-
Das Kernmaterial für Magnetventile - sowohl für Gleich- als auch für
Wechselstrombetrieb - wird seit vielen Jahren aus niedriggekohlten Stählen mit maximal
0,03 °/o Kohlenstoff, Rest Eisen, DIN-Bezeichnung: Mk 3; Werkstoff-Nr. 1.1004; DIN-Bezeichnung:
R Fe 80; Werkstoff-Nr. 1.1014, hergestellt. Diese Stähle sind nahezu unlegiert und
erfüllen bei Gleichstrombeanspruchung auf Grund der niedrigen Koerzitivkraft und
hohen Magnetisierbarkeit die meisten Ansprüche.
-
Derartige Stähle weisen aber keine guten Zerspanungseigenschaften
auf, so daß in vielen Fällen eine Automatenstahlgüte verwendet wird. Die Automatenstähle,
wie z. B. die mit der DIN-Bezeichnung 9 S 27 (Werkstoff-Nr. 1.0712) oder 9 S 20
k (Werkstoff-Nr. 1.0711;k = kaltgezogen), liegen zwar bezüglich der magnetischen
Eigenschaften im Vergleich zu den genannten niedriggekohlten Stählen ungünstiger,
doch haben sie wesentlich bessere Zerspanungseigenschaften.
-
Nach Küntscher,Ki1ger,Bieg1er,»Technische Baustähle«, 1958, S. 598/599,
übt Titan einen ähnlichen Einfluß auf schwefelhaltige Stähle aus wie Mangan hinsichtlich
der Rotbruchunempfindlichkeit und der Koagulation von Schwefelausscheidungen. Diese
Feststellungen beziehen sich auf unlegierte Stähle, wie sich auch aus der dort als
Quelle genannten Arbeit in »Stahl und Eisen«, 1954, S. 1737 (A u s t i n, W. W.,
und G r a m 1 i n g, E. S.), ergibt.
-
Im Zuge der Weiterentwicklung von Magnetventilen für Anwendungsgebiete
mit Korrosionsbeanspruchung wurden Stähle gefordert, die neben guter Zerspanbarkeit
und guten magnetischen Eigenschaften eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit gegenüber
den unterschiedlichsten Angriffsmitteln gewährleisten müssen. Sowohl die niedriggekohlten
Stähle als auch die bekannten Automatenstähle genügten diesen Anforderungen nicht.
-
Da bekanntlich bei Legierungen mit Chromgehalten ab 13 % wesentlich
günstigere Korrosionseigenschaften vorliegen, wurden für korrosionsbeanspruchte
Magnetventile zunächst Stähle verwendet mit etwa 170/, Chrom, ähnlich Werkstoff-Nr.1.4016.
Wenn auch über den Gebrauch dieser Stähle noch keine Literaturangaben vorhanden
sind, so ist doch bekanntgeworden, daß derartige Stähle den Anforderungen nicht
voll entsprechen. Die Korrosionsbeständigkeit ist zwar ausreichend, die Stähle sind
aber weder magnetisch noch zerspanungstechnisch besonders gut. An einem Stahl der
Werkstoff-Nr. 1.4016 wurden folgende magnetischen Eigenschaften ermittelt: Induktion
bei 25A/cm ......... 14 000 G Koerzitivkraft ................ 5,50
0e Die Koerzitivkraft wurde dabei im Gleichfeld aus der Sättigung gemessen.
-
Etwas bessere magnetische Eigenschaften wurden an einem bekannten
Stahl der Werkstoff-Nr. 1.4510 ermittelt. Seine Zusammensetzung ist ähnlich der
des Stahles Nr. 19 in dem Buch B. H a b b e 1, »Eisen- und Stahllegierungen«, 1940,
Verlag Chemie, 2. Ergänzungsband, 1. Teil, S. 533. Hierbei wurden folgende Werte
gemessen: Induktion bei 25A/cm ......... 10 000 G Koerzitivkraft
................ 3,30 0e Dieser Werkstoff aber entsprach den Anforderungen
auch nicht in seinen Zerspanungseigenschaften. Da die gute Zerspanbarkeit bei der
Herstellung von Magnet- . ventilen jedoch eine wesentliche Rolle spielt, wurden
auch 17°/oige Chromstähle eingesetzt, denen zur Verbesserung der Zerspanbarkeit
Schwefel zulegiert war (ähnlich Werkstoff-Nr. 1.4104), wie es z. B. H o u d r ein
o n t in »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 1956, Bd. II, auf S. 1416 empfiehlt. Diese
Stähle entsprachen zwar hinsichtlich der Zerspanbarkeit den an sie gestellten Anforderungen,
die magnetischen Eigenschaften waren aber noch schlechter als bei den Stählen der
Werkstoff-Nr. 1.4016 bzw. 1.4510. Dies ist vor allem auf den Kohlenstoffgehalt von
0,1501" und auf den dadurch bedingten Anteil an Umwandlungsgefüge in diesen Stählen
zurückzuführen. Es wurden folgende Werte gemessen: Induktion bei 25A/cm
......... 12 400 G Koerzitivkraft ................ 6,00 0e Ein Absenken
des Kohlenstoffgehaltes auf maximal 0,07 °/o bringt bei diesem Werkstoff noch keine
Verbesserung. Dazu müßte der Kohlenstoffgehalt in das Gebiet der Löslichkeitsgrenze,
d. h. unter etwa 0,010/" abgesenkt werden.
