DE2838108A1

DE2838108A1 - Nicht rostender stahl

Info

Publication number: DE2838108A1
Application number: DE19782838108
Authority: DE
Inventors: Martin Brendan Kilcullen
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2402007A1; BE869954A; IT7869029A0; JPS5443820A; FI782448A; GB1568616A

Description

Pa-ier.tanwälte Dipl.-I ng. C urt Wallach

Dipl.-Ing. 6ünther Koch

2838Ί08 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 3¹ · AUgUSt 1978

Unser Zeichen: 16 333 "

Anmelder: British Steel Corporation

Grosvenor Place
London, S.W.I.,
England

Bezeichnung: Nicht rostender Stahl

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Die Erfindung bezieht sich auf nicht rostende Stähle und insbesondere auf Chrom enthaltende hochfeste Stähle, die in erster Linie in der Bauindustrie Verwendung finden.

Es ist bekannt, daß das Vorhandensein von Chrom in Stählen den Korrosionswiderstand des Stahles verbessert. Ein bekannter nicht rostender Stahl, der unter dem Warenzeichen "COR-TEN" vertrieben wird, enthält Chrom in Mengen, die zwischen 0,3 und 1,25 Gew.-% schwanken, wobei die besten Eigenschaften mit einem höheren Chrom gehalt erhalten werden. Noch bessere Korrosionswiderstands-Eigenschaften werden jedoch mit einem noch höheren Chromgehalt, z.B. über 2,4 Gew.-^ erhalten. Über 5,0 Gew.-% Chrom jedoch wird der Stahl sehr kostspielig, so daß notwendigerweise ein Kompromiß gesucht werden muß, zwischen annehmbaren Korrosionswiderstands-Eigenschaften und annehmbaren Kosten und guten mechanischen Eigenschaften.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stahl zu schaffen, der diese obigen Eigenschaften erfüllt.

Gemäß der Erfindung weist der nicht rostende Stahl folgende Legierungsbestandteile in Gew.-^ auf: 0,02 % bis 0,25$ Kohlenstoff; 2,4 bis 5,0 % Chrom, 0,01# bis 0,11$ Phosphor; nicht mehr als 0,55 Gew.-^ Kupfer; 0,4# bis 1,5$ Mangan, 0,02$ bis 0,15$ Aluminium; 0,2# bis 0,8$ Silicium und fakultativ eines oder mehrere der Elemente Niob, Titan und Vanadium in Mengen bei Niob bis zu 0,15 Gew.-^, bei Titan bis zu 0,15 Gew.-%, bei Vanadium bis zu 0,20 Gew.-^, wobei Kombinationen dieser Elemente Niob, Titan und Vanadium 0,20 Gew.-% nicht überschreiten und wobei der Rest Eisen ist, abgesehen von zufälligen Verunreinigungen.

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Natürlich hat Kohlenstoff einen wichtigen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls, insbesondere im Hinblick auf die Zugfestigkeit, jedoch sollte der Kohlenstoffgehalt 0,25 Gew.-% nicht überschreiten und vorzugsweise sollte nicht mehr als 0,12 Gew.-% Kohlenstoff vorgesehen werden, wenn eine hohe Zähigkeit gefordert wird. Außerdem sollte jedoch der Kohlenstoffgehalt nicht unter 0,02 Gew.-% und vorzugsweise nicht unter 0,03 Gew.-% liegen.

Der Einfluß des Chroms auf die Korrosionsfestigkeit des Stahls ist bekannt und es hat sich gezeigt, daß Mengen zwischen 2,4 und 5*0 Gew.-% in besonderer Weise zweckmäßig sind. Um jedoch die Kosten des Stahls in vernünftigen Grenzen zu halten, liegt der Chromgehalt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 2,4 und 3,5 Gew.-%.

Es wurde außerdem gefunden, daß kleine Mengen Phosphor und Kupfer ebenfalls den Korrosionswiderstand des Stahls verbessern und der Phosphorgehalt liegt innerhalb eines Bereiches zwischen 0,01 und 0>11 Gew.-^, während der Kupfergehalt vorzugsweise nicht unter 0,05 Gew.-% liegen sollte, aber auch 0,35 Gew.-% nicht überschreiten sollte.

Mangan sollte im Stahl vorhanden sein, um eine Schwefelsprödigkeit zu verhindern, indem Mangansulfide gebildet werden, und vorzugsweise liegt der Mangangehalt in dem Bereich zwischen 0,4 und 1,1 Gew.-^.

Es hat sich außerdem gezeigt, daß ein Anteil von Aluminium in dem Bereich zwischen 0,02 und 0,15 Gew.-% die Korrosionsfestigkeit des Stahles verbessert, insbesondere wenn er in Mengen über Ο,Οβ Gew.-% vorhanden ist. In der Praxis ist es selten notwendig, daß der Aluminiumgehalt 0,09 Gew.-^ übersteigt, um einen genügenden Korrosionswiderstand zu erhalten.

