DE2851274A1 - Chromhaltiges metallpulver - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Gurt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch 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. 27. November 1978

Unser Zeichen: 16 448 - K/Ap

Anmelder: British Steel Corporation

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

Bezeichnung: Chromhaltiges Metallpulver

909822/081S

Die Erfindung bezieht sich auf chromhaltige Metallpulver und auf Verfahren zur Herstellung derartiger Pulver, und auf Produkte, die aus derartigen Pulvern hergestellt sind.

Es ist bekannt, Metallpulver durch Wasseratomisierungsverfahren zu erzeugen. Gewisse Eigenschaften von gesinterten Erzeugnissen, die aus solchen Pulvern hergestellt wurden, haben sich jedoch bisher nicht als gleichwertig mit solchen Produkten erwiesen, die aus Pulvern hergestellt wurden, die durch Hämmern oder derartiges Zerkleinern hergestellt wurden. Dies trifft insbesondere für rostfreie und wärmefeste Stähle zu, wo Oxide, die während des Wasseratomisierungsverfahrens erzeugt werden, in schädlicher Weise sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch den Korrosionswiderstand der Stähle beeinträchtigen. Es ist auch bekannt, daß zahlreiche Chromstahl-Komponenten einer "Schweißentartung" ausgesetzt sind, wenn nicht der Kohlenstoff und/oder der Stickstoff, der im Stahl vorhanden ist, durch geeignete Zusätze zur Schmelze stabilisiert wird, wobei diese Zusätze Karbide oder Nitride bilden, und beispielsweise aus Aluminium, Titan, Tantal oder Niob bestehen können. Die "Schweißentartung" rührt von einer Ausfällung von Chromkarbiden und/oder Chromnitiriden in der Wärme beeinflußten Zone der Schweißung her. Eine Anreicherung von Chrom in der Matrix, die den Niederschlag umgibt, führt zu einer schnellen lokalisierten Korrosion.

Das Vorhandensein gewisser Karbide und Nitride bildender Elemente, z.B. Titan und Aluminium in einer Schmelze erzeugt einen relativ hohen Oxidgehalt in den metallischen Produkten, die aus Pulvern hergestellt werden, welche aus einer solchen Schmelze erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein chromhaltiges, durch Wasser atomisiertes Pulver zu schaffen, welches in

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günstiger Weise gegen eine "Schweißentartung" stabilisiert ist und aus dem Metallprodukte hergestellt werden können, die einen geringen Oxidgehalt besitzen. Derartige Pulver weisen sowohl Chromstahl als auch chromhaltige Legierungspulver auf.

Gemäß der Erfindung ist das durch Wasser atomisierte Metallpulver, welches frei von Titan und Aluminium ist, durch Niob oder Tantal stabilisiert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt diese metallische Erzeugnisse, die aus einem chromhaltigen, durch Wasser stabilisierten Metallpulver hergestellt sind, welches frei von Titan und Aluminium ist, und durch Niob oder Tantal stabilisiert wurde.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht ein Verfahren zur Erzeugung metallischer Produkte darin, ein durch Wasser atomisiertes Metallpulver, welches frei ist von Titan und Aluminium und welches durch Niob oder Tantal stabilisiert wurde, zu verdichten, um einen verdichteten Körper zu erzeugen, der später gesintert wird. Der Sintervorgang wird vorzugsweise in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht ein Verfahren zur Erzeugung eines Stahlbandes darin, ein durch Wasser atomisiertes Pulver aus Chromstahl, der von Titan und Aluminium frei ist und durch Niob oder Tantal stabilisiert wurde, durch den Walzspalt einer Verdichtungswalze zu schicken, um ein Rohband zu erzeugen, welches anschließend gesintert wird. Vorzugsweise erfolgt der Sintervorgang in einer reduzierenden Atmosphäre. Nach dem Sintervorgang kann das Band einer oder mehreren Walzstufen unterworfen werden, und es kann einmal oder mehrmals geglüht werden.

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Ein spezielles chromhaltiges Stahlpulver, welches gemäß der Erfindung erzeugt wird, besteht aus der folgenden Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): Bis zu 0,2$ C, zwischen 0,5 und 2% Si, bis zu 1% Mn, zwischen 10 und 30$ Cr, bis zu 25$ Ni, entweder zwischen 0,05 und 1% Nb oder zwischen 0,10 und 2fo Ta, oder einer Kombination von Nb und Ta, welche einen stoichiometrischen Äquivalenzwert zwischen 0,5 und 1% Nb ergibt, bis zu 5% Mo, bis zu 1% V, bis zu 2% Cu und zwischen 0,05 und 0,25$ O₂, wobei der Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen ist.

