DE2320463B2 - Verwendung einer aushaertbaren ferritisch-austenitischen chrom-nickelmolybdaen-stahllegierung - Google Patents
Verwendung einer aushaertbaren ferritisch-austenitischen chrom-nickelmolybdaen-stahllegierungInfo
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Description
untere Grenze für den Austenitanteil erklärt. Schließlich wirkt der Austenit auch einem Kornwachstum des
Ferrits sowie einer Rißausbreitung entgegen. Der jeweilige Austenitanteil läßt sich unter Zugrundelegung
des bekannten Schaeffler-Diagramms innerhalb der vorgeschlagenen Gehaltsgrenzen ohne weiteres einstellen.
Vorzugsweise enthält die vorgeschlagene Stahllegierung 0,01 bis 0,10% Kohlenstoff, bis l,0%Silizium, bis
2,0 % Mangan, 24 bis 27 % Chrom, 5,5 bis 7,5 % Nickel, 1,3 bis 1,8% Molybdän, 0,1 bis 1,6% Niob, bis 1,0%
Titan, 0,5 bis 1,0% Aluminium und bis 0,1% Stickstoff, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter
Verunreinigungen.
Außer den angegebenen kann die erfindungsgemäß zu verwendende Stahllegierung auch andere starke
Karbidbildner wie Zirkonium und Tantal in einer Menge enthalten, die etwa dem stöchiometrischen
Verhältnis zum Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt entspricht. Der Kohlenstoffgehalt sollte jedoch so niedrig
S wie möglich gehalten werden und vorzugsweise an der unteren Gehaltsgrenze von 0,01 % liegen.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Versuchen des näheren erläutert. Im Rahmen dieser Versuche
wurden die aus der nachfolgenden Tabelle I er-
sichtlichen Stähle erschmolzen und hinsichtlich ihrer technologischen Eigenschaften untersucht. Der Stahl 1
entspricht dem bekannten Stahl SIS 2324 ebenso wie die Stähle 7 und 8, die jedoch zusätzlich noch Niob
bzw. Aluminium enthalten; die übrigen Stähle fallen
dagegen unter die Erfindung, wobei die Aluminiumgehalte der Stähle 4 bis 6 zwischen 0,5 und 1,0% liegen.
| Stahl | C (%) |
Si (%) |
Mn (%) |
Cr (%) |
Ni (%) |
Mo (%) |
Nb (%) |
Al (%) |
N (%) |
Bemerkungen |
| 1 | 0,09 | 0,74 | 0,97 | 26,0 | 5,0 | 1,45 | 0,01 | SIS 2324 | ||
| 2 | 0,04 | 0,59 | 0,73 | 24,6 | 6,7 | 1,54 | 1,05 | 0,1 | 0,02 | |
| 3 | 0,04 | 0,62 | 0,75 | 24,5 | 6,4 | 1,49 | 1,06 | 0,3 | 0,02 | |
| 4 | 0,09 | 0,64 | 0,92 | 24,7 | 6,4 | 1,50 | 1,13 | 0,66 | 0,03 | |
| 5 | 0,09 | 0,64 | 0,85 | 24,6 | 7,1 | 1,49 | 1,12 | 0,64 | 0,03 | |
| 6 | 0,08 | 0,66 | 1,60 | 27,1 | 7,1 | 1,53 | 1,22 | 0,9 | 0,02 | |
| 7 | 0,050 | 0,53 | 0,97 | 23,9 | 6,4 | 1,48 | 0,95 | 0,01 | 0,04 | SIS 2324 + Nb |
| 8 | 0,056 | 0,53 | 1,02 | 26,4 | 6,4 | 1,54 | — | 0,58 | 0,03 | SIS 2324 + Al |
Die mechanischen Eigenschaften der Versuchslegierungen gemäß Tabelle I ergeben sich aus TabelleII,
aus der auch die Daten des Aushärtens ersichtlich sind. Dem Aushärten ging in allen Fällen ein Lösungsglühen
bei 10000C vorauf. Die bekannte Stahllegierung 1 wurde nicht ausgehärtet, sondern nach dem Lösungsglühen
lediglich mit Wasser abgeschreckt, da ein Aushärten aus den eingangs erwähnten Gründen nicht
möglich war.
