DE2230873A1

DE2230873A1 - Rostfreier Stahl

Info

Publication number: DE2230873A1
Application number: DE19722230873
Authority: DE
Inventors: Philip St-Lodewijk Vansteenkiste (Belgien)
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1972-06-23
Publication date: 1972-12-28
Also published as: BE785306A; LU65579A1; CA947462A; GB1350837A; FR2143256B1; FR2143256A1; BR7204121D0; IT958508B; US3834878A; ZA724353B

Description

Die Erfindung bezieht-sich auf einen rostfreien Stahl, insbesondere in Drahtform, der sich zum Herstellen von Stahlwolle durch Hobeln eignet und in Längsrichtung längliche Kristallkörner aufweist, sowie auf seine Verwendung zum Herstellen von 'Stahlwolle.

Das Hobeln von Stahlwerkstoffen ist beim Herstellen von Stahlwolle bekannt, wobei insbesondere Stahlwerkstoffe in Drahtform verwendet werden, womit im weiten Sinne Stahlwerkstücke mit einer im Vergleich mit den beiden dazu senkrechten Dimensionen viel größeren Dimension, wie z. B. Drähte, Stangen oder Bänder gemeint sind. Die Querschnittsfläche ist kreisförmig oder rechteckig oder von irgendeiner anderen geeigneten Form. Es ist z. B. bekannt, eine An-

567-(4i2)-Tp-r (7)

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zahl solcher parallel laufender Drähte in Längsrichtung unter einer gezahnten Schneidkante eines Hobelwerkzeugs derart durchlaufen zu lassen, daß ein Span aus dünnen Fasern von diesen Drähten abgehobelt wird. Diese Späne werden im Maß ihrer Herstellung aufgewickelt. Das Hobeln von Stahlwerkstoffen ist jedoch kein einfaches Verfahren. Die Hobelgeschwindigkeit, der Einfallwinkel des Hobelwerkzeugs zur Hobelrichtung und die Schärfe der Schneidkante des Hobelwerkzeugs müssen innerhalb entscheidender und enger Grenzen gewählt werden, um befriedigende Ergebnisse zu erzielen. Ein Fehler beim geeigneten Auswählen kann zu unerwünschten Schwingungen und Stoßen zwischen dem Werkzeug und dem gehobelten Werkstück führen. Dies kann eine schnelle Abnutzung oder sogar einen Bruch des Hobelwerkzeugs und Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des gehobelten Werkstücks zur Folge haben, so daß ein weiteres Hobeln unmöglich wird. Weiter erfordert die gewünschte Qualität der Stahlwolle allgemein, daß die Späne lang sind und nicht zu enge Schleifen bilden. Außerdem ist es erwünscht, während des Hobelvorganges möglichst wenig Stahlstaub zu erzeugen.

Um diese Schwierigkeiten so weit wie möglich zu überwinden, wurden bereits Stahlwerkstoffe mit länglichen Kristallkörnern in einer Richtung verwendet, wobei diese Richtung die Hobelrichtung ist. In der Praxis wurde dieser Werkstoff durch Kaltziehen von Stahl oder Drähten durch eine Ziehform zur Bildung von Drähten geringeren Durchmessers hergestellt. Unter Anwendung dieses Verfahrens werden die Kristallkörner des Werkstoffes länglich gemacht.

Diese länglichen Körner sind Kristallite aus Atomen der gleichen Orientierung. Jedoch unterscheidet sich die

