DE2202278C2 - Verwendung eines Stahles als Werkstoff zur Herstellung einer Zwischenschicht für plattierte Formkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Stahles, bestehend aus maximal 0,03¹O C, 3,5 bis 4,5% Si, 1 bis 2°„ Mn, maximal 0,025% P, maximal 0,020",, S, 12 bis 25% Cr, 8 bis 25% Ni, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen als Werkstoff zur Herstellung einer die Diffusion von Kohlenstoff hemmenden Zwischenschicht für plattierte Formkörper, insbesondere Bleche, mit einem w Grundkörper aus kohlenstoffhaltigem Stahl und einer Auflage aus hochlegiertem, korrosionsbeständigem Stahl, welche extrem kaltverformt werden.

Aus der AT-PS 18 25 88 ist die Verwendung von Legierungen mit bis 1%C, 10 bis 45% Cr, 4 bis 11% Si, bis 30% Ni, Rest Fe mit den üblichen Bestandteilen an Mn, S und P, zur Oberflächenveredelung von Gegenständen bekannt. In dieser AT-PS 18 25 88 ist beschrieben, daß ein höherer Gehalt an Si und (oder) Al im Stahl, insbesondere in Chrom-Nickel-Stählen, eine vorzügliche 4η Beständigkeit derselben vor allem gegen den Angriff von Verbrennungsgasen und den in ihren Verbrennungsrückständen enthaltenen Oxiden bewirkt.

Plattierte Bleche können durch Warmwalzen eines am Rand abgedichteten, aus zwei Blechtafeln aus dem Grundwerkstoff und zwei anliegenden Blechtafeln aus dem Auflagewerkstoff bestehenden Paketes hergestellt werden, wobei sich der Grundwerkstoff außen und die mit diesem zu verbindenden Auflagen innen befinden; nach dem Walzen wird das Paket getrennt und jedes plattierte Blech für sich weilerverarbeitet. Plattierte Bleche bestehen in der Regel aus einer Grundplatte aus einem Grundwerkstoff, der die gewünschte Festigkeit besitzt, und einer korrosionsbeständigen Auflage. Zum Erreichen der vorgeschriebenen Festigkeit muß im « Grundwerkstoff ein bestimmter Mindestkohlenstoffgehalt vorhanden sein, welcher nur zum Teil durch einen höheren Mangangehalt ersetzt werden kann. Die korrosionsbeständige Auflage muß dagegen einen möglichst niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen, damit keine _6n interkristalline Korrosion auftreten kann. Bereits bei der Herstellung der Bleche, z. B. beim gleichzeitigen Warmwalzen des Grund- und ties Aufiagewerkstoffes, kann eine Kohlcnstoffdiffusion von Grundwerkstoff zum Auflagewerkstoff und somit eine unerwünschte Aufkohlung _(Λ der Auflageschicht erfolgen, sobald nach den ersten Walzstichen eine feste Verbindung zwischen dem Grund- und dem Auflagewerkstoff herbeigeführt ist; in der Regel befindet sich das Walzblech dann bei einer Temperatur um oder unter 900° C. Eine zweite Möglichkeit einer Kohlenstoffdiffusion vom Grundwerkstoff in die korrosionsbeständige Auflage ist bei einer Wärmebehandlung der fertigen Bleche, z. B. beim Normalisie-T'jngsglühen, gegeben. Diese Wärmebehandlung erfolgt in der Regel bei etwa 900° C. Mit fortschreitender Kohlenstoffdiffusion wird die Auflage so stark pufgekohlt. daß sie nicht mehr in ihrer ganzen Schichtdicke, welche etwa 2 bis 3 mm beträgt, korrosionsbeständig ist. Es besteht daher das Bedürfnis, eine Zwischenschicht vorzusehen, die die Kohlenstoffdiffusion vom Grundwerkstoff zur Auflage unterbindet oder hemmt, wobei jedoch durch diese Zwischenschicht die Schweißbarkeit und die sonstigen Eigenschaften der plattierten Bleche nicht nachteilig beeinflußt oder wesentlich geändert werden dürfen.

