DE2800444A1

DE2800444A1 - Legierter stahl

Info

Publication number: DE2800444A1
Application number: DE19782800444
Authority: DE
Inventors: Gunvant N Maniar; Thoni V Philip
Original assignee: Carpenter Technology Corp
Current assignee: Carpenter Technology Corp
Priority date: 1977-01-06
Filing date: 1978-01-05
Publication date: 1978-07-13
Also published as: FR2376903A1; GB1556626A; CA1080516A; FR2376903B1; US4036640A; DE2800444C2

Description

KRAUS & WEISERT ₂800U4

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCH EM IKER · D R.-ING. ANN EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/70 7077-79 7078 . TELEX O5-212156 kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1709/10 ΉΚ/rm

CARPENTER TECHNOLOGY CORPORATION Reading / USA

Legierter Stahl

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Die Erfindung betrifft allgemein einen legierten Stahl und insbesondere einen legierten Stahl mit ausgewogener Zusammensetzung, daß eine einzigartige Kombination von Zähigkeit, Duktilität und Härte erhalten wird.

Es sind schon legierte Stähle zur Verfügung gestellt worden, die eine gute Zähigkeit und Duktilität, kombiniert mit einer hohen Festigkeit, haben, doch lassen solche Legierungen noch viel zu wünschen übrig. So wird z.B. zur Erzielung einer maximalen Sekundärhärte, d.h. eines Härtungseffekts, der durch die Ausfällung von feinen Carbiden aus der martensitischen Matrix während des Anlassens erhalten wird, der Hersteller von Teilen dazu geführt, hohe Austenitisierungstemperaturen anzuwenden. Hierdurch kann zwar ein höherer Härtegrad erzielt werden, doch führt dies gewöhnlich zu nicht-annehmbaren groben Kornstrukturen in dem wärmebehandelten Teil. Die steigende allgemeine Verwendung von Vakuumwärmebehandlungsöfe.i ;:*ührt vermutlich zu einem häufigeren Auftreten des Problems von zu groben Körnern. Dies kann am besten veranschaulicht werden, wenn man einen bekannten Legierungsstahl des Typs A.I.S.I. M5O betrachtet, der 0,80% Kohlenstoff, 0,25% Mangan, 0,25% Silicium, 4,00% Chrom, 1,00% Vanadium, 4,50% Molybdän und zum Rest Eisen mit Ausnahme von erschmelzungsbedingten Verunreinigungen enthält, der zur Herstellung von Lagern verwendet wird. Um die Härte im wärmebehandelten Zustand auf einen Maximalwert zu bringen, und dauernd eine Minimalhärte bei Raumtemperatur von R 60 und eine Minimalheißhärte von R_c 45 bei 538⁰C (1000⁰F) zu erhalten, damit die Lebensdauer des Lagers erhöht wird, überschreiten die Hersteller von Lagern den zulässigen Austenitisierungstemperaturbereich von 1093 bis 1121⁰C (2000 bis 2050⁰F), wodurch eine überhitzte grobe Mikrostruktur resultiert, die spröde ist.

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- λλ 28004U

Eine zu starke Bildung von großen Körnern ist auch bei der Herstellung von Bändern für Blattsägen aus legiertem Stahl M50 aufgetreten, bei denen mindestens der Teil des Bands, der die Zähne bildet, eine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit haben muß. Es wurde zwar eine Raumtemperaturhärte von etwa R 60 bis 61 erhalten, doch mußte eine schlechte Bandlebensdauer in Kauf genommen werden, welche vermutlich auf das Vorhandensein von zu großen Körnern zurückzuführen ist.

Unter Berücksichtigung dieser Umstände wird nun gemäß der Erfindung ein legierter Stahl zur Verfügung gestellt, welcher, ausgedrückt in Gew.-?o, im wesentlichen aus etwa

Gew.-^

Kohlenstoff 0,5 bis 1,1

Mangan 0,10 bis <0,50

Silicium 0,10 bis <0,80

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän 2,5 bis 5,0

Vanadium 0,5 bis 2,0

Kobalt 0,5 bis 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

Aluminium bis 0,10

und zum Rest im wesentlichen aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei die Elemente der Legierung so ausgewogen sind, daß eine Legierung erhalten wird, welche durch Erhitzen bis auf etwa 1177°C (2150⁰F) unter Beibehaltung einer Snyder-Graff-Korngröße von 9 oder feiner härtbar ist und welche dazu imstande ist, zu einer Raumtemperaturhärte von mindestens etwa R_60 angelassen zu

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- * - h% 2800U4

werden, und die in ihrem wärmebehandelten Zustand im wesentlichen von zurückgehaltenen Austenit frei ist.

Die verbesserte Legierung wird vorzugsweise so ausgewogen, daß eine minimale Raumtemperaturhärte im wärmebehandelten Zustand von etwa R_ 60 bis R_ 64 bei guter Heißhärte und

Q C

guter Verschleißbeständigkeit erhalten wird.