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Orientierung von einem Rristallit zum anderen. Der Stahl kristallisiert zu einer Ansammlung solcher Körner, wobei die Kristallisation um eine Anzahl von Keimkristallen herum erfolgt, die unter Bildung von Kristalliten verschiedener Orientierungen und mit Korngrenzen wachsen, die beim Wachsen aufeinandertreffen. Restliches Material, das nicht in das Kristallgitter paßt, bleibt an den Korngrenzen übrig. Dies führt dazu, daß Ätzmittel so wirken, daß sie die Körner und ihre Korngrenzen selektiv ätzen. Eine Behandlung einer gut polierten Stahloberfläche mit einem Atzmittel macht die Körner an der Oberfläche sichtbar, wenn man sie unter ,einem Mikroskop mit einer ein- bis 500fachen Vergrößerung betrachtet. Wenn ein Eisenwerkstoff unterhalb seiner Rekristallisationstemperatur kaltgezogen ist, sind, die Körner allgemein zu einer länglichen Form verformt, die in der Ziehrichtung orientiert ist. Diese Form läßt sich deutlich unter dem Mikroskop beobachten. Der Längungsgrad des Korngefüges läßt sich unter Verwendung einer flachen und gut polierten Schnittfläche parallel zur Richtung des Kaltziehens messen. Die Schnittfläche wird mit einem Ätzmittel behandelt, und das Durchschnitts-Länge-Breite-Verhältnis wird für eine repräsentative Zahl von Kornquerschnitten berechnet, die unter dem Mikroskop sichtbar sind. Dieser Durchschnittswert wird im folgenden "Längungsgrad" genannt und läßt sich als V mit folgender Formel definieren;

VnB

(worin L die Kornlänge, B die Kornbreite und η die Zahl von gemessenen Körnern ist). Soweit in der Beschreibung von Gefügen mit einem länglichen Korn die Rede ist, sind Gefüge gemeint, bei denen die Werte von V größer als 1,3 sind.

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Jedoch auch bei Verwendung von Stahlwerkstoffen mit länglichem Korn in einer Richtung ist der Hobelvorgang oft nicht leicht, und es ergeben sich besonders Schwierigkeiten, wenn rostfreier Stahl verwendet wird. Beispiele von für diesen Zweck geeigneten Stählen sind solche, die zusätzlich zu vorhandenem Chrom und ggf. vorhandenem Kohlenstoff verschiedene Legierungselemente, wie z. B. Nickel, Mangan, Silizium, Molybdän, Tantal, Niob, Phosphor und Titan innerhalb gewisser Grenzen enthalten. Typisch können solche Legierungselemente in den folgenden Mengen vorliegen s

Gew.-% des Legierungselements

Cr Ni Mn Si Mo Ta Nb + Ta

Es versteht sich, daß zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Bestandteilen rostfreier Stahl nach Wunsch noch andere Legierungselemente und zufällige Bestandteile enthalten kann. Von den verschiedenen im Stahl vorhandenen Elementen wird Nickel vorteilhaft als ein austenitbildendes Mittel verwendet. Es ist bekannt, daß die Mindestmenge von Nickel, die erforderlich ist, um einen austenitischen

0 -	0,20
12 -	30
0 -	15
0 -	2,5
0 -	1
0 -	h
0 -	0,20
0 -	1
0 -	0,30

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rostfreien Stahl zu erhalten, in Abhängigkeit von den Mengen der verschiedenen anderen vorhandenen Elementen etwas schwankt. Diese Werte sind bekannt oder lassen sich leicht für jeden rostfreien Stahltyp finden. Jede Menge über dieser Mindestmenge wird im folgenden eine austenitbildende Menge von Nickel genannt. Rostfreier Stahl für allgemeine Zwecke enthält üblicherweise eine Mindestmenge von etwa 7 Gew.-^ Nickel. Unterhalb dieser Untergrenze wird der Stahl üblicherweise ferritisch.

Wie oben erwähnt, ist die Herstellung von rostfreier Stahlwolle aus rostfreiem Stahl äußerst schwierig. Das Ausmaß des Werkzeugverschleißes und -bruches ist hoch, die Qualität der erhaltenen Stahlwolle häufig schlecht, und es bildet sich zuviel Stahlstaub. Die Zugfestigkeit der Späne der erhaltenen Stahlwolle ist ebenfalls oft sehr niedrig, was das Aufwickeln erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rostfreien Stahl anzugeben, aus dem sich Stahlwolle guter Qualität unter Anwendung bekannter Hobeltechniken bei geringerem Werkzeugverschleiß herstellen läßt.

