DE2535516A1

DE2535516A1 - Austenitischer rostfreier stahl und dessen verwendung insbesondere zur herstellung von diesel- und benzinmotorventilen

Info

Publication number: DE2535516A1
Application number: DE19752535516
Authority: DE
Inventors: Harry Tanczyn
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1974-08-12
Filing date: 1975-08-08
Publication date: 1976-03-04
Also published as: JPS5732711B2; AU8339675A; SE425858B; JPS5144505A; FR2281994A1; FR2281994B1; RO71801A; BR7505098A; US3969109A; IT1041170B; ZA754798B; ES440167A1; CA1070528A; DE2535516C2; YU201675A; SE7508992L; GB1514184A

Description

Austenitischer rostfreier Stahl und dessen Verwendung insbesondere zur Herstellung von Diesel- und Benzinmotorventilen

Die Erfindung "betrifft einen neuen austenitischen rostfreien Stahl, der sich insbesondere eignet für die Herstellung von Diesel- und Benzinmotorventilen mit einer neuen Kombination von Eigenschaften, nämlich einer ausgezeichneten Festigkeit, Härte, Beständigkeit gegen Oxydation und Beständigkeit gegen Sulfidierung bei Temperaturen von 595°C (110O⁰P) und höher.

Zu den derzeit für Diesel- und Benzinmotorventilen verwendeten Stählen gehören solche, die unter den eingetragenen Warenzeichen ARMCO 21-4-N, 21-2N, 21-12N, Silchrome 10, INCO und N-I55 vertrieben werden. Auch eine vor kurzem von der Firma Crucible Steel Co. entwickelte Versuchslegierung mit der Bezeichnung DV-2B wird derzeit verwendet.

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Die Stähle AEMCO 21-4N und 21-2N und Modifikationen davon sind in den ÜS-Pat ent schrift en 2 495 731, 2 603 738, 2 657 130, 2 671 726, 2 839 391, 3 149 965 und in dem US-Reissue-Patent 24 431 beschrieben. In ihren breiten Bereichen enthalten diese Legierungen 0,08 bis 1,5 % Kohlenstoff, 3 bis 20 % Mangan, 12 bis 30 % Chrom, 2 bis 35 % Nickel, bis zu 0,6 % Stickstoff und als Rest im wesentlichen Eisen. Zu Modifikationen gehören ein Typ mit einem niedrigen Siliciumgehalt, ein Molybdän enthaltender Typ, ein Bor enthaltender Typ, ein Typ mit einem hohen Siliciumgehalt und ein Typ mit einem hohen Phosphorgehalt. Die kommerzielle Legierung 21-4N weist eine nominelle Analyse von etwa 0,5 % Kohlenstoff, 9,0 % Mangan, 21 % Chrom, 3,75 % Nickel, 0,45 % Stickstoff und als Rest im wesentlichen Eisen auf. Silchrome hat eine nominelle Analyse von etwa 0,4 % Kohlenstoff, 1 % Mangan, 20 % Chrom, 8 % Nickel, 3 % Silicium, Spuren Stickstoff und Rest im wesentlichen Eisen. INCO 751 hat eine nominelle Analyse von etwa 0,1 % Kohlenstoff, 1,0 % Mangan, 15,5 % Chrom, 72 % Nickel, Spuren Stickstoff, 1 % Niob, 2,3 % Titan, 1,2 % Aluminium und Rest im wesentlichen Eisen. N-155 hat eine nominelle Analyse von etwa 0,1 % Kohlenstoff, 1,5 % Mangan, 21 % Chrom, 20 % Nickel, 0,15 % Stickstoff, 19,5 % Kobalt, 2,95 % Molybdän, 1,15 % Niob, 2,35 % Wolfram und Rest im wesentlichen Eisen. Crucible DV-2B hat eine nominelle Analyse von etwa 0,5 % Kohlenstoff, 12 % Mangan, 21 % Chrom, 1 % Silicium, 0,45 % Stickstoff, 1 % Niob, 2 % Wolfram, 0,4 % Vanadin und Rest im wesentlichen Eisen.

Obgleich einige dieser bekannten Legierungen zufriedenstellende Eigenschaften als Dieselmotorventile bei Temperaturen unterhalb etwa 705⁰C (1300⁰F) aufweisen, hat sich keine dieser bekannten Legierungen als völlig zufriedenstellendes Ventilmaterial in Hochleistungs-Dieselmotoren erwiesen, in denen die Auslaßventiltenperaturen innerhalb des- Bereiches von etwa 815 bis etrs

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90O⁰C (15OO bis 165O°F) liegen und in denen die Ventile Sulfid enthaltenden Treibstoffen und Schmiermitteln ausgesetzt sind. So hat sich "beispielsweise gezeigt, daß ARfACO 21-4-N, 21-2N und 21-12N keine ausreichende Oxydationsbeständigkeit und keine ausreichende Hochtemperaturfestigkeit aufweisen. INCO 751 besitzt zwar eine gute Oxydationsbeständigkeit und eine gute Hochtemperaturfestigkeit und Härte, seine Beständigkeit gegen Sulfidierung ist jedoch extrem gering. Silchrome weist eine ausreichende Oxydationsbeständigkeit auf, seine Hochtemperaturfestigkeit und Beständigkeit gegen Sulfidierung ist jedoch verhältnismäßig gering. N-I55 v/eist zwar eine gute Oxydationsbeständigkeit, eine gute Festigkeit und Härte auf und seine Beständigkeit gegen Sulfidierung ist ausreichend, diese Legierung ist jedoch extrem teuer. Crucible DV-2B weist eine geringe Hochtemperaturfestigkeit und eine geringe Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung auf.

Die vor kurzem vorgenommenen Änderungen der Zusammensetzungen der Treibstoffe und Schmiermittel haben zu einer Nachfrage nach einem Stahl geführt, der eine gute Beständigkeit gegen Sulfidierung aufweist und gleichzeitig den üblichen Anforderungen in bezug auf Festigkeit, Härte und Oxydationsbeständigkeit bei Temperaturen oberhalb 7O5°C genügt und einen vernünftigen Preis hat. Ein solcher Stahl steht derzeit nicht zur Verfügung, wie die vorstehend angegebene Erläuterung der bekannten Legierungen zeigt.

Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen austenitischen rostfreien Stahl mit einem vernünftigen Preis durch Verwendung von verhältnismäßig geringen Gehalten an teuren Legierungselementen anzugeben, der in dem lösungsgeglühten Zustand die gewünschte neue Kombination von hoher Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung bei Temperaturen von 595° C und höher auf v/eist und

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leicht zu Ventilen und Ventilteilen für Diesel- und Benzinmotoren verarbeitet werden kann.

