der frei

Sowohl von Niob-Tantal als such von Vanadin ist, jedoch Stick-

stoßt enthält, erleidet einen noch grösseren Verlust beim 1n-

lanaen, da die Härte bi® auf Roakwell-H95 ab:Mllt.

Wenn auch eine merkliche Bärte bei dem sowohl Stickstoff als

auch Niob-Tantal enthaltenden Stahl, und zwar dem Stahl R4983-2,

beibehalten wird, sohrmamkt dennoch die Endhärte beträchtlich,

und zwar je nach der Härtungstemperatur. Dienen Schwenken Iman

von Rockwell-022 Mr eine Behandlung bei 926°0 (1700o!) bis

028 für eine Härtung bei 1039o0 (1900o7) betrag=. Zur bei dem

Stahl 84982-3, der alle drei Bestandteile Stioketof, 8iob-

Tantal und lianadin enthält, wird die beste beibehaltene Bärte

unabhängig von der Härtvngstemperatur =eatgestellt. Dabei ist

zu bemerken, dann, obwohl der Stahl bei 98200 (1800e?) gehärtet

und in öl abgesohreokt und ansohliessnä.angslassea wird, eins

8trioe von Roofiiell-02? b«itst, der bei 103Z°0 (190e!)

gebistete UM I@Igelilli@l@1 Stahl eine v= Rowll-029 auf-,

wist.

Sur weiter= @rlintfsma@ des @ staue in v«-.

gleich im beotiustw batma Btmer des es

klassen ist in der folgenden Tabelle III die chemische Zu-

sammensetzung von fünf Stählen zusammengefaßt, während in

der Tabelle IV zum Vergleich ihre mechanischen Eigenschaften

angegeben sind.

Tabelle III

Chemische Zusammensetzung von fünf rostfreien Chromstählen

(Giitegrad 12)

Stahl-Iir. C >in P S Si Cr Ni Mo N Cb** Y W

*0330e9 0,12 0,85 0,014 0,019 0,23 11,58 0,14 0,03 0,072 o,16 0,25 -

12Cr- 0917 0969 09016 09014 0943 11971 0946 1903 09032 - o 19 -

Ni.Mo=T ,

12Cr-Cb 0,12 0,25 0,014 0,015 0,28 12,0 0,15 0,06 0,019 0,15c0,01 -

12Cr-Cb-Y 0,13 0,43 0,011 0,019 0,20 11,67 0,16 0,08 0,020 0,10 0,11 -

12Cr-Ni- 0923 0981 - - 0,28 13,19 0,73 1,03<0,04 - 0934 1,11

Mo-k'-Y Der Rest der Zusammensetzungen besteht jeweils aus Eisen.

*Erfindungsgemässer Stahl

**Niob-Tantal, angegeben als Niob.

Die in der vorstehenden Tabelle III angegebenen Stähle werden

$u Teststäben geschmiedet, den Normen entsprechend zubereitet

und wärmebehandelt, d.h. lösungsbehandelt und abgeschreckt

sowie anschliessend angelassen. Proben aus allen fünf Stählen

werden bei 103800 30 Minuten lang lösungsbehandelt und an-

schliessend in Ö1 abgeschreckt, worauf sie bei 621°C (1150°F)

4 Stunden lang angelassen und auf Zimmertemperatur gebracht

werden. Weitere Proben aus dem erfindungsgemäsaen Stahl (Stahl

033089) sowie aus den besten bisher bekannten Stählen (Stahl

120r-Ni-Mo-W-Y) werden bei 1093°C (2000°F) 30 Minuten lang

lösungsbehandelt und in Öl abgeschreckt und anschliessend bei

621°C (1150°F) während einer Zeitspanne von 4 Stunden ange-

lassen und auf Zimmertemperatur gebracht. Die mechanischen

Eigenschaften der verschiedenen Stähle, d.h. ihre Zugfestig-

keit, die 0,2%-Streckgrenze sowie die Dehnung (in%), die

Einachnürung (in %) sowie die Charpy-V-Kerbschlagfestigkeit,

werden ermittelt und sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Mechanische Eigenschaften der in Tabelle III angegebenen

