DE2942015A1 - Stahllegierung fuer rasierklingen - Google Patents

Stahllegierung fuer rasierklingen

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DE2942015A1
DE2942015A1 DE19792942015 DE2942015A DE2942015A1 DE 2942015 A1 DE2942015 A1 DE 2942015A1 DE 19792942015 DE19792942015 DE 19792942015 DE 2942015 A DE2942015 A DE 2942015A DE 2942015 A1 DE2942015 A1 DE 2942015A1
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steel alloy
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DE19792942015
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Humphrey Garth Bowden
William Leslie Cole
Geoffrey Stott
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Wilkinson Sword Ltd
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Wilkinson Sword Ltd
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/18—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for knives, scythes, scissors, or like hand cutting tools

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Description

δ' 2 9 4 ? 01 5
Stahlleqierunq für Rasierklingen
Die Erfindung bezieht sich auf Rasierklingen, auf die Zusammensetzungen der für die Rasieklingen verwendeten Stahllegierungen und auf Verfahren zur Herstellung von Rasierklingenbändern aus diesen Stahllegierungen.
Aus der GB-PS 1 104 932 sind Zusammensetzungen von Stahllegierungen für Rasierklingen und Verfahren zur Herstellung derartiger Klingen aus diesen Legierungen bekannt.
Es wurde herausgefunden, daß es bestimmte Bereiche von Zusammensetzungen gibt, die innerhalb der in der GB-PS 1 104 932 offenbarten weiteren Bereiche liegen, aus denen verbesserte Klingen hergestellt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Stahllegierung für Rasierklingen vorgesehen, deren Zusammensetzung wie folgt ist:
Ni% 15 bis 25
Cr% 3 bis 8
Ti% 2 bis 5
Al% 1 bis 5
mit einer Gesamtmenge an Titan und Aluminium von weniger als 9%, Rest ist Eisen und Verunreinigungen, wobei die Menge der Verunreinigungen wie folgt ist:
C% weniger als 0,02
Mn% weniger als 0,2
Si% weniger als 0,2
N% weniger als 0,02
P% weniger als 0,02
S% weniger als 0,02
Die Erfindung sieht ferner eine Stahllegierung für Rasierklingen vor, deren Zusammensetzung wie folgt ist:
Ni% 17 bis 22
030019/0690 ,
Cr% 3,5 bis 5
Ti% 3 bis 4,5
Al% 2 bis 4
Rest ist Eisen und Verunreinigungen, wobei die Menge der Verunreinigungen wie folgt ist:
C% weniger als 0,01
Mn% weniger als 0,1
Si% weniger als 0,1
N% weniger als 0,01
P% weniger als 0,01
S% weniger als 0,01
Eine weitere Stahllegierung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, die für Rasierklingen Verwendung findet und deren Zusammensetzung wie folgt ist:
Ni% 20
Cr% 4
Ti% 4
Al% 3
Rest ist Eisen und Verunreinigungen, wobei die Menge der Verunreinigungen wie folgt ist:
C% weniger als 0,005
Mn% weniger als 0,05
Si% weniger als 0,05
N% weniger als 0,003
P% weniger als 0,005
S% weniger als 0,005
Ebenfalls sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rasierklingenbands aus einer Legierung mit einer vorgenannten Zusammensetzung vor, bei dem die Legierung warm zu einer Stange geschmiedet wird, die ohne vorherige Kühlung zu einem Band gewalzt wird und auf einer erhöhten Temperatur über eine für die Austenitisierung des Gefüges ausreichende Zeit gehalten wird, und bei dem das Band dann abgeschreckt, entzundert und auf seine endgültige
030019/0690 - 7 -
Stärke gebracht wird. Die Bereiche der für die vorliegende Erfindung zweckmäßigen Zusammensetzungen werden in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt, wobei die erste Spalte den maximalen Bereich für die eingesetzten Legierungselemente wiedergibt (Rest ist Eisen). Die zweite Spalte zeigt den engeren Bereich, der sich als der bevorzugte herausgestellt hat, während in der dritten Spalte ein Beispiel einer besonders vorteilhaften Zusammensetzung angeführt wird.
Element weniger als max. Bereich bevorz. Bereich Beispiel 20
Ni% weniger als 15 bis 25 17 bis 22 4
Cr% weniger als 3 bis 8 3,5 bis 5 4
Ti% weniger als 2 bis 5· 3 bis 4,5 3
Al% weniger als 1 bis 5· 2 bis 4 0,005
