DE1932382A1

DE1932382A1 - Waermebehandlungsverfahren fuer martensitische und metastatische austenitische Staehle

Info

Publication number: DE1932382A1
Application number: DE19691932382
Authority: DE
Inventors: Peifer Wilbert Arthur
Original assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1968-06-28
Filing date: 1969-06-26
Publication date: 1970-02-05
Also published as: FR2011766A1; GB1233847A; BE735024A

Description

Wäraebehandlungsverfahren für martensitische und me t&s.t&Ei ■$&(?■£.

Eie vorliegende Erfindung bezieht, si'ch auf verbesserte Wärmebehandiungsverfahren für rostfreie martensitische und metastatische austenitische Siähle in geregelter Atmosphäre, welche ein oder mehrere der inerten Gase Argon, Helium, Stickstoff, gegebenenfalls mit einer; geringen Zumischung von Wasserstoff, enthält. Die -Atmosphäre" wird erfindongsgemäß geregelt, damit Karburierung (Aufkohlung·) _t Oxydation oder Wasserstoffverspredung nicht entstehen:kann bzw. sich nicht verstärkt. Die Atmosphäre bleibt vorn Beginn der Wärmebehandlung des kalt reduzierten Stahls"bei der notwendigen Wärmebehandlungstemperatur'an bis zur endgültigen Kühlung_bei der Kühlgeschwindigkeit geregelt. Ss wird sowohl der Taupunkt der Atmosphäre, als auch die Menge der von dem. Stähl während der /Wärmebehandlung aufgenommenen Elemente geregelt. Das Verfahren beeinflußt das glänzende Aussehen- der Oberfläche des behandelten Stahls nicht.

Ein typisches und oft. wünschenswertes Kennzeichen von-rostfreien Stählen ist ein glänzendes metallisches Aussehen der Oberfläche, v;o:^ ::n

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sie als Zierelement,^;ζ.B. beim Bau und für Autösobile geeignet · v/erden. »Venn jedoch rostfreier'Stahl an der Luft oder in anderen herkömmlichen Behandlunjsatmosphären wärmebehandelt wird, kann die .

Oberfläche oxydieren, bis sie ein. mattes, stumpfes Aussehen erhält.

Um Oxydation zu vermeiden, wurde rostfreier Stahl in bisher üblicher V/eise in einer reduzierenden Atmosphäre, welche ^roße «!engen an Vi'asserstoff enthält, wärmebehandelt. Dadurch wurde jedoch eine unerwünschte 7/asserstoffversprödung des Stahls und eine entsprechende Ver; schechterurigder physikalischen -Eigenschaften verursacht.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Blank-Wärmebehandlung ("bright heat treatment") von rostfreien Stählen, welches Probleme·.; hinsichtlich der Oberflächenoxydation und Wasserstoffversprödung ausschaltet. .

Ss wurde festgestellt, daß rostfreier.Stahl in einer inertes Gas enthaltenden Atmosphäre, d.h. eine Atmosphäre, die wenigstens etwa 5° 7° eines oder mehrere der Argon, Helium und Stickstoff, enthält, .'/ wirksam wärmebehandelt werden kann, v/odurch das glänzende Aussehen der Oberfläche des rostfreien Stahls beibehalten und Wasserstoffversprädung vermieden werden kann.

Solche erfindun,t;sgemäß verwendeten Atmopharen sind u.a. nichtkarburierend_r da die ■""arburierung von Oberflächen rostfreier Stähle eine Abnahme der Korrosionsfestigkeit mit sich bringt. „ ',■'

Bei vielen Stählen, z.B. Stählen, die keiner Wasserstoffversprödung unterliegen, ist es möglich, die inerte Gasatmosphäre mit Wasserstoff zu verdünnen, ohne dass Wasserstoffversprödung verursacht oder das Aussehen der Oberfläche beeinträchtigt wird. Es_wurde allgemein festgestellt, daß Martensit enthaltende Stahle besonders anfällig für Was- ' serstoffversprödung sind und daß solche, die kein ^Mar"censit enthalcen, nicht so empfindlich sind. Es ist im allgemeinen nicht notwendig, austenitische Stähle in einer besonderen Weise zu behandeln, um Wasserstoffversprödung zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für" metastabile austenitische Stähle und auf martensitische rostfreie Stähle anwendb.ar.