Zur Lösung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, zwischen dem Grundwerkstoff und der Auflage eine dünne, etwa 0,03 bis 0,3 mm dicke Reinnickelschichi vorzusehen. Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Kohlenstoffdiffusion vom Grundwerkstoff in die korrosionsbeständige Auflage durch eine Zwischenschicht aus Nickel tatsächlich nicht wesentlich gehemmt wird. Unabhängig von der Dicke der Reinnickelschicht ergab sich nach Glühung eines plattierten Bleches bei 1000° C, 4 Stunden Haltezeit und nachfolgender Kühlung an ruhiger Luft eine aufgekohlte Zone von 0,8 bis 1 mm Dicke. Außerdem wurde festgestellt, daß die Schweißbarkeit solcner plattierten Bleche leidet, wenn die Nickelschicht dicker als 0,2 mm ist. Es kommt zur Bildung von Rissen in der Schweißnaht. Da die Nickelschicht für sich allein nicht korrosionsbeständig ist, wird bei der Bewertung solcher Bleche nur die korrosionsbeständige Auflage in Betracht gezogen; die Mehrkosten für die Nickelschicht stellen einen Verlust dar.

Es wurde auch vorgeschlagen, Monel-Metall als Zwischenschicht zu verwenden; Monel-Metall besteht aus 67% Nickel, 30% Kupfer, Rest Eisen und Mangan. Dabei hat sich gezeigt, daß Monel-Metall hinsichtlich der Diffusion des Kohlenstoffes dem Nickel nicht überlegen ist. In bezug auf die Schweißbarkeit von plattierten Blechen mit einer Monel-Metall-Zwischenschicht wurde festgestellt, daß diese völlig unbefriedigend ist. Durch den Kupfergehalt entstehen Risse in der Schweißnaht.

Schließlich sind plattierte Bleche bekannt, die durch Warmverformung von Plattierungspaketen unter Verwendung von stickstoff- und sauerstoffbindenden Stoffen hergestellt werden, wobei diese vor dem Erwärmen des Plattierungspaketes nach Abdichten der Paketränder auf Reaktionstemperatur gebracht werden, während die Plattierungswerkstoffe selbst nahezu auf Raumtemperatur bleiben. Hierbei sind die sauerstoff- und stickstoffbindenden Mittel in Form von dünnen Schichten auf der Innenseite der Grundwerkstoffbleche aufgebracht. Nach einem weiteren Vorschlag soll außerdem auf die aneinander anliegenden Flächen des Grundwerkstoffes und/oder des Auflagebleches eine Zwischenschicht aus einem Metall aufgebracht werden, welche den Kohlenstoff fest bindet oder in der der Kohlenstoff unlöslich ist. Diese Metallzwischenschicht soll z. B. aus Molybdän oder aus Stählen mit Sonderkarbidbildnern, wie Tantal, Niob, Titan oder aus Stählen mit einem Chromgehalt von über 12'Vi bestehen. Bei dieser Methode müssen solche Karbidbildner in beträchtlichen Mengen zugesetzt werden, womit eine Härtung der dünnen Zwischenschicht herbeigeführt wird. Bei der Weiterverarbeitung der plattierten Bleche in kaltem Zustand kann es an dieser Stelle zu

Brüchen kommen. Der Grundwerkstoff verarmt auch an Kohlenstoff, d. h. seine Festigkeit wird herabgesetzt. Außerdem wird die Schweißbarkeit der Bleche nachteilig beeinflußt.