C% sollten jedoch 0,02 o,01 0,05
Mn% 0,2 0,1 0,05
Si% 0,2 0,1 0,003
N% 0,02 0,01 0,005
P,S% 0,02 0,01
•Ti und Al weniger als 9% betragen
Die Wahl der Prozentangaben der Elemente wird von folgenden Überlegungen bestimmt. Der niedrigere Chromwert (3%, vorzugsweise 3,5%) ist für einen angemessenen Korrosionswiderstand erforderlich. Der obere Wert bzw. die obere Grenze (8%, vorzugsweise 5%) dient der Festigkeit der Legierung und der leichteren Fertigung, die sich mit zunehmendem Chromgehalt verschlechtert.
Nickel ist für die vollständige Austenitisierung der Legierung bei hoher Temperartur erforderlich. Der Nickelgehalt muß ausreichend sein, um die Bildung von 6-Ferrit zu verhindern. Die obere Grenze an Nickelgehalt wird festgesetzt, weil Nickel die Austeniti-
030019/0690
sierung stabilisiert gegen die Umwandlung zu Martensit während der Kaltverformung, wobei die vollständige Umwandlung zur Erzielung einer maximalen Härte wesentlich ist. Wenn der Anteil der Kaltverformung niedriger als 90 bis 99 % ist, sollte der Nickelgehalt etwas reduziert werden. Da Chrom ebenfalls die Austenitteierung gegen die Mart ens it umwand lung stabilisiert, sollte der Gehalt an Nickel und Chrom derart abgestimmt sein, da 13 der Gehalt an Nickel plus Chrom vorzugsweise 22 bis 26 % beträgt.
Titan und Aluminium sind die Haupthärtungselemente, Die Härte der Legierung verringert sich mit abnehmendem Gehalt an diesen Elementen und bestimmt ihre untersten Grenzwerte. Die Warmverformungseigenschaften der Legierungen werden schlechter, wenn die Aluminium- und Titanwerte die bevorzugten Bereiche übersteigen. Das wird auf die Anwesenheit von intermetallischen Bindungen zurückgeführt, die sich in der austenitischen Phase bei hoher Temperatur nicht vollständig aufgelöst haben und die bei Wärmebehandlung zu einer Rißbildung fuhren können. Die Gesamtmenge an Aluminium plus Titan sollte weniger als 9 # betragen.
Es ist wichtig, daß die Restelemente Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Stickstoff, Phosphor und Schwefel möglichst auf einem niedrigen Wert gehalten werden, wie das in der allgemeinen Praxis bei martensitausgehärteten Stählen üblich ist. Kohlenstoff und Stickstoff bilden bei Anwesenheit von Titan und Aluminium im Stahl schwer lösliche Karbide und Nitride, was zu einer schlechten Verformbarkeit führt, die wiederum bei der Verarbeitung zur Rißbildung führen kann, sowie zu einer geringen Härte, was bei der Formgebung der Schneidkanten zu Problemen führen kann. Phosphor und Schwefel sollten aus ähnlichen Gründen auf einem niedrigen Wert gehalten werden.
Machfolgend werden Verfahren zur Herstellung von 0,1 mm starken Rasierklingenbändern aus einer Legierung beschrieben, die die in Spalte jj der Tabelle aufgeführte beispielsweise Zusammensetzung aufweist:
- 9 -0 30019/0690
Beispiel I
Die Legierung wird mittels Vakuumschmelzen hergestellt, um eine Verunreinigung durch Restelemente und Oxyde zu vermeiden. Vorzugsweise wird ein zweistufiges Vakuumschmelzverfahren angewandt, dem ein Umschmelzen im Lichtbogen mit selbstverbrauchenden Elektroden folgt, wodurch der Anteil an nichtmetallischen Elementen weiter reduziert wird und die Gefahr von Absonderungen abnimmt. Die Legierung wird bei einer Temperatur im Bereich von 1 200 C homogenisiert und bei dieser Temperatur zu einer Stange mit einem Durchmesser von 75 mm warm geschmiedet. Danach wird die Stange bei dieser Temperatur zu einem Band mit einer Stärke von 6,5 mm gewalzt und über einen Zeitraum von 15 Minuten auf einer Temperatur von 1 200 C zum Austenitisieren des Gefüges gehalten. Das Band wird in Wasser von der Austenitisierungstemperatur abgeschreckt und von der Eisenoxidschicht befreit. Das Band wird dann ohne Zwischenglühen auf seine endgültige Stärke gewalzt, wobei die Fläche um annähernd 98,4% reduziert wird. Das Band kann danach auf seine endgültige Breite geschlitzt werden, die passend für die Schneidkantenformgebung ist. Zuvor wird das Band noch einer Härtebehandlung unterzogen, wie weiter unten beschrieben. Die Stärkenabnahme auf die endgültigen Werte findet statt, während das Material noch verhältnismäßig weich ist und vor der Härtebehandlung .