Das vorstehend angegebene Ziel und weitere Ziele können erfindungsgemäß mit einem austenitischen rostfreien Stahl erreicht werden, in dem kritische Prozentbereiche und eine kritische Abstimmung zwischen den wesentlichen Elementen Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Stickstoff eingehalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein austenitischer rostfreier Stahl mit einer guten Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung bei Temperaturen von 595 bis 870⁰C und hoher, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er besteht aus 0,20 bis 0,50 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 3,0 Gew.-% Mangan, 18 bis 35 Gew.-% Chrom, 0,01 bis I5 Gew.-% Nickel, 0,30 bis 1,0 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 Ge\v.-% Phosphor, höchstens 0,4-0 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen.

Es wurde nämlich gefunden, daß die verhältnismäßig hohen Kohlenstoff- und Mangangehalte der bekannten Ventilstähle, wie Armco 21-4-N und Crucible DV-2B, dieHauptursachen für die unzureichende Hochtemperaturfestigkeit und die geringe Beständigkeit gegen Sulfidierung bei Temperaturen oberhalb 595°C (110O⁰F) sind. Insbesondere führen die hohen Kohlenstoffgehalte in den bekannten Stählen in der Größenordnung von 0,5 % zur Bildung von Chromcarbidteilchen während der Wärmebehandlung, deren Ausscheidung zu einer Entfernung der Chromatome aus der Metallmatrix in einem Verhältnis von 16 Chromatomen pro Kohlenstoffatom (und damit· zu einer Herabsetzung der Austenitbestandigkeit und der Dauerstandfestigkeit) führt und in denen die Chromcarbidteileben als Keimbildungszentren für thermische Ermüdungsrisse wirken (wodurch die Hochtemperatureraüdun^rsfestiGkeit herabgesetzt wird).

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Es wurde nun gefunden, daß erfindungsgemäß durch einen Kohlenstoffgehalt, der ausreichend niedrig ist, um die Bildung von unlöslichen Carbiden auf weniger als einen Volumenbruchteil von etwa 1 % zu beschränken, wenn der Stahl bei etwa 11 $0 bis etwa 1190°G (2100 bis 2175°C) lösungsgeglüht wird, die Probleme der unzureichenden Hochtemperaturdauerstandfestigkeit und -dauerfestigkeit (-ermüdungsfestigkeit)gelöst werden.Darüber hinaus wurde gefunden, daß der Stickstoffgehalt des erfindungsgemäßen Stahls auf einen wesentlich höheren Wert als er in den bisher bekannten Stählen toleriert werden konnte, erhöht werden kann zur Erzielung einer noch höheren Hochtemperaturfestigkeit, weil niedrigere Kohlenstoffgehalte dazu führen, daß das Chrom in einer größeren Menge in fester Lösung verbleibt (im Hinblick auf das 16:1-Verhältnis der Entfernung der Chronatome durch Kohlenstoffatome) und weil Chrom die Löslichkeit von Stickstoff in fester Lösung erhöht.

Es wurde gefunden, daß die verhältnismäßig hohen Mangan- und Chromgehalte von ASMCO 21-4N weitere nachteilige Effekte mit sich bringen. Wenn ein solcher Stahl auf eine Temperatur von etwa 760 bis etwa 870°C (1400 bis 1600⁰P) erhitzt wird, entsteht in den Korngrenzen der austenitischen Matrix eine spröde Chrom-Mangan-Verbindung, die zu einem Verlust an Dauerstandfestigkeit (Kriechfestigkeit) führt. Es wurde nun gefunden, daß durch Beschränkung des Mangangehaltes auf ein Maximum von 3, vorzugsweise von 2,5 Gew.-% oder weniger die Bildung der spröden Chrom-Mangan-Verbindung verhindert werden kann, was zu einer Erhöhung der Hochtemperatur-Dauerstandfestigkeit führt. Der niedrige Mangangehalt des erfindungsgemäßen Stahls führt zu dem weiteren Vorteil, daß er die Zugabe einer verhältnismäßig hohen Chrommenge, vorzugsweise von etv/a 21 bis etwa 30 %, erlaubt, wodurch die Hochtemperatur-Oxydationsbeständigkeit erhöht wird, ohne daß sich die spröde Chrom-Mahgan-Verbindung bildet.

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Es wurde ferner gefunden, daß die oben angegebene Beschränkung des MaEngangehaltes und die Erhöhung des Chromgehaltes nicht nur zu einer Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit und der Oxydationsbeständigkeit, sondern überraschenderweise auch zu einer starken Verbesserung der SuIfidierungsbeständigkeit bei hoher Temperatur führt. Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß die Affinität des Mangans gegenüber Schwefel und Schwefel enthaltenden Verbindungen den Sulfidangriff beschleunigt und daß durch Verringerung des Mangangehaltes die SuIfidierungsbeständigkeit somit ansteigt. Es wurde gefunden, daß der erfindungsgemäße Stahl eine stark verbesserte Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in Halogen enthaltender Umgebung im Vergleich zu den weiter oben erwähnten rostfreien Stählen ABIiCO 21-2IT und 21-4-N aufweist,, Dies ist auf den beschränkten Kohlenstoffbereich von.etwa 0,20 bis etwa 0,50^und auf die gegenseitige Abstimmung von Kohlenstoff, Chrom und Mckel aufeinander zurückzuführen.

Aus den vorstehenden Angaben geht hervor, daß die Kohlenstoff-, Mangan-, Chrom- und Stickstoffgehalte und die Wechselbeziehungen dazwischen in jedem Sinne kritisch sind in bezug auf die Erzielung der neuen Kombination von Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls.

Eine bevorzugte Zusammensetzung, bei der die vorstehend angegebene Wechselbeziehung zwischen Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Stickstoff berücksichtigt wird und die daher zu einem Stahl führt, der im lösungsgeglühten Zustand weniger als etwa 1 Vol.-% unlösliche Carbide enthält und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung zusammen mit einer ausgezeichneten Festigkeit und Härte bei Temperaturen von 595 bis 8?0°C (1100 bis 1600⁰F) und höher sowie eine gute Beständigkeit gegen Spannungsliorrosionsrißbildung- in einer Halogen enthaltenden Umgebung aufweist, besteht aus 0,25 bis

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0,45 Gew.-96 Kohlenstoff, 0,01 bis 2,5 Gew.-% Mangan, 21 bis 30 Gew.-% Chrom, 2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,35 "bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 Gew.-% phosphor, höchstens 0,10 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen. Zur Erzielung einer optimalen Beständigkeit gegen Sulfidierung kann die bevorzugte Zusammensetzung bis zu etwa 0,75 Gew.-% Oer enthalten.