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Obgleich metastabile austeni tische" rostfreie Stähle .of.T.aler- * weise bei Zimmertemperatur austenitisch und deshalb gegen ".Vas s erst off-•versprödunf nicht empfindlich "sind, kann bei einer Kaltbearbeitung:-" dieser Legierungen eine teilweise Umwandlung ies austen-itischen Star.ls in einen martensitischen Stahl, der - wie erv/'lhnt - geren Wasserstoffversprödung empfindlich ist, verursacht ".verden« Typische metastabile rostfreie Stähle sind solche vom Typ Jol^und die als AM 55p und A'.I 335 bekannten Handelssorten.

Die erfindungsgemäßen metastabilen rostfreien Stähle körinen in einer Atmosphäre wärmebehandelt werden, die im wesentlichen aus !.'.ischungen von einem inerten Gas in Y/asserstoff, »o"bei das inerte Gas in einer größeren Menge als 5° $, d.h. als einen größeren Anteil anwesend ist« leicht Sin Vorteil bei der Verwendung von Liiscbungen aus inertem Gas mit Wasserstoff ist der, da3 Atmosphären mit einem höheren Feuchtigkeitsgehalt, d.h. Atmosphären mit einer höheren Taupunkt temperatur verwendet '.verder; können, ohne daß das glänzende Aussehen der rostfreien b tah^ο kerflache · beeinträchtigt wird, luit i.iischungen aus .'«asaerstoff und inerte:.! Gas ist es auch möglich, das wärinebehandelta material auf niedrigere Temperaturen 2u kühlen, ura besondere}pEetallurgische;)und/o5er physikalischer"; Viirkun^en schneller als in Gasen ohne V/asserstoff zu erhalten. Das cevorzugte inerte Gas zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Stickstoff.

Ss ist Vekannt, da? viele nartensitische Stahle, z.B. solche 5es. Typs 4o3j 4lo, i'14, 416, 42o, 431 "und ."44ο, ga*-er. ■asserstcffverspröd-ang sehr empfindlich sind, wobei diese jihpfindiichkeit in aligemeinen r.it Kohlenstoff gehalt und äeni Grad äer ^ärr.etehandlung

dh

durjh, .....

Es wurde festgestellt, äa^fßlank-.iärniebefianc^ungen, z·"', härten,' erfir-du

. , . auf· e t -v;i 7 /J ■■"".'■ .^e^äa die Duktiiität von ir. wesentlichen Kuli,- erhöht--wurde, 'vas durcr.

eine Viarniecehandlung in gekrachten A r.oniaX erfolgt.

Ähnliche Verbesserungen der Duktiiität können sowohl mit Stickstoff- als

auch Stickstoff-'ffasserstoff-Atmosphären erreicht werden.

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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung bevorzugter Ausführungs-." formen der Erfindung. Es -wurden eine -^eihe von Chargen von Legierungen,='. wie sie in Tabelle I beschrieben sind, hergestellt. Von kaltgewalzten · Bändern der in Tabelle I bejjchriebenen Legierungen Tfurden ^rechteckige Abschnitte geschnitten und bei einer■Ofentemperatur von II08 C 7o Sekünden lang geglüht. Die Glühbehandlung wurde in verschiedenen Gasatmosphären durchgeführt und anschließend "wurden die Proben einer Prüfung auf ihre physikalischen •Eigenschaften unterzogen. Die Prüfergebnisse _Λ sind aus Tabelle Il ersichtlich, in welcher die Eigenschaften der Proben in transversaler Richtung wiedergegeben sind.

