DE1963800C3

DE1963800C3 - Verwendung eines Gußstahles als Werkstoff für Schiffsschrauben

Info

Publication number: DE1963800C3
Application number: DE19691963800
Authority: DE
Inventors: Makoto Kawaguchi Nakamura; Teishiro Nagasaki Oda; Masato Nishionogi Zama
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1968-12-19
Filing date: 1969-12-19
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE1963800B2; GB1244899A; NL6918974A; SE414322B; NO125190B; DE1963800A1

Description

bestehend	aus	0,07 °/₀ Kohlenstoff,
0,03	bis	14% Chrom,
10	bis	7 °/₀ Nickel,
5	bis	5% Kobalt,
3	bis	2,5 °/o Molybdän,
1,0	bis	0,8 °/o Silizium,
0	bis	1,2 % Mangan, Rest Eisen
0	bis

.-~ *- Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Guß- relativ billige Legierung anzugeben, die keine Tendenz

.V* -Stahles mit hofer Festigkeit und gleichzeitig hoher zur Schweißrißbildung besitzt, sich durch überlegene

Zähigkeit sowie hoher Schv/eißrißbeständigkeit als mechanische Eigenschaften und zudem durch ein ver-

^ — Werkstoff für Sdpsschrauben, hältnismäßig geringes Gewicht auszeichnet und schueß-

- ' *"* In den letzten lüuen sind Schiffe, wie Tanker, mit 5 iich ihre überlegenen Dukülitäts-Eigenschaften ohne

' 0» immer größeren Abmessungen gebaut worden, woraus Verschlechterung anderer Eigenschaften selbst dann

" <*' sich jedoch auch 4ie Notwendigkeit für den Bau großer beibehält, wenn sie von der austeniüschen Temperatur

. - 'Propeller bzw. Schiffsschrauben ergab. Die größeren oder nach späteren Wärmebehandlungen sehr " abge-

Abmessungen der Schiffsschrauben führten selbstver- kühltwird,DieDuktihtäts-Eigenscnaftensoll;: -,,ierhei,

ständiieh auch zu höherem Gewicht, d. h. zu schwere- io insbesondere nachdem die Legierung Warmebehand-

'- ren Schiffsschrauben. Die Gewichtszunahme einer hingen unterworfen ist (beispielsweise Erwärmen nach

Schiffsschraube n^ledöchah^ispits eine Anzahl era- dem Guß auf austenitische Temperatur), von der

ster Schwierigkeiten hervor. Je schwerer nämlich die Abkühlgeschwindigkeit unabhängig sein.

Schiffsschraube ist, um so mehr Material ist für ihren Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung

i' Bau erforderlich, wodurch wiederum die Fertigungs- 15 eines Gußstahles mit hoher Festigkeit und gleichzeitig

* kosten erhöht werden. Die Art des für große Schiffs- hoher Zähigkeit sowie hoher Schweißnßbeständigkeit,

schrauben zu verwendenden Materials ist tdaher von « beträchtlichem Interesse, wobei besonderer Wert auf

verhältnismäßig kostensparende Werkstoffe gelegt wird. Außerdem müssen auch andere Faktoren, wie der ao Leistungsverlust beim Antrieb großer Schiffsschrauben sowie die Schwierigkeiten bei der Konstruktion von für derartige Schiffsschrauben geeigneten Heckbauten, in Erwägung gezogen werden.

Zur Überwindung der bestehenden Schwierigkeiten 35 ist bereits versucht worden, große Schiffsschrauben aus

■ -vergleichsweise leichten Stahllegierungen herzustellen, einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigunwelche das Gewicht der fertigen Schiffsschrauben her- gen, als Werkstoff für Schiffsschrauben,
absetzen sollen und welche gleichzeitig verhältnismäßig Bei gleichem Verwendungszweck kann ein Teil des billig sind, d->bei aber zufriedenstellende mechanische 30 Nickelgehalts der Legierung in vorteilhafter Weise Eigenschaften besitzen. durch Kupfer ersetzt werden, wobei der Kupfergehalt Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, große nicht größer als 3 % ist und das Kupfer-Nickel-VerSchiffsschrauben aus Gußstahl mit hoher Festigkeit und hältnis 1: 2 beträgt.

gleichzeitig hoher Zähigkeit herzustellen, der im we- Stähle derartiger Zusammensetzung sind bekannt,

tentliehen aus höchstens 0,25% Kohlenstoff, hoch- 35 So ist beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift

etens 1,0% Silizium, höchstens 3,0% Mangan, zwi- 1 267 854 ein aushärtbarer, austenitischer, nichtrosten-

ichen etwa 5% und 20% Chrom, 1 bis 8% Kobalt, der Chrom-Nickel-Stahl, bestehend aus
0,5 bis 7% Molybdän und/oder Wolfram, höchstens