Die Elemente Nickel und Silicium sind zwar weniger kritisch als Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Stickstoff in bezug auf ihre Prozentbereiche und die Abstimmung der Elemente auf andere Eis mente, dennoch müssen sie bei bestimmten Anwendungen des erfindungsgemäßen Stahls als kritisch angesehen v/erden. So wird bei der Verwendung für die Herstellung von Auslaßventilen für Benzinmotoren, in denen Bleiverbindungen in der Umgebung vorhanden sind, durch Beschränkung des Siliciumgehaltes auf ein Maximum von 0,4-5 % eine verbesserte Beständigkeit gegen erosiven Angriff durch Bleiverbindungen erzielt. Diese Beziehung wurde bereits früher in bezug auf die Legierung ARIiCO 21-4-N beschrieben und sie gilt auch für den erfindungsgemäßen Stahl.

Es wurde gefunden, daß Silicium und Nickel dazu neigen, die Carbidlöslichkeit im festen Zustand und die Stickstofflöslichkeit im flüssigen Zustand zu beschränken. Dementsprechend ist in einer besonders bevorzugten Zusammensetzung der Nickelgehalt auf ein Maximum von 8 % beschränkt, um eine optimale Carbid- und Stickstofflöslichkeit zu erzielen. Die maximalen Gehalte an Phosphor und Schwefel sind auf 0,04 bzw. 0,03 % beschränkt bei einem Maximum von 0,45 % Silicium und einem Maximum von 8 % Nickel in der besonders bevorzugten Zusammensetzung.

Eine noch mehr bevorzugte erfindungsgemäße Zusammensetzung, die zu einer optimalen Kombination von Eigenschaften im lösungs-

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geglühten Zustand führt, besteht aus 0,25 bis 0,4-5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 2,0 Gew.-% Mangan, 23 bis 26 Gew.-% Chrom, 4 bis 8 Gew.-% Nickel, 0,35 bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,04 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,03 Gew.-% Schwefel, höchstens 0,4-5 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen, wobei das Stickstoff: Kohlenstoff-Gewichtsverhältnis mindestens etwa 1:1 beträgt.

Obgleich es_t wie weiter oben betont, kritisch ist, den Kohlenstoffgehalt auf einen Maximalwert von 0,50 %, vorzugsweise auf einen Maximalwert von etwa 0,4-5 % zu beschränken, ist ein Minimum von mindestens etv/a 0,20 % Kohlenstoff wesentlich für die Erzielung einer Ausscheidungshärtungs- und Verfestigungsreaktion bei dem für Auslaßventilmaterialien angenommenen Betriebstemperaturbereich, d.h. bei etwa 593 bis etwa 900°C (1100 bis 1.650°P). Der Kohlenstoffgehalt ist auf einen solchen Wert beschränkt, daß er durch Wärmebehandlung im festen Zustand praktisch vollständig gelöst werden kann, d.h. auf ein Maximum von etwa 0,5 %· Mehr als 0,5 % Kohlenstoff führt zu Schwierigkeiten bei der Warmbearbeitung, beim Schweißen und bei der maschinellen Bearbeitung, zu einer geringeren Duktilität bei Raumtemperatur und zu einer geringeren Spannungskorrosionsbeständigkeit. Vom Standpunkt der metallurgischen Stabilität des lösungsgeglühten und ausgehärteten (ausscheidungsgehärteten) Martensits aus betrachtet kann die destabilisierende Wirkung des niedrigen Kohlenstoffgehaltes durch Erhöhung der Nickel- und/oder Stickstoffgehalte ausgeglichen werden. Es wurde ferner gefunden, daß die Verfestigungswirkungen der Carbidausscheidungen variieren direkt mit dem Volumenanteil der Carbide und umgekehrt zur Größe der Carbidteilchen. Daher muß ein breiter Bereich von etwa 0,20 bis etwa 0,50, vorzugsweise von etwa 0,25 bis etwa 0,45 % Kohlenstoff eingehalten werden.

Es wurde gefunden, daß die Aushärtung bzv;. Ausscheidungslrirtunr:

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mit dem Stickstoff/Kohlenstoff-Verhältnis zusammenhängt. Ein Stickstoff!Kohlenstoff-Gewichtsverhältnis von etwa 1:1 oder höher führt zu einer definierten Änderung des Aushärtungsgrades und erhöht die Temperatur, bei der eine übermäßige Aushärtung, d.h. eine Erweichungsre ktion, auftritt. Daher wird der Stickstoffgehalt, obgleich er nicht kritisch ist, vorzugsweise direkt abgestimmt auf die oben angegebenen bevorzugteren Kohlenstoffgehalte, wobei zur Erzielung einer optimalen Härte und Festigkeit bei erhöhter Temperatur der besonders bevorzugte Stickstoffgehalt etwa 0,35 bis etwa 0,55 % beträgt und das Stickstoff-.Kohlenstoff-Verhältnis mindestens etwa 1:1 beträgt.

Die kritische Wechselbeziehung zwischen den Mangan- und Chromgehalten ist oben bereits erwähnt worden. Da der erfindungsgemäße Stahl sehr niedrige Mane;angehalte innerhalb des breiten Bereiches umfaßt, d.h. Gehalts von nur etwa 0,01 %, hat sich eine Minimalmenge von etwa 18 % Chrom als zur Erzielung der erforderlichen Hochtemperatur-Oxydationsbeständigkeit ausreichend erwiesene Zur Erzielung einer optimalen Hochtemperatur-Dauerstandfestigkeit und -sulfidierungsbeständigkeit muß ein bevorzugtes Maximum von etwa 2,5 % Mangan eingehalten werden. Der bevorzugte maximale Mangangehalt beträgt etwa 2,5 %, der bevorzug-ce Chromgehalt beträgt 21 bis 30 %, der besonders bevorzugte maximale Mangangehalt beträgt 2,0 %, der besonders bevorzugte Chromgehalt beträgt 23 bis 26 %, jeweils bezogen auf das Gewicht. Um ein Umschlagen des austenitischen Gleichgewichtes des erfindungsgemäßen Stahls zu vermeiden, muß ein Maximum von etwa 35 % Chrom eingehalten werden.

Es wurde auch gefunden, daß dem erfindungsgemäßen Stahl Cer in Mengen bis zu etwa 0,75 % zugegeben v/erden kann, um eine noch größere Sulfidierungsbeständigkeit zu erzielen. Obgleich Cer die gleiche große Affinität ce^enuber Schwefel wie Mangan

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aufweist, wurde gefunden, daß durch Zugabe von Ger im Gegensatz zu der Wirkung des hohen Mangangehalts der Angriff durch Sulfidierung vermindert wird. Es wird angenommen, daß dieses anormale Verhalten von Cer auf seine Fähigkeit zurückzuführen ist, sich mit Schwefel zu verbinden unter Bildung eines haftenden Gersulfidoberflachenfilms, der als Sperrschicht wirkt, die eine weitere Reaktion des Schwefels in der Atmosphäre oder in der Umgebung des Ventils mit dem darunterliegenden Grundmetall ausschließt.