Es hat sich bei dieser Weiterverarbeitung in kaltem Zustand gezeigt, daß bei einer extremen Kaltverformung durch große Schubspannungen Mikrorisse in der Bindeebene auftreten können. Unter extremer Kaltverformung wird beispielsweise ein Biegen der Bleche um 180° ohne Dorn oder ein Kaltkümpeln einer Ronde zu einem Boden, nicht jedoch das Einrollen eines Bleches verstanden. Bei plattierten Blechen, welche aus einem Grundwerkstoff und einer hochlegierten, korrosionsbeständigen Auflage aus einem Chrom-Nickel-Stahl üblicher Zusammensetzung bestehen, bildet sich in der Bindeebene je nach Wärmebehandlung eine dünne karbidreiche Schicht, die Zusammensetzung dieser Karbide entspricht den Formein M₂₎C oder M₇C₃ oder es sind Gemische dieser Karbidtypen vorhanden. Diese Karbide scheiden sich bevorzugt an den Korngrenzen de^c auslenitischen Stahles (der Auflage) aus und wirken bei extremer Kaltverformung wie eine Kerbe, die Mikrorisse auslöst.

Aufgebe der Erfindung ist es, einen geeigneten Zwischenschicht-Werkstoff für kaltverformbare, plattierte Bleche vorzusehen, bei denen auch nach extremer Kaltverformumg keine Mikrorisse in der Bindeebene auftreten. Die Erfindung besteht in der Verwendung eines Stahles der eingangs beschriebenen Zusammensetzung als Zwischenschicht für plattierte Formkörper, insbesondere Bleche.

Der als Zwischenschicht verwendete Stahl kann gegebenenfalls bis zu 0,8% N enthalten. Silicium und N-.angan gehören neben Nickel, Sauerstoff. Stickstoff zu jenen Elementen, die die Neigung zur Aufkohlung des plattierten Formkörpers in der Bindeebene herabsetzen. Silicium und Mangan sind also gegenseitig bis zu einem gewissen Maß austauschbar, d. h. man kann bei einem hohen SiIicium-Gehalt einen niedrigeren Mangan-Gehalt und umgekehrt wühlen. Der Stickstoff-Gehalt des Stahles, der üblicherweise erschmelzungsbedingt etwa 0,03% beträgt, kann zur Verstärkung der die Aufkohlung bremsenden Elemente Silicium und Mangan noch zusätzlich auf höhere Werte eingestellt werden. Die die Kohlenstoffdiffusion bzw. die Karbidanreicherung hemmende Schicht ist der korrosionsbeständigen Auflage artähnlich, wodurch ein weiteres Ziel der Erfindung erreicht wird, welches darin besteht, daß die Auflage in ihrer vollen Dicke einem Korrosionsangriff entgegensteht.

Vorzugsweise enthält der für den erwähnten Zweck verwendete Stahl 17 bis 19^U„ Cr und 14 bis 16% Ni.

Der Stahl wird erfindungsgemäß vorteilhaft in einer Dicke von mindestens 0,02 mm verwendet.

Die Erfindung ist an einem Beispiel in der Zeichnung näher erläutert. Die

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein plattiertes Blech;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Verlaufes des Kohlenstoffgehaltes im Grundwerkstoff, in der Zwischenschicht und in der Auflage nach einer Wärmebehandlung des plattierten Bleches bei 94(1' C, bei welcher die Haltezeit zwei Stunden betrug, und anschließender Abkühlung des Bleches an ruhiger Luft.

In Fig. 1 ist mit 1 die Grundplatte bezeichnet, deren Dicke - gemessen am fertig plattierten Blech - 8 mm betrug. Die Zusammensetzung des Grundwerkstoffes betrug 0,10% C, 0,45% Si, 1,2h, Mn. 0,022% P, 0,019% S. 0,032% AI, 0,08% Cr, 0,G5% Ni, 0,02% Mo, 0,004% N. Die Zusammensetzung der 0,2 mm dicken Zwischenschicht 3 war 0,03% C, 4,23% Si. 1,56% Mn, 0,020% P. 0.006% S. 0,003% Al, 18,3% Cr, 14,6% Ni, 0.12% N. Die Dicke der Auflage 2 aus einem Chrom-Nickel-Stahl betrug 1,8 mm. Somit war die Gesamtdicke des plattierten Bleches 10mm. In Fig. 1 und Fig. 2 ist mit 4 die Bindeebene zwischen der Grundplatte 1 und der Zwischenschicht 3 bezeichnet. Zwischen der Zwischenschicht 3 und der Auflage 2 ist eine weitere Bindeebene 5 vorhanden.