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VO KV Ib β β

Tabelle II

Taupunkt Atmosphäre Nach-	glühbe-	Η,ΤρΜ	Dehnung	Zug- ^:	0,29	58V5	133	keine	,'«.'., ,·	70	A	114	Streck	i	und transversale Bruchbildung).	Oberfläehen-	69	Art d.	d.
	handlung*		$>	festig-	0,33	58	134	, ■■".. ' ■ ■■ '	0^6	69		113	grenze/1000.	ι	härte n.Rock	69	Bruches bzw.
			keit/1000	0,30	58	137	*η '·.'/'*	-	70	Beiaen.	109			well	;■■■■ 69 ^;; ■■.	Rißbilduns -
	Transversale Eigenschaften der	0,30	61.5	133	*..■·■. ■■**	0,4 ,	72		120	Charge 330^28			69
-29 1009&N	^: /koine' .' ,·■..:■	0,23	57	137			68		112	59		68	¹ s·'". ■ ,·
■ ■«■■'■■ ,. ■ tt ,	Fass.	.0,28	58.5	135		1,3	68.5	110	40	69	S
	*B ;**	0,29	58	139	^N "	2,1	69.5	111	40	68	S
''..' η ■;■■■ ■. ' ,' ' 'ff;:¹¹ ■'■ ^v	P.u.B.	0,28	59.5	136			69.5	113	41	68.5	S
«· TOOfSAr	keine	Transversale Eigenschaften der	Sn «»	3*7	47^N	107	39		S
to « *	Fase.			50.5	115	40	68	S
*■ie> ^:ti,-* '■■■■■ ■'■ n. ^:. ■■**	B.	η ■' : '^;	-	57	112	40	. 68	S	1
i& .' ir ■ ' ■ ' Ii'" '■■ ^Ä .' :' ^;'· · '' ' .■■.■	F.u.B.	* Fass.= Elektropassivierung			40	68	S , .·_.:	If
^m-:■:'■.■ ■'"■■■ ■·,'■ ■'■'.' ■ ■' ■ ■'"■■''	B a Elektrobeizen			Charge 540014	69		I
-* Normal Luft		danach		37	69	S
■ca « . ■■■■..■. ^: η . ■ ■■	F^u.B. a Elektropassivierung,			34	68	S
*N. « : ■ , ■ '■ ■ "'■'.'**	>*S te Scherbruchbildung duktil			35	68	S
C^3 M ' ' Ot	f s Brüchbildung -'brüchig	•',it = koaabinierte Bruchbildung (Scher-	41	67.5	S
-49 10$Η + 90?	37 .	69	s"
η . ■' it	34	67	S
	35	69.5	S
η H	36	• . ■	S
« 75Η + 25?	35		T
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Den Angaben in der T_abelle II ist zu entnehmen, daß der

Oberflächenschutz durch die ,'erfindungsgemäße Behandlung in ger'e-* , gelter Atmosphäre unabhängig von der Anwendung bestimmter Wärme- ' behandlungen gewährleistet ist. Außerdem können metastabile austeniti- ·

sehe und martensitische rostfreie Stähle in inerten Gasatmosphären mit oder ohne vYaaserstoff geglüht, gehärtet, us"w. werden, ohne daß ein Verlust des erwünschten, glänzend metallischen, für rostfreie Stähle charakteristischei-iAussehens eintritt. ' .

Das Aussehen der Oberfläche von rostfreien, erfindun_c';sijemäß behandelten Stählen ist glänzend und sauber, wenn der Taupunkt der Atmosphäre sorgfältig geregelt wird. Dieses ist aus der Tabelle III ersichtlich, in welcher das endgültige Aussehen von Bändern nach verschiedenen Behandlungen zusammengefaßt ist. '

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Tabelle III

Taupunkt Atmosphäre

Entfernung von restlichem Säuerst (l)

-36 oder . loo>OH niedriger Il

ti Ii M

29oder niedriger

Il 11

11 11 Il H

Il It η Il

Il Il Il

loofoS loo^N loo^oArgon

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Il

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nein

Il

ja

Il Il Il

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Il

11

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Il

Il Il ■ I Il

Nachgljihbehandlungen

passiviert oder nicht

Il
Il

It
Il
Il
Il
Il

Il Il

Il Il Il Il Il

keine

Passivierung

■^lektrobeizung Pass.u.Bei.

keine
Passivierung

j^lektrobeizung Pas.u.B.

keine

Passivierung ■fc'lektrobeizung Pass. u. B.

keine

Passivierung ^lektrobeizung Pass.u,B.

Aussehen des Bandes nach der Glühbehandlung (2) ·

rein rein rein ; rein rein rein rein rein

leiöht rauchartiges sehr schwach grauer rein rein , '

leicht raue¹ artiges blausehr schwach grauer Film rein

rein "

leicht rauchartiges blau äehr leicht rauchartiges blau sehr leicht rauchartig, nicht blau sehr leicht rauchartig, nicht blau

leicht rauchartiges blau < schwach blau, nicht rauchartig rein rein '

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Tabelle III

taupunkt Atmosphäre

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• .Normal

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Luft - Luft

Entfernung v.restlichem Säuerst.(l)

Il Il

flachglühbehand-

lunfien

passiviert oder nicht

It

keine. Passivierung.

Aussehen des Bandes nach der Glühbehandluner (2)

rein · ■

rein · ■.·.■■

leicht blau/brauner "Film

bräuiiLich/grau leichter

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(l) Sauerstoff katalytisch von der normalen Mengefür.^Tankgase auf 1 TpM oder weniger entfernt.