Zur Verbesserung der Verarbe: tbarkeit kann Schwefel zugegeben werden und aus diesem Grunde sollte ein Maximum von etwa 0,4 % Schwefel in der breiten Zusammensetzung vorhanden sein. Wenn er nicht für diesen Zweck zugegeben v/ird, ist der Schwefelgehalt vorzugsweise auf ein Maximum von etwa 0,1 %, insbesondere auf ein Maximum von etwa 0,05 % beschränkt. Wenn Cer (oder eine Mischung von Seltenen Erdmetallen, wie Mischmetall) zugegeben werden soll, muß der besonders bevorzugte Maximalgehalt von etwa 0,0^ % Schwefel eingehalten werden.

Molybdän kann dem erfindungs gemäß en Stahl in Mengen bis zu etwa 4- % zugegeben werden, um die Beständigkeit gegen Bleioxidkorrosion zu erhöhen und die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern. Wolfram kann Molybdän in Mengen bis zu 3 % ersetzen, wenn eine erhöhte Beständigkeit gegen Bleioxidkorrosion nicht erforderlich ist und wenn eine höhere Hochtemperaturfestigkeit erwünscht ist.

Niob, Vanadin oder Mischungen davon können in Mengen bis zu insgesamt etwa 2 % zugegeben werden zur Verfeinerung der Korngröße des Stahls, die eine Erhöhung der Hochtemperaturfestigkeit zur Folge hat.

Obgleich der erf indungsgoninße St^hI Eigenschaften aufweist, die ihnfür die Verwendung in Hdchleistungs-Dieselmotoren geeig-

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net machen, in denen Temperaturen bis zu 90O⁰C auftreten, ist der verhältnismäßig billige erfindungsgemäße Stahl auch konkurrenzfähig mit den bekannten Materialien, die sich nur für weniger belastete Dieselmotorventile eignen, bei denen die Betriebstemperaturen innerhalb des Bereiches von etwa 593 bis etwa 7O"5°C (1100 bis 1300⁰F) liegen. Darüber hinaus eignet sich der erfindungsgemäße Stahl aufgrund seiner mechanischen und erosionsbeständigen Eigenschaften auch für andere Anwendungszwecke als für die Herstellung von Motorventilen für die Verwendung bei Temperaturen bis zu 1095 bis 115O°C (2000 bis 2100°F).

Eine Reihe von erfindungsgemäßen Stählen wurde Vergleichsversuchen mit ähnlichen Stählen, die jedoch außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen, und mit einer Reihe von bekannten Ventilstählen, insbesondere ARMCO 21-4-N, 21-2N, 21-12N, Silchrome-10 und INCO-75I, unterworfen. Die Zusammensetzungen der getesteten Stähle sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

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Die Testdaten in bezug auf die Luftoxydations- und SuIfidierungsbeständigkeit der jeweiligen Chargen der Tabelle I sind in der folgenden Tabelle II angegeben· Die in dieser Tabelle angegebenen Testwerte stellen Durchschnittswerte der mit zwei Proben erhaltenen Ergebnisse dar und alle Proben wurden eine Stunde lang einer Lösungsglühung bei 11 50°C (2100⁰F) unterworfen, mit Wasser abgeschreckt, dann einer 16-stündigen Lösungsglühung bei 760°C (14-00⁰F) unterworfen und an der Luft abgekühlt. Der Luftoxydationstest und der Sulfidierungstest wurden wie folgt durchgeführt:

Luft£xy_dation:_ 6,35 cm (2 1/2 inches) lange Proben mit einem Durchmesser von 1,27 cm (0,5 inches) wurden 100 Stunden lang in einem elektrischen Muffelofen, -Ruheluftofen erhitzt.

Sulfidierung^ 1,27 cm (0,5 inches) lange Proben mit einem Durchmesser von 1,27 cm (0,5 inch) wurden mit einer Mischung aus 90 % Natriumsulfat und 10 % Natriumchlorid in einen Magnesiumoxid-Tiegel eingeführt und eine Stunde lang auf 927°C (1700⁰F) erhitzt. Jede Probe wurde dann gereinigt und der Gewichtsverlust wurde bestimmt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Chargen 8927, 033040, 8928 und 8929 der erfindungsgemäßen Stähle eine zunehmend höhere Beständigkeit gegen Luftoxydation und Sulfidierung bei zunehmend höheren Gehalten an Chrom innerhalb des Bereiches von 21,73 % für die Charge 8927 bis zu 29,97 % für die Charge 8929 erläutern.

Die Luftoxydationsbeständigkeit der oben angegebenen Chargen der erfindungsgemäßen Stähle bei 87)⁰C (1600°F) war besser als diejenige des Stahls ARIvICO 21-4N und 21-2N und vergleichbar mit derjenigen des Stahls 21-12N und Silchronie-10. Obgleich die Oxydationsbeständigkeit dieser Chargen etv/as schlechter v/ar

GÖ9 8 10/082S ορηλιμ*.

als diejenige von INCO-751, ist es sehr wichtig darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäßen Stähle eine ausgeprägte Verbesserung in bezug auf die Sulfidierungsbeständigkeit aufwiesen im Vergleich zu dem extrem hohen Gewichtsverlust, den INCO-751 in dem Sulfidierungstest erlitt. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Stähle sind in bezug auf die Sulfidierungsbeständigkeit auch den Stählen AEMGO 21-4N, 21-2N und Nicrome eindeutig überlegen.

Die Daten der nachfolgenden Tabelle II zeigen ferner, daß der Mangangehalt in bezug auf die SuIfidierungsbeständigkeit und die Hochtemperatur-Dauerstandfestigkeit kritisch ist. Die Chargen 8967, 8 969, 8 980, 8 982, 8 978, 8 979 und 8 981 wiesen allmählich ansteigende Mangangehalte von 0,15» 1»87, 2,84, 2,86, 3 68, 4,55 bzw. 4,73 % auf. Die Sulfidierungstestergebnisse für diese jeweiligen Chargen betrugen 0,322, 0,302, O₁399» °>3²3» 0,408, 0,442 und 0,461. Da der Wert von 0,400 für den 90-10-Sulfidierungstest als maximaler akzeptabler Wert angesehen wird, geht daraus hervor, daß der kritische Mangangehalt etwas oberhalb desjenigen der Charge 8982 (2,86 % Mangan), die einen V/ert von 0,323 aufwies, liegt, während die Charge 8 978 (3,68 % Mangan) einen Wert von 0,408aufwies.