Es wurde gefunden, daß das Hobeln von Stahlwolle erleichtert wird, indem man dem Stahl Schwefel und/oder Selen in einer Menge über dem normalen Rückstandsniveau zusetzt und gleichzeitig Nickel und/oder Mangan im Stahl in einer Menge vorsieht, die in bestimmter Weise von der Menge des vorhandenen Schwefels und Selens abhängt.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein rostfreier Stahl, insbesondere in Drahtform, der sich zum Herstellen

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von Stahlwolle durch Hobeln eignet und in Längsrichtung längliche Kristallkorner aufweist, deren Längungsgrad größer als 1,3 ist, mit dem Kennzeichen, daß er in einer Menge von mehr als 0,O^ Gew.-^ wenigstens eines der Elemente der Gruppe Schwefel und Selen und außerdem wenigstens eines der Elemente der Gruppe Nickel und Mangan in einer Gesamtmenge enthält, die wenigstens dem 1,7fachen Gewicht des vorhandenen Schwefels und dem 0,7fachen Gewicht des vorhandenen Selens entspricht.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch das Verfahren zur Herstellung von rostfreier Stahlwolle, bei dem man die Stahlwolle aus dem vorstehend genannten Werkstoff in im wesentlichen der gleichen Richtung wie der Richtung der Kornlängung hobelt. Vorzugsweise wird der rostfreie Stahlwerkstoff in Drahtform vor dem Hobeln kaltgezogen, wobei die Querschnittsverringerung ausreichend ist, um ein längliches Korn in der Richtung des Drahtes mit einem Längungsgrad von mehr als 1,3 zu erhalten, worauf der genannte Hobelvorgang in der Drahtrichtung folgt. Gegenstand der Erfindung ist also auch die Verwendung eines solchen rostfreien Stahls zum Herstellen von aus einer Anzahl von Fasern bestehender Stahlwolle durch Hobeln, die im wesentlichen in Längsrichtung der Fasern längliche Kristallkorner mit einem Längungsgrad über 1,3 aufweist, so daß auch die danach hergestellte Stahlwolle von der Erfindung umfaßt wird.

Bisher ist bekannt, daß rostfreier Stahl zwar spanabhebend bearbeitet ist, daß jedoch wegen seiner Härte dabei Schwierigkeiten auftreten. Indessen zeigten im Hinblick auf das Hobeln dünner Fasern aus rostfreien Stählen Ver-

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suche mit einer großen Zahl bekannter bearbeitbarer,rostfreier Stähle, daß ihre Härte zu groß war, um ein Eindringen des Werkzeuges unter diesen Umständen zuzulassen. Weil sich durch Kaltziehen die Härte noch erhöht, war. es sinnlos, den Stahl kaltzuziehen, um ihn mit einem länglichen Korngefüge auszustatten und so seine Eignung zum Hobeln in der Ziehrichtung zu verbessern. Es war bekannt, daß sowohl Schwefel als auch Selen in Gegenwart von Nickel und vorzugsweise von Mangan Verbindungen mit diesen beiden letzteren Elementen eingehen und Einschlüsse bilden, die die Späne schwächen und bewirken, daß sie vom Schneidwerkzeug ohne Schleifenbildung schnell abbrechen, was eine bessere spanabhebende Bearbeitbarkeit kennzeichnet. Jedoch ist diese Art der Verbesserung der spanabhebenden Bearbeitbarkeit genau das Gegenteil von dem, was beim Herstellen von Stahlwolle erwünscht ist, wo man lange Fasern erhalten möchte.

Es wurde dagegen festgestellt, daß bei einem rostfreien Stahl mit einem länglichen Korngefüge die Anwesenheit von Schwefel und/oder Selen zusammen mit einer bestimmten Menge von Nickel und insbesondere von Mangan nicht nur allgemein nicht schädlich zum Bilden langer Fasern von Stahlwolle ist, sondern auch die Wirkung der Härte des Stahls in einer solchen Weise aufhebt, daß das Hobelwerkzeug in den Stahl unter den erforderlichen Umständen, dünne Stahlwollefasern abzuhobeln, eindringen kann. Man nimmt an, daß sich die gute Qualität des Stahls aus der gleichen Kombination des Schwefels und/oder Selens mit dem Nickel und insbesondere mit dem Mangan ergibt, Einschlüsse zu bilden, die einen günstigen Effekt beim Abhobeln dünner und langer Fasern aus Stahlwolle schaffen.

