DE3280440T2

DE3280440T2 - Verfahren zur Herstellung eines nichtmagnetisches Stahles, beständig gegen Rissbildungskorrosion.

Info

Publication number: DE3280440T2
Application number: DE87107884T
Authority: DE
Inventors: Mituo Kawai; Koichi Tajima; Masao Yamamoto; Takashi Yebisuya
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2002-03-20
Also published as: EP0249117A3; AU8171082A; DE3280440D1; CA1205659A; AU6572986A; AU588944B2; EP0065631A1; EP0249117B1; DE3280179D1; EP0065631B1; US4493733A; EP0249117A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines spaltkorrosionsbeständigen, nichtmagnetischen Stahls, insbesondere eines manganreichen, nichtmagnetischen Stahls, der eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, und eines aus dem Stahl hergestellten Halterings für einen Generator.
Manganreiche, nichtmagnetische Stähle sind attraktiv als Materialen für die Herstellung unterschiedlicher Gegenstände, da-sie billiger sind als nichtmagnetische Stähle vom Cr-Ni-Typ und auch in ihrer Abriebbeständigkeit und ihren Verfertigungseigenschaften ausgezeichnet sind. Sie werden insbesondere an solchen Stellen eingesetzt, wo es wünschenswert ist, Wirbelströme zu vermeiden oder Magnetfelder nicht zu stören, wie z. B. für Bindedrähte für Rotoren eines Turboaggregats oder eines Induktionsmotors, einen Kreiselkompaß, einen Haltestab mit Eisenkern, eine nichtmagnetische Elektrode für eine Kathodenstrahlröhre, eine Kurbelwelle eines Schiffes und so weiter.
Ein manganreicher, nichtmagnetischer Stahl enthält große Mengen Kohlenstoff und Mangan, welche die Hauptbestandteile von Austenit sind, wobei es die Absicht ist, sowohl die nichtmagnetische Charakteristik als auch Festigkeit zu erhalten. Um die nichtmagnetische Charakteristik zu erhalten, wird es im allgemeinen als notwendig angesehen, 0,5% Kohlenstoff und 10 bis 15% oder mehr Mangan zuzufügen (Koji Kaneko et al., "Tetsu to hagane (iron and steel)", 95th Taikai Gaiyosyu (Meeting summary part), Nippon Tekko Kyokai (Japanese iron and steel institution), 1978, Seite 332). Solche erhöhten Gehalte an Kohlenstoff und Mangan erhöhen zwar die mechanische Festigkeit des Materials, erniedrigen aber gleichzeitig beachtlich dessen Korrosionsbeständigkeit.
Es ist auch ein manganreicher, nichtmagnetischer Stahl entwickelt worden, in welchem der Chromgehalt erhöht ist, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Eine Erhöhung des Chromgehalts kann die Gehalte an Kohlenstoff und Mangan erniedrigen, welche für die Erhaltung der nichtmagnetischen Charakteristik notwendig sind. Wie die Resultate zeigen, verbessert eine Zugabe von Chrom zusammen mit einer Abnahme der Kohlenstoff- und Mangangehalte etwas die Korrosionsbeständigkeit eines manganreichen, nichtmagnetischen Stahls. Werden jedoch größere Mengen Chrom zugefügt, nimmt die Karbidausfällung zu und folglich kann keine beachtliche Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit insbesondere in Bezug auf die Lochkorrosionsbeständigkeit, und die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit (im folgenden als SRK-Beständigkeit bezeichnet) erwartet werden. Es kommt hinzu, daß eine beachtliche Erhöhung des Chromgehalts zur Bildung von Delta-Ferrit führt, was die Eigenschaften abschwächt, die einen nichtmagnetischen Stahl charakterisieren. Deshalb ist es nicht wirkungsvoll, zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit eines manganreichen, nichtmagnetischen Stahls, welcher einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweist, den Chromgehalt zu erhöhen.