Ein Vergleich zwischen den Chargen 8 929 und 033040, bevorzugte Zusammensetzungen mit einer besten Kombination von Eigenschaften, mit der Charge 8 983 mit einem vergleichbaren Mangangehalt unterhalb des bevorzugten Maximums von 2,5 %» jedoch einem Chromgehalt unterhalb des bevorzugten Minimums von 21 % und einem Siliciumgehalt oberhalb des bevorzugten Maximums von 0,45 %, zeigt die vorteilhaften Effekte sowohl auf die SuIfidierungsbeständigkeit als auch auf die Oxydationsbeständigkeit,,die aus der Kombination aus einem niedrigen Mangangehal't und einem hohen Chromgehalt resultieren.

£»09810/0825

-16- 25355 i 3

Tabelle II
Gewichtsverlust durch Luftoxydation und Sulfidierung in g/dm

Charge 100-stündige Luftoxydation Sulfidierung % Mn % Cr

76ÜOC 8-f ^C S¹^^ ^27OG (14QO⁰F) (1500 ff) (1600°F) (1700°?)

8887-1 0,094 0,193 0,482 0,320 2,70 24,83

8887-2 0,075 0,176 0,419 0,270 2,68 24,78

8888-1 0,201 0,409 0,798 0,590 8,31 20,93

8888-2 0,173 0,309 0,687 0,485 8,25 20,78

8889-3 0,146 0,288 0,640 0,410 7,28 21,96

8897 0,097 0,211 0,470 0,595 8,32 23,31

8918 0,057 0,140 0,413 0,445 8,97 29,89

8927* 0,174- 0,375 0,692 0,370 1,92 21,73

8928* * 0,078 0,179 0,462 0,191 1,93 25,69

8929* 0,043 0,130 0,372 0,110 1,90 29,97

033040* 0,082 0,189 0,456 0,185 1,81 24,50

033041 0,185 0,371 0,762 0,610 9,00 20,62

8967* 0,168 0,364 0,684 0,322 0,15 21,72

8968* 0,177 0,380 0,702 0,267 1,74 21,93

8969* 0,155 0,298 0,608 0,302 1,87 21,93

8974* 0,184 0,397 0,743 0,376 1,72 21,98

8975* 0,188 0,373 0,718 0,355 1,81 22,23

8976* 0,164 0,352 0,697 0,382 1,83 22,03

8977* 0,096 0,194 0,482 0,197 1,84 24,76

8978 0,102 0,223 0,517 0,408 3,68 24,65

8979 0,128 0,274 0,613 0,442 4,55 23,53 8980* 0,101 0,205 0,492 0,339 2,84 23,49 8981 0,154 0,311 0,647 0,461 4,73 23,41 8982* 0,096 0,201 0,508 0,323 2,86 23,39 8983* 0,092 0,253 0,562 0,524 1,89 20,09 546035* 0,075 0,167 0,406 0,132 2,32 24,68 21-4N 0,193 0,381 0^749 0,545 9,0 20,92 21-2N 0,182 0,348 0,717 0,740 8,08 20,37 21-12N - 0,291 0,614- 0,388 1,28 21,24

Silchrom-10 - 0,224. 0,508 0,672 1,10 19,28

⁷⁵¹- °f§h nP/fffo 5 ¹⁰'⁶55 0,21 15,35

erfindunGsgem. Stähle

Tabelle III

Grünfestigkeit und Aushärtung (Ausscheidungshärtung)

	Charge	Belastung für eine Streckung	Rockwell-Härte	1177⁰Q	026	+760^uC	C35	N/C	N+C
		von 1 % in 100 Std., . kg/cm.2	(2150°F)-1Std.-	C27	(14OO°F)-16 Std.-	C39
		(psi)	W.Q.**		A.C.***
		815^!JC 87ü^uC (1500⁰P) (1600⁰F)
	8887-1	738(10 500)					0,41	0,83
	8887-2	755(10 750)					0,45	0,84
S	8888-1	612(8 700)			1,31	0,81
as	8888-2	601(8 5^r>0)			1,18	0,83
ce»	8889-3	640(9 100)			0,93	0,87
ο	8897	580(8 250)			0,98	0,83
ο	8918	510(7 250)			1,38	1,07
ro	8927*	820(11 850)			0,82	0,69
in	8928*	865(12 300)			1,0	0,76
	8929*	914(13 000)	1,26	0,88
	033040*	868(12 350) 562(8 000)	1,20	0,77
	033041		1,37	0,83
	8967*	787(11 200)	0,93	0,77
Q	8968*	787(11 200)	0,88
RlGHNAL 1
I 9 rn Ό

Tabelle III (Fortsetzung)

	8969*	830(11 800)	534(7 600)	C27
	8974*	893(12 700)	485(6 900)
	8975*	858(12 200)	633(9 000)	B95
	8976*	759(10 800) .	246(3 500)	C22
	8977*	689(9 800)	218(3 100)
	•8978	527(7 500)	211(3 000)
	8983*	773(11 ooo)	176(2 5^uo)
C7>	9012*^	717(10 200)	9840(14 000)
O	9016*	914(13 000)
*iJLJ-* OO	21-4N	668(9 500)
CD	21-2N	640(9 100)
S	21-12N	640(9 100)
OtJ	Silchrome-10	577(8 200)
in	INCO-751	1690(24 000)

0,90	0,76	00
0,70	0,68	I
0,85	0,76
0,75	0,70
1,06	0,66
1,63	0,79
0,77	0,69
0,88	0,64
1,03	0,79
0,81	0,94
0,62	0,89
1,05	0,43
0,08	0,42

erfindungsgemäße Stähle ** W.Q. = Abschreckung mit Wasser *** A.C. = Abkühlen an der Luft

253Γ>ί^:

III
Die in der vorstehenden Tabelle/enthaltenen Testdaten zeigen die hohe Dauerstandfestigkeit der erfindungsgemäßen Stähle im Vergleich zu den Stählen ARMCO 21-4N, 21-3N, 21-12N und Silchrome-10. Es wird angenommen, daß die verbesserte Dauerstandfestigkeit (Kriechbeständigkeit) auf die Hochtemperaturbeständigkeit der lösungsgeglühten und ausgehärteten austenitischen Matrix zurückzuführen ist. Überschüssiger Kohlenstoff in Form von unlöslichen Carbiden verringert den Chromgehalt der Matrix in einem Verhältnis von etwa 16:1 (d.h. 0,10% unlösliches Carbid verbindet sich mit 1,6 % Chrom), was zu einer niedrigeren Austenitbestandigkeit und einer niedrigeren Dauerstandfestigkeit, insbesondere bei Temperaturen oberhalb 815⁰C (1500^oP) führt. Außerdem führt, wie oben angegeben, eine hohe Gesamtmenge an Mangan und Chrom zu einer Ausscheidung einer Chrom-Mangan-Verbindung als intergranuläre Phase während der Behandlung bei einer Temperatur von 815 bis 870°C (I5OO bis 1600 F). Diese intermetallische Verbindung verringert auch die Dauerstandfestigkeit der austenitischen Matrix.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die vorstehende Tabelle III auch die Beziehung zwischen den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten bei der Aushärtung (Ausscheidungshärtung) erläutert. AEMCO 21-12N mit einem Gesamtgehalt von 0,43 % Kohlenstoff plus Stickstoff führte zu keiner wesentlichen Aushärtungsansprechempfindlichkeit bei 760⁰C (1400⁰P) trotz eines Stickstoff: Kohlenstoff-Verhältnisses von 1,05. Silchrome-10 mit einem Gesamtkohlenstoff- und Stickstoffgehalt von 0,42 % wies nur eine geringe Aushärtungsansprechempfindlichkeit bei 76O⁰C (1400 P) auf. In diesem Falle war die geringe Ansprecbempfindlichkeit auf das niedrige Stickstoff kohlenstoff-Verhältnis von 0,08 zurückzuführen. Eine definierte Aushärtung (Ausscheidungshärtung) bei 760⁰C (1400°F) trat nur bei ARMCO 21-4N und bei den erfindungsgemäßen Stählen auf.

9810/0025 ORIGINAL INSPECTED

- 20 - 2 5 3 Fi I"

Ein Vergleich zwischen den Chargen 8978, 8 977, 053040 und 8929, worin der Kohlenstoffgehalt 0,30, 0,32, 0,35 bzw. 0,39 % beträgt, zeigt, daß eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes zu einer Erhöhung der mechanischen Hochtemperaturfestigkeit führt, ungeachtet des Stickstoff:Kohlenstoff-Verhältnisses, vorausgesetzt, daß die Gesamtmenge an Stickstoff plus Kohlenstoff mindestens etwa 0,60 % beträgt. Die Charge 9016 zeigt die günstige Wirkung von Wolfram in bezug auf die Erhöhung der Hochtemperaturfestigkeit.

Dementsprechend ist, obgleich ein Stickstoff:Kohlenstoff-Gewichtsverhältnis von mindestens etwa 1:1 und ein Gesamtgehalt von Kohlenstoff plus Stickstoff innerhalb des Bereiches von etwa 0,60 bis etwa 0,90 % für die Erzielung einer besten Kombination von anderen Eigenschaften bevorzugt ist, ein Minimum von etwa 0,35 ⁰^ Kohlenstoff erforderlich zur Erzielung einer optimalen mechanischen Hochtemperaturfestigkeit. Sowohl die Dauerstandfestigkeit als auch die Aushärtungsansprechempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Stahls sind denjenigen des Stahls AEMCO 21 -4ΧΪ deutlich überlegen trotz des Gesamtgehaltes an Kohlenstoff plus Stickstoff von 0,94 % in dem Stahl 21-4N.

In der folgenden Tabelle IT ist ein Vergleich zwischen den mechanischen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Stahls (Charge 03304-0) mit denjenigen des Stahls ARMCO 21-4N bei Temperaturen innerhalb des Bereiches von 24 bis 87O⁰C (7^ bis 1600⁰P) angegeben. Es sei darauf hingewiesen, daß die ^x Überlegenheit des Stahls 21-4N in bezug auf die Zugfestigkeit und in bezug auf die 0,2 %-Streckfestigkeit bei tieferen Temperaturen bei 760 und 870°C (1400 und 1600⁰F) verloren ging, wo der erfindungsgemäße Stahl wesentlich höhere Werte als der Stahl 21-4N aufwies. Die prozentuale Dehnung und die prozentuale Brucheinschnürung des erfindungsgemäßen Stahls blieben bei 649, 760 und 870⁰C (1200, 1400 und 1"600⁰F) vorhält-

S09810/O82B orio*wai ,*,«

URfGiNAL INSPECTED

2 B

nismäßig konstant, während der Stahl 21-4-ΪΤ eine Zunahme dieser Werte aufwies, wobei dieses Verhalten eine metallurgische Instabilität bei erhöhter Temperatur anzeigt.

B 0 9 8 1 0 /0 S 2 K ORIGINAL INSPECTED

Tabelle IV Mechanische Eigenschaften

Charge Testtemperatur _; in ⁰C (⁰JT) 10'

033040*
21-4N

033040*
21-ΜΉ

033040*

21-4N

033040*

21-4N

033040*

21-4H

033040*
21-4N

festigkeit (ksi)

cm'

24Γ75
24(75

427(800) 427(800)

538(1000) 538(1000)

649(1200) 649(1200)

760(1400) 760(1400)

870(1600) 870(1600) in 0,2 %-Streck- % Dehnung % Bruchein* Brinell-Härte

J?estigkeit in in 4xD schnürung Kaltkugelmethode 10%g/cm2 (ksi)

10,6(151,2) 11,6(165,2)

7,8(111,3) 8,4(119,0)

7,1(99,9) 7,2(102,0)

6,04(85,8) 6,0(85,1)

4,8(68,4) 4,3(60,7)

3,3(47,2) 2,6(36,8) 6,8(97,1)' 7,1(101,7)

3,9(56,3) 4-,3(61,5)

3,6(51,6) 3,8(54,2)

3,1(44,5) 3,25(46,3)

2,95(42,2) 2,5(35,4)

2,3(32,4) 1,65(23,5)

15,0 8,5	11,0 9,8	363 352	I
29,3 18,0	34,1 19,2	—	ro ro ι
24,3 16,0	28,0 20,0
17,9 15,2	24,2 21,8	—
17,9 19,3	25,8 24,6	190 190
17,1 29,5	24,4 41,2	182 177

erfindungsgemäße Stahlcharge, behandelt 1 Stunde lang bei II90 0 (2175 F), abgeschreckt mit Wasser - plus 16 Stunden lang bei 760⁰C (1400 F) - Abkühlung an der Luft bekannte 21-4N-Stahlcharge,behändeIt 1 Stunde lang bei 1177⁰C (215O⁰F) abgeschreckt mit Wasser plus 16 Stunden lang bei 760⁰C (1400⁰F) - Abkühlung an der Luft.

