DE2246001A1

DE2246001A1 - Rostfreie nickel-chrom-stahllegierung

Info

Publication number: DE2246001A1
Application number: DE19722246001
Authority: DE
Inventors: Robin Mackay Forbes Jones
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1971-09-20
Filing date: 1972-09-20
Publication date: 1973-03-22
Also published as: IE36696L; CH579638A5; ATA808772A; FR2186975A5; IE36696B1; NL7212716A; NO130994B; LU66122A1; SE379056B; CA974796A; IT965406B; GB1400588A; AT337233B; BE789050A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte · Aoaa Düsseldorf so ■ Cecilienallee 7S ■ Telefon 435732

18.September 1972

/ ■ 27 930 K

International Nickel Limited, Thames House Millbank London S.W.1/England

"Rostfreie Nickel-Chrom-Stahllegierung"

Die Erfindung bezieht sich sich auf eine rostfreie Nickel-Chrom-Stahllegierung, die sich insbesondere als Gußwerkstoff eignet.

Gußstücke aus rostfreiem Stahl werden wegen der hohen für eine gute Vergießbarkeit erforderlichen Temperaturen normalerweise in Sand oder anderen nachgiebigen Feuerfestformen, beispielsweise in Präzisionsgußformen oder in harzgebundenen Maskenformen abgegossen. Im allgemeinen sind Gießtemperaturen von 1510 C oder mehr, beispielsweise von 1620⁰C oder auch 1705°C insbesondere dann erforderlich, wenn Gußstücke mit verhältnismäßig geringen Wanddicken von beispielsweise maximal 6 mm und großer Längenausdehnung abgegossen v/erden sollen»

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine rostfreie Mckel-Chrom-Stahllegierungmit verbesserter Vergießbarkeit zu schaffen, die sich auch zum Vergießen in Kokillen, sowie für Spritz- oder Druckguß unter Verwendung von Gußeisen-, Stahl-, Molybdän- oder Graphitko-

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killen eignet und den Vorteil einer mehrfachen Verwendung der Gußformen mit hoher Maßhaltigkeit und einer durch die Verwendung von Kokillen bedingten hohen Oberflächengüte mit sich bringt. Hohe Gießtemperaturen bringen jedoch die Gefahr von Haarrissen in den Kokillen oder Formen mit sich, die ihrerseits die Oberflächengüte beeinträchtigen, so daß die angestrebte Gußlegierung vorteilhafterweise bei einer niedrigen Gießtemperatur von maximal 1455⁰C eine gute Vergießbarkeit besitzen sollte. Diese ist gegeben, wenn das flüssige Metall rasch durch kleine Formhohlräume strömt und wenn sich der Metallstrom leicht teilen und wieder vereinigen läßt, so daß sich eine gesunde Erstarrungsstruktur ohne Kaltschweißstellen, Schuppen und Oxydfilme ergibt. Schließlich sind Reinheit der Schmelze und ein niedriger Schmelzpunkt Voraussetzungen für eine gute Vergießbarkeit.

Die Lösung der vorerwähnten Aufgabe besteht in einer Gußlegierung mit guter Vergießbarkeit, niedrigem Schmelzpunkt, guten mechanischen Eigenschaften und hoher Korro— sionsbeständigkeit im Gußzustand, die aus 6 bis 3096 Nickel, 14 bis 26% Chrom, 2 bis 5% Silizium, 0,3 bis 1,4% Bor, bis 0,15% Kohlenstoff, 0 bis 20% Mangan, 0 bis 3% Kupfer, 0 bis 8% Molybdän, 0 bis 1,4% Phosphor und 0 bis 1% Niob, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen besteht und die der Bedingung R^

ii -i~ %Mn) - 1,5 (%Cr + %Mo) + 22

2t:,4 im) + 189(%P) ·&■ 360

genügt.

309812/090/.

Die erfindungsgemäße Stahllegierung besitzt eine gute Vergießbarkeit, die dann optimal ist, wenn R^ mindestens 560 beträgt.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Stahllegierung, insbesondere eine gute Duktilität, Korrosionsbeständigkeit, oder niedrige Herstellungskosten bei einer guten, wenngleich nicht maximalen Vergießbarkeit, ergeben sich, wenn die Legierung ein austenitisches Gefüge besitzt und 6 bis 28% Nickel, 14 bis 25% Chrom, 2 bis 5% Silizium, 0,3 bis 0,7% Bor, bis 0,15% Kohlenstoff, 0 bis 20% Mangan, 0 bis 3% Kupfer, 0 bis 8% Molybdän und 0 bis 1% Niob, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen enthält und der Bedingung R₂

8 (%Ni + %Mh) -1,5 (%Cr + %Mo)+ 22(%Si) + 284(%B)^i

genügt.

Die vorerwähnte Gußlegierung kann als Verunreinigung noch bis 0,04% Phosphor enthalten. Ihr Phosphorgehalt kann jedoch auch bis 1,4%, beispielsweise bis 0,2% betragen. Bei einem Phosphorgehalt über 0,04% muß die Gleichung für R₂ allerdings um den Summanden "+ 189(%P)" ergänzt werden.

