DE2322528B2 - Verfahren zum Vermeiden von Poren in austenitischen, rostfreien Stählen - Google Patents

Verfahren zum Vermeiden von Poren in austenitischen, rostfreien Stählen

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DE2322528B2
DE2322528B2 DE2322528A DE2322528A DE2322528B2 DE 2322528 B2 DE2322528 B2 DE 2322528B2 DE 2322528 A DE2322528 A DE 2322528A DE 2322528 A DE2322528 A DE 2322528A DE 2322528 B2 DE2322528 B2 DE 2322528B2
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Description

30(%C
0,5(%Mn)
%Cr+
^ 1,5
genügen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlschmelze der Stickstoff bei einem Druck von 1 atm hinzulegiert wird und die Bedingung
%Cr+0,8(%Mn)-ll,88(%N-0,l)-28,25>0
iirfülltwird.
! 2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der wenigstens 15% Chrom enthält
• 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der wenigstens 21% Mangan enthält.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der 15 bis 27% Chrom enthält
5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der 21 bis 30% Mangan enthält.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der 1,05 bis 1,5% Stickstoff enthält
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der bis zu 0,15% Kohlenstoff enthält
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der b;s zu 1% Silicium enthält
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl nach Anspruch 1, der 15 bis 27% Chrom, 21 bis 30% Mangan, 1,05 bis 1,5% Stickstoff, bis zu 0,15% Kohlenstoff und bis zu 1% Silicium enthält
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Poren in austenitischen, rostfreien Stählen, bestehend aus 10 bis 30% Chrom, 15 bis 45% Mangan, 0,85 bis 3% Stickstoff, 0,015 bis 1,0% Kohlenstoff, 0,19 bis 2% Silicium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, wobei die Legierungselemente derart zugesetzt werden, daß sie der Gleichung
30(%C
0,5(%Mn)
%Cr +
genügen.
Ein Verfahren zur Erzeugung vergleichbar zusammengesetzter Stähle ist aus der GB-PS 10 70 744 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden Stickstoffgehalte von 1,3 bis 5% im Stahl dadurch erzielt, daß ein erster Anteil des benötigten Stickstoffs durch Zugabe von stickstoffhaltigen Ferrochrom- oder Ferromanganlegierungen zur Stahlschmelze erzielt wird, während die restlichen Stickstoffmenge durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff unter Oberdruck in die Stahlschmelze eingebracht wird.
Dieses bekannte Einleiten von Stickstoff unter Oberdruck ist jedoch mit erheblichem technischem Aufwand verbunden und führt häufig zu Stahlerzeugnissen mit unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften. Insbesondere liegt der bei Oberdruck reingebrachte Stickstoff häufig nicht in geeigneten Mengenverhältnis-ίο sen zu den übrigen Legierungsbestandteilen vor.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß die Verfahrensführung vereinfacht wird und mit Sicherheit porenfreie Stähle erzeugt werden,
is Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stahlschmelze der Stickstoff bei einem Druck von 1 atm hinzulegiert wird und die Bedingung
%Cr+0,8 (%Mn) -11,88 (o/oN - 0,1)-28,25 ^ 0
erfüllt wird.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß nunmehr ein Verfahren geschaffen wurde, welches das Herstellen von stickstoffhaltigen austenitischen Stählen gestattet, die mit Sicherheit porenfrei sind.
Vorzugsweise wird das Verfahren nach der Erfindung auf einen Stahl der genannten Zusammensetzung mit 15 bis 27% Chrom angewendet Vorzugsweise erfolgt die Anwendung des Verfahrens auf einem Stahl der in Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung mit 21 bis 30% Mangan. Vorzugsweise wird einem Stahl der im Anspruch 1 genannten Zusammensetzung ein Stickstoffgehalt von 1,05 bis 1,5% zulegiert Kohlenstoffgehalte von bis zu 0,15% sind bei dem Stahl bevorzugt.
Vorteilhafterweise beträgt der Siliciumgehalt des Stahls nicht mehr als 1%. Besonders bevorzugt ist die Anwendung des Verfahrens auf einen Stahl nach Anspruch 1, welcher 15 bis 27% Chrom, 21 bis 30% Mangan, 1,05 bis 1,5% Stickstoff, bis zu 0,15% Kohlenstoff und bis zu 1 % Silicium enthält. Ferner wird die Anwendung des Verfahrens auf einen Stahl nach Anspruch 1 bevorzugt der wenigstens 21% Mangan enthält wobei die Stähle bevorzugt werden, die wenigstens 15% Chrom enthalten.
Die Erfindung be-uht auf dem Leitgedanken, daß sich ein porenfreier, nichtrostender austenitischer Stahl mit beachtlichen Stickstoffgehalten dadurch herstellen läßt, daß der Stickstoff bei einem Druck von 1 atm zulegiert wird und die Legierungselemente Chrom, Mangan und Stickstoff in Mengen zulegiert werden, die die Bedingung der vorstehenden Gleichung erfüllt.
Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung ist ein austenitischer, nichtrostender Stahl mit hohen Gehalten an Stickstoff, Chrom und Mangan herstellbar, der sich durch hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichnete Verformbarkeit im geglühten Zustand auszeichnet Insbesondere besitzt ein derart hergestellter Stahl aufgrund der sorgfältigen Abstimmung seiner Legierungskomponenten ein ausgezeichnetes austenitisches Gefüge, welches als Folge der Abstimmung von Chrom, Mangan und Stickstoff weitgehend porenfrei ausgebildet ist.
Beim Erschmelzen des Stahles mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung ist zu beachten, daß die Schmelze bei einem Druck von 1 atm erschmolzen wird. Die Art und Weise, in welcher der Stickstoff der Schmelze zugeführt wird, ist nicht entscheidend. Zum Einbringen des Stickstoffs können aktivierter Stickstoff,
Cyanide und hochstickstoffhaltiges Ferrochrom verwendet werden.
Stickstoff ist bekanntlich ein kräftiger Austenitbildner und liegt in Stählen, auf welche das Verfahren nach der Erfindung angewandt wird, in Mengen zwischen 0,85 und 3% vor. Aus Festigkeitsgründen sind wenigstens 0,85% Stickstoff erforderlich, aber Stickstoffgehalte von mehr als 3% sind im Hinblick auf die Schmelzführung zu vermeiden. Der bevorzugte Stickstoffgehalt liegt im Bereich zwischen 1,05 und 1,5%.
Wie bereits erwähnt, können im verwendeten Stahl eine Anzahl von Verunreinigungen vorliegen. Diese Verunreinigungen enthalten Elemente wie Kupfer, Molybdän, Phosphor, Schwefel, Wolfram, Kobalt und Nickel.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Bei den Beispielen handelt es sich uir 30 Stahlchargen mit Chromgehalten zwischen 10,0 und 40,49%, Mangangehalten zwischen 9,94 und 30,1%, Stickstoffgehalten zwischen 0,92 und 135%, Kohlenstoffgehalten zwischen
Tafel 1
Chemische Zusammensetzung
0,015 und 0,118% und SUiciumgehalten zwischen 0,19 und 0,55%, welche bei einem Druck von etwa 1 atm erschmolzen wurden. Die chemische Zusammensetzung der genannten 30 Chargen ist in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt
Wie Tafel 2 zu entnehmen, besaßen die Chargen A bis G, J, L, M, Q und R austenitische Gefüge, die Chargen H, I, K, N bis P, S bis U und X poröss Gefüge und zeigten die Chargen V, W und Y bis DD ein Zweikomponentengefüge aus Austenit und Ferrit
Die Kohlenstoff-, Stickstoff-, Mangan-, Chrom- und Siliciumgehalte sowohl der austenitischen als auch der Chargen mit Zweifachgefügen wurden in die Gleichung
30(%C
0,5(%Mn)
%Cr +
eingesetzt, die bekanntlich die Austenitisierung des Stahls ausdrückt
Die für jede der Chargen berechneten Werte sind in der folgenden Tafel 3 zusammengestellt
Charge C 0,069 Mn P S Si Cr Ni Mo Cu N
A. 0,062 21,40 0,007 0,010 0,19 24,16 0,27 0,025 0,10 1,06
B. 0,118 25,60 0,012 0,011 0,23 25,26 0,26 0,026 0,12 1,30
C. 0,068 23,60 0,007 0,010 0,41 23,25 0,27 0,020 0,10 1,05
D. 0,084 21,50 0,006 0,011 0,51 23,22 0,25 0,025 0,24 1,11
E. 0,100 23,62 0,008 0,013 0,44 22,98 0,25 0,020 0,23 1,20
F. 0,086 21,62 0,069 0,012 0,46 24,90 0,25 0,020 0,23 1,26
G. 0,033 26,00 0,013 0,013 0,55 25,76 0,25 0,026 0,23 1,58
H. 0,10 21,40 0,009 0,010 0,52 23,26 0,32 0,010 0,24 1,45
I. 0,031 21,00 L L 0,50 25,00 0,20 0,010 0,20 1,55
J. 0,10 21,80 0,006 0,008 0,49 24,54 0,27 0,024 0,25 1,16
K. 0,020 25,00 L L 0,50 25,00 0,20 0,010 0,20 1,95
L. 0,023 25,25 0,012 0,009 0,51 24,98 0,32 0,025 0,20 1,20