8% Nickel und/oder höchstens 4% Kupfer, Rest 0,05 bis 0,3% Kohlenstoff,
Eisen, besteht. Aus diesem herkömmlichen Werkstoff 40 0,3 bis 2,0% Silizium,
hergestellte und unter kathodischen Schutzbedingun- 0,3 bis 2,0% Mangan,
gen betriebene Schiffsschrauben besitzen zufrieden- ' 12,0 bis 20,0% Chrom,
stellende Eigenschaften und Leistungscharakteristika, 6,0 bis 10,0% Nickel,
wenn die Legierung nach dem Guß allmählich von bis 10% Kobalt,
austenitischer Temperatur abgekühlt und die Abküh- 4S bis 3% Molybdän
lung nach anschließenden Wärmebehandlungen allgemein allmählich durchgeführt wird. Dieser herkömm- sowie Aluminium, Kupfer, Titan, Wolfram, Vanaliche Gußstahl besitzt jedoch den Nachteil, daß die dium, Niob und Tantal, einzeln oder zu mehreren mit Duktilität der Legierung beim Abkühlen des Guß- je höchstens 3 % und bis höchstens 5 % (einschließlich Stahls von der austenitischen Temperatur mit einer 50 Molybdän) insgesamt, Rest Eisen und übliche \ erun-Kühlgeschwindigkeit von 10°C je Minute oder mehr reinigungen, bekannt, der nach einer kurzzeitigen beträchtlich abnimmt. Obgleich dieser Nachteil fürdas Glühbehandlung bei 1000°C, anschließendem Abzufriedenstellende Leistungsverhalten von aus dieser schrecken, mindestens 50%iger Kaltverformung und Legierung hergestellten Schiffsschrauben möglicher- Aushärtung bei 400 bis 550° C als Werkstoff für Rasierweise nicht unbedingt schädlich ist, ist diese Eigen- 55 klingen bestimmter Härte verwendbar ist. Der genannschaft höchst unerwünscht, da die Abnahme der ten Literaturstelle ist jedoch kein Hinweis auf die Ver-Duktilität ihrerseits eine Tendenz zur Rißbildung, ins- wendbarkeit derartiger Stähle als Werkstoff für besondere bei Schweißärbeiten, hervorruft. Wenn da- Schiffsschrauben zu entnehmen,
her aus diesem Stahl gefertigte Stähle auf eine für das Der erfindungsgemäß zu verwendende ,Stahl ist hin-Schweißen notwendige Temperatur erwärmt werden, 60 sichtlich bevorzugter Zusammensetzungen in der wie dies für die Verbindung verschiedener Teile oder tabellarischen Zusammenstellung näher erläutert. Im für Reparatufzwecke erforderlich ist, stellt die Riß- einzelnen zeigt

bildungstendenz einen sehr bedeutsamen Faktor dar, T a b. 1 die chemische Zusammensetzung von Gußdem nur durch beträchtliche Verlängerung der Abkühl' stahl-Proben A bis D angebende Tabelle und
zeit nach den Wärmebehandlungen begegnet werden 65 T a b. 2 die Werte der mechanischen Eigenschaften kann. der Proben gemäß T a b. 1, nachdem sie den verAufgabe der Erfindung war es, eine für den vorge- schiedenen in dieser Tabelle aufgeführten Wärmebesehenen Verwendungszweck besonders gut geeignete, handlungen unterzogen worden sind.

1 363 800

	C	Si	Tabelle1	Cr	Mo	m	Co	Cu
Probe	0,06	0,28		12,58	1,91	4,62	4,21	1,85
	0,03	0,23		12,00	2,,2Q	4,55	4#3	1,95
A	0,06	0,46	. Chemische Zusammensetzung (Gewichtsprozent)	11,78	1,90	SM	4,15	'—-
B	0,05	0,46	Mn	12,01	1,88 ·■	5,94	4,12	—
C			0,45
D		0,29
	0,34
	0,37

Tabelle

Probe	Wärme- behand- lufcg	Wärmebehandlung	0,2V,- Streckgrenze	Zug festigkeit	Dehnung	Ein* schnürung	2-mm-Charpy- V-Kerbwert
	Nr.		(kp/nun«)	Ocp/mm«)	%	7.	(kpm/cm¹)
A	1	1000⁰C · 5 Stunden Ab	73,9	118,9	13,6	34,5	4,1
		schrecken mit öl
	2	85O⁰C · 5 Stunden mit 12° C/	78,5	110,7	12,8	50,8	2,6
		Stunde abgekühlt
B	1	normal wie abgegossen	98,1	108,3	4,8	11,9	4,0
	2	1000⁰C -5 Stunden Ab	79,8	106,0	11,2	41,3	6,0
		schrecken mit Öl
	3	850°C · 5 Stunden mit 12⁰C/	85,8	113,8	12,0	47,7	4,3
		Stunde abgekühlt
	4	1000⁰C · 5Stunden mit 12°C/	86,5	109,1	16,8	53,6	6,8
		Stunde abgekühlt
C	1	900⁰C · 5 Stunden Luftküh lung 900°C · 5Stunden mit 12°C/	78,0	126,7	14,8	47,4	4,8
	2	Stunde abgekühlt	75,1	126,5	11,6	35,2	2,3
		900° C · 5 Stunden mit 12" C/
	3	Stunde abgekühlt	64,6	103,2	16,0	53,5	4,2
		650⁰C · lOStunden Luft
		kühlung
		900°C · 5Stunden Luftküh lung 90O⁰C · 5 Stunden mit 12° C/
D	1	Stunde abgekühlt	70,4	128,8	15,2	40,5	4,5
	2	900° C · 5 Stunden mit 12⁰C/	69,9	127,7	11,2	29,7	4,4
		Stunde abgekühlt
	3	650°C · lOStunden Luft	66,3	103,2	16,4	44,8	4,3
		kühlung