Für eine optimale Duktilität, beispielsweise für eine Zugdehnung von mindestens 5% nach einem raschen Erstarren und Lösungsglühen., sollte der R₂-Wert der vorerwähnten Legierung mindestens 360 betragen und diese der Bedingung R^

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0.9(JiSi) + 3,4(96Cr) + (JiMh) [33 - (JiMnJ < 360

genügen,

Die Stahllegierung enthält mindestens 6% Nickel, vorzugsweise mindestens etwa 8% Nickel, um bei üblicher Verwendung ein stabilaustenitisches Gefüge zu gewährleisten. Nickel verbessert die Korrosionsbeständigkeit und erhöht außerdem die Duktilität und verbessert damit die Schlagfestigkeit. Aus den vorerwähnten Gründen empfehlen sich mindestens 8% Nickel und vorzugsweise mindestens 11% NickelT

Der Siliziumgehalt der Legierung darf 5% nicht übersteigen, um eine ausreichende Duktilität zu gewährleisten. Im Hinblick auf eine besonders gute Duktilität sollte die Legierung jedoch höchstens 3,8% Silizium enthalten. Eine Stahllegierung mit 2,5 bis 3,8% Silizium und 0,3 bis 0.7% Bor besitzt eine besonders gute Kombination von Vergießbarkeit und Duktilität.

Die Stahllegierung enthält 0,3 bis 1,4% Bor und 14 bis 25% Chrom, vorzugsweise mindestens 0,45% Bor und mindstens 17,5% Chrom, wenn die Vergießbarkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit besonders gut sein sollen. Obgleich sich nur Borgehalte bis 0,7% günstig auf die Duktilität und Korrosionsbeständigkeit auswirken, sind vom Standpunkt der Vergießbarkeit her höhere Borgehalte von beispielsweise 0,8% und insbesondere 0,9 bis 1,3% zu empfehlen. Ist eine besonders gute Vergießbarkeit erforderlich, so sollten die Gehalte an Phosphor und Bor je mindestens 0,9% betragen. Derartige Legierungen lassen sich auch in gasbeheizten öfen erschmelzen, wenn R^ mindestens 715 beträgt.

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Mangangehalte von mindestens 1%, beispielsweise von 5 bis 10% verbessern die Vergießbarkeit und Duktilität der Legierung, während sich geringe Kohlenstoffgehalte, beispielsweise von mindestens 0,02% ebenfalls günstig auf die Vergießbarkeit auswirken.

Geringe Kupfergehalte, beispielsweise 1,5 bis 2,7%, verbessern die Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegenüber Schwefelsäurelösungen. Molybdängehalte von beispielsweise 2 bis 6% verbessern ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegen Spaltkorrosion und Lochfraß in chloridischen Medien. Zu hohe Gehalte an Kupfer.und/oder Molybdän, beispielsweise 4% Kupfer, sollten jedoch im Hinblick auf die damit verbundene Versprödung vermieden werden. Zu den Verunreinigungen können bis 0,04% Schwefel, bis O₅25% Selen und Stickstoff bis zur Löslichkeitsgrenze, beispielsweise bis etwa 0,25% Stickstoff gehören. Leicht oxydierbare Elemente wie Titan und Aluminium sollien entweder ganz fehlen oder 0,3% nicht übersteigen,- da höhere Gehalte dieser Elemente in metallischer Form oder als Oxyde die Vergießbarkeit beeinträchtigen. In dieser Hinsicht besteht ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß die Stahllegierung gesunde Gußstücke ergibt, die porenfrei sind sowie eine gute Festigkeit und Duktilität ohne Titanzusatz besitzen. Geringe Mengen Aluminium, beispielsweise 0,1% Aluminium sind für eine Desoxydation der Schmelze günstig. Wesentlich größere Aluminiumgehalte beeinträchtigen jedoch die Vergießbarkeit, so daß größere Aluminiumzusätze oder eine Anreicherung des Aluminium-s zu vermeiden sind und der

Aluminiumgehalt etwa 0,3% nicht übersteigen sollte. Im Hinblick auf eine gute Vergießbarkeit sollte die Legierung nach Möglichkeit kein Titan oder wenigstens

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höchstens 0,1% Titan bei einem Gesamtgehalt an Aluminium und Titan von höchstens 0,2% enthalten.

Geringe Selenzusätze beim Fertigmachen der Schmelze, beispielsweise ein Selengehalt von 0,015 bis 0,03% empfehlen sich, um gesunde Gußstücke zu erhalten und insbesondere beim Vergießen in grünen Sandformen die Bildung von Pinholes zu vermeiden. Häufig verbleibt jedoch nur sehr wenig Selen im Stahl; so enthielten Gußstücke aus einer Schmelze mit 0,02% Selen bei der chemischen Analyse nur noch 0,01% Restselen.

Eine besonders günstige Kombination von Vergießbarkeit, Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit neben anderen günstigen Eigenschaften besitzt eine Legierung mit 8 bis 10% Nickel, 17,5 bis 19,5% Chrom, 0,02 bis 0,1% Kohlenstoff, 2,75 bis 3,25% Silizium, 16 bis 18% Mangan, 0,45 bis 0,7% Bor und 1,5 bis 2,5% Kupfer, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, deren Rp-Wert mindestens 385 beträgt. Eine derartige Legierung besitzt nach einem Lösungsglühen im Anschluß an das Vergießen im allgemeinen eine Streckgrenze von mindestens 21 cb, eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 8,6 j/cm , eine Erstarrungstemperatur von höchstens 1274⁰C und insbesondere eine gute Korrosionsbeständigkeit im Salzsprühtest.

Vorzugsweise enthält die Legierung 23,5 bis 26% Nickel, 18 bis 20% Chrom, 0,02 bis 0,08% Kohlenstoff, 3 bis 3,5% Silizium, 1 bis 2% Mangan, 0,55 bis 0,7% Bor, 2,2 bis 2,7% Kupfer und 2,3 bis 6,5% Molybdän, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen. Eine solche Legierung besitzt im allgemeinen eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, insbesondere eine gute

309817/Π98/,

Rostbeständigkeit beim Salzsprühtest, sowie eine Raumtemperatur-Zugdehnung von mindestens 5% bei hervorragender Vergießbarkeit, die ohne weiteres ein Vergießen bei 1260 C gestattet, da die Erstarrimgstemperatur sehr niedrig ist und beispielsweise 1254⁰C oder 1232⁰C oder höchstens sogar 1204°C beträgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren, erläutert.