Auf der anderen Seite ist es allgemein bekannt, daß ein rostfreier Stahl (nichtmagnetischer Stahl) vom Austenit-Typ eine niedrige Streckgrenze aufweist und eine Verfestigung durch eine Wärmebehandlung nicht erwartet werden kann. Aus diesem Grund ist bei manganreichen, nichtmagnetischen Stählen versucht worden, die mechanische Festigkeit durch den Zusatz großer Mengen von Kohlenstoff und Mangan zu verbessern, aber die dabei erzielte Streckgrenze liegt im allgemeinen bei 50 kg/mm² oder weniger. Entsprechend wird bei einem Bauteil, wie z. B. bei der Kurbelwelle eines Schiffes, welches eine hohe Streckgrenze benötigt, für den Gebrauch die Streckgrenze mittels Kaltbearbeitung erhöht. In den letzten Jahren ist der Trend zu beobachten, daß für Materialien eine höhere mechanische Festigkeit gefordert wird; und der Prozentsatz, bei dem eine Kältebearbeitung angewandt wird, erhöht sich, womit eine außerordentliche Zunahme der SKR-Empfindlichkeit der Materialien einhergeht. Darüber hinaus ist aufgrund des vergrößerten Anwendungsbereichs von manganreichen, nichtmagnetischen Stählen jetzt die Spaltkorrosion das Problem geworden. Das heißt, wenn ein manganreicher, nichtmagnetischer Stahl sich im Kontakt mit einem Material befindet, welches, wie zum Beispiel ein Isoliermaterial, ein edleres Korrosionspotential aufweist, kann er auf Grund der Wirkung eines korrodierenden Mediums, wie z. B. von Meerwasser, durch Spaltkorrosion Schaden nehmen. Dies ist ein großes Problem bezüglich der Zuverlässigkeit des Materials.
Angesichts des Standes der Technik, wie er oben beschrieben worden ist, ist es ganz allgemein erwünscht, einen manganreichen, nichtmagnetischen Stahl zu entwickeln, der ausgezeichnet ist in seiner Flächenkorrosionsbeständigkeit, seiner Lochkorrosionsbeständigkeit, seiner Spaltkorrosionsbeständigkeit und seiner SKR-Beständigkeit.
Ein Haltering für einen Generator, welcher eine der konkreten Anwendungen eines nichtmagnetischen Stahls darstellt, wird im folgenden zur Illustration erläutert:
Ein Haltering für einen Generator ist ein Ring, der dazu dient, die Endwicklung einer Rotorspule bei einer Hochgeschwindigkeitsrotation des Generatorrotors an ihrem Platz zu halten, wobei eine sehr hohe Zentrifugalkraft an dem Haltering während der Rotation angreift. Deshalb muß ein Haltering eine ausreichend hohe Streckgrenze haben, um einer solchen Zentrifugalkraft Stand halten zu können. Wenn ein Haltering aus einem ferromagnetischen Metall besteht, werden Wirbelströme in dem Haltering erzeugt, welche die Effizienz der Leistungserzeugung erniedrigen, weshalb es erforderlich ist, daß ein Haltering nichtmagnetisch ist.
Gemäß dem Stand der Technik ist ein manganreicher, nichtmagnetischer Stahl vom 5% Cr-18% Mn-Typ (ein rostfreier Stahl vom Austenit-Typ) als Material für den Haltering benutzt worden. Es ist jedoch wohl bekannt, daß ein rostfreier Stahl vom Austenit-Typ eine niedrige Streckgrenze aufweist und daß keine Verfestigung mittels einer Wärmebehandlung erwartet werden kann. Deshalb werden Halteringe benutzt, nachdem ihre Streckgrenze mittels Kaltbearbeitung verbessert worden ist.
