DE2322528C3 - Verfahren zum Vermeiden von Poren in austenitischen, rostfreien Stählen - Google Patents

Verfahren zum Vermeiden von Poren in austenitischen, rostfreien Stählen

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DE2322528C3
DE2322528C3 DE2322528A DE2322528A DE2322528C3 DE 2322528 C3 DE2322528 C3 DE 2322528C3 DE 2322528 A DE2322528 A DE 2322528A DE 2322528 A DE2322528 A DE 2322528A DE 2322528 C3 DE2322528 C3 DE 2322528C3
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Description

30(%C
0,5(%Mn)
%Cr +
genügen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlschmelze der Stickstoff bei einem Druck von 1 atm hinzulegiert wird und die Bedingung
%Cr+0,8(%Mn)-U,88(%N-0,l)-28,25>0
erfüllt wird.
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 bis 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 4; enthält
wird, während die restlichen Stickstoffmenge durch Einleiten von gasförmigem Stickstoff unter Oberdruck in die Stahlschmelze eingebracht wird.
Dieses bekannte Einleiten von Stickstoff unter 5 Oberdruck ist jedoch mit erheblichem technischem Aufwand verbunden und führt häufig zu Stahlerzeugnissen mit unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften. Insbesondere liegt der bei Oberdruck eingebrachte Stickstoff häufig nicht in geeigneten Mengenverhältnissen zu den übrigen Legierungsbestandteflen 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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Stahlschmelze der Stickstoff bei einem Druck von 1 atm hinzulegiert wird und die Bedingt; ag
50
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Poren in ausienitischen. 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)
VoCr + 1,5(VoSi)
1,5
genügen.
Ein Verfahren zur Erzeugung vergleichbar zusammengesetzter Stähle ist aus der GB-PS 10 70 744 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden Stickstoffgehalte von 13 bis 5% im Stahl dadurch erzielt daß ein erster Anteil des benötigten Stickstoffs durch Zugabe von stickstoffhaltigen Ferrochrom- oder Ferromanganlegierungen zur Stahlschmelze erzielt %Cr+0,8(%Mn)-11,88 (%N-0,l)-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 Suhl der genannten Zusammensetzung mit 15 bis 27% Chrom angewendet Vorzugsweise erfoigt 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 14% 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 beruht 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 Cnrom, 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 Legierufrgskomponenten ein ausgezeichnetes ausienitisches 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 035 und 3% vor. Aus Festigkeitsgründen sind wenigstens 035% 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 um 30 Stahlchargen mit Chromgehalten zwischen 10,0 und 40,49%, Mangangehalten zwischen 934 und 30,1%, Stickstoffgehalten
0,015 und 0,118% und Siliciumgehalten zwischen 0.S9 und 045%, weiche 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 austenjtische Gefüge, die Chargen H, I, K, K bis P, S bis U und X poröse Gefüge und zeigten die Chargen V, W und Y bis DD ein Zweikomponentengefüge aus Austenit und Ferrit
Die Kohlenstoff-. Stickstoff-, Mangan-, Chrom- und SUiciumgehahe sowohl der austenitischen als auch der Chargen mit Zweifachgefügen wurden in die Gleichung
30(%C + 0ZoN)-K O1S(0ZoMn)
•ZoCr+
eingesetzt, die bekanntlich
die Austenitisierung des Stahls ausdrückt
Die für jede der Chargen berechneten Werte sind in zwischen 032 uajtf 135%, Kohlenstoffgehalten zwischen 20 der folgenden Tafel 3 zusammengestellt
Tafel 1
Chemische Zusammensetzung
Charge C Mn P S Si Cr Ni Mo Cu N
A. 0,069 21,40 0,007 0,010 0,19 24,16 0,27 0,025 0,10 1,06
B. 0,062 25,60 0,012 0,011 0,23 25,26 0,26 0,026 0,12 1,30
C. 0,118 23,60 0,007 0,010 0,41 23,25 0^7 0,020 0,10 1,05
D. 0,068 21,50 0,006 0,011 0,51 23,22 0,25 0,025 0,24 1,11
E. 0,084 23,62 0,008 0,013 0,44 22,98 0,25 0,020 0,23 1,20
F. 0,100 21,62 3,009 0,012 0,46 24,90 0,25 0,020 0,23 1,26
G. 0,086 26,00 0,013 0,013 0,55 25,76 0,25 0,026 0,23 1,58
H. 0,033 21,40 0,009 0,010 0,52 23,26 0,32 0,010 0,24 1,45
I. 0,10 21,00 L L 0,50 25,00 0,20 0,010 0,20 1,55
J. 0,031 21,80 0,006 0,008 0,49 24,54 0,27 0,024 0,25 1,16
K. 0,10 25,00 L L 0,50 25,00 0,20 0,010 0,20 1,95
L. 0,020 25,25 0,012 0,009 0,51 24,98 0,32 0,025 0,20 1,20
M. 0,023 25,75 0,016 0,006 0,40 29,64 0,25 NA 0,19 1,03
N. 0,032 10,60 0,008 0,011 0,50 30,10 0,22 NA 0,21 1,04
