DE19820806B4

DE19820806B4 - Verwendungen eines Leichtbaustahls

Info

Publication number: DE19820806B4
Application number: DE1998120806
Authority: DE
Inventors: Georg Prof. Dr.-Ing. Frommeyer
Original assignee: Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Current assignee: Max Planck Institut fuer Eisenforschung
Priority date: 1998-05-09
Filing date: 1998-05-09
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2018-05-10
Also published as: DE19820806A1

Abstract

Verwendung eines korrosionsbeständigen ferritischen Leichtbaustahls mit (in Masse-%)
bis 0,017 % C
bis 0,5 % Si
bis 0,5 %Mn
6 bis 8 % Cr ,
6 bis 8 % Al
bis 2,5 % Mo
bis 0,5 % V
bis 2,5 % Ti und/oder Nb
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen als Werkstoff für Tiefzieh- und/oder Streckziehteile.

Description

Die Erfindung betrifft Verwendungen eines rostfreien Stahls geringer Dichte.
Chrom-Aluminium-Stähle sind in der Technik bereits bekannt. In der Praxis eingesetzte Stähle dieser Art weisen jedoch in der Regel höhere Chromgehalte von 20 bis 30 Masse-% und Aluminiumgehalte von 3 bis 6 Masse-% auf und zeichnen sich durch eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit und Zunderfestigkeit im allgemeinen bis zu Temperaturen von 1300 °C aus. Bei kürzeren Standzeiten sind Einsatztemperaturen bis zu 1350 °C realisierbar. Wegen des hohen Chromgehaltes sind diese Stähle aber teuer.
Es ist daher beispielsweise in der DE-OS 24 34 956 ein ferritischer Stahl vorgeschlagen worden, der bei Aluminium-Gehalten von 4,0 bis 8,2 Gew.-% einen Chrom-Gehalt von bis zu etwa 10,5 Gew.-% aufweist. Zusätzlich sind Gehalte von 0,05 bis 2,0 Gew.-% Ti in dem bekannten Stahl vorgesehen. Der bekannte Stahl zeichnet sich durch hohe Festigkeiten bei hohen Temperaturen aus. Als sein bevorzugter Einsatzzweck sind daher auch solche Anwendungen vorgeschlagen worden, bei denen es zu hohen thermischen Belastungen kommt. So werden in diesem Zusammenhang in der DE-OS 24 34 956 als mögliche Verwendungen beispielsweise Auspuffanlagen oder Behälter für thermische Reaktoren genannt, die bei Kraftfahrzeugen, Düsenflugzeugen und in der petrochemischen Industrie eingesetzt werden und bei denen es zu besonders hohen Temperaturbelastungen kommt. Ein vergleichbar zusammengesetzter, für dieselben Anwendungszwecke bestimmter Stahl ist aus der EP 0 658 632 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen rostfreien Stahl mit niedrigeren Chromgehalten unter der Passivierungsgrenze von 13 Masse-% anzugeben, der sich in besonderem Maße für die Herstellung von Tiefzieh- oder Streckziehteilen sowie von Verkleidungen von Gebäuden oder Stahlkonstruktionen eignet und sich durch eine gute Repassivierbarkeit in sauren und alkalischen Medien sowie in wäßrigen Lösungen mit mittleren bis hohen Halogenionenkonzentrationen auszeichnet. Der Stahl soll auch dann korrosionsgeschützt sein, wenn die Passivschicht der Oberfläche durch mechanische Einwirkungen, wie Reibungsbeanspruchungen, Ankratzen, Stoß- und Schlagbelastung, verletzt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Verwendung eines Stahls mit (in Masse-%)
bis 0,017 % C
bis 0,5 % Si
bis 0,5 % Mn
6 bis 8 % Cr
6 bis 8 % Al
bis 2,5 % Mo
bis 0,5 % V
bis 2,5 % Ti und/oder Nb
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen als Werkstoff für Tiefzieh- oder Streckziehteile sowie Verkleidungen von Gebäuden oder Stahlkonstruktionen vorgeschlagen.
Die Erfindung schlägt die Verwendung eines tief- und streckziehfähigen, passivierbaren und somit korrosionsbeständigen Stahls mit Aluminium- und Chromgehalten von je 6 bis 8 % mit jeweils bis 0,5 % Mn und Si sowie Legierungsgehalten an Mo, V und Ti/Nb in der angegebenen Größenordnung vor, der rein ferritisches Gefüge hat.