Ein manganreicher, nichtmagnetischer Stahl enthält eine große Menge Kohlenstoff und Mangan mit dem Ziel, die nichtmagnetische Charakteristik zu erhalten, die Verfestigungseigenschaften zu verbessern und die Bildung von durch Spannungen induziertem Martensit mittels Kaltbearbeitung zu verhindern. Solche erhöhten Gehalte an Kohlenstoff und Mangan in diesen- Materialen wird deren Korrosionsbeständigkeit beachtlich verringern, und zwar insbesondere die Lochkorrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus wird mit dem Ansteigen des Verhältnisses von kaltgeformten Materialien die SRK-Empfindlichkeit der Materialen ansteigen. Beispielsweise ist, während bisher Halteringe einer-Klasse, deren Streckgrenze bei 110 kg/mm² liegt, entwickelt worden sind, für einen Generator mit vergrößerten Dimensionen ernsthaft gewünscht, daß er mit einem Haltering einer Klasse, deren Streckgrenze bei 120 bis 130 kg/mm² liegt, ausgestattet ist. Ein Ansteigen der Streckgrenze wird jedoch zu einem erhöhten Verhältnis der Kaltbearbeitung führen, was eine weiter erhöhte SRK-Empfindlichkeit zur Folge hat. Deshalb ist es nun erwünscht, einen neuartigen Haltering für einen Generator zu entwickeln, welcher in seiner SRK-Beständigkeit ausgezeichnet ist und eine hohe Festigkeit aufweist.
Zwischen einem Haltering und einem Generatorrotor ist auch ein Isolator angebracht, was unter der Wirkung eines korrosiven Mediums, wie z. B. von Seewasserdunst oder von Kühlwasser für den Generatorrotor, Spaltkorrosionen verursachen kann. Dies stellt ein großes Problem bezüglich der Zuverlässigkeit eines Halteringes dar.
Wie oben beschrieben ist es wünschenswert, für einen Generatorrotor mit vergrößerten Abmessungen einen Haltering für einen Generator zu entwickeln, der hohe Festigkeit und auch Flächenkorrosionsbeständigkeit, Lochkorrosionsbeständigkeit, Spaltkorrosionsbeständigkeit, wie auch SRK-Beständigkeit aufweist.
In den technischen Mitteilungen Krupp, Werksberichte, Band 38(2), Seiten 69 bis 72, 1980 werden Halteringe offenbart, die aus nichtmagnetischen Stählen bestehen, welche - ausgedrückt in Gewichtsprozenten - weniger als 0,01% Kohlenstoff, weniger als 0.80% Silizium, 17,5 bis 20% Chrom, 17,5 bis 20% Mangan, mehr als 0,4% Stickstoff enthalten, wobei der Rest aus Eisen besteht (s. in dem oben genannten Artikel, Tabelle 1, Seite 70, Kruppstahlmarke P900). Obwohl dieser Stahl in seiner SRK-Beständigkeit zufriedenstellend ist, muß man feststellen, daß wegen des Fehlens von Molybdän die Lochkorrosionsbeständigkeit unter strengen Bedingungen nicht ausreichend hoch ist.
DE-C-728159 beschreibt nichtmagnetische Stähle, welche 0,01 bis 1,5% Kohlenstoff, < 5% bis 25,0% Chrom 10,00 bis 35,0% Mangan, 0,07 bis 0,7% Stickstoff enthalten, wobei der Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen besteht. Um Stähle mit speziellen Eigenschaften zu erhalten, können geeignete Legierungselemente, wie z. B. Nickel, Kobalt, Kupfer, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niob, Tantal oder Titan zugefügt werden. Das oben genannte Dokument gibt keinen speziellen Hinweis, Molybdän und nur Molybdän -aus der großen Anzahl von Legierungselementen auszuwählen, um zu einer Stahlzusammensetzung zu gelangen, welche am geeignetsten für Halteringe ist.
US-A-3847599 offenbart eine auf Eisen basierende Legierung, welche bestimmte Mengen von Mangan, Chrom, Molybdän, Stickstoff, Kohlenstoff und Silizium enthält. Der Mangangehalt ist in allen Beispielen dieser Offenbarung gleich wie oder größer als 29,98%. In diesem Dokument ist auch ein Verfahren zur Herstellung dieser Legierungen offenbart, bei dem Barren einer Wärmebehandlung, einem Temperschritt, einer Beizbehandlung, einem Kaltwalzschritt und einem abschließenden Temperschritt unterworfen werden.
US-A-2745740 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines auf Eisen basierenden, gegossenen Rohlings, welcher als wesentliche Bestandteile Chrom, Mangan und Stickstoff enthält.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines manganreichen, nichtmagnetischen Stahls anzugeben, welcher ausgezeichnet ist in der Flächenkorrosionsbeständigkeit, der Lochkorrosionsbeständigkeit, der Spaltkorrosionsbeständigkeit und der SRK-Beständigkeit.
