DE2449051A1

DE2449051A1 - Witterungs(bestaendiger) stahl hoher zaehigkeit

Info

Publication number: DE2449051A1
Application number: DE19742449051
Authority: DE
Inventors: Roberto Bruno; Valeric Faccenda
Original assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Current assignee: Centro Sperimentale Metallurgico SpA
Priority date: 1973-10-15
Filing date: 1974-10-15
Publication date: 1975-04-17
Also published as: GB1472076A; LU71105A1; IT996309B; JPS5083221A; NL7413560A; FR2247545A1; BE821068A; FR2247545B1

Description

CENTRO SPERIMENTALE METALLURGIOO S.p.A. Rom, Italien

Witterungs("beständiger) Stahl hoher Zähigkeit

Die Erfindung betrifft witterungsbeständige bzw. sogenannte Witterungsstähle ( weathering steel ), die eine hohe Zähigkeit aufweisen und richtet sich insbesondere auf einen nicht-rostfreien Stahl hoher Schlagfestigkeit, selbst bei niedrigen Temperaturen, hohen Zugfestigkeitseigenschaften und guter Schweißbarkeit, derart, daß ein Anstrich oder ähnliche Arten von Oberflächenschutz gegen atmosphärische Korrosion überflüssig werden.

Gegen atmosphärische Korrosion beständige Stähle, die im allgemeinen Witterungsstähle genannt werden, sind zusammen mit den aus ihrer Verwendung resultierenden Vorteilen seit längerem bekannt. Diese Stähle haben tatsächlich höhere mechanische Eigenschaften als reine Kohlenstoffstähle, so daß es möglich wird, daß man leichtere Konstruktionen erhält; darüber hinaus brauchen sie nicht als Schutz gegen Korrosion angestrichen werden, sie brauchen also nach ihrer Aufstellung keinerlei Wartung mehr. Nach einem einfachen Sandstrahlvorgang zur Entfernung von Fettflecken, Öl und irgendwelchen Markierungen

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durch Anstrich oder Gips bzw. Kreide, nachdem sie über einen gewissen Zeitraum dem Einfluß atmosphärischer Agenzien ausgesetzt waren, werden sie zu einem dünnen Oxydfilm, der kompakt und haftend ist und das darunterliegende Metall für eine weitere Oxydation schützt. Die Dicke des oxydierten diese Schicht bildenden Metalls liegt im allgemeinen unterhalb 0,1 mm und die Zeit, die für die Bildung eines solchen Schutzfilms sowie für seine chemische und physikalische Stabilisierung erforderlich ist, liegt zwischen 2 und 4 Jahren.

Diese Charakteristiken machen die Verwendung dieser Witterungsstähle vom ökonomischen Standpunkt aus attraktiv, unabhängig von ihren höheren Kosten verglichen mit dnem entsprechenden einfachen Kohlenstoffstahl. Trotz dieser Pakten waren Witterungsstähle nicht so erfolgreich wie man erwarten durfte und dies beruht auf den folgenden Nachteilen:

- die freie Oberfläche der Witterungsstähle braucht eine zu lange Zeit, um ihr endgültiges Aussehen zu erreichen, was andererseits nicht angenehm für jeden ist, da die Sctoatzpatina rostig aussieht!

- die Zähigkeitseigenschaften dieser Stähle sind nicht systemmatisch reproduzierbar, wodurch sie auf eine Verwendung begrenzt sind, die meist dekorativ selbst unter Berücksichtigung der oben genannten ästhetischen Nachteile ist.

Diese Stähle können für besondere Anwendungsfälle mit höherer Zähigkeit dotiert werden; die Lieferfirmen beschränken sich jedoch gewöhnlich auf die Garantie einer

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Schlagfestigkeit nach Charpy - Y von 3,5 kg m/cm "bei der gewünschten Temperatur. Dies wird allerdings als zusätzliche Eigenschaft gegenüber den Normstählen mit folglichen Extrakosten für ein Material garantiert, welches bereits nach den Standardnormen ziemlich teuer ist.

Erfindungsgemäß sollen diese Nachteile beseitigt werden, indem ein Stahl vorgeschlagen werden soll, der eine günstigere Neigung gegenüber der Bildung einer Patina verglichen mit bereits bekannten Witterungsstählen bei schnellerer Kinetik der Schutzschichtbildung und bei einer besseren und reproduzierbareren Schlagfestigkeit aufweist, wobei die anderen mechanischen Eigenschaften sowie seine Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit wenigstens gleich sein sollen.