In Fig. 2 ist auf der Abszisse der Abstand von der Bindeebene 4 nach beiden Richtungen hin in mm aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Kohlenstoffgehalt in % aufgetragen. Der in diesem Diagramm dargestellte Verlauf der Kohlenstoffkonzentration über den Blechquerschnitt wurde durch Analyse von schichtweise abgehobelten Spänen und mit Hilfe einer Mikrosonde bestimmt. Der voll ausgezogene Kurvenzug 6 zeigt den Verlauf des Kohlenstoffgehaltes von der Grundplatte 1 gegen die Zwischenschicht 3 hin. Der Kurvenzug 7 zeigt den Verlauf des Kohlenstoffgehaltes innerhalb der Zwischenschicht 3 und im Bereich der Auflage 2. Mit 8 und 9 sind die entsprechenden Kurven für den Kohlenstoffgehalt von in gleicher Weise hergestellten und wärmebehandelten Blechen, bei denen keine Zwischenschicht unter erfindungsgemäßer Verwendung des Stahles der erwähnten Zusammensetzung vorhanden war, bezeichnet; die Vergleichsbleche bestanden also aus einer 8 mm dicken Grundplatte 1 und einer 2 mm dicken Auflage 2, wobei die Zusammensetzung des Auflagen- und Grundwerkstoffes gleich war wie beim plattieren Blech mit Zwischenschicht.

Wie man aus Fig. 2 deutlich sieht, nimmt der Kohlenstoffgehalt beim Übergang vom Grundwerkstoff zur Zwischenschicht 3 nur geringfügig ab und steigt unmittelbar im Bereich der Bindeebene 4 nur verhältnismäßig wenig an; der Tiefstwert im Übergangsbereich ist mit 10 und der Höchstwert mit 11 bezeichnet. Unmittelbar nach der Bindeebene 4 fällt der Kohlenstoffgehall sehr stark ab. Wenn keine Zwischenschicht verwendet wird, so entsteht vor der Bindeebene 4 eine breite entkohlte Zone; der Tiefstwert des Kohlenstoffgehaltes ist hier mit 12 bezeichnet und liegt unter 0,05%. Unmittelbar im Bereich der Bindeebene 4 ist eine stark aufgekohlte Zone vorhanden, deren Höchstkohlenstoffgehalt mit 13 bezeichnet ist und - wie aus Fig. 2 ersichtlich - um bis zu mehr als 100% höher liegt als der Ausgangskohlenstoffgehalt des Grundwerkstoffes von 0,10",,. Im Bereich der Bindeebene 4 kommt es dementsprechend zu einer starken Anreicherung von Karbiden, die bei extremer Kaltverformung Mikrorisse auslösen.

Der Hauptvorteil der Verwendung eines silicium-, mangan- und gegebenenfalls stickstoffhaltigen Stahles mit einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,03% ist die Vermeidung einer übermäßigen Entkohlung beim Übergang vom Grundwerkstoff zur Zwiscnenschicht und die Vermeidung einer übermäßigen Aufkohlung unmittelbar im Bereich der Bindeebene, wodurch das plattierte Blech sehr gut kaltverformbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Stahles, bestehend aus maximal 0,03% C, 3,5 bis 4,5% Si, 1 bis 2% Mn, maximal 0,025",. P, maximal 0,020% S, 12 bis 25% Cr, 8 bis 25% Ni, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen als Werkstoff zur Herstellung einer die Diffusion von Kohlenstoff hemmenden Zwischenschicht für plattierte Formkörper, insbesondere Bleche, mit einem Grundkörper aus kohlenstoffhaltigem Stahl und einer Auflage aus hochlegiertem, korrosionsbeständigem Stahl, welche extrem kaltverformt werden.

2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, der 17 bis 19% Cr und 14 bis 16",, Ni enthält für den is Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 oder 2, in einer Dicke von mindestens 0,02 mm für den Zweck nach Anspruch 1.