DE19946327B4 - Method for reducing the core hardness during case-hardening of martensitic stainless steels with nitrogen - Google Patents

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Abstract

Wärmebehandlungsverfahren zur Senkung der Kernhärte eines randaufgestickten nichtrostenden martensitischen oder martensitisch-ferritischen Stahles, dadurch gekennzeichnet, daß bei Direkt- oder Einfachhärten auf eine Temperatur von 20 bis 50 °C oberhalb der Martensitstarttemperatur des Randes MsR abgekühlt, danach auf eine Temperatur von 530 bis 590 °C erwärmt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.Heat treatment process for reducing the core hardness of a marginally embossed martensitic or martensitic-ferritic stainless steels, characterized in that for direct or single hardness to a temperature of 20 to 50 ° C above the martensite start temperature of the edge M sR cooled, then to a temperature of 530-590 ° C and then cooled to room temperature.

Description

In DE 4033706 C2 ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung nichtrostender martensitischer Stähle beschrieben, bei dem das Aufkohlen durch Aufsticken ersetzt wird. Ein für dieses Einsatzhärten mit Stickstoff geeigneter Stahl wird in DE 4411795 A1 vorgestellt, der folgende chemische Zusammensetzung in Masseprozent aufweist: ≤ 0.03 C, 0.05 bis 0.18 N, ≤ 1.0 Si, ≤ 1.5 Mn, 1 bis 4 Co, 11 bis 16 Cr, 1 bis 3 Ni, 0.5 bis 2.5 Mo, ≤ 0.4 V. Die Elemente C, N, Mn, Co und Ni stabilisieren bei Härtetemperatur das Austenitgefüge, aus dem beim Abschrecken das erwünschte Martensitgefüge entsteht. Die Elemente Si, Cr und Mo stabilisieren das vielfach unerwünschte Ferritgefüge. Es bedarf daher einer engen Abstimmung der chemischen Zusammensetzung, um nach dem Einsatzhärten ein weitgehend martensitisches Kerngefüge mit ≤ 10 Volumenprozent δ – Ferrit zu erzielen.In DE 4033706 C2 describes a process for the heat treatment of stainless martensitic steels in which the carburizing is replaced by Aufsticken. A suitable for this case hardening with nitrogen steel is in DE 4411795 A1 having the following chemical composition in mass percent: ≤ 0.03 C, 0.05 to 0.18 N, ≤ 1.0 Si, ≤ 1.5 Mn, 1 to 4 Co, 11 to 16 Cr, 1 to 3 Ni, 0.5 to 2.5 Mo, ≤ 0.4 V The elements C, N, Mn, Co and Ni stabilize the austenite structure at hardening temperature, from which the desired martensite structure is formed during quenching. The elements Si, Cr and Mo stabilize the often unwanted ferrite structure. Therefore, a close coordination of the chemical composition is required in order to achieve a largely martensitic core structure with ≤ 10 volume percent δ ferrite after case hardening.

Es gibt Anwendungen für einsatzgehärtete Bauteile mit höherer Kernhärte, wie z.B. Walzläger mit großen Radien und Anwendungen für niedrigere Kernhärte, wie z.B. Getrieberäder mit hoher Zahnfußzähigkeit. Bei niedriglegierten Einsatzstählen kann die Kernhärte durch Verringerung des Kohlenstoffgehaltes in Stahl gesenkt werden. Bei einem hochlegierten nichtrostenden Einsatzstahl kann der Gehalt an Stickstoff und Kohlenstoff (N + C) nur in Abstimmung mit dem übrigen Legierungsgehalt herabgesetzt werden, wenn δ – Ferrit vermieden werden soll. Es kommt hinzu, daß bei gleichem interstitiellen Gehalt, die Kernhärte eines hochlegierten über der eines niedriglegierten Stahles liegt. Daher besteht Bedarf an einem Verfahren zur Senkung der Kernhärte martensitischer nichtrostender Stähle beim Einsatzhärten ohne Änderung der chemischen Zusammensetzung.It are applications for casehardened Components with higher Core hardness, such as. rolling warehouses with big Radii and applications for lower core hardness, such as. gears with high tooth toes. at low-alloyed case-hardened steels can the core hardness be lowered by reducing the carbon content in steel. In a high-alloy stainless steel case, the content on nitrogen and carbon (N + C) only in agreement with the remaining alloy content be reduced if δ - ferrite avoided shall be. It is added that at same interstitial content, the core hardness of a high alloyed over the a low alloy steel lies. Therefore, there is a need for a Method for lowering the core hardness martensitic stainless steels during case hardening without modification the chemical composition.