Stähle in gehärtetem und angelassenem Zustand

Stahl Nr. Zustand Zugfestig-2 0,2%-Streck- %Deh- %Ein- Charpy-V-

keit kg/OB grenzg nung in echnü- Kerb-

kg/cm 50 mm rang schlagfe-

stigkeit m

*033009 1038C-Ab- 10570 9350 16 60 395

kühlg.in

Ö1+Anla8s.

bei 621 C

12Cr-Ni-Mo-V " 9840 8360 15 45 2,8

12Cr-Cb " 9280 8150 19 64 -

12Cr-Cb-V " 9350 8220 19 62

12Cr-1ii-I>V-V @@ 10780 9140 17 50 197'

*033089 1093°C-Ab- 10900 9700 16 58 2,5

schrecken

in Ö1+An-

lass.bei

621 C

12Cr-Ni-Mo-V " 107400 9140 14 32 1,3

*Erfindungsgemässer Stahl

Aus den in der vorstehenden Tabelle III zusammengefassten chemischen Analysenwerten ist zu ersehen, dass von den vier bekannten Stählen (120r-Ob) einer zusätzlich zu Chrom und Kohyenatoff im wesentlichen Niob enthält, jedoch praktisch frei von Vanadi n und Stickstoff ist, während ein anderer praktisch die gleiche -Zusammonsetzung (120r-Cb-V) besitzt, jedoch als weiteren Bestandteil Vänadin enthält, jedoch keinen Gehalt an Stiokatoff aufweist. Zwei andere der bekannten Stähle, und zwar insbesondere der mit 120r-gi-Mo-Y bezeichnete Stahl, ist frei von Niob und Stickstoff, enthält jedoch Venadin, wobei jedoch noch hinzukommt, daso er einen hohen Gehalt an Hblybdän Eufweiot, Ahrend der andere Stahl, und zwar der Stahl 120r-Ni-Mo-W-Y, zusätzlich zu Van.adin und Mblybdän ausserdem eine grosse Menge Wolfram enthält;. In Unterschied sau diesen bekannten Stählen enthält der erfindungsgemässe Stahl, der frei von den Bestandteilen Molybdän und Wolfram ist, unwesentlichen Niob, Tantal und Stickstoff sowie i%nadin.

Der

gehärtete und angelassene Stahl (Stahl.

033089) besitzt, wie aus der vorstehenden Tabelle IV hervorgeht,

eine Zugfestigkeit von 10570 kg/cm2 (151000 pei) und eine Streck-

grenze von 9350 kg/am 2 (133000 psi), während die bekannten

120r-Ob- und 120r-Ob-Q-Stähle Zugfestigkeiten fron 9280 kg/am 2

(132000 psi) bzw. 9350k9/am 2 (133000 poi) und 0,2 j--Streoäk-

grenzen von nur 8150 kg/am 2 (116000 pei) bzw. 8220 kg/«m2

(117000 poi) bQOitzon. Der bekannte Stahl 120r-31-No-Y irat

zwar et-rmo besser als'die zwei anderen angegebenen Stähle, da

er eine Zugfestigkeit von 9840 kg/am 2 (140 000 pst) und eine

Streckfestigkeit von 8360 kg/am2 (115000 pei) beeitst. Aue

diesen Werten geht die überlegene ieatigkeit den erfinäungs-

gemäeeon Stahles hervor.