In Tabelle I sind die Zusammensetzungen von Versuchslegierungen zusammengestellt, deren Legierungsrest jeweils aus Eisen bestand und die an Verunreinigungen bis 0,08$) Aluminium, 0,01% Phosphor (mit Ausnahme der Legierungen 21 bis 27), 0,015$ Schwefel und Spuren von Selen nicht über 0,01% enthielten.

Die Versuchslegierungen wurden im Magnesittiegel unter Verwendung von Armco-Eisen, Silicomangan, Ferrosilizium, reinem Silizium, Elektrolytmangan, Ferrochrom, Waschmetall, d.h. eines Eisens mit etwa 4% Kohlenstoff, Elektrolytnickel, Kupferschrot und Ferrobor erschmolzen. Zunächst wurden Eisen, Nickel, Kupfer und Mangan, dieses zu 80% als Elektrolytmangan, in den Tiegel gegeben und auf 1566⁰C gebracht, sodann mit dem Waschmetall, Ferrochrom, Silicomangan und Silizium, dieses zu 60% als reines Silizium, sowie Ferrobor versetzt. Außerdem wurde den Legierungen 21 bis 27 noch Ferrophosphor zugesetzt. Vor dem Vergießen wurden die Schmelzen mit 0,1% Aluminium desoxydiert und alsdann in der Mehrzahl der Fälle 0,02% Selen als Nickel-Selen-Vorlegierung unmittelbar vor dem Vergießen zugesetzt, um einen porenfreien Guß zu erzielen. Die Legierungen 1 bis 20 wurden

309812/098/,

bei 1427⁰C, die Legierungen 21 bis 27 bei 1288⁰C in trockene S_andformen zu Keilproben mit einer Basisdicke von 25»4mm oder 6,3mm vergossen. Einige Schmelzen wurden zur Bestimmung der Vergießbarkeit bzw. Gießeigenschaften sowie zur Bestimmung der Kanten- bzw. Warmrissigkeit in Sandformen vergossen. Dabei kamen ufcer anderem Spiraloder Puzzleformen zur Verwendung. Andere Schmelzen wurden in Kokillen vergossen, um die Vergießbarkeit bzw. das Fließvermögen zu ermitteln.

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	C	Tabelle	Ni	Cr	, 3	I	Si	Mn	B	Cu	2246001	3	0	P
	ι Oa ι I /Q J	(90	(90	(90	(90	(90	(90		5	1	(90
Le	0070	8,3	16,1	3,10	17,8	0,49	2,12	Mo	5	1
gie rung	0,073	8,5	15,9	3,04	17,8	0,48	2,15		3	1	-
1	0,08	8,4	14,8	3,2	17,7	0,46	2,16		3	1	-
2	0,072	8,3	14,0	2,55	16,1	0,33	2,15·-'	(90	3	1	-
3	0,065	8,0	15,8	3,10	16,0	0,33	2,09			1	- ·
4	.0,063	8,4	17,4	4,10	15,8	0,38	2,16	-			-
5·.	0,064	8,3	15,9	2,5	17,4	0,39	2,08	-		-
6	0,065	8,6	16,8	3,35	17,5	0,39	2,14	-		-
7	0,066	8,4	14,2	4,10	17,6	0,36	2,07	-		-
8	0,067	8,3	16,8	2,45	19,7	0,34	2,02			-
9	0,071	8,3	14,3	3,29	19,1	0,37	2,12	- -		-
10	0,072	8,5	14,6	4,25	19,9	0,39	2,13	-		-
11	0,096	8,3	15,2	3,05	16,9	0,45	2,11	-		-
12	0,067	25,3	18,8	3,0	1,9	0,57	2,38	-		-
13	0,070	25,7	18,7	3,1	1,8	0,63	2,58	-		-
14	0,072	23,5	18,7	3,2	1,8	0,68	2,46	-		-
15	0,069	14,5	18,8	3,2	5,9	0,58	2,25	-		-
16	0,076	11,4	18,8	3,2	10,1	0,61	1,86	2,		-
17	0,079	9,8	18,7	3,2	16,0	0,68	2,16	4,		-
18	0,082	8,8	15,0	3,04	18,3	0,47	2,21	6,		-
19	0,080	8,5	15,7	3,30	18,5	0,89	2,11	2,		,94
20	0,091	18,1	15,7	3,01	10,4	1,1	1,47	2,		,1
21	0,088	17,0	15,6	3,06	10,4	1,1	1,48	2,		,1
22	0,087	25,0	15,6	2,87	2,4	1,1	1,50	-		,1
23	0,085	25,0	15,5	2,91	2,3	1,1	1,52	-		,2
24	0,089	25,0	25,3	3,09	2,4	1,3	1,58	-		,3
25	0,084	25,6	25,6	2,96	2,3	1,3	1,57	-		,3
26					-
27					-
	* -

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- ίο -

Die Legierungen der Tabelle I besaßen eine gute Vergießbarkeit und eignen sich daher für verwickelte und dünnwandige Gußstücke, die bei 1454⁰C und geringeren Temperaturen abgegossen werden können. Im Rahmen des guten Gießverhaltens sticht besonders hervor, daß jede Legierung rein und im wesentlichen frei von einem Oberflächenfilm, Schlacke und Schaum blieb, wenn sie bei 1454°C, teilweise auch bei 1288⁰C und bei geringeren Temperaturen an Luft flüssig gehalten wurde. Außerdem konnte beobachtet werden, daß sich ein turbulenter Metallstrom sauber trennen und wieder vereinigen ließ. Die Legierungen sind bei Temperaturen bis 1288⁰C und darunter, beispielsweise bei etwa 1177⁰C noch völlig flüssig, wenn sie je 0,8% Bor und Phosphor enthalten sowie einen FL, -Wert von mindestens 560 besitzen. Demzufolge friert die Legierung erst bei einer Temperatur von höchstens 1288°C ein. Diese Temperatur entspricht in etwa der Liquidustemperatur. Beispielsweise konnte die Liquidustemperatur der Legierung 8 in Tabelle I mit einem Thermoelement zu 1272⁰C bestimmt werden.