Beispiel II
Der Arbeitsvorgang unterscheidet sich von Beispiel I durch die Anwendung von Zwischenglühen bei Temperaturen von 1 050 bis 1 C während der Stärkenabnahme, um das Maß der notwendigen Kaltrückführung zu verringern. Z. B. könnte ein Glühen bei einer Bandstärke von 1,0 mm erfolgen, wobei die endgültige Kaltverformung 90% beträgt.
Beispiel III
Die ersten Verfahrensschritte sind die gleichen wie im Beispiel I, jedoch wird die Stange nicht zu einem Band, sondern bei 1 2000C
030019/0690 - io. -
zu einem Stab mit einem Durchmesser von 5,0 mm warm gewalzt. Er wird für 15 Minuten bei 1.200° C austenitisiert und in Wasser abgeschreckt. Danach wird der Zunder entfernt. Der Stab wird als nächstes kaltgezogen auf einen Durchmesser von 1,25 mm und zwar mit oder ohne Zwischenglühen. Der Draht wird dann mittels Walzen zu einem Band von 2,0 mm Breite und 0,1 mm Dicke verflacht, wobei die Flächenabnahme annähernd 99 % beträgt, wenn nicht zwischengeglüht wird.
Beispiel IV
Die ersten Arbeitsgänge sind die gleichen wie im Beispiel III, Jedoch wird die Legierung zu einem Stab von 15,0 mm Durchmesser warmgewalzt, für 20 Minuten bei 1.200° C austenitisiert und in Wasser abgeschreckt. Nach dem Entzundern wird die Legierung bis herunter auf 5,0 mm kaltgezogen, für 10 Minuten bei 1.150° C zwischengeglUht und in Wasser abgeschreckt. Dann wird sie zu einem Draht von 2,6 mm Durchmesser kaltgezogen und zu einem Band von 4,35 mm Breite und 0,1 mm Dicke ohne Zwischenglühen verflacht .
Die eingesetzten Austenitisierungstemperaturen sind höher als die in der GB-PS 1 104 932 berücksichtigten und können innerhalb eines Bereichs von 1.050° C bis 1.250° C liegen mit einem unteren bevorzugten Grenzwert von 1.100° C. Ein weiterer Unterschied ist die bevorzugte Anwendung des Abschreckens, um die Wahrscheinlichkeit von während des Abkühlens vonstatten gehende Ausscheidungen zu verringern.
Das herkömmliche Martensitaushärten von Stählen findet durch Aushärten über einen Zeitraum von einer bis zwei Stunden bei 480° C in einer neutralen Atmosphäre statt. Eine derartige Behandlung erzeugt bei einer Legierung mit der Zusammensetzung gemäß Spalte 3 der obigen Tabelle eine Härte von 850 bis 900 VPN (Vicker's Pyramid Nunter) für ein Band, das kaltgewalzt eine Flächenabnahme bis zu 98 % aufweist, jedoch verhältnismäßig spröde ist. Mit der vorligenden Erfindung wird eine kurzzeitigere/höher temperierte Behandlung bevorzugt, um die Verformbarkeit und
630019/0690 ,,
seine wirtschaftlichen Vorteile zu verbessern. Durch eine sorgfältige Zeitkontrolle kann ein höherer Festigkeitswert bei einem vorgegebenen Härtewert erzielt werden. Die genaue Zeit, die für optimale Eigenschaften bei einer bestimmten Härtetemperatur erforderlich ist, ändert sich bis zu einem gewissen Maß mit der Vorgeschichte des Bandes, übersteigt jedoch keine 10 Minuten. Es hat sich herausgestellt, daß eine einwandfreie Härtung in Zeiten von weniger als eine Minute bei Temperaturen zwischen 500 C und 600 C erzielt werden kann, wobei die erforderliche Zeit bei jeder Temperatur ungefähr die halbe Zeit beträgt, die für eine Spitzenhärtung aufgewendet werden muß.
Das Härten kann durchgeführt werden, indem das Band fortlaufend einen Behandlungsofen durchläuft, wobei die Zeit durch die Tatsache bestimmt wird, daß mit zunehmender Härte die Zähigkeit (Kerbschlagzähigkeit) abnimmt. Beispielsweise kann eine Härte von 850 VPN erreicht werden mit einer Zähigkeit, die für die anschliessende Bearbeitung und Verwendung zufriedenstellend ist. Von Vorteil ist es, daß die sehr kurzen Behandlungszeiten im Vergleich zu den viel längeren Zeiten, die gewöhnlich aufgewandt werden, wirtschaftlich sind.
Kurze Behandlungszeiten sind weniger vorteilhaft, wenn die Verunreinigungen (in der Form von Restelementen) gering sind. Ferner kann das herkömmliche Härten, wie oben ausgeführt, eingesetzt werden, wenn zur Maximierung der Härte Spitzenhärtung erforderlich wird.
030019/0690