Das heißt, die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines spaltkorrosionsbeständigen, nichtmagnetischen Stahls bereit, welches einschließt:
Ein Herstellen eines Barrens, welcher, in Gewichtsprozent, aus 0,4% oder weniger Kohlenstoff, mehr als 0,3 aber bis zu 1% Stickstoff, 2% oder weniger Silizium, 12 bis 20% Chrom, 13 bis 25% Mangan, 0-5% Molybdän und Eisen und Verunreinigungen als verbleibendem Rest besteht, wobei die Gesamtmenge von Chrom und Mangan mindestens 30% ausmacht und wobei der Verfahrenschritt die Stickstoffzuführung einschließt, zu der eine Cr-N-Stammlegierung und/oder eine Cr-Fe-N-Stammlegierung benützt wird und/oder unter einem Stickstoffdruck von 0,3 bis 1,0 MPa geschmolzen wird,
ein Warmschmieden des Barrens bei einer Temperatur von 900- 1200ºC,
ein Lösungsglühen des warmgeschmiedetes Stahls bei einer Temperatur von 900-1200ºC und
eine Kaltbearbeitung des lösungsgeglühten Stahls.
Die Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden noch klarer verständlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, bei der auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen
Fig. 1 im Schnitt eine Teilansicht eines Generators mit der Umgebung eines Halterings darstellt, welcher aus einem entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Stahl hergestellt ist.
In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 eine Läuferwelle, eine Spulenwindung, einen Unterlegring, bzw. einen Haltering.
Im folgenden sind die Gründe für die Begrenzungen in der Zusammensetzung des korrosionsbeständigen, nichtmagnetischen Stahls gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Kohlenstoff (C): Aufgabe des Kohlenstoffs ist es, die austenitische Struktur zu stabilisieren und auch die Festigkeit zu verbessern, aber ein übermäßiger Kohlenstoffanteil kann die Flächenkorrosionsbeständigkeit, die Lochkorrosionsbeständigkeit, die Spaltkorrosionsbeständigkeit, die SRK-Beständigkeit und die Zähigkeit beeinträchtigen. Aus diesem Grund liegt die obere Grenze bei 0,4%. Darüber hinaus ist es bezüglich der Korrosionsbeständigkeit und der Festigkeit wünschenswert, daß der Kohlenstoffgehalt von 0,17 oder mehr bis 0,3% oder weniger beträgt
Stickstoff (N): Stickstoff ist ein besonders wichtiges Element, das in einer Menge von mehr als 0,3% zugesetzt werden muß, um die Lochkorrosionsbeständigkeit und die SRK-Beständigkeit zu verbessern und gleichzeitig die austenitische Struktur zu stabilisieren und die Festigkeit zu verbessern. Da jedoch eine übermäßige Menge an zugesetztem Stickstoff die Zähigkeit beeinträchtigen kann und auch ein hoher Druck notwendig ist, um Stickstoff zuzufügen, ist die obere Grenze 1%, wobei es aber im Hinblick auf die Bildung von Mikroporen wünschenswert ist, daß der Stickstoffgehalt 0,4 bis 0,8% beträgt.
Silizium (Si): Silizium wirkt als Desoxidationsmittel in geschmolzenem Stahl und verbessert auch die Gießbarkeit von geschmolzenem Stahl, aber ein übermäßiger Siliziumzusatz kann die Zähigkeit des Stahls beeinträchtigen. Deshalb ist die obere Grenze auf 2% festgelegt. Bevorzug;t liegt die zugegebene Siliziummenge bei 1,5 Gewichtsprozent oder weniger.
Chrom (Cr): Chrom, welches die Wirkung hat, daß die Gehalte von Kohlenstoff, Stickstoff und Mangan sich erniedrigen, welche notwendig sind, um die nichtmagnetische Charakteristik zu erhalten, und welches auch die Flächenkorrosionsbeständigkeit und die Spaltkorrosionsbeständigkeit verbessert, muß in Mengen von 12% oder mehr zugegeben werden, wobei aber die obere Grenze bei 20% liegt, weil eine übermäßige Chromzugabe die nichtmagnetische Charakteristik aufgrund von Ferritbildung vermindern kann. Damit sowohl die nichtmagnetische Charakteristik als auch die Spaltkorrosionsbeständigkeit voll ausgebildet ist, ist es wünschenswert, Chrom in Mengen von 13 bis 18%, und noch wünschenswerter, in Mengen von 15 bis 17 Gewichtsprozent zuzufügen.