Die in dem legierten Stahl vorhandenen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen können bis zu etwa 0,25% Schwefel, bis zu etwa 0,25/4 Phosphor, bis zu etwa 0,50% Nickel, bis zu etwa 0,35% Kupfer, bis zu etwa 0,15% Wolfram, bis zu etwa 0,04% Stickstoff und bis zu etwa 0,15% Titan einschließen.

Die Erfindung wird nachstehend näher erläutert.

In dem erfindungsgemäßen legierten Stahl ist ein Minimum von 0,5% Kohlenstoff erforderlich, damit die erforderliche minimale Härte im wärmebehandelten Zustand von R_ 60 laufend erhalten wird. An dieser Stelle und in der gesamten Anmeldung soll unter "Härte im wärmebehandelten Zustand" ein Material verstanden werden, das austenitisiert, abgeschreckt und angelassen worden ist. Um die Kombination einer Härte von mindestens R_ 60 mit einer guten Zähigkeit und Duktilität zu erhalten, wird nicht mehr als 0,70% Kohlenstoff verwendet. Der Kohlenstoffgehalt sollte jedoch besser auf nicht mehr als 0,65% beschränkt sein. Zur Erzielung bester Ergebnisse hinsichtlich des Erhalts einer hohen Härte, kombiniert mit einer guten Zähigkeit, werden 0,53 bis 0,60% Kohlenstoff bevorzugt. Wenn andererseits eine hohe Härte für ein gutes Schneidverhalten und eine gute Verschleißfestigkeit gewünscht werden, wie es beispielsweise bei Bändern für Bandsägen der Fall ist, dann ist eine Minimalmenge von 0,75%,

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vorzugsweise 0,82 bis 0,90%, Kohlenstoff erforderlich, um eine minimale Härte im wärmebehandelten Zustand von R_c 63 bei Raumtemperatur zusammen mit einer guten Verschleißbeständigkeit und einer noch annehmbaren Zähigkeit und Duktilität zu erhalten.

Mangan ist ein bevorzugtes Desoxidationsmittel, das zur Herstellung des erfindungsgemäßen legierten Stahls verwendet wird. Da etwas zurückgehaltenes Mangan zu der Härtbarkeit dieser Zusammensetzung beiträgt, ist eine minimale Menge von etwa 0,10%, jedoch weniger als 0,50%, vorzugsweise 0,15 bis 0,45%, vorhanden, um eine vollständige Desoxidation und die gewünschte Härtbarkeit zu gewährleisten. Größere Mengen von Mangan sollen vermieden werden, da, wenn zu viel Mangan vorhanden ist, im voll wärmebehandelten Zustand zu viel Austenit, d.h. mehr als die zulässigen 10%, zurückgehalten werden. Wenn es notwendig ist, die Menge des zurückgehaltenen Austenits zu kontrollieren, dann wird die Manganmenge auf nicht mehr als 0,35% oder sogar nicht mehr als 0,25% begrenzt. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen legierten Stahls so innerhalb der angegebenen Bereiche ins Gleichgewicht gesetzt wird, daß ein Stahl erhalten wird, der hauptsächlich martensitisch ist, d.h. der im austenisierten und abgeschreckten Zustand etwa 75 bis 95% Martensit und nach dem Anlassen 90 bis fast 100% Martensit enthält.

Silicium ist in der Zusammensetzung in einer Menge von 0,10 bis weniger als 0,80% vorhanden. In Mengen von etwa 0,10 bis 0,40% wirkt Silicium in erster Linie als Desoxidationsmittel. Es trägt, wie Mangan_? zu der Härtbarkeit der Zusammensetzung bei. Für solche Zwe'cke werden 0,15 bis 0,30% Silicium bevorzugt. Wenn die vorhandene Siliciummenge auf ober-

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halb etwa O,30?o erhöht wird, dann wirkt insbesondere mit den größeren Kobaltmengen von etwa 3 bis 4%, die hierin in Betracht gezogen werden, das Silicium zunehmend als Härtungsmittel. Um laufend Härtewerte von mehr als R 63 in einem bei 552 C (1025⁰F) angelassenen Material zu erhalten, wird ein Minimum von 0,35°ό, vorzugsweise 0,40^, Silicium verwendet. Bei einem Siliciungehalt von etwa 0,35/a beträgt der für derart hohe Härtewerte erforderliche minimale Kobaltgehalt mindestens 2,755a und Molybdän sollte in einer Menge von etwa 4,25?o oder mehr vorhanden sein. Wie nachstehend näher erläutert werden wird, werden die Silicium-, Kobalt- und Molybdängehalte gemäß der Erfindung präziser eingestellt, um eine minimale Härte im wärmebehandelten Zustand von R 63 zu gewährleisten. Zu hohe Siliciumgehalte neigen dazu, bei der Warmformgebung Schwierigkeiten zu ergeben, beispielsweise Schmiederisse, Entkohlungen und Hammerschlag. Der Siliciumgehalt wird daher unterhalb 0,80?i, vorzugsweise bei nicht mehr als O,75/o, gehalten. Zur Erzielung bester Ergebnisse ist Silicium in einer Menge von 0,5 bis O,6$o vorhanden. Obgleich Silicium in Kengen von mehr als 0,3/S zu der Härte der erfindungsgemäßen Legierung beiträgt, trägt es in Abwesenheit der geforderten Mengen von Kobalt und Molybdän nicht zu einer Sekundärhärtung bei. Von den drei Elementen in der Legierung, nämlich Silicium, Kobalt und Molybdän, hat das Silicium Gewicht für Gewicht einen größeren Effekt auf die Sekundärhärte als Kobalt und Molybdän.