-
S t ä b 1 e i n hat zwar Stähle mit Chrom-Gehalten von 5,1 bis 24,2
°/o und Kohlenstoff-Gehalten von 0,02 bis 0,05°/d labormäßig hergestellt (»Archiv
für das Eisenhüttenwesen«, 3. Jahrgang, Heft 4, Oktober 1929, S.301/305) und die
Koerzitivkraft in Abhängigkeit vom Chromgehalt systematisch untersucht. Er findet
dabei zwei Minima in der Koerzitivkraft. Es weist jedoch keinen technisch brauchbaren
Weg zur Erzeugung von erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen mit sämtlichen geforderten
Eigenschaften. Da derartige Stähle schmelztechnisch schwierig zu erzeugen und sehr
teuer sind, überrascht es nicht, daß die von ihm gefundene Teilerkenntnis keine
Einführung fand.
-
Es sind auch schon, z. B. von H o u d r e m o n t, a. a. O.,1956,
Bd.1, S. 734/735, Magnetstähle mit etwa 1501, Chrom beschrieben worden. Dabei
handelt es sich jedoch um magnetisch harte Stähle mit Koerzitivkräften von über
70 Oerstedt, die für die erfindungsgemäße Aufgabe ungeeignet sind.
Der
derzeitige Stand ist also noch unbefriedigend, und es besteht nach wie vor die Aufgabe,
einen Stahl auszuwählen, der bei guter Korrosionsbeständigkeit sowoh zerspanungstechnisch
als auch magnetisch eine Verbesserung gegenüber den bisher verwendeten Werkstoffen
darstellt.
-
Erfindungsgemäß wird ein Stahl mit
| maximal ........... 0,20% Kohlenstoff, |
| maximal ........... 2,0 0/0 Silizium, |
| maximal ........... 2,0 0/0 Mangan, |
| 0,050 bis 0,5000/0 Schwefel, |
| 13 bis 25 0/0 Chrom, |
| bis zu ............. 3 0/0 Molybdän, |
| maximal ........... 2,0 0/0 Nickel, |
| mindestens (7 - 0/0C) 0/0 Titan oder |
| mindestens (12. 0/0C) 0/0 Tantal und/oder |
| Niob, |
sowie Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen für korrosionsbeanspruchte Magnetventile
verwendet. Auf einen Stahl der folgenden Zusammensetzung sei näher eingegangen:
Kohlenstoff
..................... 0,0620/, Silizium
........................
0,590/0
Mangan........................ 0,820/0 Phosphor ......................
0,025% Schwefel
....................... 0,2400/, Chrom ........................
16,90% Molybdän
...................... 0,300/0 Nickel
.........................
0,05010
Titan .......................... 0,53% Wesentlich dabei ist, daß
neben ausreichend hohen Schwefelgehalten, die die Zerspanbarkeit verbessern, eine
genügende Menge Titan oder mindestens eines der Elemente Tantal und Niob (mindestens
7 # 0/0 C bzw. 12 - 0/0 C) zum Abbinden des Kohlenstoffs vorhanden sind. Die Mindestmengen
werden nur in üblichem geringem Umfange überschritten. An dem obigen Stahl wurden
nach einer Wärmebehandlung von 3 bis 4 Stunden bei 900°C mit anschließender Ofenabkühlung
folgende magnetischen Eigenschaften ermittelt: Induktion bei 25A/cm
... 13
300 bis 14100 G Koerzitivkraft
.......... 1,27 bis 1,76 0e Außerdem konnte
die gute Zerspanbarkeit dieses Werkstoffes durch Versuche bestätigt werden. Folgende
mechanischen Eigenschaften können gewährleistet werden: Streckgrenze
.........
mindestens 25 kg/mm2 Zugfestigkeit
......... 40 bis 55 kg/mm2 Dehnung
............ mindestens 25 0/0 Einschnürung
........ mindestens 55
0/0 Ein derartiger Stahl ist vor allem für die Verwendung unter Gleichstrom geeignet.
Er ist jedoch auch für den Wechselstrombetrieb verwendbar und stellt auch hier eine
Verbesserung gegenüber den bisher verwendeten Stählen dar.
-
Es sind zwar (s.Landolt-Bornstein, »Zahlenwerte und Funktionen«, 6.
Aufl., IV. Band Technik, 2. Teil, S. 519) korrosionsbeständige, ferritische Stähle
wie der Normstahl X 8 CrMoTi 17 (Werkstoff-Nr. 1.4523) bekannt, sie weisen jedoch
einen Schwefelgehalt von höchstens 0,0300/, auf. Die Tatsache, daß die erfindungsgemäß
verwendeten Stähle sich durch niedrige Koerzitivkraft und hohe Magnetisierbarkeit
auszeichnen, ist den Veröffentlichungen über die bekannten ferritischen, titanstabilisierten
CrMo-Stähle nicht zu entnehmen.