| Tabelle | II | Zugfestig | Dehnung | Einschnü | Kerbschlag | Härte | Austenit- | Aushärten |
| Stahl | Streck | keit | rung | zähigkeit | gehalt | |||
| grenze | (cb) | (%) | (%) | (J/cm2) | (HV) | (Volum | ||
| (cb) | prozent) | |||||||
| 64,3 | 27,0 | 60,4 | 97 | 230 | 26 | |||
| 1 | 51,0 | 80,6 | 22,0 | 56,0 | 84 | 282 | 18 | 575°C 1 h, Wasser |
| 2 | 66,7 | 80,6 | 19,5 | 56,0 | 78 | 290 | 15 | desgl. |
| 3 | 69,6 | 92,5 | 18,0 | 59,4 | 79 | 321 | 13 | desgl. |
| 4 | 83,6 | 89,5 | 20,5 | 56,1 | 82 | 313 | 24 | desgl. |
| 5 | 76,6 | 99,5 | 14,5 | 43,8 | 46 | 356 | 10 | desgl. |
| 6 | 91,5 | 79,6 | 22,6 | 56,0 | 82 | 268 | 18 | 6000C 1 h, Wasser |
| 2 | 63,7 | 81,6 | 20,5 | 56,0 | 75 | 274 | 15 | desgl. |
| 3 | 66,7 | 86,6 | 20,0 | 61,0 | 82 | 303 | 13 | desgl. |
| 4 | 75,6 | 84,6 | 21,5 | 61,0 | 87 | 280 | 24 | desgl. |
| 5 | 69,6 | 97,5 | 13,5 | 49,2 | 66 | 323 | 10 | desgl. |
| 6 | 86,6 | 68,6 | 23,0 | 61,0 | 80 | 244 | 23 | 575°C 1 h, Wasser |
| 7 | 53,7 | abschrecken | ||||||
| 94,5 | 17,0 | 47,4 | 55 | 302 | 10 | desgl. | ||
| 8 | 85,6 | 67,6 | 23,0 | 61,0 | 76 | 236 | 21 | 600°C 1 h, Wasser |
| 7 | 52,7 | abschrecken | ||||||
| 86.6 | 19.0 | 56.1 | 67 | 274 | 10 | desgl. | ||
| R | 766 | |||||||
Die Daten der Tabelle I und H zeigen, daß sich
ichon bei einem geringen Aluminiumzusatz von etwa
0,1% nach dem Aushärten im Gegensatz zu aluminiumfreien Legierungen eine bemerkenswerte Er
höhung der Festigkeit ergibt Die Festigkeitserhöhung ist bei den Stahllegierungen 4 bis 6 mit höherem Aluminiumgehalt
besonders groß. Daß diese Erhöhung der Festigkeit eine Folge des Aushärtens ist, zeigt ein
Vergleich der Daten aus den Tabellen II und III. Dabei
ist in Tabelle III jeweils die Härte nach einem einstündigen Lösungsglühen bei 10000C mit Wasserabschrecken
wiedergegeben. Der Vergleich zeigt, daß die Stahllegierung nach einem bloßen Lösungsglühen
eine Härte besitzt, die der der bekannten Legierungen
entspricht.
Stahl
Härte
(HV)
(HV)
Austenitgehalt
(Volumprozent)
(Volumprozent)
| 1 | 230 | 26 |
| 2 | 236 | 18 |
| 3 | 237 | 15 |
| 4 | 237 | 13 |
| 5 | 235 | 24 |
| 6 | 254 | 10 |
| 7 | 233 | 21,0 |
| 8 | 224 | 10,0 |
Eine optimale Steigerung der Festigkeit ergibt sich, as rung gegen interkristalline Korrosion, die besonders
wenn der Aluminiumgehalt 0,5 bis 1,0% beträgt. Zu- dann sehr hoch ist, wenn die Legierung gleichzeitig
gleich bewirkt der Aluminiumzusatz schon in geringen auch Niob enthält. Im einzelnen ergibt sich das aus
Mengen eine Erhöhung der Beständigkeit der Legie- den Tabellen IV und V.