Chrom wird in einer Menge von etwa 3,5 bis 5,0% in erster Linie wegen seines Beitrags zur Härtbarkeit verwendet. Das Chrom wirkt auch in der Weise, daß es während des Anlassens ein Erweichen verzögert. In Mengen von mehr als 5% bringt das Chrom keine genügende Verbesserung mit sich, daß

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- 6r - Λ* 28004U

seine Kosten gerechtfertigt sind. Wenn zu hohe Hengen von Chrom verwendet werden, insbesondere wenn der Kohlenstoffgehalt in der Nähe des unteren Endes seines Bereiches liegt, dann kann es sogar zum Vorhandensein von unerwünschtem Ferrit führen. Um den gewünschten Grad der Härtbarkeit zu gewährleisten, wird vorzugsweise ein Minimum von 3,75% Chrom verwendet. Um die Kosten der Zusammensetzung zu begrenzen, wird ein Maximum von 4,5% oder noch besser von 4,25% bevorzugt.

Im Bereich von 0,5 bis 2,0% trägt das Vanadium zu einer Sekundärhärtung, einer hohen Härte und Verschleißbeständigkeit je nach der vorhandenen Menge bei. Wenn weiterhin die vorhandene Vanadiummenge ausreichend ist, daß eine Sättigung des bei der Austenitisierungstemperatur gebildeten Austenits gewährleistet wird, jedoch nicht größer ist als zur Bildung eines Minimums von Vanadiumcarbiden, wenn sich das Material im wärmebehandelten Zustand befindet, dann trägt das Vanadium signifikant zu der Sekundärhärtung bei, während das Material eine gute Zähigkeit und Duktilität beibehält. Zum Erhalt bester Zähigkeits- und Duktilitätseigenschaften darf der Kohlenstoffgehalt nicht über etwa 0,70%, der SiIiciumgehalt nicht über etwa 0,40%, der Molybdängehalt nicht über etwa 3,25% und der Kobaltgehalt nicht über etwa 2,75% iiinausgehen. Hierzu wird das Vanadium vorzugsweise auf nicht mehr als 0,8% oder noch besser auf nicht mehr als 0,7% begrenzt, jedoch können Mengen von bis zu etwa 1,0% verwendet werden. Wenn die höheren, hierin in Betracht gezogenen Mengen von Kohlenstoff, Silicium, Molybdän und Kobalt verwendet v/erden, um eine Härte im wärmebehandelten Zustand von R„ 63 oder mehr zu ergeben, dann kann das Vanadium in einer Menge von bis zu 2,0% in erster Linie wegen seines günstigen Effekts auf die Verschleißfestigkeit vorhanden sein.

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r - Ab 2800ΑΑΛ

Steigende Vanadiummengen, insbesondere von mehr als etwa 1,5/a, verschlechtern jedoch die Zähigkeit. Während das Vanadium zu einer weiteren Verschleißfestigkeit beitragen kann, wenn es in einer Menge von mehr als 2, OJo vorhanden ist, sind doch die resultierende Erhöhung der Kosten und die Verminderung der Zähigkeit nicht erwünscht. Zum Erhalt einer besten Kombination von Härte, Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit werden 0,9 bis 1,1% Vanadium bevorzugt.

Das Molybdän wirkt in dieser Zusammensetzung als starkes sekundäres Härtungsmittel. Für diesen Zweck wird 2,5 bis 5,0% Molybdän verwendet. Bekanntlich ist die Sekundärhärtung in legierten Stählen eine Erscheinung, die mit der Ausfällung von feinen Carbiden aus der martensitischen Matrix während des Anlassens einhergeht. Auch das Vanadium bildet solche Carbide. Andererseits bilden weder Silicium noch Kobalt selbst in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung Carbide. Nichtsdestoweniger bewirken sowohl Silicium als auch Kobalt durch einen derzeit nicht vollständig erklärten Mechanismus eine erhöhte Sekundärhärte. Bis zu einem gewissen Ausmaß können Molybdän und Vanadium ein gewisses Erhärten der festen Lösung ergeben, indem sie in Lösung gehen. Die Theorie, die derzeit am vernünftigsten zu sein scheint, ist diejenige, daß durch Verzögerung der Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs aus der Lösung heraus eine Verminderung der Geschwindigkeit der Carbidkerabildung und des Wachstums bewirkt wird.