- 23 - 2 B ^ r. '

Die mechanischen Raumtemperatureigenschaften von repräsentativen erfindungsgemäßen Stählen sind zusammen mit denjenigen von zv/ei ähnlichen Stählen, die außerhalb des Rahmens der Erfindung liegen (weil die Mangangehalte oberhalb des Maximums von 3,0 % liegen), in der folgenden Tabelle V angegeben. Es sei darauf hingewiesen, daß die Charge 8974, ein Molybdän und Niob enthaltender erfindungsgenäßer Stahl, eine verhältnismäßig hohe Zugfestigkeit und Streckfestigkeit in Kombination mit einer guten Duktilität im Vergleich zu den Chargen 8981 und 8982 aufwies. Alle Proben lagen im lösungsgeglühten Zustand vor, der erzielt wurde durch 40-minütiges Erhitzen auf 1177°C (215O°P), Abschrecken mit Wasser, 16-stündiges Erhitzen auf 815⁰C (15OO°J7) und Abschrecken mit Wasser.

	Zugfestigkeit	in 0,2 %-Streck-	% Dehnung	% Bruchein
	kg/cm (ksi)	iestigkeit in Λ(Ρ kg/cm² (ksi)	in 4xD	schnürung
Tabelle V	10,3(146)	5,9 (84,4)	24,0	25,5
	9,9(141)	5,45(77,4)	26,5	29,0
• Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur	9,9(140,8)	5,4 (76,5)	24,5	31,8
Charge ,	9,75(138,0)	5,7 (81,2)	18,0	14,0
*Λ (P*	10,2(145)	5,65(80,2)	21,0	22,0
8974*	10,5(148,8)	6,1(86,9)	12,5	11,0
8975*	10,5(148,6)	6,3(89,5)	7,5	6,0
8976*	10,2(145)	5,6(79,5)	12,0	9,8
8977*
8978
8981
8982*
8983*

* erfindungsgemäße Stähle

Es wurden Bleioxidkorrosionstests durchgeführt, deren Ergebnisse in der folgenden Tabelle VI zusammengefaßt sind. Zv/ei Proben von erfindungsgemäßen Stählen (Charge 033040 mit

R 0 9 8 I 0 / 0 8 2 5

OFiIGiNAL INSPECTED

- 24 - 2 R ?· ^;; ^:) H-i

0,29 % Silicium und Charge 54-6035» eine mit 0er behandelte Lichtbogenofencharge mit 0,20 % Silicium) wurden mit mehreren bekannten Stählen verglichen. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn der erfindungsgemäße Stahl auf ein Maximum von etwa 0,2 % Silicium beschränkt wird, die Beständigkeit gegen Gewichtsverlust durch Bleioxidkorrosion vergleichbar mit derjenigen der besten bekannten Legierung (INCO-75O» etwas besser als diejenige von AEMCO 21-4N und wesentlich besser ist als diejenige von ARMCO 21-12N und SiIchrome-10. Eine . gute Beständigkeit gegen Bleioxidkorrosioii wird durch den erfindungsgemäßen Stahl bei einem Siliciumgehalt von 0,4-5 % oder weniger erzielt, wie die Charge 03304-0 zeigt.

Tabelle VI

Bleioxidkorrösionstest 1 Std. bei 913°C (1675°?)

Charge Gewichtsverlust in g/dm /Std.

033040* 25

546035* 18

Armco 21-4ΕΓ 25

Armco 21-12N 40

Silchrome-10 45

INCO-751 12

* erfindungsgemäße Stähle

Der erfindungsgemäße Stahl wird nach irgendeinem üblichen Verfahren geschmolzen und kann unter Anwendung von Vakuum-, Atmosphären- und Schlackenschutzverfahren umgeschmolzen werden. Nach dem Vergießen zu Blöcken oder Brammen kann der Stahl leicht mit einer konventionellen Vorrichtung zu einer Platte, einem Blech, einem Band, einem Stab oder einer S^anrre verarbeitet

609810/0825

OKKXNAL /NSPECTED

- 25 - 2 B 3 5 5 1 δ

werden. Diese geschmiedeten Produkte können aufgrund des beschränkten Kohlenstoffgehaltes des Stahls leicht zu Endprodukten, wie Ventilen und Ventilteilen, verarbeitet werden.

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch Ventile und Ventilteile für Diesel- und Benzinmotoren, die aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellt sind, der bei 1150 bis 1190°G (2100 bis 2175^OF) einer Lösungsglühung unterworfen und mit Wasser abgeschreckt worden ist, wobei die Ventile und Ventilteile weniger als 1 Vol.-% unlösliche Carbide enthalten, eine ausgezeichnete Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung bei Temperaturen von 593 bis 8?0°C (1100 bis 1600⁰P) und eine gute Beständigkeit gegen Korrosionsrißbildung in einer Halogen enthaltenden Umgebung aufweisen, wobei der Stahl besteht aus 0,25 bis 0,4-5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 2,5 Gew.-% Mangan, 21 bis 30 Gew.-% Chrom, 2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,35 bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,10 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen.

Für Anwendungszwecke, bei denen die Ventile gegen den erosiven Angriff durch Bleiverbindungen in Benzinmotorabgasen beständig sein müssen, sollte die oben angegebene Zusammensetzung modifiziert werden durch Beschränkung des Siliciumgehaltes auf einen Maximalwert von 0,45, vorzugsweise von 0,2 %. Für die Erzielung einer optimalen Beständigkeit gegen Sulfidierung kann die oben angegebene Zusammensetzung außerdem bis zu etwa 0,75 % Qer enthalten.

Der erfindungsgemäße Stahl ist außerordentlich wertvoll in Form eines Stabes, einer Stange und eines Drahtes, der (die)

umfanrrreichoi Verarbeitungoperationen unterworfen werden l:ann,-vo:

609810/0825

- 26 - 2 B 3 5 h 1 ο

er (sie) eine gute Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Oxydation bei Temperaturen bis zu etwa 109 5° C (2OOO°F) zusammen mit einer guten Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung beibehält. Ein solcher bevorzugter Stahl besteht aus 0,25 bis 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 2,5 Gew.-% Mangan, 21 bis 30 Gew.-% Chrom, 2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,30 bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 Gew.-% Phosphor, bis zu 0,40 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen. Zur Erzielung einer optimalen mechanischen Festigkeit bei erhöhten Temperaturen sollte diese Zusammensetzung auf ein Maximum von etwa 0,45 Gew.-% Silicium beschränkt sein und sie kann Molybdän und/oder Wolfram, Niob oder Vanadin in den oben angegebenen Mengen enthalten. Ein solcher Stahl eignet sich für andere Anwendungszwecke als für die Verwendung von Motocventilen, wo eine maximale Betriebstemperatur innerhalb des Bereiches von etwa 1095 "bis etwa 1150⁰C (2000 bis 2100⁰F) erforderlich ist.