Bei einem erfindungsgemäßen Stahl mit der folgenden Zusammensetzung ( in Gew.#) C 0,05 - 0,15ϊ Mn 0,5 - 1,5; Ou 0,2 - 0,5; Al 0,2 - 0,5; Si 0,1 - 0,8; Gr 0,5 - 1,5; S<0,02; P^ 0,04; Nb^O,020; N^O,010; Mo 40,15; Ti^ 0,1 und dem Rest im wesentlichen Eisen wurden die Witterungseigenschaften und die Zähigkeit überraschend dadurch verbessert, daß der Gehalt an Mangan, Kupfer, Chrom, Aluminium und Niob die folgende Beziehung erfüllt:

41,6(Nb#> + l,3(Cr#/Al?0 « 10,1 und gleichzeitig das prozentuale Verhältnis von Chrom und Aluminium zwischen 2 und 5, vorzugsweise 3 und 4 beträgt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Stähle, unabhängig von ihren ausgezeichneten Witterungseigenschaften und ihrer Zähigkeit, was durch die nicht als begrenzend anzu-

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sehenden Beispiele illustriert wird, weisen, nachdem sie der Witterung und der Stabilisierung der vorhandenen Oxydschutzschicht ausgesetzt wurden, eine angenehmere Färbung als bereits auf dem Markt befindliche Witterungsstähle auf.

BEISPIEL· 1

Ein Stahl mit der folgenden Gewichtszusammensetzung : C 0,078 #; Si 0,24 #i Mn l,0#j S 0,012 %; P 0,038 #; Cr 0,78 #; Al 0,25 ti Ou 0,40 %ί Ν 0,009 %; Mo 0,05 $> und dem Rest im wesentlichen Eisen hatte im gewalzten Zustand ( Dicke 15 mm ) die folgenden mechanischen Ei gens chaften:

R_m 53 kgf/mm² R 36 kgf/mm²

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Schlagfestigkeitswerte nach Oharpy-V entsprechend UNI-Standards 4713 und 4714:

- 40⁰C 9 kgf m/cm²

- 20⁰C 12 kgf m/cm² + 20⁰C 20 kgf m/cm²

Übergangstemperatur - 50⁰C

Beim Biegeversuch, der nach UNI-Standard 564 bei einer Blockbiegung von 180 durchgeführt wurde, zeitigte das Material keinerlei Risse.

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- 5 BEISPIEL 2

Ein ütahl der folgenden Zusammensetzung: C 0,075 #; Si 0,30 %; Mn 1,3 i>\ S 0,01%; P 0,04 #i Cr 0,75 1°\ Al 0,25 %\ Cu 0,25 #; Nb 0,020 #; N 0,01 % und dem Rest im wesentlichen Eisen zeitigte im gewalzten Zustand ( Dicke 15 mm ) die folgenden mechanischen Eigenschaften:

R_m 59 kgf/mm² R 40 kgf/mm

A <SL OH

A₅Jb dl

Schlagfestigkeitseigenschäften nach Charpy-V

- 40⁰C 10 kgf m/cm²

- 20⁰C 14 kgf m/cm² + 20⁰C 22 kgf m/cm²

Übergangstemperatur - 50⁰C

Biegeyersuch ( siehe Beispiel l): keine Risse in der Biegezone.

Die Witterungscharakteristiken der in Beispiel 1 und 2 beschriebenen Stähle wurden unter Anwendung eines beschleunigten Verfahrens mit denen eines reinen Kohlenstoffstahls, bekannt als "Pe 42" und mit im Handel unter der Bezeichnung "CORTEN" bekannten Stählen verglichen. Das angewandte Verfahren bestand darin, eine Scheibe aus dem untersuchten Material mit drei QuadratZentimeter freiliegender Fläche, die poliert und entfettet war, einer potentiodynamischen Behandlung

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in einer wässrigen 0,1 M-Lösung aus Na₂SO. auszusetzen. Die Testwerkstücke wurden dann der Anodisierung "bei Strömen von 10 liA/cm in der gleichen Lösung ausgesetzt, wonach ihr potentiodynamiscb.es Verhalten wieder bestimmt wurde.