Für eine minimale Härte im wärmebehandelten Zustand von R. 60 bei Raumtemperatur, kombiniert mit einer guten Zähigkeit und Duktilität, werden 2,5 bis 3,25?o Molybdän bevorzugt, besser noch 2,7 bis 3,1%, jedoch nicht mehr als bei

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der Austenitisierungstemperatur in Lösung aufgenommen werden, da - wie bei Vanadin - dann, wenn der Holybdängehalt über diejenige Menge erhöht wird, die bei der Austenitisierungstemperatur vollständig in Lösung aufgenommen werden kann, die Zähigkeit und die Duktilität verschlechtert werden. Wenn eine maximale Härte, d.h. mindestens ein R_c~Wert von 63 bei Raumtemperatur, gewünscht wird, dann werden 3,5 bis 5,0% Molybdän bevorzugt. Beste Ergebnisse können mit 4,0 bis 4,5% Molybdän erhalten werden. Es könnten zwar größere Mengen als 5,0% Molybdän in dieser Zusammensetzung verwendet werden, doch ist bei Mengen von mehr als 5,0% der Effekt des Molybdäns zu gering, als daß die zusätzlichen Kosten gerechtfertigt werden.

Kobalt trägt im Bereich von 0,5 bis 4,0% in erster Linie zu der Raumtemperatur- und Heißhärte im wärmebehandelten Zustand der Zusammensetzung bei. Da es die Zähigkeit und die Duktilität dieser Zusammensetzung verschlechtert, wenn es in Mengen von mehr als 2,75% vorhanden ist, ist der Gehalt an Kobalt vorzugsweise auf diese Menge begrenzt, wenn eine gute Zähigkeit und Duktilität anstelle einer maximalen Härte gewünscht werden. Kobalt verstärkt, wie Silicium, jedoch in einem etwas geringeren Ausmaß, die Sekundärhärte dieser Zusammensetzung und es trägt auch zu dem Härtewert bei, der im wärmebehandelten Zustand erhalten wird. Wenn der Kohlenstoffgehalt unterhalb etwa 0,7% liegt, dann sollte, um eine stetige Erhaltung der minimalen Härte von R^ 60 zu gewährleisten, der Kobaltgehalt nicht weniger als 1,25% betragen. Zur Erzielung einer besten Kombination von Eigenschaften werden 1,5 bis 2,5% Kobalt wegen seines Effekts auf die Zähigkeit und die Duktilität.und auch wegen seines Effekts auf die Härte der Zusammensetzung bevorzugt.

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Niob verleiht der Zusammensetzung einen einzigartigen Effekt, indem es eine feine Korngröße bei der Austenitisierungstemperatur kontrolliert und gewährleistet. Der Mechanismus, nach dem das Niob selbst bei derart hohen Austenitisierungstemperaturen, wie 1177°C (2150⁰F), das Kornwachstum beschränkt, ist derzeit noch nicht bekannt. Wenn jedoch mindestens 0,15% Niob vorhanden sind, dann gewährleistet es eine maximale Korngröße nach Snyder-Graff-Interzeptmessungen von 9. So viel wie 0,50?S Niob können verwendet werden. Wenn jedoch zu viel Niob verwendet wird, dann neigt es dazu, Kohlenstoff unter Bildung unerwünschter Carbide zu binden und die Matrix an diesem Element verarmen zu lassen. Für zweckmäßigste Ergebnisse werden 0,20 bis O_t3O°/o Niob oder so viel wie O,35°6 bei höheren Kohlenstoffgehalten bevorzugt.

Wenn das aus der erfindungsgemäßen Legierung herzustellende Produkt ein Schweißen erfordert, wie es beispielsweise bei zusammengesetzten Sägebändern mit einem zähnebildenden Teil, der aus dieser Zusammensetzung gebildet wird, und einem Unterlageteil, der aus einer anderen Zusammensetzung gebildet wird, die miteinander verschweißt werden sollen, der Fall ist, dann v/erden 0,04 bis 0,10% Aluminium wegen seines günstigen Effekts auf die Schweißbarkeit der Zusammensetzung eingeschlossen.