Ein Ferrit-Stahlpulver, welches gemäß der Erfindung erzeugt wird, kann aus einer Zusammensetzung bestehen, welche die folgenden Gewichtsprozentsbereiche umfaßt:

Bis zu 0,2$ C, zwischen 1 und 2% Si, bis zu 1% Mn, zwischen 10 und 20# Cr, bis zu 5# Ni, zwischen 0,10 und 1% Nb, bis zu 5# Mo, bis zu 1% V, bis zu 2% Cu, zwischen 0,1 und 0,2$ Op, wobei der Rest Eisen und zufällige Verunreinigung ist.

Ein austenitisches Stahlpulver, welches gemäß der Erfindung erzeugt wurde, kann aus einer Zusammensetzung bestehen, die die folgenden Bereiche in Gewichtsprozenten umfaßt: Bis zu 0,2# C, zwischen 1 und 2% Si, bis zu 1% Mn, zwischen 10 und 20# Cr, zwischen 5 und 25$ Ni, zwischen 1,01 und 1% Nb, bis zu 5# Mo, bis zu \% V, bis zu 2% Cu, zwischen 0,1 und 0,2# Op, wobei der Rest von Eisen und zufälligen Verunreinigungen gebildet ist.

Ein chromhaltiges Legierungspulver auf Nickelbasis gemäß der Erfindung weist eine Zusammensetzung auf, die folgende Bereiche in Gewichtsprozenten umfaßt:

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Bis zu 0,1$ C, bis zu 1$ Si, bis zu 35$ Ni, bis zu 23$ Cr, bis zu 0,75$ Cu, wobei der Rest von Eisen und zufälligen Verunreinigungen gebildet ist.

Die nachstehend beschriebenen Beispiele veranschaulichen verschiedene Merkmale der Erfindung.

Mehrere Stahlpulver aus rostfreiem Stahl oder aus wärmefestem Stahl wurden durch Wasseratomisierungsverfahren erzeugt. Die Zusammensetzungen dieser Pulver sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Pulver A bis I sind durch Niob stabilisierte Pulver gemäß der Erfindung, während die Pulver J und K Pulver darstellen, die mit Titan stabilisiert wurden, während das Pulver L ein nicht stabilisiertes Pulver ist.

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TAHELIE

Pulver-Nr. C

Zusammensetzung der durch Wasser atomisierten Pulver Zusammensetzung in Gew.-^

Si Mn Cr Ni

Ti

Nb 0,

Andere Bestandteile Kommentare

0.11 1.05 0.16 17.4 10.4

0.84 0.18

0.1* 1.55 0.17 17.4 11.4

0.82 0.15

Buroh Nb stabilisierter austenitischer rostfreier Stahl

Durch Nb stabilisierter austenitlscher rostfreier Stahl

C	0.033	1.52	0.39	11.	92 0.1b	Ο.34	0.14	Durch Nb stabili sierter ferritischer rostfreier Stahl
wD	0.018	1.24	0.34	11.	,85 -	0.12	0013	Durch Nb stabili- . sierter ferritischei' rostfreier Stahl
E	0.018	1.42	0.41	12.	10	0.25	0.13	Durch Nb stabili sierter ferritischei rostfreier Stahl
F	0.07	1.47	0.30	15	.9 -	Ο.62	0.135	Durch Nb stabili sierter ferritischer rostfreier Stahl

Pulver-Nr.