Wenn auch der Weiter angegebene bekannte Stahl

ungefähr die gleiche Zugtentigkeit und Streoktestigkeit wie

der erfindungsgemässe Stahl besitzt, und zwar eine Zugtestig-

keit von 10780 kg/om2 (.154000 pai) und eine Streoläestigkeit

von 9140 kg/cm2 (130000 poi) in Vergleich zu 10570 kg/CO2

(151000 pei) bzw. 9350 kg/cm2 (133000 pst) des ertiaäungn-

gemässen Stahle, so ist dennoch darauf hinzuweisen, dann der

belmnate Stahl eine wesentlich geringere Dnktilititt md Zähig-

keit als der erfindufgemäase Stahl besitzt. Während der eri-

findungsgemässe Stahl eine Dehnung von 16 # 'bei sl;@ar Eiar-

schnürung von 60 % und eine Mmarpy-9-Eerbeahlagtesti0mit 'ton

3,5 m-k« (25 ft.lbs.) besitz t, weist der belamte Stahl eine

Dehnung von 17 % bei einer äiasohnlirnmg von mtr 50 % imd

eine Msrpy-9-äerbsohlagtesit von 1,7 »-kg (12 ft.lbs. )

auf. Dieser Unterschied in der Dnktilität und 7eatiglreit ist

noch ausgeprägter, wem eine höhere 2eae@ratnr ff dran 14emaße-

glühen eingehalten wird. Wie aua der morsteluaWdea labslle IT

ersichtlich ist, besitzt der ertiadung@vinn stau, wm ar

ebenso wio der beste bekannte Stahl (der 120r-Ni-Mo-W-V-Stahl),

der eine Dehnung von 14 96 bei einer Einsohnürturg von nur 32 %

und eine Charpy-Y-Serbeoblagfebtigkeit von nur 1,3 m-kg (9 ft.

lba.) besitzt, von einer Temperatur von 1093o0 (2000°F) in Öl

abgoschreckt und anschliessend bei 621o0 (1150°F) angelassen

wird, eine Dehnung von 16 % bei einer Einschnürvmg von 58 %

sowie eine Charpy-Q-gerbschlagfestigkeit von 2,5 m-kg (18 ft.lbs.).

Bei einem höheren Lösungsglühen des erfindungsgemässen Stahls

i.st äeesen Zugfestigkeit und Streckfestigkeit noch weiter aus-

geprägt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass der erfin-

dungsgemässe Stahl zumindest die gleiche Zugfestigkeit wie die

besten bisher bekannten Stähle besitzt und gegenüber diesen

eine bessere Strecidestigkeit, Duktilität und Kerbschlag-

festigkei t aufweist.

Ein weiterer erfindungsgemäss bevorzugter Stahl, und zwar der

Stahl. 3809-2, besitzt folgende Analysenwerte: 0,16 % äohlen-

atoff, 0,02 % Mangan, 0,017 % Phosphor, 0,016 % Schwefel, 0,10

Siliciwa, 11,18 9G Chrom, 0,19 % Nickel, 0903 % Kolybdän, 0,12

Stiokotoff, 0,09 %Niob-Tantal, 0,39 x yaaaäin, Best Eisen.

Dieser Stahl, der durch Erhitzen auf 982°C (1800'0F) während

einer ZQitepanne von 30 Minuten gehärtet und anschliessend in

öl abgekühlt wird, worauf s=ch ein Anlassen bei 649°C (1200'0F)

während einer Zeitspanne von 4 Stunden sowie einer Diakühlung

in I,ntt anschliesst, besitzt eine Zugfestigkeit von 9120 kg/cm 2

(129800 pai), eine 0,2 p-Streakgrenzo von 6710 kg/cm 2 (95500 psi),

eine ßeimuug in 50 M (2") von 16,7 %, eine Einschnürung von

53,6 % sowie eine Rockwell-Bgrte.von 027. Wird dieser Stahl

durch Exzit$en auf die höhere Temperatur von 1038o0 (1900°F) .

während einer Zeitspanne von 30 Minuten und aneehlieeoendes

Abschrecken in Öl gehärtet und anschliessend bei 649°C (1200°g)

4 Stunden lang angelassen und anschliessend in Luft abge-

kühl.t, dann werden diese Eigenschaften noch verbessert. Der

auf diese Weise behandelte Stahl besitzt eine Zugfestigkeit

von 9940 kg/cm2 (141900 psi), eine Streckfestigkeit von 7220 kg/em2

(102700 psi), eine Dehnung in 50 mm (2") von 17,3 %, eine

Einsehnürung von 56,2 % sowie eine Rookwell-Härte von 03095.