Der hohe Reinheitsgrad der geschmolzenen Legierung erlaubt es, diese an Luft in üblichen Induktions- oder Lichtbogenöfen zu erschmelzen und mit gewöhnlichen Pfannen an Luft zu vergießen. Gleichwohl kann die Legierung auch im Vakuum erschmolzen werden. Gute Ergebnisse wurden auch beim Erschmelzen in gasbeheizten öfen erzielt, wenn die Legierung mehr als je 0,7% Bor und Phosphor enthielt swie einen R₁-Wert von mindestens 715 besaß. Die untersuchten Legierungen lassen sich in praktisch allen nachgiebigen Gießereiformen, beispielsweise in grünen Sandformen, trockenen Sandformen, harzgebundenen Masken und Präzisionsguß-Formen vergießen. Von besonderer

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wirtschaftlicher Bedeutung ist jedoch, daß die Legierung, "beispielsweise wenn eine hohe Maßhaltigkeit oder eine mehrfache Verwendung der Gießform gewährleistet sein soll, in Kokillen oder Druck- bzw. Spritzgußformen aus Gußeisen, Stahl, Graphit oder Molybdän vergossen werden kann. Versuche mit 0,3 bis 0,7% Bor enthaltenden Legierungen zeigten, daß diese weder warmrissig noch warmbrüchig waren. Beim Vergießen in grünen Sandformen und Eisenkokillen wurden gute Ergebnisse, insbesondere eine glatte Oberfläche, ein gesunder Guß, ein gutes Formfüllung svermögen bei geringen Wandstärken und verwickelten Formen erzielt.

Die erfindungsgemäße Stahllegierung besitzt im allgemeinen eine 0,2%-Streckgrenze von 17,5 cb bei Raumtemperatur und eine Zugdehnung von mindestens

Im Gußzustand weist das Gefüge der Legierung normalerweise austenitische oder ferritische Dendriten mit intermetallischen Phasen, beispielsweise nadeligen Boriden und/oder eutektisehen Phosphlden im Bereich zwischen den Dendriten auf. Im lösungsgeglühten Zustand besitzt die Legierung ein dendritisches Gefüge mit wesentlich weniger Ausscheidungsphase als im Gußzustand. Die Korngröße der Gußstücke sowie die Große und Verteilung der Gefügebestandteile sind bei rasch erstarrten Gußstücken im allgemeinen geringer"und feiner, wie ein Dendritenabstand von beispielsweise etwa 10 bis 50 /xm zeigt, und gleichmäßiger verteilt. Im lösungsgeglühten Zustand besitzt eine Legierung mit 0,3 bis 0,7% Bor vorteilhafterweise eine besonders gute Duktilität und Korrosionsbeständigkeit .

Die Ergebnisse von Versuchen zur Bestimmung der Zugfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit und/oder Härte beim Raum-

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temperatur an Proben der erfindungsgemäßen Legierung sind in der nachfolgenden Tabelle II zusammengestellt. Wie sich aus Spalte 2 der Tabelle II ergibt, wurden Keilproben der Abmessungen 25,4 mm und 6,3 mm verwendet, aus denen Zugproben mit einem Durchmesser von 12,6 mm oder 3,2 mm herausgearbeitet und bei einer Probenlänge von 50,8 mm und 25,4 mm untersucht wurden. Die Zug- und Kerbschlagversuche wurden sowohl im Gußzustand (g) als auch im lösungsgeglUhten Zustand (l), d.h. nach einem einstündigen Lösungsglühen bei 1093⁰C mit anschließendem Abkühlen in Luf t durchgeführtDie Daten der Tabelle II zeigen, daß die Stähle 4 bis 12 aus den dünnwandigen und demzufolge rasch erstarrten Proben besonders günstige mechanische Eigenschaften besitzen.

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Tabelle

II

Le- Zugie- stand rung

0,2?Str Ccb)

Zugf. Dhg, (cb)

Einschnrg.

Kerbschi,

Här-r

te

(Rc)