Mangan (Mn): Mangan muß in Mengen von 13% oder mehr zugegeben werden, um die austenitische Struktur zu stabilisieren und um die Festigkeit, die Verfestigungseigenschaften und die Spaltkorrosionsbeständigkeit zu verbessern, aber als oberer Wert ist 25% festgelegt auf Grund der Tatsache, daß eine übermäßige Zugabe die Bearbeitbarkeit beeinträchtigt. Unter Berücksichtigung der Festigkeit, der nichtmagnetischen Charakteristik, der Korrosionsbeständigkeit und der Verfestigungseigenschaften wird bevorzugt eine Manganmenge von 15 bis 24% und noch bevorzugter von 17 bis 20% zugefügt.
Molybdän (Mo): Molybdän wirkt verbessernd auf die Lochkorrosionsbeständigkeit, aber sein obere Grenzwert ist im Hinblick auf die Tatsache, daß seine übermäßige Zugabe die Zähigkeit des Stahls beeinträchtigen kann, auf 5% festgelegt. Bevorzugt liegt die zugesetzte Molybdänmenge von 1,0% oder mehr bis 2,5 Gewichts-% oder weniger.
Innerhalb des oben angegebenen Zusammensetzungsbereichs muß der Gesamtanteil von Mangan und Chrom 30% oder mehr sein, da ein Gesamtanteil von Mangan und Chrom von weniger als 30% nur eine niedrige Spaltkorrosionsbeständigkeit ergeben kann. Bevorzugt liegt ihr Gesamtanteil nicht unter 32 Gewichts-%.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen, korrosionsbeständigen, nichtmagnetischen Stahls wird nun Ach detaillierter wie folgt beschrieben:
Mit der Hilfe eines üblichen Schmelzofens, wie z. B. eines Elektrolichtbogenofens, eines Lichtbogenofens des Typs, bei dem die Elektrode verbraucht wird, eines Hochfrequenzinduktionsofens, eines Elektroschlackenofens oder eines Widerstandsofens werden Stahlstücke geschmolzen und im Vakuum oder in einer Stickstoffgasatmosphäre vergossen. In diesem Fall wird die Zugabe des Stickstoffs ausgeführt, indem eine Cr-N-Stammlegierung und/oder eine Cr-Fe-N-Stammlegierung benutzt wird und/oder indem unter einem Sticktstoffdruck von 0,3 bis 1,0 MPa geschmolzen wird.
Der so erhaltene manganreiche, nichtmagnetische Stahl ist ausgezeichnet bezüglich der Flächenkorrosionsbeständigkeit, der Lochkorrosionsbeständigkeit, der Spaltkorrosionsbeständigkeit und der SRK-Beständigkeit und wird in seiner nichtmagnetischen Charakteristik nicht einmal durch eine ohne irgendwelcher Bildung von durch Spannungen verursachtem Martensit ablaufende Kaltbearbeitung verschlechtert. Deshalb ist er brauchbar als nichtmagnetischer Stahl, der Korrosionsbeständigkeit und hohe Fertigkeit benötigt bei Verwendungen beispielsweise für Teile eines Generators, für die tragenden Teile eines Kernverschmelzungsofens und für Schiffsteile, welche unter Bedingungen, unter denen Korrosion auftritt, eingesetzt werden sollen.
Des weiteren werden im folgenden hinsichtlich des aus einem korrosionsbeständigen, nichtmagnetischen, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellten Stahl hergestellten Halterings für einen Generator, der als eine beispielhafte Anwendung des korrosionsbeständigen, nichtmagnetischen Stahls dient, anhand der beiliegenden Zeichnungen Erläuterungen gegeben:
Wie in der im Schnitt dargestellten Teilansicht gemäß Fig. 1 gezeigt ist, weist in einem Generator eine Läuferwelle (1), eine Spulenendwindung (2) und einen Unterlegring (3) auf, welche in der Nähe von deren Endbereich angeordnet sind, und ein Haltering (4) ist auf der Außenseite des Unterlegrings (3) aufgebracht. Darüber hinaus bezeichnet das Bezugszeichen (5) in der Fig. 1 eine zentrale Öffnung in der Läuferwelle (1).