Ein weiterer erfindungsgemäße bevorzugter Stahl, der in Form

von Barren mit oiner Gröeee von 76 z 76 mm (3" equare) sowie

in Form von Stäben mit einer Grösse von 25 r 25 nm (1" equare)

vorliegt, wird einen mechanischen Test unterzogen. Der Stahl

besitzt folgende ohemieohe,Zusammenset$ung: 0,12 % Kohlenstoff,

12g0 % Qhrom, 0,15 % Nickel,. 0, 06 % Kolgbdän, 0,15 % Niob-

Tantal, 0925 % yanadin, 0v070 % Stiokatotf, Rest im wesentli-

chen Eisen. Die mechanischen Eigenaohaften dieses Stahle, der

zu Standardteststäben aus einem Harren mit einer Grause von

76 z 76 ® sowie anderen Teotƒtäben aus einem Stab mit einer

Grösse von 25 z 25 mm unter verschiedenen Bedingungen hin-

sichtlich Härtung und Abschrecken, und zwar von 982°Q (1800°F),

10380C (1900°F) sowie 109300 (2000°F) bei Anlassbehandlungen bei 6210C (11500F) und 649°C (12000F) hergestellt worden ist, sind in der nachfolgenden Tabelle Y zusammengefasst.

Tabelle V

Mechanische Eigenschaften gehärteter und angelassener

rostfreier 12Cr-Stähle, die Cb, V und N enthalten

Charpy-V-

Zugfestig- 0p2%-Streck- %Deh- %Ein- Kerbschlag-

Bedingung, keit 2 grenze nung schnü- festigkeit

Querschnitt C k cm kg/cm.--- m/kg

Barren,

76 x 76 mm H-982 T-621 10290 9180 17 58 298/391

## H-982 T-649 9730 8620 16 59 4,7/5,7

## H*1038 T-621 10580 9300 16 59 3,1/3,1

14 H-1038 T-649 10150 8950 16 60 3,5/4,2

## H-1093 T-621 10910 9670 16 58 2,5/2,5

11 H-1093 T-649 10500 9320 15 58 2,9/3,5

Stab,

25 x 25 mm H»982 T-593 11200 9810 16 58 3,1/4,1

## 11-982 T-621 10700 9450 16 55 2,5/3,1

## H*1038 T-593 11400 9870 16 58 2,4/2,4

## H-1038 T-621 10550 9250 17 58 2,5/2,5

"H" = Von der in 0 0 angegebenen Temperatur abschreckgehärtet "T" = Bei der in 0 C angegebenen Temperatur angelassen

Heim Vergleich der mechanischen Eigenschaften der aus einen

Barren mit einer Gröaoe von 76 x 76 m® hergestellten Probe

m;t einer Probe, die aus einem Stab mit einer Grösse von 25 x

25 mm hergestellt worden ist, ergibt sich, dass anscheinend

nur ein geringer Unterschied besteht. So besitzt die Probe,

die aus einem Barren mit einer Grösse von 76 z 76 mw herge-

stellt und von 98200 absohrecigsbärtet und bei 62100 ange-

lassen worden ist, eine etwas bessere Duktilität und Sohlag-

festigkeit (298/391 Mg (20/22 ft.lbs.) in Veraletoh ss 295/39,1 airg

(18/22 ft.lbs.)), während die Zugfestigkeit etwas geringer

als diejenige der probe ist, die aus einem, Stab mit einer Ab-

messung von 25 x 25 ms bei- ähalioher AbechreokhiVr tuM und bei

ähnlichem Anlassen hergestellt worden ist. Hei der etwas höhe-

ren Abschreckhärtungsteaperatur von 103800 (19000!) md bei

einem Anlassen von 62100 (11500!) sind die aeehonisohm äig»-

schaften praktisch identisch, mit Ausnalnne der 8ahl"fest4-

äeit, welche bei der aus den Harren hergeatslltea Probe etw»