Si

Mn Cr Ni Ti

Nb

Andere Be-

standteile Kommentare

N5 OO

cn ro

.05 1.47 0.^4 16.3

0.21 0.135

Durch Nb ^ lisierter ferritischer rostfreier Stahl

H	0.18	1.09	0.19	11.0	1.7	O.45 0.14	0 0	.86 .55	Mo V	Durch Nb stabili sierter wärme- fester Stahl
I	0.01	1.38	0.32	12.0	7.8	0.35 0.125	1 1	.55 .79	Mo Cu	Durch Nb stabili sierter wärme fester Stahl
J	0.13	1.01	0.13	17.1	11.95	0.53 - 0.54		—		Durch Ti stab, austenit.rost freier Stahl
K	0.11	1.53	0.14	17.2	10.5	0.42 - 0.46				Durch Ti stab, austen.rost freier Stahl
L	0.04	1.65	0.2	13.3	-	- 0.135		■-		Nichtstabilisier- ter ferritischer rostfreier Stahl

β m Ti E O

A*

Aus der Tabelle 1 ergibt sich, daß die beiden durch Titan stabilisierten Pulver J und K einen relativ hohen Oxidgehalt aufweisen: 0,54 Gew.-% bzw. O₅46 Gew.-^. Der Grund dafür liegt darin, weil während der Wasseratomisierung Titan oxydiert und Titanoxid bildet, welches nicht reduzierbar ist. Demgemäß führt die Benutzung von Titan zur Stabilisierung von Kohlenstoff zur Vermeidung von Schweißentartungen zu einem hohen Restoxidgehalt im Pulver und bei jedem Gegenstand, der aus einem solchen Pulver erzeugt wurde.

In gleicher Weise würde ein durch Aluminium stabilisiertes Pulver einen relativ hohen Oxidgehalt aufweisen, und zwar aus den gleichen Gründen wie die oben für das mit Niob stabilisierte Pulver angegeben. Demgemäß würde die Benutzung von Aluminium zur Stabilisierung von Stickstoff zum Zwecke der Vermeidung von Schweißentartungen auch zu einem hohen Restoxidgehalt im Pulver und damit in den mittels des Pulvers erzeugten Gegenständen führen.

Die mit Niob stabilisierten Pulver A bis I haben jedoch alle einen relativ niedrigen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,2 Gew.-#,und mit Ausnahme des Pulvers A enthalten sie 0,15 Gew.-^ Sauerstoffgehalt oder weniger. Der Sauerstoffgehalt des Pulvers C ist gleich dem des niobfreien Äquivalents (Pulver L), was anzeigt, daß der Zusatz von Niob zu der Schmelze keinen wesentlichen Einfluß auf den Sauerstoffgehalt des Pulvers hat. Das gleiche gilt für Tantal. Wenn Presslinge aus unstabilisiertem, im Wasser atomisierten Pulver gesintert werden, dann findet eine Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff statt, der im Pulver enthalten ist, und es bildet sich Kohlenmonoxid. Diese Reaktion hat einen wichtigen Einfluß insofern, als der Sauerstoffgehalt des Produktes reduziert wird, wodurch sich gute mechanische Eigenschaften und ein guter Korrosionswiderstand ergeben, so daß man Erzeugnisse mit relativ niedrigem

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Kohlenstoffgehalt herstellen kann.

Nur Karbide und Nitride bildende Elemente, die diese Reduktionsreaktion nioht unterdrücken, können infolgedessen benutzt werden, um stabilisierte gesinterte Stahlerzeugnisse herzustellen, die einen niedrigen Sauerstoffgehalt und einen niedrigen Kohlenstoffgehalt besitzen (d„h. einen Sauerstoffgehalt und bzwo einen Kohlenstoffgehalt mit weniger als jeweils 0,05 Gew.-$), und diese besitzen ähnliche mechanische Eigenschaften und eine ähnliche Korrosionsfestigkeit wie Sintererzeugnisse, die aus gemahlenen Pulvern hergestellt sind»

Die folgende Tabelle 2 zeigt die Änderung von Kohlenstoffgehalt und Sauerstoffgehalt, die beobachtet wurde- während der Sinterung von zwei mit Niob stabilisierten Pulvern.

Tabelle 2

Reduktion von Sauerstoff und Kohlenstoff während des Sintervorgangs

Pulver Nr. Pulver-Zusammensetzung Zusammensetzung des

gesinterten Erzeugnisse

	C	°2	C	°2
G	0.033	0.14	0.003	0.10
H	0.18	. 0.14	0.088	0.04

Das Pulver H wurde in einer Form verdichtet, um einen Preßling zu erzeugen, der in einer Atmosphäre gesintert wurde, die

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- -te- -

80$ Argon und 20$ Sauerstoff enthielt, und eine Temperatur von 1350^oG hatte. Der Sintervorgang dauerte 3 Hinuten. V/ährend des Sintervorganges reduzierte sich der Sauerstoffgehalt von 0,14 auf 0, 04 Gew.-^, und der Kohlenstoffgehalt von 0,18 auf O,Oj5;5