Wenn der oben erwähnte korrosionsbeständige, nichtmagnetische, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Stahl, als Material für den Haltering verwendet wird, wird der erhaltene Haltering für einen Generator ausgezeichnet sein bezüglich der Flächenkorrosionsbeständigkeit, der Lochkorrosionsbeständigkeit, der Spaltkorrosionsbeständigkeit und der SRK-Beständigkeit und auch sonst ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen, wie z. B. eine nichtmagnetische Charakteristik, welche bewahrt wird, ohne daß durch eine Kaltbearbeitung irgendeine Bildung von durch Spannungen verursachtem Martensit auftritt.
Der Haltering für einen Generator, welcher mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet worden ist, kann beispielsweise mittels der folgenden Vorgehensweise hergestellt werden:
Ein gegossener Barren wird bei einer Temperatur von 900 bis 1200ºC einer Warmschmiedebehandlung unterworfen und dann in eine Ringform gebracht. Es folgt ein Lösungsglühen bei einer Temperatur von 900 bis 1200ºC und das Abschrecken in Wasser. Nach dem Abschrecken in Wasser wird, wenn dies erwünscht ist, der Ring auf eine Temperatur von 300 bis 400ºC vorgewärmt und mittels einer Ausdehnungsmethode, wie z. B. einer Segmentmethode ausgedehnt. Anschließend wird bei einer Temperatur von 300 bis 400ºC eine Temperbehandlung durchgeführt, um Spannungen abzubauen.
Der korrosionsbeständige, nichtmagnetische Stahl und ein daraus entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeter Haltering für einen Generator sind unter Bezug auf die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.

Beispiele 1 bis 11 und Vergleichsbeispiele 1 bis 21

Mittels eines Hochfrequenzinduktionsofens wurden 32 Arten von nichtmagnetischen Stählen, welche die in der Tabelle 1 aufgeführten Zusammensetzungen hatten, erzeugt. In den Beispielen 1 bis 11 und den Vergleichsbeispielen 13 bis 21 wurde unter einem auf 3 bis 10 Atm. eingeregelten Stickstoffdruck Stickstoff zugefügt. Dann wurde bei 1200 bis 900ºC ein Warmschmieden durchgeführt und die Stähle wurden zwei Stunden lang einem Lösungsglühen bei 1100ºC unterworfen. Daraufhin wurde in Wasser abgeschreckt. Anschließend wurde eine einachsige Kaltbearbeitung durchgeführt, bis die wahre Spannung 130 kg/mm² betrug, an die sich ein zweistündiges Entspannungstempern bei 350ºC anschloß. Dann wurde das Plattenmaterial herausgeschnitten.