Die Proben A und B wurden durch Schmelzen von 30 kg der entsprechenden Legierung in einem basischen Hochfrequenz-Schmelzofen und Vergießen der Schmelze in eine Sandform hergestellt. Im Gegensatz hierzu wurden die Proben C und D dadurch hergestellt, daß 51 der betreffenden Legierung in einem basischen Herould-Ofen geschmolzen und dann die Schmelze zu Gußstücken von jeweils 1 t Gewicht vergossen wurden.

Die in T a b. 2 angegebenen Werte für die Streckgrenze entsprechen dem Wert für die 0,2%-Dehngrenze gemäß der Norm ASTM E6-61, Ziffer 21. Unter dem Begriff »normal wie vergossen« ist zu verstehen, daß die Proben nach dem Vergießen vom Gußstück abgenommen wurden, ohne daß das Gußstück schon anderweitig wärmebehandelt wurde.

Wie aus T a b. 2 hervorgeht, ist die Duktilität der Probe B-I die nach dem Gießen schnell abgekühlt wurde und in gegossenem Zustand stehenblieb, niedrig, während die Duktilität der Probe, die nach dem Gießen auf austenitische Temperatur erwärmt worden war, wesentlich höher und unabhängig von der Abkühlgeschwindigkeit ist. Die mechanischen Eigenschaften der

so derart wärmebehandelten Prüflinge wurden mithin im Vergleich zu den Eigenschaften bekannter Stähle verbessert.

Der Nickelgehalt muß innerhalb des Bereichs von 5 bis 7 % liegen. Wenn der Nickelgehalt zu niedrig ist, kann die Duktilität nach dem Abschrecken des erfindungsgemäß verwendbaren Stahls nicht zufriedenstellend aufrechterhalten werden. Wenn dagegen der Nickelgehalt zu hoch ist, nimmt der Gehalt an Restaustenit zu. Wie bereits erwähnt, kann jedoch ein Teil des Nickels durch Kupfer ersetzt werden, sofern der Kupfergehalt einen Wert von 3% nicht übersteigt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Stabilität des erfindungsgemäß verwendbaren Stahls negativ beeinflußt wird, wenn die Legierung mehr als 3°/o Kupfer

6s enthält.

Bezüglich des Chromgehalts sind relativ hohe Mengenanteile wünschenswert, d. h., der Chromgehalt liegt innerhalb des angegebenen Bereichs von 10 bis

14%. Bei außerhalb dieses Bereichs liegenden Chrss:- f ehalten wird wiederum die Stabilität des Stahls beeinträchtigt. Ähnlich wie Kobalt hat jedoeh Chrom einen geringeren Einfluß auf die Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendbaren Stahls als Kohlenstoff und S Nickel.

Der Kobaltgehalt liegt innerhalb des Bereichs von 3 bis 5%, da andernfalls die optimalen Bereiche für den Nickel- und Kupfergehalt beeinträchtigt werden.

Der Molybdängehalt kann innerhalb des angegebe- "> rien Bereichs von 1,0 bis 2,5% variieren. Molybdän trägt in beträchtlichem Ausmaß zu den Festigkeitseigenschaften des Werkstoffs bei. Wenn der Molybdängehalt wesentlich höher ist als 2,5%, ist es schwierig, die gewünschte Duktihtät durch schnelle Abkühlung is aufrechtzuerhalten.

Die Silizium- und Manganzuschlä°e sind bei der Stahlherstellung zur Desoxydation erforderlich; diese Stoffe können in Mengenanteilen bis 0,8 bzw. 1,2% vorhanden sein. ao

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Gußstahles mit hoher Festigkeit und gleichzeitig hoher Zähigkeit sowie hoher Schweißrißbeständigkeit, bestehend aus

0,03 bis 0,07% Kohlenstoff,

10 bis 14% Chrom,

5 bis 7% Nickel,

3 bis 5% Kobalt,

1,0 bis 2,5% Molybdän,

0 bis 0,8% Silizium,

0 bis 1,2% Mangan, Rest Eisen

einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, als Werkstoff für Schiffsschrauben.

2. Verwendung eines Gußstahls mit der Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Nickelgehalts durch Kupfer ersetzt ist, der Kupfergehalt nicht größer als 3% ist und das Verhältnis von Kupfer zu Nickel 1: 2 beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1,