O. 0,029 16,00 0,008 0,011 0,42 25,08 0,22 NA 0,19 1,04
P. 0,05 10,00 L L 0,50 25,00 0,20 NA 0,20 1,05
Q- 0,032 25,56 0,013 0,010 0,42 29,82 0,28 NA 0,24 1,20
R. 0,054 24,50 0,010 0,009 0,39 19,84 0,26 NA 0,18 1,00
S. 0,049 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. 0,05 30,00 L L 0,40 10,00 0,20 NA 0,20 1,05
V. 0,022 10,32 0,012 0,009 0,41 35,22 0,21 NA 0,12 1,05
W. 0,028 16,65 0,011 0,010 0,38 30,29 0,20 NA 0,12 1,05
X. 0,025 29,99 0,007 0,010 0,34 15,02 0,22 NA 0,15 1,10
Y. 0,019 29,84 0,008 0,006 0,51 40,34 0,29 NA 0,18 0,97
Z. 0,016 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. 0,015 19,61 0,016 0,001 0,44 39,79 0,29 NA 0,20 0,98
CC. 0,018 9,94 0,015 0,004 0,52 40,49 0,31 NA 0,18 1,02
DD. 0,017 9,98 0,013 0,003 0,52 35,08 0,27 NA 0,20 0,92
L = Niedrige Konzentration angestrebt.
II NA = Nicht bestimmt.
Aus Tafel 3 ist ersichtBch, daß die berechneten Werte Tafel 3 bei allen austenitischen Chargen oberhalb von 13 liegen und daß die berechneten Werte für die Chargen mit Zwetfachgefügen (Austenit und Ferrit) unterhalb von 1,5 liegen. Bei den untersuchten austenitischen Chargen lag der niedrigste berechnete Wert bei 132, 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 ift die Gleichung
%Cr+03(%Mn)-li,88(%N-0,l)-28i25a:0
eingesetzt -
Die für jede der Chargen berechneten Werte sind in der folgenden Tafel 4 zusammengestellt
Die bei der Untersuchung der Proben durchgeführte Wärmebehandlung umfaßte eine erste ein· bis zweistündige Erhitzung zwischen 816 und 927"C1 eine zwei- bis dreistündige Erhitzung bei 1204 bis 12880C und ein Walzen oder Schmieden bei einer Mindestieraperaiur zwischen 927 und 982° C Die Kältebehatidlung umfaßte eine 120minötjge Glühung je 25,4 mm Dicke zwischen und 1093°C eine Luftabkühlung, wenigstens eine Kaltwalzung, die zu einer Querschnittsabnahme bis zu £0% 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 OOOfacher Vergrößerung. Die Untersuchungsergeb· nisse sind in Tafel 2 zusammengestellt
Tafel 2
Charge
Charge Gefüge Berechneter
Wert
A. Austenit 1,78
B. Austenit 2,14
C. Austenit 2,0
D. Austenit 1,95
E. Austenit 2,14
F. Austenit 2,06
G. Austenit 2,40
J. Austenit 1,86
L. Austenit 1,88
M. Austenit 1,52
Q. Austenit 1,61
R. Austenit 2,22
V. Austenit + Ferrit 1,07
W. Austenit + Vtr+t 1,34
γ Austerdt + Fenii 1,09
Z. Austenit + Ferrit 1,26
AA. Austenit + Ferrit 1.01
BB. Austenit + Ferrit 0,98
CC. Austenit + Ferrit 0,85
DD. Austenit + Ferrit 0,89
Tafel 4
Charge Gefüge Berechneter
Wert
Gefüge
AA. BB. CC. DD.
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Austenit
Porös
Porös
Austenit
Porös
Austenit
Austenit
Porös
Porös
Porös
Austenit
Austenit
Porös
Porös
Porös
Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit
Porös
Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit
Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit Austenit + Ferrit
35
40
50
55
A. Austenit 1,65
B. Austenit 3,35
C. Austenit 2,65
D. Austenit 0,15
E. Austenit 0,55
F. Austenit 0,15
G. Austenit 0,75
J. Austenit 1,05
L. Austenit 3,85
M. Austenit 10,94
Q, Austenit 8,95
R. Austenit 0,45
H. Porös -3,85
I. Porös -3,65
K. Porös -5,25
N. Porös -0,75
O. Porös -1,55
P. Porös -6,55
j. Porös -2,65
T. Porös -4,55
U. Porös -5,55
X. Porös -1,11
65 Aus Tafel ■* 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 erfindungsgemaße Lehre, wonach die aus der Gleichung berechneten Werte gleich oder größer als 0 sein sollen. Der niedrigste tür 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 atjf seine Eigenschaften offensichtlich einem nichtporö-
Tafel 5
sen Material unterlegen ist Außerdem ist es fast unmöglich, aussagekräftige Versuchsergebnisse an porösen Materialien zu gewinnen.
In Tafel 5 sind die 0^-Streckgrenze, die Zugfestigkeit,
s 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 1066° C und nach einer
to Kaltreduzierung um 10,25 und 50% ermittelt.
Charge Gefljge 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.&3 101,53 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 J 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 hochbeanspruchie Halterungen, im Motor-/Generatorbau, für Unterseekabel und zur Herstellung von Pumpengehäusen verwendet werden können.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    I. Verfahren zur Vermeidung von Poren in austeni tischen 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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