Der hier verwendete Ausdruck "Cer" umfaßt Cer, Mischungen von Seltenen Erdmetallen, die einen größeren Mengenanteil Cer enthalten, und Mischmetall.,

Zusammenfassend geht aus den vorstehenden Ausführungen hervor, daß der erfindungsgemäße Stahl und die daraus hergestellten Produkte eine Kombination aus einer ausgezeichneten Festigkeit, Härte, Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung bei erhöhter Temperatur, einer guten Beständigkeit gegen Bleioxidkorrosion und einer guten Spannungskorrosionsbeständigkeit im lösungsgeglühten Zustand aufweist. Die erfindungsgemäß bevorzugten Stähle weisen bei dem 100 Stunden-Luftoxydationstest, wie er vorstehend beschrieben worden ist, bei 815°C (I5OO F) insbesondere einen Gewichtsverlust von nicht mehr als 0,400 g/dm . auf und ihr Gewichtsverlust bei dem vorstehend

609810/082 5

■beschriebenen 90-10-Sulfidierungstest beträgt nicht mehr als

0,400 g/dm . Diese Stähle weisen außerdem Spannungsdehnungswerte für eine Streckung von 1 % innerhalb von 100 Stunden bei 815⁰C (150O⁰P) von mehr als 668 kg/cm (9500 psi) auf. Die besonders bevorzugten erfindungsgemäßen St^;ihle weisen bei dem 100 Stunden-Luftoxydationstest bei 81$⁰G (1500°F) einen Gewichtsverlust von nicht mehr als etwa 0,200 (bei 8?0^O0 (1600⁰F) von nicht mehr als etwa 0,500), in dem 90-10-Sulfidierungstest einen Gewichtsverlust von nicht mehr als 0,200 und einen Spannungsdehnungswert von mindestens etwa 773 kg/cm² (11000 psi) auf.

Bei der Beschränkung auf ein Maximum von 0,45 % Silicium weisen bevorzugte erfindungsgemäße Stähle einen Gewichtsverlust von

ο
nicht mehr als etwa 30 g/dm /Stunde auf, wenn sie einem Blei-

oxidkorrosionstest bei 9^3°C (1675⁰F) unterworfen werden.

Keine der bisher bekannten Legierungen erfüllt alle oben angegebenen Anforderungen. Darüber hinaus werden die Eigenschaften erfindungsgemäß mit einem Stahl erzielt, der in bezug auf seine Herstellungskosten mit den billigsten bekannten Materialien, die sich für die Ventile und Ventilteile von Dieselmotoren mit geringer Leistung eignen, konkurrenzfähig ist.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

f» 09810/0825

Claims

Pat entansprüche

1. Austenitischer rostfreier Stahl mit einer guten Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung bei Temperaturen von 595 bis 870°C und höher, dadurch gekennzeichnet, daß er besteht aus 0,20 bis 0,50 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 3,0 Gew.-% Mangan, 18 bis 35 Gew.-^ Chrom, 0,01 bis 15 Gew.-% Nickel, 0,30 bis 1,0 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,40 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im lösungsgeglühten Zustand vorliegt, weniger als 1 Vol.-% unlösliche Garbide enthält und eine gute Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in einer Halogen enthaltenden Umgebung aufweist und aus 0,25 bis 0,4-5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 2,5 Gew.~% Mangan, 21 bis 30 Gew.-% Chrom, 2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,35 bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 &ew.-%Phosphor_i höchstens 0,10 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen besteht.

3. Stahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu 0,75 Gew.-% Cer enthält.

4. Stahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 0,25 bis 0,45 Gew.~% Kohlenstoff, 0,01 bis 2,0 Gew.-% Mangan, 23 bis 26 Gew.-% Chrom, 4 bis 8 Gew.-% Nickel, 0,35 bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,04 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,03 Gew.-% Schwefel, höchstens 0,45 Gew.-% Silicium und zum Rest mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen aus Eisen besteht, wobei das Gewichtsverhältnis, von Stickstoff zu Kohlenstoff mindestens etwa 1:1 beträgt.

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5. Ventile und Ventilteile für Diesel- und Benzinmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellt sind, der bei 1150 bis 119O⁰C lösungsgeglüht und mit Wasser abgeschreckt worden ist, weniger als 1 Vol.-% -unlösliche Carbide enthält, eine ausgezeichnete Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Oxydation und Sulfidierung bei Temperaturen von 595 ^is 870 C und höher sowie eine gute Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in einer Halogen enthaltenden Umgebung aufweist und aus 0,25 bis 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 0,01 bis 2,5 Gew.-% Mangan, 21 bis 30 Gew.-% Chrom, 2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,35 "bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 Gew.-% Phosphor, höchstens 0,10 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen besteht.

6. Ventile und Ventilteile nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumgehalt des Stahls, aus dem sie bestehen, auf höchstens 0,45 Gew.-% beschränkt ist.

7. Ventile und Ventilteile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumgehalt auf höchstens 0,2 Gew.-% beschränkt ist.

8. Ventile und Ventilteile nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl, aus dem sie bestehen, bis zu 0,75 Gew.-% Cer enthält.

9. Ventile und Ventilteile nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stahl, aus dem sie bestehen, das Gewichtsverhältnis von Stickstoff zu Kohlenstoff etwa 1:1 beträgt.

10. Ventile und Ventilteile nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl, aus dem sie bestehen, bis zu 4 Gew.-% Molybdän enthält.

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11. Ventile und Ventilteile nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der S^ahl, aus dem sie "bestehen, bis zu 2 Gew.-% eines Elements aus der Gruppe Niob, Vanadin und Mischungen davon enthält.

12. Stange, Stab oder Draht aus einem austenitischen rostfreien Stahl,"der leicht verarbeitet werden kann und eine gute Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegen Oxydation bei Temperaturen bis zu etwa 1O95°C (2000⁰F) sowie eine gute ^ßpannungskorrosionsrißbeständigkeit im lösungsgeglühten Zustand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen besteht aus 0,25 bis 0,45 Gew.~% Kohlenstoff, 0,01 bis 2,5 Gew.-% Mangan, 21 bis 30 Gew.-% Chrom, 2 bis 10 Gew.-% Nickel, 0,30 bis 0,55 Gew.-% Stickstoff, höchstens 0,10 Gew.-% Phosphor, bis zu 0,40 Gew.-% Schwefel, höchstens 2 Gew.-% Silicium und zum Rest aus Eisen mit Ausnahme von zufälligen Verunreinigungen.

13· Stange oder Draht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumgehalt des Stahls auf einen Höchstwert von 0,45 Gew.-% beschränkt ist.

14. Spange oder Draht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bis zu 3 Gew.-% Wolfram enthält.

15· Stange oder Draht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bis zu 2 Gew.-% eines Elements aus der Gruppe Niob, Vanadin und Mischungen davon enthält.

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