| Stahl | Gewichtsverlust | Punktförtnige | Interkristalline | Aushärten |
| (%) | Korrosion | Korrosion | ||
| 2 | 3,9 | allgemein | unbedeutend | 575°C 1 h, Wasser |
| abschrecken | ||||
| 3 | 0,2 | einzeln | keine | desgl. |
| 4 | 0,00 | keine | keine | desgl. |
| 5 | 0,00 | keine | keine | desgl. |
| 6 | 0,00 | keine | keine | desgl. |
| 4 | 0,00 | keine | keine | 6000C 1 h, Wasser |
| abschrecken | ||||
| 5 | 0,00 | keine | keine | desgl. |
| 6 | 0,00 | keine | keine | desgl. |
| 7 | 3,9 | allgemein | einzeln | 575°C lh, Wasser |
| abschrecken | ||||
| 8 | 0,4 | einzeln | einzeln | desgl. |
| 7 | 4,4 | allgemein | einzeln | 6000C lh, Wasser |
| abschrecken | ||||
| 8 | 1,5 | einzeln | einzeln | desgl. |
| Tabelle V | ||||
| Stahl | Gewichtsverlust | Punktförmige | Interkristalline | Aushärten |
| (%) | Korrosion | Korrosion |
| 1 | 0,00 | keine | keine | — |
| 1 | 9,5 | allgemein | allgemein | 60O0C 5 min., Wasser abschrecken |
| 1 | 10,9 | allgemein | allgemein | 6000C 15 min., Wasser abschrecken |
| 1 | 12.0 | allgemein | allgemein | 6000C 1 h, Wasser abschrecken |
Dabei bezieht sich die Tabelle IV auf Korrosions- abschrecken ohne ein Aushärten kein meßbarer Ge-
versuche, bei denen Scheiben der Abmessung 3 χ 20 mm wichtsverlust und keine interkristalline Korrosion
20 Stunden in eine siedende, l°/„ige, mit feingepulver- ein.
tem Silberchlorid gesättigte wäßrige Natriumchlorid- Insgesamt zeigt sich, daß die erfindungsgemäß zu
lösung eingetaucht wurden. Die Proben wurden 5 verwendende Stahllegierung nach einem Aushärten zur
1 Stunde bei 1000° C lösungsgeglüht und schließlich in Erhöhung der Festigkeit eine Beständigkeit gegen allder
angegebenen Weise ausgehärtet. Während in der gemeine und interkristalline Korrosion besitzt, die
Tabelle IV die Versuchsergebnisse erfindungsgemäß einen Vergleich mit der nicht ausgehärteten, d. h. ledigzu
verwendender Stahllegierungen zusammengestellt lieh lösungsgeglühten und abgeschreckten herkömmsind,
beziehen sich die Daten der Tabelle V auf den io liehen Stahllegierung SIS 23 24 durchaus aushält. Dies
herkömmlichen Stahl SIS 2324. ist um so bedeutungsvoller als bei der herkömmlichen
Die Daten der Tabelle V zeigen, daß die herkömm- Stahllegierung ein Wasserabschrecken nur im Falle
liehe Stahllegierung nach dem Aushärten einem erheb- geringer Wandstärken möglich ist. Bei größeren Wandlichen
Gewichtsverlust unterliegt, während der dem- stärken ist die Abkühlungsgeschwindigkeit im kritigegenüber
Aluminium enthaltende Stahl 8 gemäß 15 sehen Temperaturbereich dagegen zu gering, um eine
Tabelle IV nach dem Aushärten einen weitaus gerin- hinreichende Beständigkeit gegen interkristalline Korgeren
Gewichtsverlust ergibt. Schließlich zeigen die rosion zu erreichen. Die erfindungsgemäß zu verwen-Stähle
4 bis 6 gemäß Tabelle IV, daß die Korrosions- dende Stahllegierung ist dagegen völlig unempfindlich
beständigkeit durch die gleichzeitige Anwesenheit von gegen ein langsames Abkühlen; sie eignet sich daher
Aluminium und Niob ganz erheblich verbessert wird, ao auch zum Herstellen großer Werkstücke.
Die Stahllegierung 2 unterlag zwar einem gewissen Die erfindungsgemäß zu verwendende Stahllegierung
Gewichtsverlust, doch war dieser auf eine punkt- erreicht bei einer hohen Beständigkeit gegen abtragende
förmige Korrosion beschränkt, ohne daß sich An- und interkristalline Korrosion eine Streckgrenze über
zeichen für eine interkristalline Korrosion ergaben. 60 cb, eine Zugfestigkeit über 70 cb, eine Dehnung von
Der Gewichtsverlust der Stahllegierung 3 war bei ver- »5 mindestens 13%, eine Einschnürung von mindestens
hältnismäßig geringer punktförmiger Korrosion schon 43 % und eine Kerbschlagzähigkeit von 46 J/cm*. Sie
wesentlich geringer, während die Stahllegierungen 4 eignet sich insbesondere als Werkstoff für rotierende
bis 6 keinem meßbaren Gewichtsverlust unterlagen und Maschinenteile wie Zentrifugalseparatoren, die heißen
demzufolge vollauf korrosionsbeständig waren. Dem- chloridischen Medien ausgesetzt sind. Des weiteren ist
gegenüber ergab sich schon bei einem fünfminütigen 30 die Stahllegierung als Werkstoff für Pumpenstangen,
Aushärten der bekannten Stahllegierung SIS 2324 ein Spindeln, Antriebswellen von Bootsmotoren, Bolzen,
Gewichtsverlust von nahezu 10% sowie eine erhebliche Rührapparate und -vorrichtungen sowie Transportinterkristalline
Korrosion. Hingegen stellte sich nach vorrichtungen für die chemische und die Zellstoffeinem
einstündigen Lösungsglühen und Wasser- Industrie geeignet.