Das bekannte Einsatzhärten nichtrostender martensitischer Stähle ist in DE 4033706 C2 beschrieben und besteht aus den Schritten (1) Aufsticken bei einer Temperatur oberhalb Ac1, wahlweise begleitet von Aufkohlen, (2) Direkt-, Einfach- oder Doppelhärten durch Abkühlen auf Raumtemperatur, (3) Tiefkühlen zur Restaustenitumwandlung und (4) Anlassen bei einer Temperatur TA zwischen 150 und 600 °C.The known case hardening of martensitic stainless steels is known in DE 4033706 C2 described and consists of the steps (1) embroidering at a temperature above A c1 , optionally accompanied by carburizing, ( 2 ) Direct, single or double cure by cooling to room temperature, (3) deep freezing for retained austenite conversion and (4) tempering at a temperature T A between 150 and 600 ° C.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch eine entscheidende Änderung des Schrittes (2) gekennzeichnet und nutzt den Umstand, daß beim Einsatzhärten die Martensitstarttemperatur Ms im Rand (MsR) unter der des Kernes (MsK) liegt. Der neue Schritt (2) besteht aus den Teilschritten (a) Abkühlen auf eine Temperatur kurz oberhalb MsR, bei der der Kern teilweise, der Rand aber noch nicht zu Martensit umwandelt da MsK > MsR, (b) Erwärmen auf eine Temperatur TAK, bei der der Kern angelassen, aber der Zustand des noch austenitischen Randes nicht verändert wird und (c) Abkühlen auf Raumtemperatur, wobei durch Unterschreiten von MsR die Martensitumwandlung im Rand beginnt. Es folgen unverändert die Schritte (3) Tiefkühlen und (4) Anlassen bei einer Temperatur TAR < TAK, so daß der Rand angelassen, der Zustand des bereits höher angelassenen Kernes aber kaum verändert wird.The process according to the invention is characterized by a decisive change of step (2) and makes use of the circumstance that during case hardening the martensite start temperature M s in the edge (M sR ) is below that of the core (M sK ). The new step (2) consists of the substeps (a) cooling to a temperature just above M sR at which the core partially, but the edge does not convert to martensite since M sK > M sR , (b) heating to a temperature T AK , in which the core is annealed, but the state of the still austenitic edge is not changed, and (c) cooling to room temperature, wherein the martensite transformation begins in the edge by falling below M sR . It follows unchanged the steps (3) freezing and (4) tempering at a temperature T AR <T AK , so that the edge annealed, the state of the already higher annealed core is hardly changed.

Während bei der bekannten Wärmebehandlung Rand und Kern eines einsatzgehärteten Teiles gleichzeitig bei einer Temperatur TA angelassen werden, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nacheinander ein Anlassen von Kern und Rand bei unterschiedlichen Temperaturen erzielt. Die Anlaßtemperatur des Randes TAR wird durch die gewünschte hohe Randhärte begrenzt. Die Anlaßtemperatur des Kernes TAK > TAR gewährleist eine Senkung der Kernhärte HK bei unverändert hoher Randhärte HA.While in the known heat treatment edge and core of a case-hardened part are tempered at the same time at a temperature T A , the process according to the invention successively a tempering of the core and edge at different temperatures is achieved. The tempering temperature of the edge T AR is limited by the desired high edge hardness. The tempering temperature of the core T AK > T AR ensures a lowering of the core hardness H K with unchanged high edge hardness H A.

Die Erfindungshöhe drückt sich nicht nur in der neuen Verfahrensweise aus mit der TA in TAK und TAR aufgespalten wird, sondern beruht auch auf der Erkenntnis, daß in hoch chromlegierten Stählen durch Anreicherung mit N oder (N + C) eine atomare Nahordnung ausgebildet wir, die die Austenitstabilität entscheidend erhöht /1/. Dadurch kann TAK bis auf 600 °C angehoben werden, so daß TAR < TAK < 600 °C.The inventive level is expressed not only in the new procedure with the T A in T AK and T AR is split, but is also based on the finding that in highly chromium-alloyed steels by enrichment with N or (N + C) formed an atomic Nahordnung we, which significantly increases the austenite stability / 1 /. As a result, T AK can be raised to 600 ° C, so that T AR <T AK <600 ° C.