1	g;	25	,4	26	,4	51	,1	8	,0	9	,5	9,5
1		25	,4	23	,6	54	,4	17	,5	16	,5	15,6
3	g;	25	,4	26	,6	52	,5	13	,5	14	,0
3	e;	25	,4	24	,5	52	,1	14	,5	16	,0	-
-P-	g;	25	,4	22	,3	43	,0	10	,0	13	,0	21,7
4	e;	25	,4	21	,2	48	,8	17	,0	18	,5	36,3
4	g;	6	,3	26	,1	57	,9	27	,5	31	,5
4	e;	6	,3	23	,8	61	,5	42	,0	45	,5	-
Ul	g;	25	,4	25	,0	56	,3	18,	,5	17.	,5	12,1
5	e;	25	,4	22	,7	58_;	,8	31,	,5	29:	,0	41,5
5	g;	6	,3	-		-
5	e;	6	,3	26	,7 '	66_;	,4	38:	,0	36_;	,5	-
6	g;	25:	,4	33:	,9	51.	,1	1,	,5	2,	,5	3,5
6	e;	25:	,4	30:	,0	48.	,6	2,	,5	3,	,0	6,1
6	g;	6,	,3	38:	,1	62:	,9	2,	,0	4,	,5
6	e;		,3	31:	,7	66 i	,2	18,	.0.	24,	,0	-
7	g;	25_:	,4	24,	,9	54,	,8	17,	,0	17,	0	12,3
7	e;	25,	,4	23,	,0	56,	,4	27,	,0	25,	5	24,2
7	g;	6.	,3	27,	,4	58,	,6	14,	5	17,	5	_
7	e;	6i	,3	25,	,6	62,	,4	29,	0	34,	0	-
8	g;	25,	,4	28,	,1	49,	2	4,	5	5,	0	3,5
8	e;	25,	,4	25,	7	49,	4	7,	5	6,	0	12,1
8	g;	6,	,3	35,	4	62,	2	7,	5	4,	5	_
8	e;	6,	3	27,	6	60,	0	14,	5	26,	0	-
9	g;	25,	4	29,	0	56,	5	14,	0	14,	5	10,4
9	e;	25,	4	26,	2	59,	1	24,	0	24,	5	29,4
9	g;	6,	3	32,	0	65,	6	16,	5	17,	0
9	e;	6,	3	27,	9	67,	8	34,	5	33,	0	-
10	g;	25,	4	26,	7	49,	7	7P		7,	0	10,4
10	e;	25,	4	26,	2	59,	1	24,	0	24,	5	29,4
10	g;	6,	3	32,	4	59,	1	7,	5	4,	5
10	e;	6,	3	28,	8	63,	8	25,	5	33,	0	-
11	g;	25,	4	26,	4	55,	3	16,	0	16,	5	24,2
11	e;	25,	4	25,	7	56,	1	22,	5	21,	0	29,4
11	g;	6,	3	29,	3	63,	0	18,	0	17,	5
11	e;	6,	3	27,	6	64,	1	31,	0	27,	5	-
12	g;	25,	4	31,	7	52,	7	5,	0	6,	0	5,2
12	e;	25,	4	28,	2	53,	9	10,	0	11,	0	10,4
12	g;	6,	3	37,	2	66,	7	9,	0	6,0		_
12	e;	6,	3	31,	0	69,	0	25,	5	13,	5	—

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Fortsetzung Tabelle II

13 13	g; 25,4 e; 25,4	26,6 24,9	54,3 56,4	13,5 19,0	12,0 12,5	13,0 19,0	-	-	-
14	e; 25,4'	22,2	46,8	8,0	10,0	-	'-	-
15	e; 25,4	22,7	48,0	9,5	11,0	-	—	-
16	e; 25,4	23,1	52,3	10,5	10,0	-	-	-
17	e; 25,4	22,6	50,4	14,5	12,0	-	-	■-
18	e; 25,4	25,7	51,3	10,0	10,5	-	-
19	e; 25,4	29,6	53,2	5,0	5,5	-	-
20 20	g; 25,4 e; 25,4	26,6 25,4	52,1 52,6	11,5 14,0	13,0 14,5	-	-
21 21	g; 25,4 e; 25,4		48,1 46,6	1,0 1,0	2,0 1,5		21 19
22 22	g; 25,4 e; 25,4	-	46,7 44,3	1,0 1,5	1,0 1,0	20 17
23 23	g; 6,3 e; 6,3	35t8 37,3	47,8 51,4	2,0 1,5	2,0 2,0	20
24 24	g; 25,4 e; 25,4	-	46,3 47,8	1,0 2,0	1,0 2,0	17 16
25 25	g» 6,3 e; 6,3	34,0 34,3	43,0 49,4	1,0 2,0	2,0 2,0	19
26 26	g; 25,4 e; 25,4	-	49,7 48,9	2,0 3,0	1,0 1,0	20 19
27 27	g; 6,3 e; 6,3	37t3 33,9	48,9 50,5	1,5 1,5	2,0 2,0	-

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Sämtliche Gußproben der Tabelle I und II besaßen eine 0,2%-Streckgrenze bei Raumtemperatur von mindestens 21 cb- Diese Streckgrenze ergab sich bei Proben aus 6,3 mm-Keilen einer Stahllegierung mit 0,3 bis 0,7% Bor, mit einer Dehnung von mindestens 5% im rasch erstarrten und Stunde bei 1093°C lösungsgeglühten.Zustand. Des weiteren zeigen die Daten der Tabelle II, daß das Lösungsglühen bei einer Legierung mit 0,3 bis 0,7% Bor zu einer Verbesserung der Duktilität, insbesondere zu einer besseren Dehnung und Kerbschlagzähigkeit ohne eine unzulässige Verringerung der Zugfestigkeit, teilweise· sogar bei erhötter Zugfestigkeit führt. Die Legierung wird vorzugsweise mindestens 30 Minuten, beispielsweise 1 Stunde bei 1010 bis 1121⁰C mit anschließendem Luftäbkühlen oder schnellerer Abkühlung bis 316 C oder darunter, beispielsweise bis auf Raumtemperatur lösungsgeglüht.