M. 0,032 25,75 0,016 0,006 0,40 29,64 0,25 NA 0,19 1,03
N. 0,029 10,60 0,008 0,011 0,50 30,10 0,22 NA 0,21 1,04
O. 0,05 16,00 0,008 0,011 0,42 25,08 0,22 NA 0,19 1,04
P. 0,032 10,00 L L 0,50 25,00 0,20 NA 0,20 1,05
Q- 0,054 25,56 0,013 0,010 0,42 29,82 0,28 NA 0,24 1,20
R. 0,049 24,50 0,010 0,009 0,39 19,84 0,26 NA 0,18 1,00
S. 0,05 20,30 0,010 0,009 0,37 20,06 0,26 NA 0,19 1,00
T. 0,05 25,00 L L 0,40 15,00 0,20 NA 0,20 1,05
U. 0,022 30,00 L L 0,40 10,00 0,20 NA 0,20 1,05
V. 0,028 10,32 0,012 0,009 0,41 35,22 0,21 NA 0,12 1,05
W. 0,025 16,65 0,011 0,010 0,38 30,29 0,20 NA 0,12 1,05
X. 0,019 29,99 0,007 0,010 0,34 15,02 0,22 NA 0,15 1,10
Y. 0,016 29,84 0,008 0,006 0,51 40,34 0,29 NA 0,18 0,97
Z. 0,015 30,10 0,015 0,001 0,28 35,51 0,28 NA 0,20 0,96
AA. 0,015 19,62 0,014 0,001 0,45 35,55 0,29 NA 0,18 0,93
BB. 0,018 19,61 0,016 0,001 0,44 39,79 0,29 NA 0,20 0,98
CC. 0,017 9,94 0,015 0,004 0,52 40,49 0,31 NA 0,18 1,02
DD. 9,98 0,013 0,003 0,52 35,08 0,27 NA 0,20 0,92
L = = Niedrige Konzentration angestrebt.
NA = = Nicht bestimmt.
Aus Tafel 3 ist ersichtlich, daß die berechneten Werte bei alien austenitischen Chargen oberhalb von 1,5 liegen und daß die berechneten Werte für die Chargen mit Zweifachgefügen (Austenit und Ferrit) unterhalb von 1,5 liegen. Bei den untersuchten austenitischen Chargen lag der niedrigste berechnete Wert bei 1,52, wohingegen der höchste für die Chargen mit Zweifachgefügen berechnete Wert 134 betrug.
Die Chrom-, Mangan- und Stickstoffgehalte sowohl der austenitischen Chargen als auch der porösen Chargen wurden in die Gleichung
%Cr+0,8(%Mn)-ll,88(%N-0,l)-28,25>0
eingesetzt
Die für jede der Chargen berechneten Werte sind in -der folgenden Tafel 4 zusammengestellt
Die bei der Untersuchung der Proben durchgeführten Wärmebehandlung umfaßte eine erste ein- bis zweistündige Erhitzung zwischen 816 und 9270C, eine zwei- bis dreistündige Erhitzung bei 1204 bis 1288° C und ein Walzen oder Schmieden bei einer Mindesttemperatur zwischen 927 und 982° C. Die Kältebehandlung umfaßte eine 120minütige Glühung je 25,4 mm Dicke zwischen und 10930C, eine Luftabkühlung, wenigstens eine Kaltwalzung, die zu einer Querschnittsabnahme bis zu 80% führte, eine Glühung bei 1066° C und ein Abkühlen an Luft. Die Untersuchungen bestanden aus optischen Prüfungen bei bis zu 500facher Vergrößerung und aus elektronenmikroskopischen Untersuchungen bei bis zu 000facher Vergrößerung. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tafel 2 zusammengestellt Tafel 3
Tafel 2
Charge
Gefüge
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
H.
I.
J.
K.
L.
M.
N.
O.
P.
Q.
R.
S.
T.
U.
V.
W.
X.
Y.
Z.
AA. BB. CC. DD.
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Porös
Porös
Austenit
Porös
Austenit
Austenit
Porös
Porös
Porös
Austeiiit
Austenit
Porös
Porös
Porös
Austenit + Ferrit
Austenit + Ferrit
Porös
Austenit + Ferrit
Austenit + Ferrit
Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit
e Charge Gefüge Berechneter
Wert
j A. Austenit 1,78
B. Austenit 2,14
C. Austenit 2,0
in D. Austenit 1,95
IU E. Austenit 2,14
F. Austenit 2,06
G. Austenit 2,40
J. Austenit 1,86
11^ L. Austenit 1,88
1J M. Austenit 1,52
Q- Austenit 1,61
R. Austenit 2,22
V. Austenit + Ferrit 1,07
20 W. Austenit + Ferrit 1,34
Y. Austenit + Ferrit 1,09
Z. Austenit + Ferrit 1,26
AA. Austenit + Ferrit 1,01
•je BB. Austenit + Ferrit 0,98
Zj CC. Austenit + Ferrit 0,85
DD. Austenit + Ferrit 0,89
Tafel 4
30
Charge Gefüge Berechneter
Wert
M.