Das Verfahren ist auch bei martensitisch-ferritischen nichtrostenden Stählen wirksam, jedoch bezieht sich die Senkung der Kernhärte vorwiegend auf den martensitischen Gefügeanteil.The Procedure is also at martensitic-ferritic stainless toughen effective, however, lowering the core hardness mainly refers on the martensitic part of the structure.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens (A) wird anhand eines Ausführungsbeispiels im Vergleich zum bekannten Wärmebehandlungsverfahren (B) demonstriert. Verwendet wurde der nichtrostende martensitische Stahl mit (Masse %) 0.03 C, 0.07 N, 13.5 Cr, 1.5 Mo, 3 Co, 2 Ni, 0.15 V, der durch Randaufsticken bei 1150 °C auf einen Randgehalt von 0.5 Masse % N angereichert war. Die Ergebnisse sind für Einfachhärten nachfolgend gegenübergestellt.The Effectiveness of the heat treatment process according to the invention (A) is based on an embodiment in comparison to the known heat treatment process (B) demonstrated. The rustproof martensitic was used Steel with (mass%) 0.03 C, 0.07 N, 13.5 Cr, 1.5 Mo, 3 Co, 2 Ni, 0.15 V, which by Randaufsticken at 1150 ° C to an edge content of 0.5 Mass% N was enriched. The results are below for single hardness compared.

Figure 00020001
Figure 00020001

  • 1) gemessen im Pendelschlagwerk mit ISO-V-Kerbschlagproben oder mit glatten Schlagproben der Abmessung 7 × 10 × 55 (mm) 1) measured in a pendulum impact tester with ISO-V notched specimens or with smooth specimens measuring 7 × 10 × 55 (mm)
  • 2) nicht gebrochen 2) not broken

Sie zeigen bei einer im Rahmen der Meßgenauigkeit gleichen Randhärte für das erfindungsgemäße Verfahren (A) eine um 15% geringere Kernhärte als nach dem bekannten Verfahren (B). Dadurch wird die Kernzähigkeit durch (A) gegenüber (B) signifikant erhöht und zwar für glatte Proben um einen Faktor >5 und für gekerbte Proben um einen Faktor >10.she show at a same within the measurement accuracy edge hardness for the inventive method (A) a 15% lower core hardness as according to the known method (B). This will be the core toughness by (A) opposite (B) significantly increased for smooth samples by a factor> 5 and for notched samples by a factor> 10.

Das Ausführungsbeispiel belegt eindeutig, daß ein gegebener Stahl für Anwendungen mit höherer Kernhärte nach dem bekannten Verfahren (B) und für solche mit niedrigerer Kernhärte und höherer Kernzähigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (A) wärmebehandelt werden kann, ohne daß die chemische Zusammensetzung verändert werden muß.The embodiment clearly states that a given steel for Applications with higher core hardness after the known method (B) and for those with lower core hardness and higher core strength according to the inventive method (A) heat treated can be without the changed chemical composition must become.

Literaturliterature

  • /1/ Gavriljuk, V.G, Berns, H; High Nitrogen Steels. Springer Verlag, Berlin, Oktober 1999/ 1 / Gavriljuk, V.G., Berns, H .; High Nitrogen Steels. knight Publisher, Berlin, October 1999

Claims (4)

Wärmebehandlungsverfahren zur Senkung der Kernhärte eines randaufgestickten nichtrostenden martensitischen oder martensitisch-ferritischen Stahles, dadurch gekennzeichnet, daß bei Direkt- oder Einfachhärten auf eine Temperatur von 20 bis 50 °C oberhalb der Martensitstarttemperatur des Randes MsR abgekühlt, danach auf eine Temperatur von 530 bis 590 °C erwärmt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.Heat treatment process for reducing the core hardness of a marginally embossed martensitic or martensitic-ferritic stainless steels, characterized in that for direct or single hardness to a temperature of 20 to 50 ° C above the martensite start temperature of the edge M sR cooled, then to a temperature of 530-590 ° C and then cooled to room temperature. Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Tiefkühlen zur Restaustenitumwandlung anschließt.Heat treatment method according to claim 1, characterized in that a deep-freezing for Restaustenitumwandlung followed. Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Anlassen bei 150 bis 500 °C anschließt.Heat treatment method according to claim 1 and 2, characterized in that a Tempering at 150 to 500 ° C followed. Wärmebehandlungsverfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Randaufsticken durch Randaufkohlen in der Weise ergänzt wird, daß der Randkohlenstoffgehalt den Randstickstoffgehalt nicht übersteigt.Heat treatment method according to claim 1 to 3, characterized in that the edge embroidering by Edge carburizing in the way added will that the Randkohlenstoffgehalt does not exceed the Randstickstoffgehalt.
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DE4033706C2 (en) * 1990-10-24 1991-07-11 Hans Prof. Dr.-Ing. 4630 Bochum De Berns
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