Die Gußoberfläche war außerordentlich glatt mit guter Ausfüllung an den Ecken bzw. Kanten dünnwandiger Gußstücke bzw. schmaler Formenhohlräume und ohne Anzeichen für Reaktionen mit dem Kokillenwerkstoff oder für ein Eindringen des flüssigen Metalls in die Kokillenwandung, ohne Gießschweißstellen oder andere Arten von Oberflächenrauhigkeiten und -fehlem, wie sie sich sonst häufig beim Kontakt einer heißen Schmelze mit der Kokillenwandung ergeben. Außerdem zeigten die Versuche zur Ermittlung der Vergießbarkeit kaum Schuppen, Überlappungen oder andere Fehler, wie sie auftreten, wenn flüssiges Metall mit zu geringer Temperatur oder schlechter Vergießbarkeit vergossen wird. Puzzleformen, die der Bestimmung der Vergießbarkeit, beispielsweise der Eignung einer Schmelze dienen, durch Öffnungen einer verwickelten Form mit plötzlicher Änderung der Strömungsrichtung und damit verbundener Turbulenz zu fließen, besitzen zahlrei-

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ehe teilweise aneinander grenzende rechtwinklige Kanäle einer Höhe von etwa 5 mm. Die Puzzleprobe verlangt von einer Schmelze mehr als die Beibehaltung einer guten Flüssigkeit über einen langen Weg, wie beispielsweise im Falle der Gießspirale j sie erfordert darüber hinaus zahlreiche scharfe Richtungsänderungen, wobei sich verschiedene Ströme treffen und ineinander übergehen, ein Ausfüllen vieler Ecken sowie ein Durchströmen und Ausfüllen flacher Flächen, beispielsweise der Abmessungen 38 χ 38 χ 5 mm.

Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Legierung, beispielsweise zu den Legierungen 4 bis 12 und 21 Ms 27, wurden Vergleichsversuche mit der Gußstahllegierung CP-8 durchgeführt. Diese Legierung enthielt 0,0596 Kohlenstoff, 1,4196 Silizium, 1% Mangan, 9,1% Nickel, 18,4% Chrom und 0,06% Aluminium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen. Ein weiterer Vergleichsversuch wurde mit einer kupfer- und borfreien Stahllegierung mit 0,10% Kohlenstoff, 1,26% Silizium, 1,3% Mangan, 9,1% Nickel, 19,2% Chrom'und 0,045% Aluminium, Rest Eisen durchgeführt. Diese Legierungen wurden bei 1621⁰C in grüne Puzzle-Formen aus Sand vergossen. Die Vergleichslegierungen besaßen eine wesentlich schlechtere Vergießbarkeit und wiesen zahlreiche Schuppen und Faltungen auf. Demgegenüber besaß die erfindungsgemäße Legierung eine weitaus bessere Vergießbarkeit ohne die vorerwähnten Gußfehler bei einer Gießtemperatur von 1454°C (Legierungen 4 bis 12) und bei 1288⁰C (Legierungen 23, 25 und 27) im Vergleich zu einer Gießtemperatur von 1621⁰C bei der bekannten Gußstahllegierung CF-8.

Die makroskopische Untersuchung von Gußstücken im sandgestrahlten Zustand zeigte, daß die Oberflächen flacher Querschnitte in Eingußnähe bei der bekannten Legierung

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rauher waren als entsprechende Oberflächen von Gußstücken aus der vorgeschlagenen Legierung. Daran zeigt sich die gute Vergießbarkeit der vorgeschlagenen Legierung, die glatte und von schädlichen Gießschweißungen oder Eindringspuren und einer unerwünschten Rauhigkeit freie Oberflächen ergibt, wie sie aufgrund der hohen Gießtemperatur die bekannten Stahllegierung CF-8 besitzt. Die starke Oberflächenrauhigkeit und hohe Gießtemperatur ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus betrachtet außerordentlich nachteilig, da. eine groiße Oberflächenrauhigkeit mit Ein- bzw. Anlagerungen von Kokillenmaterial Schwierigkeiten bei der mechanischen Bearbeitung ergibt und insbesondere die Werkzeugstandzeit beträchtig verringert.

Die Warmrißempfindlichkeit wurde anhand von Proben ermittelt, die in trockenen Sandformen abgegossen waren. Die Sandformen wurden dabei unter Verwendung eines Modells mit drei zylindrischen Armen unterschiedlicher Länge von 15 cm, 23 cm und 31 cm mit einem jeweiligen Durchmesser von 13 mm und Flanschen an jedem Ende hergestellt, die ein Schrumpfen der Stäbe beim Abkühlen verhinderten. Die Gestaltung der Probe ergibt sich im einzelnen aus R.A. Rosenberg, M.C. Flemings, H.F. Taylor "Transactions of the American Foundrymen's Society", Bd. 68, 1960, S. 518 bis 828.

Die beiden Stahllegierungen 2 und 13 sowie die bekannte Stahllegierung CF-8 wiesen an den beiden 15 cm bzw'. 23 cm langen Armen jeweils keine Warmrissigkeit auf, während die) beiden 31 cm langen Arme der Probe warmrissig waren. Dies zeigt, daß die Warmrissempfindlichkeit d?r vorgeschlagenen Legierung ebenso gut ist wie¹ die Warmrissempfindlichkeit der bekannten Stahllegierung CF-8, die im allgemeinen als mindestens-wenig warmrißsempfindlich gilt..

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Die Vergießbarkeit der vorgeschlagenen Legierung wurde auch anhand von in trockenen Sandformen abgegossenen Gießspiralen und in Eisenkokillen abgegossenen Gießstäben bestimmt. Bei 1454⁰C in Kokillen ohne Überzug vergossene Gußstücke ließen sich ohne Schwierigkeiten und sauber aus den Kokillen ziehen, ein Anzeichen für das Fehlen von Gießschweißungen und eines schädlichen Haftens an der Kokillenwandung. -

