DE2335985A1

DE2335985A1 - Warmfester und -zaeher stahl

Info

Publication number: DE2335985A1
Application number: DE19732335985
Authority: DE
Inventors: Nils Erik Allan Hede; Carl Yngve Lennerstrand
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1972-07-17
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1974-01-31
Also published as: SE364997B; ATA604073A; AT334941B; GB1431390A

Description

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

Patentanwälte · 4doo Düsseldorf 30 · Cecilienallee ve ■ Telefon 432732

13. Juli 1973 28 750 K

AB Bofors, S-690 20 Bofors/Schweden "Warmfester und -zäher Stahl"

Die Erfindung "bezieht sich auf einen niedriglegierten warmfesten Stahl mit hoher Warmzähigkeit, der sich insbesondere' als Werkstoff für temperaturbeanspruchte Werk— zeuge, beispielsweise für Warmpresswerkzeuge zum Pressen von Messing und Kupfer, Strangpressmatrizen für Messing, Kupfer und Stahl, Kokillen und Gießformen für Messing und Kupfer, Vorrichtungen zum Schmieden von Stahl, Bolzen und Muttern sowie zum Gesenkschmieden eignet.

Werkzeuge der vorerwähnten Art erreichen im Betrieb Temperaturen von 600 bis 750°C und erfordern daher eine hohe Warmfestigkeit, wenngleich sie gekühlt werden müssen, da sie andernfalls zu schnell verschleißen. Wegen der Kühlung muß der Werkstoff eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und Zähigkeit bei hohen Temperaturen besitzen.

Für den vorerwähnten Verwendungszweck ist bereits eine Stahllegierung mit 0,30% Kohlenstoff, 0,30% Silizium, 2,8% Chrom, 2,8% Molybdän, 0,5% Vanadin und 2,8% Kobalt, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen vorgeschlagen worden. Diese Stahllegierung besitzt nach einem 20-minütigen Glühen bei 1050⁰C, Abschrecken in Öl und Anlassen bei 600°C folgende Härten:

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Temp.	(⁰C)	600	650	700	750
Härte	(HV)	315	270	197	110

Trotz des sich aus der vorstehenden Tabelle ergebenden verhältnismäßig günstigen Verhaltens der Härte bei höheren Temperaturen genügt dieser Stahl nicht den steigenden Anforderungen der Praxis. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stahl mit besserer Warmfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und Zähigkeit bei hohen Temperaturen zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Stahllegierung mit

0,30	bis	0,45 96	» Kohlenstoff,
0,2	bis -	1,0 %	i Siüzium,
0,3	bis	1,0 %	i Mangan,
2,0	bis	3,5 %	Ί Chrom,
1,0	bis	2,0 %	. Molybdän,
2,0	bis	3,0 %	i Wolfram,
1,5	bis	3,0 %	ι Kobalt,
1,0	bis	I ,3 7«	Vanadin,
0,1	bis	0,5 %	Niob,
0,002	bis	0,01%	Bor,

Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.

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Vorzugsweise enthält die Stahllegierung insbesondere im Hinblick auf ihre Anlaßbeständigkeit 0,37 bis 0,43% Kohlenstoff, 0,40 bis 0,70% Mangan, 2,7 bis 3,2% Chrom, 1,1 bis 1,5% Molybdän, 2,2 bis 2,7% Wolfram, 1,8 bis 2,2% Kobalt, 1,0 bis 1,3% Vanadin, 0,15 bis 0,25% Niob und 0,003 bis 0,007% Bor.

Kobaltgehalte von 2 bis 3% bewirken eine optimale Temperaturwechselbeständigkeit bei niedriglegierten martensitischen Stählen der in Rede stehenden Art.

Das Niob dient zur Unterdrückung eines Wachstums des Austenitkorns und erlaubt daher höhere Glühtemperaturen beim Härten ohne die Gefahr eines Grobkorngefüges. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Anlass- -und Hitzebeständigkeit ohne Beeinträchtigung der Warmzähigkeit. Höhere Niobgehalte binden dagegen auch bei höheren Glühtemperaturen zuviel Kohlenstoff, worunter die Hitzebeständigkeit der Legierung leidet. Aus diesem Grunde muß sich der Niobgehalt innerhalb der vorerwähnten Gehaltsgrenzen bewegen und beträgt vorzugsweise etwa 0,2%.

In austenitisehen Stählen trägt Bor zur Verbesserung der Zähigkeit bei hohen Temperaturen bei, Insbesondere wirkt das Bor der Ausscheidung schädliche Karbide des Typs Mp^CV an den Austenitkorngrenzen entgegen. Solche Ausscheidungen beeinträchtigen in größeren Mengen die Warmzähigkeit, während eine gewisse Menge solcher Ausscheidungen die Korngrenzenstabilität verbessern kann.

Auch in martensitisehen Stählen tritt der vorerwähnte Karbidtyp normalerweise auf, bei dem erfindungsgemäßen martensitisehen Stahl dagegen kaum. Aus diesem Grunde wäre ein Borzusatz an sich ohne Bedntung. Es wurde jedoch

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überraschenderweise festgestellt, daß das Bor eine erhebliche Verbesserung der Warmfestigkeit bewirkt, die sich insbesondere nach einem langsamen Abschrecken beim Härten einstellt. Dem kommt insbesondere im Hinblick auf große Werkstückabmessungen eine erhebliche Rolle zu, weil diese auch bei der Verwendung von öl als Abschreckmedium ziemlich langsam abkühlen. Der Borgehalt beträgt 0,002 bis 0,01% vorzugsweise jedoch etwa 0,005%. Höhere Borgehalte beeinträchtigen dagegen die Warmverformbarkeit und müssen daher vermieden werden.