Schließlich wurde die Differenz Δ E in mV zwischen den Poljmerisationsspannungen als Funktion der Stromwerte in iiA auf den beiden potentiodynamischen Kurven berechnet. Es stellte sich durch einen Vergleich mit den Witterungstests heraus, daß je größer ( je positiver ) die Differenz ΔΕ ist, desto besser die Witterung©eigenschaft en des Stahls sind.

Fig. 1 zeigt den Vergleich zwischen den beiden in den Beispielen beschriebenen Stählen ( Kurve 1 für Beispiel 1, Kurve 2 für Beispiel 2), dem als GOR(DEN-A (Kurve 3) bekannten 3tahl sowie dem Kohlenstoffstahl Pe 42 (Kurve 4). Wie man sieht, sind die Witterungseigenschaften der Stähle nach dec Erfindung klar denen von CORTEN-A überlegen. Praktisch ausgedrückt, kann gesagt werden, daß die Kompaktheit und das Haften der Oxydschicht auf den Stählen nach der Erfindung wenigstens 4 x größer ist. Ein weiterer Beweis für die besseren Eigenschaften der Oxydationsschicht bei den Stählen nach den Beispielen 1 und 2 verglichen mit denen, die auf CORTEN-A und auf ¹Pe 42^ttKohlenstoffstahl gebildet waren, wurden erhalten, indem die Stähle in industrieller Umgebung der Atmosphäre ausgesetzt wurden.

Auf Blechproben, die 6 Monate lang anodischer Polarisierung ausgesetzt waren, wurde das Verhalten in 0,1 M Na₂SO. bestimmt, um den Grad des Schutzes abzuschätzen,

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der durch die ersten Schichten der atmosphärischen Patina herbeigeführt wurde. Die sich auf diesen Versuch beziehenden Daten sind in der graphischen Darstellung der fig. 2 gezeigt, wo der Vergleich zwisohen den Stählen nach der Erfindung ( Kurve 1 für Beispiel 1 und Kurve 2 für Beispiel 2), dem CORTEN-JL-Stahl ( Kurve 3) und dem Kohlenstoffstahl Fe 42 (Kurve 4) gezeigt ist. Aus Pig. 2, wo die Daten in mV sich auf eine Queksilber-(I)-Sulphat-Elektrode beziehen, ist ersichtlich, wie der Schirmeffekt der Patina auf die Auflösung von Eisen - umgekehrt proportional zur Amplitude der anodischen Spitze am kleinsten für Pe 42, größer für GORTEN-A ist und ein Maximum für die Stähle 1 und 2 erreicht.

Dies bedeutet, daß nicht nur die Jtähle nach der Erfindung stärker hervortretende Selbstschutzcharakteristiken aufweisen als dies übliche witterungsbeständige Stähle tun, sondern daß sie auch schneller eine stabile Schutzpatina erzeugen.

- 8 Ansprüche

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Claims

Case: C 22 2U9051 - 8 -ANSPRÜCHE

1. Witterunge(beständiger) Stahl zur Verwendung in der freien Atmosphäre mit guten mechanischen Eigenschaften und guter Zähigkeit, gekennzeichnet durch die folgende prozentuale Gewichtszusammensetzung: Kohlenstoff 0,05 bis 0,15; Mangan 0,5 bis 1,5» Kupfer 0,2 bis 0,5; Aluminium 0,2 bis 0,5; Silicium 0,1 bis 0,8; Chrom 0,5 bis 1,5» Schwefel 0,02 maximal; Phosphor 0,04 maximal; Niob 0,020 maximal; Stickstoff 0,01 maximal; Molybdän 0,15 maximal; !Eitan 0,1 maximal und dem Rest im wesentlichen Eisen, wobei die prozentualen Gewiehtsanteile von Mangan, Kupfer, Chrom, Alumkiium und Niob der folgenden Beziehung genügen

7,4£2,6(Mn#)+ 3,2(Cu#)+ 41,6(Nb#)+ l,3(Cr#/Al#) £ 10.1, wobei das Verhältnis zwischen den prozentualen Anteilen von Chrom und Aluminium zwischen 2 und 5 beträgt.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den prozentualen Anteilen an Chrom und Aluminium zwischen 3 und 4 beträgt.

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