Das Pulver G wurde dem Quetschspalt zweier Verdichtungswaisen zugeführt, um ein Rohband zu erzeugen, das dann in einer Atmosphäre gesintert wurde, die 80$ Argon und 20$ Wasserstoff enthielt. Der Sintervorgang wurde beL 1350⁰C 3 Minuten lang durchgeführt. Während des Sintervorganges verminderte sich der Sauerstoffgehalt des Rohbandes von 0,14 auf 0,10 und der Kohlenstoffgehalt von0,0;5i auf 0,00j5 #

Aus diesen beiden Beispielen ergibt sich, daiJ Niob die- Kohlenstoff/Sauerstoff-Reaktion während des Sintervorganges nicht unterdrückt.

Ein aus dem Pulver Γ. erzeugtes Eiand (d.h. ein E5and aus einem unstabilisierten rostfreien Stahl) erwies sich als anfällig im Hinblick auf eine "Schwel.Jeritarturig". Beispiele von geschweißten Bändern, die· aus diesem Pulver erzeugt wurden, wurden rasch unbrauchbar bei Eintauchen in eine 5%-ige flatrium-Chlorid-Lcisun.-¹;. Em Gegensatz da au war das aus dem Pulver C (durch NLub stabilisiertes Pulver aus rostfreiem Stahl) immun gegon eine "Schweinentartung". Demgemäß erwies sich Niob aLa wirksam zur Stabilisierung des Kohlenstoffs, welcher Lm Band ί.-nthnlfcen Ist.

BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. Patentanwälte Dipl.-Ing. C u rt Wallach

   { na-,: !■:-.£.ncK'-HT Dioi -Ιος-. C3ünther Koch

   Dipi.-Phys. Dr.Tino Maibach Dipl.-Ing. RainePß^^

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

   Datum: 27'.November 1978

   Unser Zeichen: 16 448 _ K/Ja

   Patentansprüche :

   1; Chromhaltiges, durch Wasser atomisiertes Metallpulver, welches von Titan und Aluminium frei ist, dadurch gekennzeichnet , daß es mit Niob oder Tantal stabilisiert ist.

   2; Metallpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daiS es aus der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozenten besteht: Bis zu 0₃2^cp C, zwischen 0,5 und ?,Ojy Si, bis zu Vp Mn, zwischen 10 und JO?' Cr, bir zu 2Jp Ni, entweder zwischen 0,0j bis Vp Uo oder zwischen U,10 bis 2;Ό Ta, oder eire Konairiation von Nb und Ta, welche ein stoichiometrisches Äquivalent für 0,0;> bis Vp Nb ergibt, bis zu ^o Mo, bis zu \% V, ijis zu 2>j Cu and zwischen u,0^fj und C,25/<> 0^., wobei der Rest Eisen und zufallige Verunreinigungen sind.

   ?/; Metallpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, (iai3 es aus der folgenden Zusammensetzung in Gewichtfjprozenten aesteht:

   - 0,2 p' C

   1 O ν' Μ

   X ""C- /0 k J J-

   - 1 ρ Mn 10-20 ρ Cr

   -^lj ρ Ni

   0,10-1 % Nb

   - 5 % Mo

   - 1. % V

   - 2 fo Cu

   0,1 - 0,2 ^c/o O_n wobei der Rest von Eisen und zufalligen Verunreinigungen gebildet ist.

   909822/0815 BAD ORIGINAL

   285127A

   4. Metallpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   da3 es aus der folgenden Zusammensetzung in Gew.-^ besteht: Bis zu 0,2# C, zwischen 1 und 2% Si, bis zu 1% Mn, zwischen 10 und }OJb Cr, zwischen 5 und 25# Ni, zwischen 0,10 und 1% KTb, bis zu 5% Mo, bis zu 1% V, bis zu 2·;ί Cu, zwischen 0,1 und O,2j6 O₂ , wobei der Rest von Eisen und zufälligen Verunreinigungen gebildet wird,

   5. Metallpulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozenten besteht: Bis zu 0,1$ C, bis zu 1% Si, bis zu 35# Ni, bis zu 2~}% Cr, bis zu 0,75$ Cu, wobei der Rest von Eisen und zufälligen Verunreinigungen gebildet ist.

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