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Es ist allgemein vorzuziehen, daß dem rostfreien Stahl nicht mehr als 0,50 Gew.-^ Schwefel oder nicht mehr als 0,40 - 0,50 Gew.-^ Selen zugesetzt werden. Größere Mengen von Schwefel und Selen können zur Sprödigkeit des rostfreien Stahls führen, und dies kann die Längung erschweren. Jedoch können größere Mengen von Schwefel und Selen, wenn erwünscht, verwendet werden, vorausgesetzt, daß sich der Stahl zufriedenstellend hobeln läßt. Es ist nicht anzuraten, viel mehr Mangan als die Menge zuzusetzen, die fähig· ist, sich mit dem Schwefel oder Selen zu verbinden, weil restliches Mangan die Härte des Stahls erhöhen würde. Der Stahlwerkstoff in Drahtform mit einem länglichen Korngefüge gemäß der Erfindung unterscheidet sich von den ähnlichen bisher bekannten Materialien, da die bekannten verfügbaren rostfreien Stähle mit länglichem Korngefüge nur Spurenmengen (weniger als 0,04 Gew.-^) von unvermeidlichem Schwefel oder Selen enthalten. Der rostfreie Stahl gemäß der Erfindung enthält dagegen mindestens eines dieser Elemente mit einer höheren Konzentration als 0,0^ Gew.-^.

Austenitische rostfreie Stähle mit einer großen Menge, z. B. 7 Gew.-# oder mehr Nickel, lassen sich unter Verwendung von entweder Schwefel oder Selen herstellen. Solche handelsübliche rostfreie Stähle enthalten jedoch allgemein noch ausreichendes Mangan, um es dem Schwefel und/oder Selen zu ermöglichen, sich vorzugsweise mit Mangan zu verbinden. Eine Manganmenge, die wenigstens dem 1,7fachen Gewicht des vorhandenen Schwefels und dem 0,7fachen Gewicht des vorhandenen Selens entspricht, ist ausreichend.

Ferritische rostfreie Stähle ohne Nickelgehalt erfordern einiges Mangan, von dem man annimmt, daß es sich mit

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dem Schwefel oder Selen verbindet. Es ist dann allgemein vorzuziehen, Schwefel und Mangan zuzusetzen, wobei das Mangan in einer Menge des 2- bis 9-fachen Schwefelgewichts verwendet wird.

Das Verfahren zur Erzeugung eines länglichen Korngefüges ist allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht kritisch und läßt sich z. B. durch streckendes Kaltwalzen oder vorzugsweise durch Ziehen eines Drahtes durch Ziehformen durchführen. Weiter kann der Werkstoff z. B. in der Form einer Stange mit einer Querschnittsabmessung von einigen cm, eines Bandes oder eines Blockes sein, liegt jedoch vorzugsweise in Drahtform mit einem Durchmesser von einigen mm vor. Dieser Draht kann als Ausgangsmaterial für Stahlwollefabriken von Drahtziehwerken in Spulen und in einer Schutzhülle geliefert werden.

Die Erfindung ergibt weiter Fasern, die durch Hobeln des rοs,tfreien Stahls gemäß der Erfindung erhalten werden. Solche Fasern können irgendeine Querschnittsform aufweisen und haben zweckmäßig eine nicht größere Querschnittsfläche als ein kreisrunder Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm. Die Fasern lassen sich ohne weiteres unter Verwendung des Stahls gemäß der Erfindung herstellen. Solche Fasern haben allgemein eine rauhe Außenfläche, die zu einem eckigen Querschnitt führt, der unpoliert und rauh und nicht so glatt wie gezogener Draht ist.

Die folgenden Beispiele dienen nur zur Erläuterung. Die folgende Tabelle I führt die Zusammensetzungen dreier rostfreier Stähle gemäß der Erfindung auf. Die Tabelle H gibt die Bedingungen wieder, unter denen bei den verschie-

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denen Zusammensetzungen nach der Tabelle I ein längliches Korngefüge erhältlich ist. Alle Prozentsätze sind, falls nicht anders angegeben, Gewichtsprozentsätze.