besser ist, und zwar 3,1 Mg (22 it.lbe:) in #eraleioh zu

2,5 zcg (18 ft.lbs.) zu der Probe, die aus dem Stab

stellt worden ist, beträgt..

Bin anderer bevorzugter Stahl mit einem etwas höher« Chrom-

gehalt besitzt folgende ßndemoensetamgs uage2ähr 0,1 -. 0,2

Kohlenstoff, ungefähr 15'% , ungetähr 0,1 bis nnaetäbr 0,2 %

Stickstoff, ungetähr 0,1 bis =gefähr 0e3 mdd »oh bevorsngter

ungefähr 0,2 16 Niob-Tantal, ungefähr 0,2 - 0,6 % und noch be-

vorzugter 0,3 - 0,4 % Vanadin, Rest im wesentlichen Eisen.

Die Phosphor-, Schwefel-, Silicium- und Holybdän-Wolfram-Gehalte

sind niedrig. Vier spezifische Beispiele dieses Stahls mit

unterschiedlichen Kohlenstoff- und Chromgehalten sind nachste-

hend zusammengefaßt. Die chemischen Analysewerte der Stähle

sind in der Tabelle VI angegeben, während ihre entsprechenden

mechanischen Eigenschaften in der Tabelle VII zusammengefaßt

sind.

Tabelle VZ

Vier rostfreie 15Cr-Stähle, die Cb, V und N enthalten

Stahl-Nr. C Nn P S S1 Cr Ni N Cb V

R5304-1 0,098 0,89 0,008 0,018 0,21 14.96 0,22 0,13 0,21 0,44

R5304-2 0,13 0,89 0,008 0,018 0,21 14,96 0,22 0,13 0,21 0,44

R5305-1 0,10 0,92 0,011 0,015 0,26 14,77 0,16 0,13 0,19 0,33

R5305-2 0,14 0,92 0,011 0,015 0,26 14.77 o,16 0,13 0,19 0,33

Die mechanischen Eigenschaften der in der Tabelle VI eusammen-

gefaßten Stähle in gehärteten und angelassenem Zustandj%93'C

( 2000°P ), 30 Minuten, Ölabschreckung, anschliessendes Erhitzen

auf 621'C ( 1150°P ) während einer Zeitspanne von 4 Stunden

und Abkühlen in Luft, ähnliche Härtung, jedoch anschliessendes

Anlassen bei 649°C (1200°F) während einer Zeitspanne von

4 Stunden und Abkühlung in Luft _7 sind in der nachfolgenden

Tabelle VII susammengefaßt.