Über den breiten Bereich der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird leicht eine minimale Härte von R. 60 erhalten. Die folgende Beziehung kann dazu verwendet werden, um die erfindungsgemäße Zusammensetzung so ins Gleichgewicht zu bringen, daß stetig eine minimale Härte im wärmebehandelten Zustand von R 63 erhalten wird:

1 χ ?6Co + 13,3 x SoSi + 2,05 x ?oMo ^ 16

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Das bedeutet, daß die in Gew.-/S ausgedrückte Kobaltmenge plus die in Gew.-% ausgedrückte Siliciummenge multipliziert mit 13,3 plus die in Gew.-% ausgedrückte Molybdänmenge, multipliziert mit 2,05, nicht kleiner als 16 sein darf. Diese Beziehung gilt für praktische Zwecke, wenn der Siliciumgehalt mindestens 0,35% beträgt und der Molybdängehalt im Bereich von 3,5 bis 5,0% liegt. Diese Beziehung ist geeignet, um die erfindungsgemäße Zusammensetzung so ins Gleichgewicht zu bringen, daß Schneidwerkzeuge mit einer Kombination einer hohen Härte und Verschleißfestigkeit mit relativ niedrigen Kosten erhalten werden können. Eine bevorzugte Zusammensetzung für solche Produkte enthält ausgenommen erschmelzungsbedingte Verunreinigungen 0,82 bis 0,90% Kohlenstoff, nominal 0,85%, 0,15 bis 0,35% Mangan, nominal 0,25%, 0,5 bis 0,6% Silicium, nominal 0,55%, 3,75 bis 4,5% Chrom, nominal 4,0%, 4,0 bis 4,5% Molybdän, nominal 4,25%, 0,9 bis 1,1% Vanadium, nominal 1,0%. 1,5 bis 2,5% Kobalt, nominal 2,0%, 0,20 bis 0,35% Niob, nominal 0,25%, 0,04 bis 0,1% Aluminium, nominal 0,06%, und zum Rest im wesentlichen Eisen.

Andererseits enthält, beispielsweise im Falle von Heiß- und Kaltverformungsgesenken, z.B. von Gewindewalzbacken oder Lagern oder von Haterialien, die zur Herstellung von Lagern geeignet sind, zur Erzielung einer minimalen Härte von RJ50, kombiniert mit einer überragenden Zähigkeit und Duktilität, eine bevorzugte Zusammensetzung 0,53 bis 0,60% kohlenstoff, nominal 0,55%, 0,15 bis 0,35% Mangan, nominal 0,25%, 0,15 bis 0,30% Silicium, nominal 0,25%, 3,75 bis 4,5% Chrom, nominal 4,0%, 2,70 bis 3,10% Molybdän, nominal 3,0%, 0,7 bis 0,8% Vanadium, nominal 0,75%, 1,5 bis 2,5% Kobalt, nominal 2,0%, 0,20 bis 0,30% ITiob, nominal 0,25%,

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und zum Rest Eisen mit Ausnahme von erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. Es ist zu beachten, daß die erfindungsgemäße Legierung nicht nur eine minimale Raumtemperaturhärte von R 60, sondern auch eine Zerreißfestigkeit von 246 kp/mm (350 ksi) mit einer Dehnung von mindestens 3% und einer Einschnürung von mindestens 5% aufweist. Mit dieser Duktilität ist eine Izod-Zähigkeit (Vollstab) von mindestens 6,9 kpm (50 ft-lb) verbunden, wenn die Zusammensetzung so ins Gleichgewicht gesetzt worden ist, daß die Legierung 0,5 bis 0,70% Kohlenstoff, 0,10 bis<0,50% Mangan, 0,10 bis 0,40% Silicium, 3,5 bis 5,0% Chrom, 2,50 bis 3,25% Molybdän, 0,5 bis 1,095 Vanadium, 1,25 bis 2,75% Kobalt, 0,15 bis 0,50% Niob, bis zu 0,10% Aluminium und zum Rest Eisen, ausgenommen erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, enthält.

Der erfindungsgemäße legierte Stahl wird leicht geschmolzen und zu Blöcken gegossen und hierauf nach herkömmlichen Techniken verformt und bearbeitet. Das Schmieden wird bei einer maximalen Ofentemperatur von etwa 1150⁰C (etwa 2100⁰F), vorzugsweise 1120⁰C (2050⁰F), durchgeführt. Das Material wird bei einer Temperatur von etwa 845 bis 900⁰C (1550 bis 165O°F) geglüht und bei Temperaturen bis zu etwa 1175°C (2150⁰F) austenitisiert, wobei höhere Austenitisierungstemperaturen dazu neigen, eine Kornvergröberung zu bewirken. Vorzugsweise wird die Austenitisierung bei etwa 1150⁰C (2100⁰F) durchgeführt, wobei es auch notwendig ist, eine.zu niedrige Austenitisierungstemperatur zu vermeiden, um den vollen Sekundärhärtungseffekt zu erhalten. Das Material wird vorzugsweise mit Öl abgeschreckt und sodann bei etwa 525°C (975°F) oder höher je nach der gewünschten Härte angelassen. Bei den höheren, hierin in Betracht gezogenen Legierungszugaben wird eine Anlaßtemperatur von mindestens etwa 55O°C

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(1015⁰F) bevorzugt, um eine vollständige Zersetzung des Austenits zu gewährleisten.