Die bekannte untere Passivitätsgrenze von rostfreien Stählen mit mindestens 13 % Chrom wird deutlich unterschritten. Die Legierungselemente Titan/Niob und Vanadium werden einerseits als Mikrolegierungselemente und andererseits bei höheren Gehalten zur Verbesserung der chemischen und mechanischen Eigenschaften zugesetzt. Das Molybdän dient in Legierungsgehalten bis 2,5 insbesondere zur Erhöhung der Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion in konzentrierten chloridhaltigen Lösungen. Infolge der Bildung einer stabilen Chromoxid- und Aluminiumoxid-haltigen Deckschicht (Passivfilm) von 10 bis 100 nm Dicke ist der darunter liegende Grundwerkstoff chemisch und elektrochemisch geschützt, so daß der Stahl nicht zum Rosten neigt. Durch Zulegieren der Übergangsmetalle Ti/Nb, V und Mo wird das Passivierungsverhalten dahingehend begünstigt, daß der Stahl durch Verschiebung des Durchbruchpotentials zu höheren positiven elektrochemischen Potentialen eine gute Resistenz gegen Lochfraßkorrosion aufweist.
Der erfindungsgemäß verwendete korrosionsbeständige Leichtbaustahl weist ein besseres Korrosionsverhalten als ein ferritischer Stahl mit 17 Masse-% Chrom auf und ist in seiner optimalen Zusammensetzung hinsichtlich seines Korrosionsverhaltens durchaus mit austenitischen Chrom-Nickel-Stählen vergleichbar.
In 1 sind Stromdichte-Potentialkurven der Chrom-Nickel-Stähle X5CrNi 1810 und X3 CrNiN 18 4, C_N = 0,75 Gew.% in einer relativ konzentrierten 3 %igen NaCl wiedergegeben. Zum Vergleich ist auch die Stromdichte-Potentialkurve eines Stahls mit 6 % Al dargestellt. Aus den Kurvenverläufen geht hervor, daß der erfindungsgemäß verwendete rostfreie Stahl mit 7 % Cr und 7 % A1 einen ausgedehnten Passivbereich aufweist. Dieser erstreckt sich von –750 mV (Ruhepotential) bis zum beginnenden transpassiven Bereich bei 100 mV. Der Beginn des transpassiven Bereichs ist im Vergleich zu den transpassiven Bereichen der hochlegierten austenitischen Chrom-Nickel-Stähle nur um 150 mV zur negativen Potentialseite verschoben. Der aluminiumhaltige Stahl FeA16 weist nur einen schmalen Passivitätsbereich auf. Dieser reicht nicht aus, um bei höheren positiven Potentialen stabil zu bleiben. Hier setzt schon frühzeitig das transpassive Gebiet bei ca. –300 mV ein.
Außer der guten Korrosionsbeständigkeit in wäßrigen Lösungen und gegen atmospährische Einflüsse zeichnet sich dieser Stahl infolge des höheren Aluminiumgehaltes in Kombination mit niedrigen Chromgehalten von jeweils 6,0 bis 8,0 Masse-% durch eine hervorragende Zunderbeständigkeit bis zu Temperaturen von 1000 °C aus.
Im kaltgewalzten und rekristallisiertem Zustand ist der erfindungsgemäß verwendete Chrom-Aluminium-Stahl mit und ohne Zusätzen an Molybdän, Titan und/oder Niob sowie Vanadium gut tiefzieh- und streckziehfähig. Mit spanlosen und spanenden Umformverhalten einschließlich der Fügetechniken, wie Punktschweißen, Argon-Arc-Schweißen, WIG-Schweißen, Abbrennstumpfschweißen und durch Hart- und Hochtemperaturlöten ist der Stahl gut verarbeitbar. Er ist mit den üblichen Produktionstechnologien der Stahlindustrie metallurgisch herstellbar und zu Halbzeugen warm- bzw. kaltumformbar.
Die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten rostfreien Leichtbaustahls im kaltgewalzten und rekristallisierten Zustand sind in der folgenden tabellarischen Übersicht wiedergegeben:
Die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in wäßrigen Medien (Elektrolytkorrosion) sowie an normaler Atmosphäre bei mittleren bis hohen Temperaturen bis zu 1000 °C, und die guten mechanischen Eigenschaften – Festigkeit und Tiefziehfestigkeit – prädestinieren diesen Stahl für die Verwendung als höherfesten rostfreier Tiefziehstahl für Automobilkarosserien und für den Waggonbau schienengebundener Fahrzeuge, sowie als Material für Fassadenverkleidungen von Gebäuden und Stahlkonstruktionen (Kranbau, Brückenbau etc.).

Claims

Verwendung eines korrosionsbeständigen ferritischen Leichtbaustahls mit (in Masse-%) bis 0,017 % C bis 0,5 % Si bis 0,5 % Mn 6 bis 8 % Cr , 6 bis 8 % Al bis 2,5 % Mo bis 0,5 % V bis 2,5 % Ti und/oder Nb Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen als Werkstoff für Tiefzieh- und/oder Streckziehteile.
Verwendung eines korrosionsbeständigen ferritischen Leichtbaustahls mit (in Masse-%) bis 0,017 % C bis 0,5 % Si bis 0,5 % Mn 6 bis 8 % Cr 6 bis 8 % Al bis 2,5 % Mo bis 0,5 % V bis 2,5 % Ti und/oder Nb Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen als Werkstoff für die Verkleidung von Gebäuden und Stahlkonstruktionen.