Tabelle VII

Mechanische Eigenschaften gehärteter und angelassener

rostfreier 15Cr-Stähle gemäß Tabelle VI

Zugfestig. 0,2%Streck- 96Deh- % Einschnü-

keit 2 grens@ nung rung

Stahl lir. Bedingung cm kg/cm in O mm

A5304-1 1093°C-30 10750 e790 .. 13 33

A5304-2 Min.Ab- 11700 9800 13 36

R5305-1 schreckung 11290 9350 15 51

R5305-2 &n Ö1 + 621 12000 . 9860 9 18

C-4Std.-Ab-

kühlung in

Luft

R5304-1 10930C-30 10480 8650 15 47

R5304-2 Min.Ab- 11020 9100 14 48

R5305-1 schreckung 10700 8920 13 41

R5305-2 in Öl + 649 11020 9250 15 49

°C-4Std.-

Abkühlung

in Luft

Ein Vergleich der mechanischen Eigenschaften des in der Tabelle

VII angegebenen 159L- hromstahls (Stähle R5304-2,und 5305-2) mit

dem 1296-Chromstahl mit ähnlichem Kohlenstoffgehalt wie in

der Tabelle V zeigt eine merkliche Verbesserung der Zugfestig-

keit und Streckfestigkeit bei dem 15%-Chromstahl, wobei diese

Verbesserung .jedoch atif Kosten der Duktilität geht. Der Haupt-

vorteil des Suhls mit höherem

ist jedoch seine

verbesserte gorrosionebeständigkeit.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu ersehen, dass durch

die Erfindung ein abschreckhärtba- r rostfreier Stahl zur

Verfügung gestellt wird, der viele praktische Vorteile be-

sitzt. Der Stahl ist vergleichsweise billig, da er mit einem

Minimum an kostspieligen Legierungsbestandteilen auskommt,

und weint dennoch eine Kombination aus guter Zugfestigkeit,

Streckfertigkeit und Zähigkeit auf. Der Stahl lässt sich gut

im Walzwerk verarbeiten und eignet sich in ausgeseiohneter

Weise zur Herstellung einer Vielzahl von Gegenständen durch

Verformen, Bearbeiten, Löten sowie Sehweissen. Der Stahl sowie

die aus ihm hergestellten Gegenstände lassen eich in absohreok-

gehärtetem oder abschreckgehärtetem und angelassenen Zustand

vorwenden.

Claims

Patentansprüche s@@sxsz---y-sss=a a. Wärmehartbarer rostfreier Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass er im weoen tlichen aus ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,25 7@ Kohlenstoff, ungefähr 0,01 - 3 % Mangen, ungefähr 0,01 bis ungefähr 2 % Silioium ungefähr 10 bin ungefähr 16 % Ohms, etwa vorhandenem Iiolybään in einer Menge von nicht mehr als 0,3 % und etwa vorhandenem Volfram in einer Menge von nicht mehr als 0,5 %, wobei die t#esanlslenge an Kolybdäa und Wolf- ram nicht ungefähr 0,5 96 übersteigt, ungefähr 0,04 bis ungefähr 0"2 16 Stickstoff, ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 8iob-Tantal und bis zu ungefähr 0,'t5 % yanadia besteht, während sich der Rest im wesentlichen aus Bisen zusammen- setzt.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch geksmseiohnst, dsse er im wesentlichen aus ungefähr 0,01 bis ungefähr 0925 % Kohlen- stoff, ungefähr 0,01 bis ungefähr 1 % Mangan, ungefähr 0,01 bis ungefähr 1 16 Silicium, ungefähr 10 bis ungefähr 16 % Chrom, etwa vorhandenem Kolybäin und Wolfram ausanmen in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 0,2 %, ungefähr 0,06 bis ungefähr 0,16 % Stickstoff, ungefähr 0903 bis ungefähr 0975 % Niob-Tantal und bis $u ungefähr 0,75 % ybe- steht, während sich der Rest 12 wesentlichen aus Bisen sueammeneet$t.

3. Stphl nach Anspruch 1, dadurch gekennseiohnet, dass er im wesentlichen aus ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,25 % Kohlen- stoff, ungefähr 10 bis ungefähr 16 % Chrom, etwa vorhan- denem Holybdän in einer Menge von nicht mehr als 0,3 % und etwa vorhandenem Wolfram in einer Menge von nicht mehr als ungefähr 0,5 %, wobei die Gesamtmenge an Nolybdän und Wolf- ram nicht ungefähr*0,5 % übersteigt, ungefähr 0,04 bin ungefähr 0,16 $ Stickstoff, ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 Niob-Tantal und ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,35 % V besteht, während sich der Rest im wesentlichen aus Bisen Zusammensetzt.