Die folgenden Beispiele der erfindungsgemäßen Legierung wurden als Versuchs-VakuuminduktionsChargen mit 7,7 kg hergestellt und zu Blöcken mit folgender, in Gew.-?6 angegebener Zusammensetzung gemäß Tabelle I gegossen.

Tabelle I	Bsp. 2	Bsp. 3
Bsp. 1	0,83	0,87
0,55	0,26	0,24
0,21	0,46	0,62
0,17	3,93	3,96
4,01	4,24	4,24
2,99	1,02	1,01
0,76	1,99	2,90
2,02	0,32	0,32
0,24	—
0,05

Mn

Si

Cr

Mo

Co

Cb

Al

In jedem Falle war der Rest Eisen, ausgenommen erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Die Blöcke wurden bei einer Ofentemperatur von 1120⁰C (2050⁰F), erforderlichenfalls unter Wiedererhitzen, zu Stangen geschmiedet, die zur Bildung von Prüfkörpern geeignet waren. Die Vergütung wurde in der Weise durchgeführt, daß 4 h auf 843⁰C (155O°F) erhitzt wurde, sodann mit einer Geschwindigkeit von 11°C/h (20°F/h) auf 593°C (1100⁰F) abgekühlt wurde und anschließend an der Luft abgekühlt wurde. Die Austenitisierung erfolgte bei Beispiel 1 bei 1133°C (2080⁰F), bei Beispiel 2 bei 1177°C (2150⁰F) und bei Beispiel 3 bei 1149°C (2100⁰F).

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Jede Probe wurde 5 min lang in Salz erhitzt und sodann in Öl abgeschreckt. Die Prüfkörper des Beispiels 1 wurden angelassen, indem sie 2 h auf 538°C (100O⁰F) erhitzt wurden, in Luft abgekühlt wurden und sodann 2 h auf 524°C (975°F) erhitzt und schließlich in Luft abgekühlt wurden. Die Prüf körper der Beispiele 2 und 3 wurden angelassen, indem sie zwei 2-h-Perioden auf 552°C (1025⁰F) erhitzt wurden und so dann in Luft abgekühlt wurden. In Tabelle II sind die Ergebnisse der Härtemessungen und der Snyder-Graff-Interzept korngrößenbeStimmungen zusammengestellt.

Tabelle II

Härte, wie Härte, wie Snyder-Graff- Härte, wie geglüht abgeschreckt Korngröße angelassen

63	11,	2	59,7
62	11,	1	64
__	13,	3	64

Bsp. 1 88

Bsp. 2

Bsp. 3 96

Die Härtemeßwerte sind die Mittelwerte von fünf Tests. Im Falle der Härte im angelassenen Zustand von Beispiel 1 ist zu beachten, daß die Prüfkörper bei 1138°C (20SO⁰F) austenitisiert worden sind. Wenn sie jedoch bei 1163°C (2125°F) austenitisiert worden wären, dann würde die gemessene Härte R_ 60 oder mehr bei einer Snyder-Graff-Korngröße von mindestens 9 gewesen sein. Weiterhin unterscheidet sich wegen unvermeidbarer Versuchsfehler eine Härte von R_ 59,7 nicht signifikant von einer Härte von R 60.

Prüfkörper für die Zsrreißfestigkeit bei Standardraumtemperatur des Beispiels 1 wurden getestet. Es wurde eine Zerreißfestigkeit von 253,8 kp/mm (361 ksi) mit einer durch-

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schnittlichen Dehnung (2 Tests) von 4,7/* und einer durchschnittlichen (2 Tests) Einschnürung von 12,350 erhalten. Die Zähigkeit, gemessen mit 3 Vollstsb-Izod-Prüfkörpern des Beispiels 1, ergab einen Mittelwert von 10,4 kpm (75 ft-lb). Die Hochtemperaturhärte der Prüfkörper des Beispiels 1 wurde ebenfalls gemessen. Es vrurde gefunden, daß sie bei 482°C (900⁰F) R_c 52,8 war, bei 53S⁰C (1000⁰F) R_c 50 war und bei 593°C (1100⁰F) R 47,5 war.

Der erfindungsgemäße legierte Stahl ist besonders gut dazu geeignet, um Teile herzustellen, die eine hohe Zähigkeit, Duktilität und Härte haben müssen.

Somit ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung ein Material- und/oder Bauteil, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einem legierten Stahl besteht, der im wesentlichen ausgedrückt in Gew.-%, aus etwa

Gew.-%

Kohlenstoff 0,5 bis 1,1

Mangan 0,10 bis < 0,50

Silicium 0,10 bis < 0,80

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän 2,5 bis 5,0

Vanadium 0,5 bis 2,0

Kobalt 0,5 bis 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

Aluminium -bis 0,10

und zum Rest im wesentlichen "aus Eisen und erschmelzungsbe-

dingten Verunreinigungen besteht, wobei die Elemente der

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Legierung so ausgewogen sind, daß eine Legierung erhalten wird, welche durch Erhitzen Ms auf etwa 1177°C (2150⁰F) unter Beibehaltung einer Snyder-Graff-Korngröße von 9 oder feiner härtbar ist und welche dazu imstande ist, zu einer Raumtemperaturhärte von mindestens etwa R_ 60 angelassen zu werden, und die in ihrem wärmebehandelten Zustand im wesentlichen von zurückgehaltenen Austenit frei ist.