Um—achmelzversuche, die mit der Legierung 13 als Ausgangsmaterial durchgeführt wurden,zeigen, daß die vorgeschlagene Legierung gute Umschmelzeigenschaften besitzt, die hinsichtlich des Kreislaufmaterials wie beispielsweise Anschnitte, Steiger- und Gußbruch von Bedeutung sind. Bei allen zehn Versuchen eines Zyklus bestanden etwa 2/3 der Charge aus Kreislaufmaterial der vorhergehenden Schmelze und etwa 1/3 aus frischem Rohmaterial. Jede Schmelze wurde dabei mit 0,196 Aluminium desoxydiert sowie mit 0,0296 Selen legiert und dann zur Prüfung auf Warmrissempfindlichkeit vergossen. Außerdem wurden von der ersten, fünften und zehnten Schmelze jeder Serie 25,4 mm Keile für Zugproben abgegossen. Die Warmrissbeständigkeit blieb bei angemessener Erstarrung und Abkühlung im Falle der 15 cm bzw. 23 cm langen Arme gleichmäßig gut, während die 31 cm langen Arme leicht warmrissig waren. Die Reinheit der Umschmelzlegierung war gleichbleibend ausgezeichnet. Die einzelnen Schmelzen zeigten keine Ansammlung von Schlacke, oxydischen Filmen oder Schaum an der Badoberfläche.

Die chemische Analyse der zehn Schmelzen bewegte sich innerhalb von 0,051 bis 0,096% Kohlenstoff, 7,9 bis 8,6% Nickel, 15,2 bis 17,1% Chrom, 2,80 bis 3,5% Silizium

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16,4 Ms 17,9% Mangan, 0,37 bis 0,5196 Bor und 1,93 Ms 2,14% Kupfer, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen. Die Zugfestigkeit und Duktilität jeder der Umschmelzlegierungen war gleichmäßig zufriedenstellend; dabei ergab sich eine Streckgrenze von 26,5 bis 28,4 cb, eine Zugfestigkeit von 51,9 bis 54,3 cb, eine Dehnung von 7 bis 13,% und eine Kerbschlagzähigkeit von 7,8 bis 13 J jeweils im Gußzustand bei Raumtemperatur und eine Streckgrenze von 24,5 bis 26,1 cb sowie eine Zugfestigkeit von 56,4 bis 56,7ob,eine Dehnung von 15 bis 19% und eine Kerbschlagzähigkeit von 15,6 bis 22,5 J.

Die Legierungen 22, 24 und 26 wurden in «in^imit Gas beheizten Ofen umgeschmolzen und bei 1288⁰C in grüne Puzzleformen aus Sand vergossen. Die makroskopische Untersuchung der Gußstücke zeigte,daß diese Umschmelzlegierungen Ausnehmungen der Abmessung 38 χ 38 χ 5 mm gut ausfüllten und sich dabei zufriedenstellende Gußstücke mit einer ausgezeichnet glatten Oberfläche und scharfen Konturen, ohne Einschlüsse, Faltungen oder Kaltschweißstellen ergab. Dies ist ein deutliches Anzeichen für die ausgezeichnete Vergießbarkeit. .

Um die guten Umschmelzeigenschaften der vorgeschlagenen Legierung des weiteren zu verdeutlichen, wurde eine Legierung mit 8 bis 10% Nickel, 15 oder 17,5 bis 19,5% Chrom, 0,02 bis 0,1% Kohlenstoff, 2,75 bis 3,25 oder 3,5% Silizium, 16 bis 18 oder 19% Mangan, 0,45 bis 0,7% Bor und 1,5 bis 2,5% Kupfer, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, umgeschmolzen und bei Temperaturen von 1343 bis 1427°C druckvergossen. Die rostfreien Druckgußteile ließen sich sauber aus den Metallformen herausnehmen, besaßen eine hohe

Konturengenauigkeit und hervorragende Oberfläche mit scharfen Kanten und sauberen Flächen.

Die Stahllegierung 8 besaß im Gußzustand und lösungsgeglühten Zustand eine gute Zerspanbarkeit beim Bohren mit einem Hochgeschwindigkeitsbohrer.

Eine Probe der Stahllegierung 7 besaß eine Härte von 51 Rc A sowohl im lösungsgeglühten Zustand als auch nah einem anschließenden 15-stündigen Aushärten bei 677°C.

Die erfindungsgemäße Legierung läßt sich auch hervorragend hartlöten; so wurden Proben einer Legierung mit 0,082% Kohlenstoff, 6,4% Nickel, 15,996 Chrom, 3,18% Silizium, 17,5% Mangan, 2,11% Kupfer und 0,48% Bor, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, zufriedenstellend mit einem Arcatom-Brenner unter Verwendung eines handelsüblichen Silberlotes miteJnanJer verlöten Die nachfolgende Untersuchung zeigte, daß die Lötverbindung eine gute Kerbschlagzähigkeit besaß. Außerdem zeigte eine metallurgische Untersuchung, daß das Lot mit guter Benetzung zufriedenstellend über die Legierungsoberfläche floß. Dabei waren die verlöteten Oberflächen frei von einer Korngrenzenpenetration.

Die Gußlegierung besitzt vorteilhafterweise im lösungsgeglühten Zustand und mit einem Horgehalt von 0,3 bis 0,7% im allgemeinen eine gute Korrosionsbeständigkeit, die deutlich über die Korrosionsbeständigkeit der martensitischen rostfieien Stähle, beispielsweise der ACI-Stähle CA-15 und CB-30 liegt, tind in vielen Fällen die Korrosionsbeständigkeit der austenitiachen rostfreien Stähle, beispielsweise der bekannten Stahllegierung CF-O erreicht. Die CASS-Prüfting entsprechend ASTM B368-61T