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Silicium wirkt als allgemeines Entoxydationsmittel für den geschmolzenen Stahl und es wird gewöhnlich in einer genügenden Menge derart zugesetzt, daß der vergossene Stahl einen Siliciumgehalt besitzt, der in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,8 Gew.-% liegt.

Obgleich nicht von wesentlicher Bedeutung, so ergeben die Elemente Niob, Titan und Vanadium entweder getrennt oder in Kombination eine beträchtliche Festigkeitsverbesserung durch Aushärtung oder Kornvergütung. Dies ist erwünscht, wenn eine Kombination von hoher Festigkeit und Zähigkeit gefordert wird. Wenn einzeln vorhanden, dann sollte Niob und Titan 0,15 Gew.-% nicht überschreiten und es sollte nicht mehr als 0,20 Gew.-% Vanadium vorgesehen werden und wenn Kombinationen dieser Kornvergütungselemente oder Aushärtelemente vorhanden sind, dann sollte der Gesamtgehalt 0,20 Gew.-% nicht überschreiten.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt die Ergebnisse vergleichender Versuche einer atmosphärischen Korrosion an zwei Orten in Großbritannien mit 3 Prüflingen, nämlich einem Prüfling "A" aus Flußstahl, einem Prüfling "B" aus "COR-TEN"-Stahl und einem Prüfling "C" gemäß der erfindungsgemäßen Zusammensetzung (Tabelle I).

Ein Stahl ("C"), der die erfindungsgemäße Zusammensetzung gemäß der Tabelle I besitzt wurde in herkömmlicher Weise gegossen, um einen erstarrenden Block zu bilden. Der sich ergebende Block wurde dann heißgewalzt und auf einen runden Querschnitt von etwa 19mm Durchmesser in herkömmlicher Weise ausgewalzt. Dann wurde der Stahl den herkömmlichen Versuchen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften unterworfen, nachdem verschiedene Wärmebehandlungen durchgeführt wurden. Die Ergebnisse gewählter Bedingungen sind in Tabelle II dargestellt.

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TABELLE I

	Mi	Stahl "C'	Cr	in	S	Gewichtsprozent	Al	Mo	Cu	Ni	Sn
C	0,50	Sl	3,15	0,O44	P	0,088	0,05	0,30	0,10	0,028
0,12	0,25	0,105

TABELLE II

	Zugeigenschaften N/mm	Zugfestig-	Dehnung	Quer-	Charpy"V"
Behandlung	0,2# Dehn	; keit	% bei	schnitts-	te Stoß
	grenze		50mm	verminde-	energie
				rung %	^beo
					20 C ir
		634	25	61	Joul
1/2 Std.900°C	328				73
normalisiert
wie AC		567	32	73
wie oben, +	394				80
Temperung	(untere
1 Std.6OO°C	Streck
	grenze)	702	28	72
1/2 Std.9OO°C	600				23
Abschreckung
durch Oil und
getempert
1 Std.650°C

Um zu veranschaulichen, daß die erfindungsgemäße Zusammensetzung zur Benutzung in gewalztem Zustand geeignet ist, wurde ein Stahl

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ähnlich dem Stahl "C", aber mit weniger Kohlenstoffgehalt, der auf 0,085 Gew.-^ vermindert war, und mit einem Niob-Zusatz von 0,031 Gew.-^ Zugversuchen ausgesetzt und es ergaben sich Eigenschaften gemäß der Tabelle III. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Block zu einer Bramme ausgewalzt und einem Heißwalzverfahren ausgesetzt, bis eine Platte der Enddicke von 1J> mm erhalten wurde, wobei eine Endwalζtemperatur von 85O⁰C angewandt wurde. Die Platte wurde dann langsam abgekühlt, um das Verhalten der Platte bei wenigstens 25 mm Dicke zu simulieren.

TABELLE III

'. Zugeigenschaften, N/mm	Zugfestig keit	Dehnung in % bei 50mm	Querschnitts- verminderung#	Charpy'V absorbierte Stoßenergie bei 20⁰InJOUl
0,2$ Dehnungs- grenze	539	3I.7	7²UO	100
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Die obigen Eigenschaften sind vergleichbar mit Jenen herkömmlicher Baustähle, bei denen eine hohe Festigkeit erforderlich ist.

Im folgenden wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Die Zusammensetzung des Flußstahls "A" ist aus Tabelle IV ersichtlich.

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TABELLE IV

Flußstahl-Stahl "A" Zusammensetzung in Gew.-

C	P	Mn	Si	S
0,1	0,01	0,4	0,05	0,02

Die Zusammensetzung des COR-TEN Stahles - Stahl "B" ist in Tabelle V wiedergegeben.