(2") Pässivierte und/oder gebeizte Proben "in .Wasser, gespült und leicht abgefischt, solange diese noch naß
..;,. :sind.'" ' '■ *■· '■ ''.■■■,.'■·.''■■ ■;■■ ·■ ■ ■■ ; .'■ . ... .." .. ■ . '',·"" ■ . . ,. ' ■ ' .·■■.'

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N) CO OO

Aus den vorangegangenen Beispielen int ersichtlich, daß "beträchtliche Feuchtigkeit in Wasserstoff enthaltenden Atmosphären toleriert v/erden" kann; es ist jedoch erforderlich, daß Case mit »inen Taupunkt von
-29 C oder trockener für viele Arten von Stähle veree.viet vferder.,
Vorzugsweise wird, eine Hochstaenge von 2o f~ an ,asserstoff verwendet. (Venn Atmosphären, die im wesentlichen nur aus inertem Gas bestehen, verwendet werden, sollten die Taupünkttemperaturen niedriger- als - 29 C, vorzugsweise - 56 C oder niedriger sein.

Die Verminderung der Duktilität, die durch Y/asserstöffverspredüng entstehen kann, ist unter, anderem der Menge an Wasserstoff, die aus der

Atmosphäre durch das Metall aufgenommen wird, proportional. Im alisrewird . ■ " "

meinen, wenn die Wasserstoffaufnähme etwa 2 TpM (Teile pro Million)
übersteigt; · die Duktilität für bestimmte TiefZiehanwendungen
unannehmbar. Aus diesem Grunde wurde allgemein angenommen, daß die
Anwesenheit von Wasserstoff in viärmebehandiungsataiosphären unerwünscht sei. Wie jedoch aus den obigen Beispielen ersichtlich ist, kann Was- * serstoff unter geregelten Bedingungen anwesend sein, ohne daß die -^Uktilität ungünstig beeinflußt wird.

Wie bereits erwähnt, können erfindungs^emäß verschiedene Wärmebehandlungen verwendet werden. Natürlich ist die Anwendung spezieller V/ärmebehandluniren von den gewünschten Ergebnissen und behandelten Materialien abhängig. Im allgemeinen wird die Glühbehandlung bei
649 - 1176⁰C und das Härten bei 927 - 1149 °C durchgeführt.

Das wärmebehanäelte Material wird auch in der geregelten Atmosphäre abgekühlt und zwar unter Bedingungen, treiche einen Verlust des
glänzenden Aussehens der Oberfläche durch überaäEige Oxydation ausschließen. Im allgemeinen sollte das Kühlen mit einer ausreichenden
Geschwindigkeit erfolgen und auf ausreichend niedrige Temperatur erfolgen_t um eine Verfärbung der Oberfläche zu vermeiden. Die erforderlichen speziellen Kühlgeschwindigkeiten und Endtenperaturen variieren entsprechend den verschiedenen Stahllegierungen, Ofenbedingun,gen,
Atmosphären, Taupunkten und dergl. tw*ä sind emperisch für spezielle ^: Bedingungen leicht zu ermitteln»

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Claims

Patentansprüche

1. "armebehandlungsVerfahren für martensitiüche und metastatische austenitische Stähle unter Bewahrung eines glänzenden Aussehens der Stahloberfläche in geregelter Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß man kalt reduzierten Stahl auf die nötige vVLLrmebehandlungstemperatur ,in geregelter, die karburierung und Oxydation verhindernder Atmosphäre, deren .Kondensationspunkt niedriger als etv/a - 29 C(-2o F) ist und welche vollständig, oder überwiegend aus den inerten Gasen Argon, Heliu"!,Stickstoff oder deren Gemischen besteht, die nebenbei

/aufwärmt * eine geringe Z :7,ischung von .Vasserstoff enthalten können, und den Stahl in dieser Atmosphäre dann bis zur Temperatur k'ihlt, unter welcher daa glänzende aussehen der S-j-ahloberf lache durch Oxydation beeinträchtigt wird. ■ " . "-

2. vV'ärmebehanilungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a.ls geregelte Atmosphäre eine solche mit einem Kondensationspunkt von nicht mehr als etwa-36 C f33 F) verwendet wird. >

'-Värmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als geregelte Atmosphäre eine solche verwendet wird, die weniger als etwa 2o ^c/o liasseratoff enthält.

4. 'lYärmebehandlun/iSverfahren nach Anspruch 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß es derart geregelt wird, daß die Menge des vom Stahl während der Wärmebehandlung aufgenommenen Wasserstoffs nicht größer als etwa 2 TpM ist.

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