Bevorzugte Beispiele für solche Material- und Bauteile sind Lager, die ein Element für eine Drehbewegung tragen können, und Sägebänder.

Ein erfindungsgemäßes Lager ist beispielsweise in Figur 1 dargestellt, während die Figur 2 ein erfindungsgemäßes Band, beispielsweise für Bandsägen, darstellt.

Die hierin verwendeten Ausdrücke dienen lediglich zur Beschreibung und nicht zur Beschränkung. Durch die Anwendung dieser Bezeichnungen sollen keinerlei Äquivalente der hierin beschriebenen Merkmale oder ihrer Teile davon beabsichtigt werden. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Modifikationen innerhalb des Rahmens der hierin beanspruchten Erfindung möglich sind.

Ende der Beschreibung.

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Claims

PATE NTANWÄLTE DR. WAUTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER ■ DR.-IN G. AN N EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON O89/797O77-79 7O 78 . TELEX O5-212156 kpat d TELEGRAMM KRAUSPATENT Patentansprüche

1. Legierter Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß er, ausgedrückt in Gew.-?a, im wesentlichen aus etwa

Gew. -%

Kohlenstoff 0,5 bis 1,1

Mangan 0,10 bis <0,50

Silicium 0,10 bis <0,80

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän 2,5 bis 5,0

Vanadium 0,5 bis 2,0

Kobalt 0,5 bis 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

Aluminium bis 0,10

und zum Rest im wesentlichen aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei die Elemente der Legierung so ausgewogen sind, daß eine Legierung erhalten wird, welche durch Erhitzen bis auf etwa 1177°C (2150⁰F) unter Beibehaltung einer Snyder-Graff-Korngröße von 9 oder feiner härtbar ist und welche dazu imstande ist, zu einer Raumtemperaturhärte von mindestens etwa R 60 angelassen zu werden, und die in ihrem wärmebehandelten Zustand im wesentlichen von zurückgehaltenem Austenit -frei ist.

2. Legierter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu etwa O,7O?o Koh-

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ORlGlNAl. I

lenstoff und mindestens etwa 1,25% Kobalt enthält.

3. Legierter Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß er 0,10 bis 0,40% Silicium enthält.

4. Legierter Stahl nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,5 bis 1,0% Vanadium enthält.

5. Legierter Stahl nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er 3,75 bis 4,5% Chrom enthält.

6. Legierter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er etwa

Gew.-95

Kohlenstoff 0,5 bis 0,70

Mangan 0,15 bis 0,30

Silicium 0,10 bis 0,40

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän 2,50 bis 3,25

Vanadium 0,5 bis 0,8

Kobalt 1,25 bis 2,75

Niob 0,15 bis 0,50

enthält, wobei der legierte Stahl so ins Gleichgewicht gesetzt worden ist, daß er eine Zerreißfestigkeit von mindestens etwa 246 kp/mm (350 ksi) bei einer minimalen Dehnung von 3% in eine:*- dem vierfachen Durchmesser gleichen I-leßlänge und eine minimale Einschnürung von 5% sowie eine minimale Vollstab-Izod-Zähigkeit von 6,9 kpm (50 ft-lb) hat.

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Gew.- -!S bis 0,60 0,53 bis 4,5 3,75 bis 3,10 2,70 bis 0,3 0,7 bis 2,5 1,5 Ms 0,30 0,20

7. Legierter Stahl nach Anspruch 6, dadurch ken nzeichnet, daß er etwa

Kohlenstoff Chrom Molybdän Vanadium Kobalt Niob

enthält.

S. Legierter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er mindestens etwa 0,75% Kohlenstoff, mindestens etwa 0,35?ό Silicium und mindestens etwa 0,7/a Vanadium enthält.

9. Legierter Stahl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens etwa 3,5?ά Molybdän enthält.

10. Legierter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er etwa

Gew.-S$

Kohlenstoff 0,75 bis 1,1

Mangan 0,10 bis < 0,50

Silicium - 0,35 bis 0,75

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän ' 3,5 bis 5,0

Vanadium 0,7 bis 2,0

Kobalt 0,5 bis 4,0

Iliob 0,15 bis 0,50

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enthält, wobei der legierte Stahl so ins Gleichgewicht gesetzt worden ist, daß er eine Raumtemperaturhärte von mindestens etwa R_ 63 hat.