Claims (1)
1. Verwendung einer aushärtbaren ferritisch- die Festigkeitssteigerung bewirkende Ausscheiden
austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahlle- 5 einer feindispersen Phase zu ermöglichen.
gierung mit höchstens 0,15% Kohlenstoff, hoch- Versuche, auch die bekannte ferritisch-austenitische
stens 2,0% Silizium, höchstens 5,0% Mangan, 20 Stahllegierung SIS 23 24 auszuhärten, haben zu keiner
bis 30% Chrom, 4 bis 9 % Nickel, 1 bis3%Molyb- nennenswerten Verbesserung der Festigkeit geführt,
dän, 0,1 bis 2,5% Niob, höchstens 1,5% Titan, Dies findet seinen Grund darin, daß es bei einer Aus-
0,1 bis 2% Aluminium und höchstens 0,15% Stick- io härtetemperatur von 400 bis 5250C zu der bekannten
stoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter 475°C-Versprödung kommt, während ein Aushärten
Verunreinigungen Eisen, deren Gehalte an Niob, bei höheren Temperaturen von 700 bis 85O°C zur BiI-
Titan, Kohlenstoff und Stickstoff der Bedingung dung einer spröden ό-Phase führt. Ein Aushärten bei
(At-0/ Nb) + (At-V Ti)
> (At-0/ C) ^en vorerwähnten Temperaturen führt demzufolge zu
, (At-1VN) 15 einer geringen Kerbschlagzähigkeit und läßt sich daher
° in diesem Falle nicht anwenden. Hinzu kommt, daß
genügt und deren Gefüge zu 10 bis 35 Volumpro- auch ein Aushärten bei Temperaturen von etwa 525
zent austenitisch ist, als Werkstoff für Gegen- und 7000C ebenfalls nicht in Frage kommt, da ein
stände, die neben einer hohen Beständigkeit gegen Glühen bei etwa 500 bis 7500C die Beständigkeit der
allgemeine und interkristalline Korrosion eine hohe ao Legierung gegen interkristalline Korrosion erheblich
Festigkeit und Zähigkeit besitzen müssen. beeinträchtigt. Die Beständigkeit gegenüber inter-
2. Verwendung einer Stahllegierung nach An- kristalliner Korrosion läßt sich zwar durch einen Zuspruch
1, die jedoch höchstens 0,10% Kohlenstoff, satz starker Nitridbildner wie Niob oder Titan verhöchstens
1,0% Silizium, höchstens 2,0% Mangan, bessern. Ein solcher Zusatz ergibt jedoch keine Ver-22
bis 28% Chrom, 5 bis 8% Nickel, 1 bis 2% as besserung der Aushärtbarkeit bzw. Festigkeit. Dies erMolybdän
und höchstens 0,1% Stickstoff enthält, hellt die Schwierigkeiten, die sich hinsichtlich einer
für den Zweck nach Anspruch 1. Stahllegierung ergeben, die ohne Beeinträchtigung der
3. Verwendung einer Stahllegierung nach An- Kerbschlagzähigkeit und Duktilität eine hohe Festigspruch
1 oder 2, die jedoch 24 bis 27% Chrom, keit und Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion
5,5 bis 7,5% Nickel und 1,3 bis 1,8% Molybdän 30 besitzt, zumal für ein Aushärten nur Temperaturen
enthält. unter 4000C oder über 8500C in Frage kommen. Bei
4. Verwendung einer Stahllegierung nach den Temperaturen unter 400°C ist jedoch die Diff usions-Ansprüchen
1 bis 3, die jedoch 0,5 bis 1,0% Alu- geschwindigkeit der Ausscheidungsphase so gering,
minium enthält. daß sich untragbare Aushärtezeiten ergeben. Anderer-
5- Verwendung einer Legierung nach einem oder 35 seits ist die Diffusionsgeschwindigkeit bei Aushärte-
mehreren der Ansprüche 1 bis 4, die jedoch 0,1 bis temperaturen über 8500C so hoch, daß ein Aushärten
1,6% Niob und höchstens 1,0% Titan enthält. bei diesen Temperaturen wegen der Gefahr einer Überalterung
nicht in Frage kommt. Es besteht mithin keine Möglichkeit, die Festigkeit der bekannten Stahl-