H.
K.
U.
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Porös
Porös
Porös
Porös
Porös
Porös
Porös
Porös
Porös
Porös
1,65 3,35 2,65 0,15 0,55 0,15 0,75 1,05 3,85 10,94 8,95 0,45
-3,85 -3,65 -5,25 -0,75 -1,55 -6,55 -2,65 -4,55 -5,55 -1,11
Aus Tafel 4 geht hervor, daß bei allen austenitischen Chargen die berechneten Werte größer als 0 sind, während bei allen porösen Chargen die berechneten Werte kleiner als 0 sind. Auf diesem Ergebnis beruht die erfindungsgemäße Lehre, wonach die aus der Gleichung berechneten Werte gleich oder größer als 0 sein sollen. Der niedrigste für die austenitischen Chargen berechnete Wert beträgt 0,15, wohingegen der höchste (d. h. am wenigsten negative) berechnete Wert für die porösen Chargen -0,75 beträgt.
Wie bereits erwähnt, hängen die Eigenschaften des erzeugten Stahls von dem Erzielen eines austenitischen Gefüges ab. Um dieses darzulegen, sind in der folgenden Tafel 5 die Eigenschaften der austenitischen Charge J mit jenen der Charge V, die ein Zweifachgefüge aufweist, in vergleichender Weise zusammengestellt. Vergleiche hinsichtlich der Eigenschaften einer porösen Charge und einer austenitischen Charge sind nicht angestellt worden, da ein poröses Material im Hinblick auf seine Eigenschaften offensichtlich einem nichtporö-
Tafel 5
IO sen Material unterlegen ist. Außerdem ist es fast unmöglich, aussagekräftige Versuchsergebnisse an porösen Materialien zu gewinnen.
In Tafel 5 sind die 0,2-Streckgrenze, die Zugfestigkeit, die Dehnung und die Härte der austenitischen Charge J einerseits und der Charge V, die ein Zweifachgefüge aufweist, einander gegenübergestellt. Die jeweiligen Eigenschaften wurden nach einer Warmwalzung, nach einem 7minütigen Glühen bei 10660C und nach einer Kaltreduzierung um 10,25 und 50% ermittelt.
Charge Gefüge Zustand Eigenschaften Zugfestig Dehnung Härte
0,2-Streck keit
grenze kg/mm2 %
kg/mm2 133,73 23,8 46,0Rc
J. Austenit warmgewalzt 124,66 76,28 17,0 97,0Rb
V. Austenit + Ferrit warmgewalzt 53,21 111,01 44,7 33,5Rc
J. Austenit geglüht 83,45 77,20 19,0 97,0Rb
V. Austenit + Ferrit geglüht 59,54 125,01 29,3 41,7Rc
J. Austenit 10% Kaltreduktion 98,64 88,59 8,5 26,0Rc
V. Austenit + Ferrit 10% Kaltreduktion 84,02 153,42 13,8 43,7Rc
J. Austenit 25% Kaltreduktion 129,65 101,53 5,0 30,5Rc
V. Austenit + Ferrit 25% Kaltreduktion 97,38 189,84 7,0 48,7Rc
J. Austenit 50% Kaltreduktion 162,91 115,31 3,5 32,5Rc
V. Austenit + Ferrit 50% Kaltreduktion 110,10
Aus Tafel 5 ist deutlich ersichtlich, daß die austenitische Charge ] der Charge V mit dem Zweifachgefüge überlegen ist Die Charge J zeigt nach dem Warmwalzen, dem Glühen und nach dem Kaltwalzen bessere Eigenschaften als die Charge V. Es ist zu erkennen, daß Ferrit die Streckgrenze, die Zugfestigkeit die Dehnung und die Härte des Stahles herabsetzt Außerdem wirkt sich Ferrit ungünstig auf die Korrosionsbeständigkeit des Stahles aus und fördert die Ausbildung der unerwünschten Sigma-Phase.
Das Verfahren nach der Erfindung führt zu vielfältig verwendbaren Stählen, die für hochbeanspruchte Halterungen, im Motor-/Generatorbau, für Unterseekabel und zur Herstellung von Pumpengehäusen verwendet werden können.
909515/167

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    " 1. Verfahren zur Vermeidung von Poren in austenitischen rostfreien Stählen, bestehend aus 10 bis 30% Cr, 15 bis 45%Mn, 0,85 bis 3% N, 0,015 bis 1,0% C, 0,19 bis 2% Si, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, wobei die Legierungselemente derart zugesetzt werden, daß sie der Gleichung
DE2322528A 1972-05-08 1973-05-04 Verfahren zum Vermeiden von Poren in austenitischen, rostfreien Stählen Expired DE2322528C3 (de)

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DE2322528C3 DE2322528C3 (de) 1985-04-04

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