4. Stahl nach Anspruch 1, dadurch geksnnselohnet, dass er in wesentlichen aus ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,25 % Kohlen- Stoff, ungefähr 10 bis ungefähr 13 % Ohr«, etwa vorhan- denem Molybdän in einer Menge von nicht mehr als 0,3 und etwa vorhandenen Wolfram in einer Meaoge von nicht mehr als 005 96, wobei die ßesantaeage an Holybdgn und Wolfram nicht ungefähr 0,5 % übersteigt, ungefähr 0,04 bis unge- fähr 0,16 96 Stickstoff, ungefähr 0,1 bin ungefähr 0,75 xiob-Tantal und ungefähr 0,2 bis ungefähr 0,4 % Vanadin besteht, ehrend sich der Rest im wesentlichen aus Eisen Museannenset$t.

5. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er im wesentlichen aus ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,2 96 Kohlen- stoff, ungefähr 11 bis ungefähr 12 96 Chrom, etwa vorhan- denem Molybdän und Wolfram in einer Gesamtmenge von nicht mehr als ungefähr 12,2 %, ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,16 % Stickstoff, ungefähr 0,1 biƒ ungefähr 0,3 % Niob-Tantal und ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,4 % 9anadin besteht, wäh- rend sich der Rost im wesentlichen aus Eisen zusammensetzt. 6. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er im wesentlichen aus ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,e % Kohlen- stoff, ungefähr 13 bis ungefähr 15 g& Chrom, etwa vorhan- denem Molybdän in einer Menge von nicht mehr als 0,3 % und et,*#a vorhandenem Wolfram in einer Menge von nicht mehr als 0,5 %, wobei die Gesamtmenge an Molybdän und Wolfram nichtungefähr 0,5 % übersteigt, ungefähr 0,04 bis ungefähr 0,2 % Stickstoff, ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,3 % Nivb- Tantal und 0 bis ungefähr 0,6 % 9anadin besteht, ehrend sich der Rest im wesentlichen aus Eisen zusammensetzt.

7. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er im wesentlichen aus ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,2 % Kohlen- stoff, ungefähr 15 96 Chrom, Molybdän und Wolfram in einer Gesamtmenge von nicht mehr als ungefähr 0,5 f, ungefähr 0,1 bin ungefähr 0,2 % Stickstoff, ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,3 96

Niob-Tantal und 0,2 'bis 096 % Vanadixs besteht, während sich der Rest im weventlichon-;auE Eisen zusammensetzt. B. Stabmaterial aus rostfreiem Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass es im wesentlichen aus ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,25 % Kohlenstoff, ungefähr 10 bis ungefähr 16 % Chrom, etwa vorhandenem MolybdEn und Wolfram in einer Gesamtmenge von nicht mehr als ungefähr 0,15 %, ungefähr 0, 04 bis ungefähr 0t2 9& S-tickatoff, ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 ;b Niob-Tantal und ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,75 % Vanadin 'besteht, während sich der Rest im wesentlichen aus Eisen zusammensetzt. 9. Schaufeln für Turbinen, Kompressoren oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daso sie im wesentlichen aus un- gefähr 0,01 bis ungefähr 0,25 % Kohlenstoff, ungefähr 0,01 bis ungefähr 3 % Mangan, ungefähr 0,01 bis ungefähr 2 p Silicium, ungefähr 10 bis ungefähr 13 % Chrom, etwa vor- handenem Molybdän in einer Menge von nicht mehr als 0,3 und etwa vorhandenem Wolfram in einer Menge von nicht mehr als 0,5 %, wobei die Gesamtmenge an Molybdän und Wolfram nicht ungefähr 0,5 % übersteigt, ungefähr 0,04 bis unge- fähr 0,16 y6 Stickstoff, ungefähr 0903 bis ungefähr 0v75 % Niob-Tantal und bis zu ungefähr 0,75 % Yanadin bestehen, während sich der Rest im wesentlichen aus Eisen zusammen- setzt.