Molybdän, Wolfram und Vanadin bilden beim Anlassen diejenigen Karbide, die im Hinblick auf die Anlaß- und Hitzebeständigkeit des Stahls erforderlich sind. Dieser muß daher bestimmte Mindestmengen der vorerwähnten Elemente enthalten. Vorzugsweise enthält der Stahl etwa 1,2% Molybdän, 2,5% Wolfram und 1,1% Vanadin. Zu hohe, d.h. überstöchiometrische Gehalte der vorerwähnten Karbidbildner beeinträchtigen dagegen die Anlaßbeständigkeit.

Der Kohlenstoffgehalt ist insofern von Bedeutung, als die Karbide ursächlich für die Hitze-r und Anlaßbeständigkeit des Stahls sind. Aus diesem Grunde sollte der Stahl einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt besitzen. Kohlenstoff gehalte über 0,5% beeinträchtigen jedoch die Warmzähigkeit. Vorzugsweise beträgt der Kohlenstoffgehalt etwa 0,4%.

Chrom beeinträchtigt die Anlaßbeständigkeit, so daß der Stahl insofern eigentlich kein Chrom enthalten sollte.

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Eine gewisse Menge Chrom ist jedoch im Hinblick auf eine ausreichende Härfbarkeit unerläßlich. Aus diesem Grunde enthält der Stahl 2,0 bis 3 »5% Chrom. Darüber hinausgehende Chromgehalte beeinträchtigen allzusehr die Anlaßbeständigkeit .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.

Ein Stahl B mit 0,38% Kohlenstoff, 0,41% Silizium, 0,60% Mangan, 2,9% Chrom, 1,18% Molybdän, 2,5% Wolfram, 1,93% Kobalt, 1,14% Vanadin, 0,22% Niob und 0,006% gelöstes Bor, Rest Eisen wurde 20 Minuten bei 1100⁰C geglüht, in Öl abgeschreckt und eine Stunde bei 640⁰C angelassen. Bei der Härteprüfung ergaben sich die aus der nachfolgenden Tabelle II ersichtlichen Werte.

Tabelle II

Temp.	(⁰C)	600	650	700	750
Härte	(HV)	340	300	235	155

Bei einem Vergleich zwischen dem vorerwähnten Stahl B und einem Vergleichsstahl A der eingangs erwähnten Zusammensetzung wurden Proben bei 1050⁰C geglüht, in Luft abgekühlt und anschließend auf eine Härte von 43 HRC angelassen. Beim Warmzugversuch ergaben sich die aus der nachfolgenden Tabelle III ersichtlichen Werte.

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	Tabelle III	Zugfestig keit (cb)	Dehnung (%)	Einschnü rung (%)	Versuchs·- temperatur Cc)
		86 90	12 20	33 59	600 600
Stahl	Streck grenze (Cb)
A B	65 79

Die Daten der Tabelle III zeigen, daß der Stahl B dem herkömmlichen Stahl A erheblich überlegen ist.

Weitere Versuche wurden mit dem Stahl A und dem Stahl B gemacht, der teilweise Niob und Bor enthielt. Aus den Stählen wurden Matrizen für das Strangpressen von Kupferrohren mit einem Durchmesser von 69 mm hergestellt. Die Matrizen wurden gehärtet und alsdann auf eine Härte von etwa 50 HRC angelassen. Beim Strangpressen von Kupferrohren mit einer niob- und borfreien Matrize aus dem Stahl B ergab sich eine Lebensdauer von 150 Rohren, während die Matrize aus einem Niob und Bor enthaltenden Stahl B eine mittlere Lebensdauer von 327 Rohren und eine Matrize aus dem Stahl A eine mittlere Lebensdauer von nur 100 Rohren besaßen. Dieser Versuch zeigt deutlich die Überlegenheit des Stahls B.

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Claims

AB Bofors, S-690 20 Bofors/Schweden

Patentansprüche;

er und -zäher Stahl mit bis bis 0,45% Kohlenstoff, • 0,30 bis bis 1,0 % Silizium, 0,2 0,3 bis bis 1,0 % Mangan, 2,0 bis 3,5 % Chrom, 1,0 bis 2,0 % Molybdän, 2.,.0 bis 3,0 % Wolfram, 1,5 bis 3,0 % Kobalt, 1,0 1,5 % Vanadin, 0,1 0,5 % Niob, 0,002 0,01% Bor, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verun reinigungen Eisen

2. Stahl nach Anspruch 1, der jedoch 0,37 bis 0,43% Kohlenstoff, 0,40 bis 0,70% Mangan, 2,7 bis 3,2% Chrom, 1,1 bis 1,5% Molybdän, 2,2 bis 2,7% Wolfram, 1,8 bis 2,2% Kobalt, 1,0 bis 1,3% Vanadin, 0,15 bis 0,25% Niob und 0,003 bis 0,007% Bor enthält.
3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2 als Werkstoff für Gegenstände, die wie Warmarbeitswerkzeuge eine hohe Warmfestigkeit und -Zähigkeit sowie Temperaturwechselbeständigkeit besitzen müssen.

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