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zeigte, daß die vorgeschlagene Legierung eine zufriedenstellende Lochfraßbeständigkeit beim Salzsprühtest besitzt. So wurden beispielsweise lösungsgeglühte Proben der Legierungen 4 bis 19 mit etwa 10 bis 26% Nickel sieben Tage lang dem CASS-Versuch unterworfen; sie besaßen eine gute Lochfraß- und allgemeine Korrosionsbeständigkeit, die etwa der der bekannten Legierung CF-8 entsprach. Die beste Korrosionsbeständigkeit besaßen die Legierungen 14 bis 16. Bei einem vierund zwanzig stündig en CASS-Versuch besaßen die Proben der Legierungen 4 bis 12 im lösungsgeglühten Zustand eine gute Lochfraß- und allgemeine Korrosionsbeständigkeit, die zwischen den Legierungen CP-30 und CF-8 liegt. Weitere Korrosionsversuche mit den Legierungen 4 bis 7 in luftfreier 5%iger Schwefelsäure bei Raumtemperatur ergaben . eine Korrosionsbeständigkeit, die in der Mitte zwischen den bekannten Legierungen CP-30 und CF-8 lag.

Die in Rede stehende Legierung eignet sich insbesondere zur Verwendung als Werkstoff für rostfreie Präzisionsgußteile beispielsweise für Beschläge wie Türgriffe, Klinken und Stopper, Sanitärguß, beispielsweise Fittings, Absperrhähne, Ventilgehäuse, nautische Teile, beispielsweise Klampen und dekorative Teile, Wappen- und Namensschilder, Pumpengehäuse, Untersetzer und Halter. Insbesondere eignet sich die Legierung als Werkstoff für Gegenstände, die gemeinhin aus Gelbguß bestehen, wobei insbesondere die Korrosionsbeständigkeit gegenüber feuchtem und trockenem Ammoniak sowie ammonialkalischen Reinigungsmitteln von Bedeutung ist, die selbst Messing angreifen. Obgleich nur Raumtemperatür-Versuche referiert wurden, besitzt die vorgeschlagene Legierung jedoch auch bei wesentlich unter oder auch über Raumtemperatur liegen-

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den Temperaturen gute mechanische Eigenschaften, insbe-

sondere im Bereich von Minustemperaturen "bis 538 C oder

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Claims

International Nickel Limited, Thames House Millbaak, London S.W.1/ England Patentansprüche:

1. Rostfreie Nickel-Chrom-Stahllegierung, bestehend aus

6 bis 30% Nickel, bis 26?0 Chrom,

2 bis 5% Silizium, 0,3 bis 1,4% Bor,

bis 0,1596 Kohlenstoff, 0 bis 20% Mangan, 0 bis 3% Kupfer, O bis 8% Molybdän, 0 bis 1,4$ Phosphor,

0 bis Λ% Niob, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen

deren Legierungsbestandteile der Bedingung 8(^Ni+%Mn) - 1,5(^Cr+%Mo)+22(^Si)4284(^B)+189(^P) -^36O genügen.
."'. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch der Bedingung

In)-1,5(%Cr+#Mo)f22($föi)+284(%Β)+1β9<%Ρ) <Τ_ genügt.

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3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch mindestens 0,296 Phosphor enthält.

4. Legierung nach einem oder mehreren der Anspiche 1 bis 3, die jedoch mindestens je 0,996 Bor und Phosphor enthält.

5. Legierung nach Anspruch 4, die jedoch der Bedingung 8(96Ni+96Mn)~1,5(96Cr+96Mo)+22Öfii)+284(96B) + 189(#Ρ) >_ 715 genügt.

6. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch ein austenitisches Gefüge "besitzt und aus 6 bis 28% Nickel, 14 bis 2596 Chrom, 2 bis 596 Silizium, 0,3 bis 0,796 Bor, bis 0,1596 Kohlenstoff, 0 bis 2096 Mangan, 0 bis 396 Kupfer, 0 bis 896 Molybdän und 0 bis 196 Niob,Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen besteht und der Bedingung

8(96Ni+96Mn)-1,5(96Cr+96Mo)+22|fei)+284(96B) > 360 genügt.

7. Legierung nach Anspruch 6, die jedoch mindetsnes 896 Nickel enthält.

8. Legierung nach Anspruch 6 oder 7, die jedoch höchstens 3,896 Silizium enthält.

9.Legierung nach Anspruch 8, die jedoch 2,5 bis 31896 Silizium enthält.

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10. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis
9, die jedoch mindestens 1% Mangan enthält.

11. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 Ms 10, die jedoch mindestens 0,02% Kohlenstoff enthält.

12. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, die jedoch 8 bis 10% Nickel, 17,5 bis 19,5% Chrom, 0,Ό2
bis 0,1% Kohlenstoff , 2,75 bis 3,25% Silizium, 0,45 bis 0,7% Bor, 16 bis 18% Mangan und 1,5 bis 2,5% Kupfer,

Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen enthält und der Bedingung

8(%Ni+%Mn)-1,5(%Cr+%Mo)+22(%Si)+284(%B) > 385
genügt.

13. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11 , die jedoch aus 23,5 bis 26% Nickel, 18 bis 20% Ororn, 0,02 bis 0,08% Kohlenstoff, 3 bis 3,5% Silizium, 0,55 bis 0,7% Bor, 1 bis 2% Mangan, 2,2 bis 2,7% Kupfer und 2,3 bis
6,5% Molybdän Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen besteht.

14. Legierung nach Anspruch 6, die jedoch der Bedingung

0,9(%Si)+3,4(%Cr)+(%Mn) /.33-(%Mn)] < 36Ο genügt.

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22A6001

15. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 14 als Werkstoff zum Herstellen von Kokillenguß-, Spritzguß- und Druckgußteilen.

16. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 14, als Werkstoff für Gegenstände, die bei guter Vergießbarkeit und niedrigem Schmelzpunkt eine hohe Zähigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie eine gute Oberfläche besitzen müssen.

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