40 legierung ohne Beeinträchtigung der Kerbschlagzähigkeit
und Korrosionsbeständigkeit durch ein Aushärten zu verbessern.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die
einer aushärtbaren ferritisch-austenitischen Chrom- vorerwähnten Schwierigkeiten zu beheben und insbe-
Nickel-Molybdän-Stahllegierung mit höchstens 0,15% 45 sondere eine Stahllegierung vorzuschlagen, die sich
Kohlenstoff, höchstens 2,0% Silizium, höchstens 5,0% durch ein Aushärten ohne Beeinträchtigung ihrer
Mangan, 20 bis 30 % Chrom, 4 bis 9 % Nickel, 1 bis 3 % Kerbschlagzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf
Molybdän, 0,1 bis 2,5% Niob, höchstens 1,5% Titan, eine höhere Festigkeit bringen läßt. Die Lösung dieser
0,1 bis 2% Aluminium und höchstens 0,15% Stick- Aufgabe besteht in dem Vorschlag, die eingangs er-
stoff, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Ver- 50 wähnte aushärtbare ferritisch-austenitische Stahllegie-
unreinigungen Eisen, die der Bedingung rung mit einem Austenitanteil von 10 bis 35 Volum-
fAt-°/ NW 4- fAt °/Tn>rAt o/C\ prozent, vorzugsweise 10 bis 25 Volumprozent, als
+ (At- y N) Werkstoff für Gegenstände zu verwenden, die neben
0 einer hohen Beständigkeit gegen interkristalline Korro-
genügt. 55 sion und hoher Zähigkeit eine hohe Festigkeit besitzen
Es sind zahlreiche ferritisch-austenitische Stahllegie- müssen. Um dies zu erreichen, müssen die Gehalte der
rungen bekannt, die sich durch ihre Korrosions- Legierung an Niob, Titan, Kohlenstoff und Stickstoff
beständigkeit gegenüber aggressiven Medien und ihre der nachfolgenden Bedingung genügen:
Festigkeit auszeichnen. Hierzu gehört die bekannte,
in Schweden genormte, Stahllegierung SIS 2324 mit 60 (At-% Nb) + (At-% Ti) ^ (At-% C)
etwa 0,1% Kohlenstoff, 26% Chrom, 5% Nickel und + (At.-% N).
1,5% Molybdän, die im Vergleich zu den herkömmlichen austenitischen nichtrostenden Stählen eine hohe Der vorerwähnte Austenitanteil ist hinsichtlich der Festigkeit besitzt. Die Praxis stellt jedoch in zunehmen- Festigkeit von großer Bedeutung. Austenitanteile über dem Maße höhere Anforderungen an die Festigkeit 65 35 Volumprozent führen nämlich zu einer geringeren und verlangt zudem nach korrosionsbeständigen Werk- Festigkeit nach dem Aushärten. Andererseits wirkt sich stoffen, die neben einer hohen Festigkeit auch eine gute der Austenitgehalt bei den hohen Festigkeiten günstig Duktilität und Kerbschlagzähigkeit besitzen. auf die Kerbschlagzähigkeit aus, woraus sich die
etwa 0,1% Kohlenstoff, 26% Chrom, 5% Nickel und + (At.-% N).
1,5% Molybdän, die im Vergleich zu den herkömmlichen austenitischen nichtrostenden Stählen eine hohe Der vorerwähnte Austenitanteil ist hinsichtlich der Festigkeit besitzt. Die Praxis stellt jedoch in zunehmen- Festigkeit von großer Bedeutung. Austenitanteile über dem Maße höhere Anforderungen an die Festigkeit 65 35 Volumprozent führen nämlich zu einer geringeren und verlangt zudem nach korrosionsbeständigen Werk- Festigkeit nach dem Aushärten. Andererseits wirkt sich stoffen, die neben einer hohen Festigkeit auch eine gute der Austenitgehalt bei den hohen Festigkeiten günstig Duktilität und Kerbschlagzähigkeit besitzen. auf die Kerbschlagzähigkeit aus, woraus sich die
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