TABELLE V

COR-TEN Stahl - Stahl "B" Zusammensetzung in Gew.-^

C	P	Mq	Si	S	Cr	Cu	Ni	0,11
0,1	0,085	0,3	0,32	0,033	0,55	0,45

In der Zeichnung ist die Korrosion als Eindring-Korrosion in Mikrometer ausgedrückt und sie wird erhalten, nachdem sie der Atmosphäre ausgesetzt war durch Bestimmung der Gewichtsverluste, die die Stahl-Prüflinge erlitten hatten, nachdem der Rost entfernt war.

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/to

In der Zeichnung war der mit "Ort I" bezeichnete Ort Battersea, London, wobei die relativen Korrosionsraten der Prüflinge in einer industriellen Umgebung aufgenommen werden konnten. Der Ort II war Rye in Sussex an der Küste gelegen, so daß sich eine Erfahrung der relativen Korrosionseigenschaften von Stählen in einer Meeresatmosphäre ergab.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß in allen Fällen der Stahl "C" am korrosionsbeständigsten war und bessere Eigenschaften als die beiden anderen Stähle besaß. Tatsächlich zeigte der Stahl "c" am Ort I nach 2,1 Jahren nur weniger als die Hälfte der Korrosion des Stahls "B" und im zweiten Jahr war die Korrosionsrate des Stahles "C" geringer als 1/4 von der des Stahls "B". Was das Aussehen der Stahl-Prüflinge nach dieser Zeit anbetrifft, (Ergebnisse aus der Zeichnung ersichtlich) so konnte beobachtet werden, daß der Stahl "C" einen kompakteren, gleichförmigeren und feinkörnigeren Rostfilm zeigte als die Stähle ¹¹A" und "B". Außerdem bestand nach ungefähr 2 Jahren, während der die Stähle der Korrosion ausgesetzt wurden, an beiden Orten ein beträchtlicher Unterschied zwischen dem Stahl "C" und den anderen Stahl-Prüflingen, die sich fast nicht voneinander unterschieden. Offensichtlich hat sich bei dem "B"-Stahlprüfling ein stabileren Rostfilm gebildet als bei den anderen Stahlprüflingen. Nach Entrosten der Oberfläche der gereinigten Prüflinge wurden diese unter dem Mikroskop betrachtet um Zeichen von Grübchenbildung bzw. Lochfraß festzustellen. Die Überprüfung ergab kein höheres Ausmaß an Grübchenbildung im Stahl "C" als bei den anderen Stählen.

In der Zeichnung nicht dargestellt sind Korrosions-Versuche die bei Stählen durchgeführt wurden, die dem Stahl ¹¹C" ent-

oder sprachen, weil diese Stähle 3 Jahre lang/mehr den Einflüssen ausgesetzt wurden wobei sich zeigte, daß während dieser ausgedehnten Perioden die Verbesserung des Korrosionswiderstandes

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der Stähle nach der Erfindung noch markanter wurde im Vergleich zu der Korrosion, die bei Flußstahl und COR-TEN Stahl während ähnlich langer Zeitperioden auftrat.

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Leerseite

Claims

Pal er. tan walte Dipl.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach 2f 38 1 0$ Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d Datum: 31 . AUgUSt 1978 Unser Zeichen: 16 333 - Patentansprüche

1. Nicht rostender Stahl,der Kohlenstoff, Chrom, Phosphor, Mangan, Aluminium und Silicium enthält, dadurch, gekennzeichnet, daß er folgende Legierungsbestandteile enthält, die in Gewichtsprozenten angegeben sind: Kohlenstoff 0,02$ bis 0,25$j Chrom 2,4$ bis 5,0$, Phosphor von 0,01$ bis 0,11$, Mangan 0,4$ bis 1,5$, Aluminium 0,02$ bis 0,15$, Silicium 0,2$ bis 0,8$ und daß außerdem Kupfer in einer Menge von nicht mehr als 0,55 Gewichtsprozent vorhanden ist, während der Rest von Eisen und zufälligen Verunreinigungen gebildet wird.

2. Stahl nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl fakultativ eines oder mehrere der Elemente von Niob, Titan und Vanadium in folgenden Gewichtsprozenten enthält: Niob bis zu 0,15 Gewichtsprozeni Titan bis zu 0,15 Gewichtsprozent, Vanadium bis zu 0,20 Gewichtsprozent und Kombinationen von mehr als einem dieser Elemente Niob, Titan und Vanadium bis zu 0,20 Gewichtsprozent.

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3. Stahl nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,03 und 0,12 Gewichtsprozent liegt.

4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt zwischen 2,4 und 3*5 Gewichtsprozent liegt.

5. Stahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphorgehalt zwischen 0,01 und 0,11 Gewichtsprozent liegt.

6. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupfergehalt zwischen 0,5 und 0,35 Gewichtsprozent liegt.

7. Stahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mangangehalt zwischen 0,4 und 1,1 Gewichtsprozent liegt.

8. Stahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt zwischen 0,06 und 0,09 Gewichtsprozent liegt.

9. Stahl nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumgehalt zwischen 0,2 und 0,8 Gewichtsprozent liegt.

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