Tabelle I

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
American Iron	T43O F	T3O3	T347Se
and Steel In
stitute Stan-
dardbezeichnung
C $>	0,08	0,09	0,03
Cr $	17,34	17,50	17,65
Ni #	0,0	8,9	11,50
Mn %	0,80	1,50	1,6
Si <fa	0,45	o,5O	0,65
Mo $>	0,0	0,45	0,0
Nb + Ta ^	0,0	0,0	0,65
P #	O,03	0,08	0,0
Ta 4,	0,0	0,0	0,0
S <jo	0,27	0,23	0,03
Se 4>	0,0	0,0	0,22

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Tabelle II Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3

oo cn co

Anfangsdurchmesser der Drahtstangen (mm)

Zahl der Ziehschnitte vorm Anlassen

Zwischendurchmesser (mm)

Anlassen vor weiterem Ziehen und Anlaßtemperaturen

Anschließende Zahl der Ziehschnitte

Zwischendurchmesser (mm)

Enddurchmesser (mm) Längungsgrad (v)

kein

7,03 -» 6,15 ·* 5,40 -» 4,75 -* 4,17 ■* 3,65 ■* 3,20 -* 2,80 -» 2,6θ

2,60 9,50

4,92 -» 4,4o -* 4,00

3,58 ■* 3,20 -» 2,86 -* 2,60

5,5

4,92 '·* 4,40 4,00 ^ 3,58

1100 C

3,20 -» 2,86 ■* 2,60 2,60

1,90

Jeder der oben beschriebenen Drähte hatte gute Hobeleigenschaften und ergab sehr befriedigende Stahlwolle. Die Herstellung und Eigenschaften der hergestellten Stahlwolle sind in der folgenden Tabelle III für einen bekannten rostfreien Stahl und für den erfindungsgemäßen Stahl nach Beispiel 1 zusammengestellt.

Tabelle III

Bekannter

rostfreier

Stahl

T 430

Rostfreier Stahl nach Beispiel 1 T 430 F

Hobelgeschwindigkeit (m/min) 20 - 30

Optimaler Einfallswinkel des Hobelwerkzeugs

Festigkeit des Spanes mit einer Dicke entsprechend 3 g/m, der mit einem Schneidmesser von 16O bis 222 Rillen je 2,4 cm hergestellt ist (g)

Durchschnittsfaserlänge (mm)

Gewichtsprozentsatz von Stahlstaub (Abfall von den Stangen bei der Herstellung der Stahlwolle)

48° + 2°

50-60

48° + 6°

1200
880

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Claims

Patentansprüche

1. Rostfreier Stahl, insbesondere in Drahtform, der sich zum Herstellen von Stahlwolle durch Hobeln eignet und in Längsrichtung längliche Kristallkörner aufweist, deren Längungsgrad größer als 1,3 ist, dadurch gekennzeichnet , daß er in einer Menge von mehr als 0,04 Gew. -^o wenigstens eines der Elemente der Gruppe Schwefel und Selen und außerdem wenigstens eines der Elemente der Gruppe Nickel und Mangan in einer Gesamtmenge enthält, die wenigstens dem 1,7fachen Gewicht des vorhandenen Schwefels und dem 0,7fachen Gewicht des vorhandenen Selens entspricht.

2. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine austenitbildende Menge von Nickel und zwischen 0,04 und 0,5 Gew.-^ eines der Elemente der Gruppe Schwefel und Selen enthält.

3. Rostfreier Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen 0,04 und 0,5 Gew.-^ Schwefel, eine dem 2- bis 9fachen Gewicht des Schwefels entsprechende Menge Mangan und nicht mehr als eine Spurenmenge von Nickel enthält.

h. Rostfreier Stahl nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Längungsgrad von mehr als 1,3 durch Kaltziehen erreicht ist.

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5. Verwendung eines rostfreien Stahls nach den Ansprüchen 1 - 4 zum Herstellen von aus einer Anzahl von Fasern bestehender Stahlwolle durch Hobeln, die im wesentlichen in Längsrxchtung der Fasern längliche Kristallkörner mit einem Längungsgrad über 1,3 aufweist.

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