Claims (17)

P a tentansprüche
1. Stahllegierung für Rasierklingen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
Ni% 15 bis 25
Cr% 3 bis 8
Ti% 2 bis 5
Al% 1 bis 5
mit einer Gesamtmenge an Titan und Aluminium von weniger als 9%, Rest ist Eisen und Verunreinigungen, wobei die Menge der Verunreinigungen wie folgt ist:
C% weniger als 0,02
Mn% weniger als 0,2
Si% weniger als 0,2
N% weniger als 0,02
P% weniger als 0,02
S% weniger als 0,02
2. Stahllegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
bis 22 3,5 bis 5
T*bfo>(eail)M0fl4
030019/0690
T<l«(ruDJB«amM: DabtralaU · FMfcdttAkoato KOm
Ti% 3 bis 4,5
Al% 2 bis 4
Rest ist Eisen und Verunreinigungen, wobei die Menge der Verunreinigungen wie folgt ist:
C% weniger als 0,01
Mn% weniger als 0,1
Si% weniger als 0,1
N% weniger als 0,01
P% weniger als 0,01
S% weniger als 0,01
3. Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge an Nickel und Chrom 22 bis 26% beträgt,
4. Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung wie folgt ist:
Ni% 20
Cr% 4
Ti% 4
Al% 3
daß der Rest Eisen und Verunreinigungen ist, wobei die Menge der Verunreinigungen wie folgt ist:
C% weniger als 0,005
Mn% weniger als 0,05
Si% weniger als 0,05
N% weniger als 0,003
P% weniger als 0,005
S% weniger als 0,005
5. Klingenband, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Rasierklinge mit einer Stahllegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierung eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
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7. Verfahren zur Herstellung eines Rasierklingenbands aus einer Legierung, die eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung warm zu einer Stange geschmiedet wird, die ohne vorherige Kühlung zu einem Band gewalzt und auf einer erhöhten Temperatur über eine für die Austenitisierung des Gefüges ausreichende Zeit gehalten wird, und daß das Band dann abgeschreckt, entzundert und auf seine endgültige Stärke gebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß anstatt die Stange zu einem Band zu walzen, sie zu einem Stab gewalzt wird, und daß der Stab nach der Austenitisierung und dem Abschrecken zu einem Draht gezogen wird, der dann zu einem Band mit einer endgültigen Stärke gewalzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im Valcuumschmelzverfahren hergestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung im Vakuumschmelzverfahren hergestellt wird, dem ein Umschmelzen im Lichtbogen mit selbstverbrauchenden Elektroden folgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei erhöhter Temperatur, z.B. im Bereich von 1200 C, homogenisiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung bei einer Temperatur im Bereich von 1200° C warm geschmiedet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material während der Reduzierung auf die endgültige Stärkung bei '
zwischengeglüht wird.
gültige Stärkung bei Temperaturenim Bereich von 1050 bis 1250° C
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekenn-
030019/0690 "4 "
zeichnet, daß das Band in seiner endgültigen Stärke bei einer
ο
Temperatur zwischen 500 und 600 C über einen Zeitraum von nicht mehr als 5 Minuten gehärtet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitraum weniger als 1 Minute beträgt.
16. Rasierklingenband, dadurch gekennzeichnet, daß es nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 15 hergestellt worden ist.
17. Rasierklinge, hergestellt aus einem Band, dadurch gekennzeichnet, daß das
7 bis 15 erfolgt.
s*"/ zeichnet, daß das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche
030019/0690
DE19792942015 1978-10-19 1979-10-17 Stahllegierung fuer rasierklingen Withdrawn DE2942015A1 (de)

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