11. Legierter Stahl nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß er etwa

Gew.-%

Kohlenstoff 0,82 bis 0,90

Mangan 0,15 bis 0,35

Silicium 0,5 bis 0,6

Chrom 3,75 bis 4,5

Molybdän 4,0 bis 4,5

Vanadium 0,9 bis 1,1

Kobalt 1,5 bis 2,5

Niob 0,20 bis 0,35

enthält, wobei der legierte Stahl eine Raumtemperaturhärte im wärmebehandelten Zustand von mindestens etwa R_ 63 hat.

12. Legierter Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er etwa

Kohlenstoff 0,75 bis 1,10

Mangan 0,10 bis <0,50

Silicium 0,35 bis <0,80

Chrom 3,5 bis 5,0 Molybdän - 3,5 bis 5,0

Vanadium 0,7 bis 2,0

Kobalt ' 0,5 bis 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

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enthält, wobei die Elemente Kobalt, Silicium und Molybdän so ins Gleichgewicht gesetzt worden sind, daß der Beziehung

1 χ ?dCo + 13,3 x JiSi + 2,05 χ % Mo f 16

genügt wird, und daß der legierte Stahl eine Raumtemperaturhärte im vrärmebehandelten Zustand von mindestens R 63 hat.

13. Legierter Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß er, ausgedrückt in Gew.-?S, im wesentlichen aus etwa

Gew.-%

Kohlenstoff 0,5 bis 1,1

Mangan 0,10 bis <.0,50

Silicium 0,10 bis <0,80

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän 2,5 bis 5,0

Vanadium 0,5 bis 2,0

Kobalt 0,5 bis 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

Aluminium 0,04 bis 0,10

und zum Rest im wesentlichen aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei die Elemente der Legierung so ausgewogen sind, daß eine Legierung erhalten wird, welche durch Erhitzen bis auf etwa_1177°C (2150°F) unter Beibehaltung einer Snyder-Graff-Korngröße von 9 oder feiner härtbar ist und welche dazu imstande ist, zu einer Raumtemperaturhärte von mindestens etwa R„ 60 angelassen zu

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v/erden, und die in ihrem v/ärmebehandelten Zustand im wesentlichen von zurückgehaltenem Austenit frei ist.

14. Verwendung eines legierten Stahls, der, auf das Gewicht bezogen, im wesentlichen aus

Kohlenstoff 0,5 bis 1,1

Mangan 0,10 bis -< 0,50

Silicium 0,10 bis < 0,80

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän 2,5 bis 5,0

Vanadium 0,5 bis 2,0

Kobalt 0,5 bis 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

Aluminium bis 0,10

und zum Rest im wesentlichen aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, zur Herstellung von Teilen, wie Lagern, einteiligen Sägebändern und geschweißten zusammengesetzten Sägebändern, die eine einzigartige Kombination von Zähigkeit, Duktilität und Härte erfordern.

15. Lager zum Tragen eines Elements für eine Drehbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Legierung besteht, die im wesentlichen, in Gew.-?o ausgedrückt, aus

Kohlenstoff _% 0,5 bis 1,1

Mangan 0,10 bis < 0,50

Silicium 0,10 bis <0,80

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Chrom 3,5 Ms 5,0

Molybdän 2,5 Ms 5,0

Vanadium 0,5 bis 2,0

Kobalt 0,5 Ms 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

Aluminium bis 0,10

und zum Rest im wesentlichen aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei die Elemente der Legierung so ausgewogen sind, daß eine Legierung erhalten wird, welche durch Erhitzen bis auf etwa 1177°C (2150⁰F) unter Beibehaltung einer Snyder-Graff-Korngröße von 9 oder feiner härtbar ist und welche dazu imstande ist, zu einer Raumtemperaturhärte von mindestens etwa R^ 60 angelassen zu werden, und die in ihrem wärmebehandelten Zustand im wesentlichen von zurückgehaltenem Austenit frei ist.

16. Sägeband, dadurch gekennzeichnet , daß es aus einer Legierung besteht, die im wesentlichen, in GevT.-% ausgedrückt, aus

Kohlenstoff 0,5 bis 1,1

Mangan 0,10 bis < 0,50

Silicium 0,10 bis <0,80

Chrom 3,5 bis 5,0

Molybdän 2,5 bis 5,0

Vanadium 0,5 bis 2,0 Kobalt . 0,5 bis 4,0

Niob 0,15 bis 0,50

Aluminium · bis 0,10

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und zum Rest im wesentlichen aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, wobei die Elemente der Legierung so ausgewogen sind, daß eine Legierung erhalten wird, welche durch Erhitzen bis auf etwa 1177°C (2150⁰F) unter Beibehaltung einer Synder-Graff-Korngröße von 9 oder feiner härtbar ist und welche dazu imstande ist, zu einer Raumtemperaturhärte von mindestens etwa R^ 60 angelassen zu werden, und die in ihrem wärmebehandelten Zustand im wesentlichen von zurückgehaltenem Austenit frei ist.

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