Der Korrosionstest wurde durchgeführt, indem die Prüfstücke 30 Tage lang in durch den Zusatz von 3% NaCl simuliertes Seewasser getaucht und die Anzahl der gebildeten Löcher und die maximale Lochtiefe durch Betrachtung bzw. mittels eines optischen Verfahrens gemessen wurden. Die Anzahl der Löcher bedeutet die Gesamtzahl der Löcher, die auf einer Fläche von 160 mm² erzeugt worden sind. Der Spaltkorrosionstest wurde so durchgeführt, daß ein Prüfstück mit einem Glasstab von 3 mm Durchmesser in Kontakt gebracht wurde. Das Prüfstück wurde dann 30 Tage lang in durch den Zusatz von 3% NaCl simuliertes Seewasser getaucht und die Spalttiefe wurde gemessen. Der SRK-Test wurde mittels der Dreipunkt-Biegetestmethode unter der maximalen Spannung von 50 kg/mm² in durch den Zusatz von 3% NaCl simuliertem Seewasser durchgeführt und das Auftreten von zwischenkristalliner Rißbildung wurde geprüft. Die magnetischen Eigenschaften wurde ermittelt, indem die spezifische Permeabilität von einer Kaltbearbeitung bis zu einer wahren Spannung von 130 kg/mm² unterworfenen Proben mittels eines Permeameters gemessen wurde. Die Ergebnisse sind zur Zusammenfassung in der Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 1 C N Si Cr Mn Mo Fe Beispiel Rest Vergleichs-Beispiel Tabelle 1 (Fortsetzung) C N Si Cr Mn Mo Fe Vergleichsbeispiel Rest Tabelle 2 Auftreten von Flächenkorrosion Auftreten von SRK Anzahl der Löcher maximale Lochtiefe Spalttiefe Permeabilität Beispiel nein Vergleichsbeispiel ja Tabelle 2 (Fortsetzung) Auftreten von Flächenkorrosion Auftreten von SRK Anzahl der Löcher maximale Lochtiefe Spalttiefe Permeabilität Vergleichsbeispiel nein ja
Wie man ersichtlich der Tabelle 2 entnehmen kann, ist keiner der konventionellen, manganreichen, nichtmagnetischen Stähle gemäß den Vergleichsbeispielen 1 bis 12 bezüglich aller Korrosionsarten aus der Gruppe Flächenkorrosion, Lochkorrosion, Spaltkorrosion und SRK beständig. In den Vergleichsbeispielen 13 bis 21, in welchen die Stickstoffgehalte erhöht sind, ist die Lochkorrosionsbeständigkeit und die SRK-Beständigkeit besonders verbessert, sie sind aber geringerwertig in Bezug auf die Spaltkorrosionsbeständigkeit.
Die nichtmagnetischen-Stähle der Beispiele 1 bis 11 gemäß der vorliegenden Erfindung sind ausgezeichnet in der Flächenkorrosionsbeständigkeit, der Lochkorrosionsbeständigkeit, der Spaltkorrosionsbeständigkeit und der SRK-Beständigkeit und die magnetischen Eigenschaften unterscheiden sich nicht von denen der konventionelle Materialien. Es kann also gesagt werden, daß es sich bei ihnen um hochfeste, nichtmagnetische Stähle mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit handelt.
Beispiele 12 bis 21 und Vergleichsbeispiele 22 bis 32 Mittels eines Hochfrequenzinduktionsofens wurden 21 Arten von nichtmagnetischen Stählen erzeugt, welche die in der Tabelle 3 aufgelisteten Zusammensetzungen hatten. Bei den Beispielen 12 bis 21 und den Vergleichsbeispielen 22 bis 32 wurde unter einem auf 3 bis 10 Atm. eingeregelten Stickstoffdruck Stickstoff zugefügt. Dann wurde eine Warmschmiedung bei 1200 bis 900ºC durchgeführt und die Stähle wurden zwei Stunden lang einem Lösungsglühen bei 1100ºC unterworfen und anschließend in Wasser abgeschreckt.
Daraufhin wurde eine Kaltbearbeitung durchgeführt, bis die wahre Spannung bei 130 kg/mm² lag, um das Ausgangsmaterial für ein Halteringmodell zu erzeugen. Es folgte ein zweistündiges Entspannungstempern bei 350ºC und dann wurde das Plattenmaterial für die Tests aus dem Ausgangsmaterial für das Halteringmodell herausgeschnitten.
Der Korrosionstest wurde durchgeführt, indem die Prüfstücke 30 Tage lang in durch den Zusatz von 3% NaCl simuliertes Seewasser getaucht wurden und die Anzahl der gebildeten Löcher-und die maximale Lochtiefe durch Betrachtung bzw. mittels einer optischen Methode gemessen wurden. Die Anzahl der Löcher bedeutet die Gesamtzahl der Löcher, welche auf einer Fläche von 160 mm² gebildet worden sind. Die Spaltkorrosionsprüfung wurde durchgeführt, indem ein Prüfstück mit einem Glasstab von 3 mm Durchmesser in Kontakt gebracht wurde und das Prüfstück dann 30 Tage lang in durch den Zusatz von 3% NaCl simuliertes Seewasser getaucht wurde. Die Spalttiefe wurde gemessen. Der SRK-Test wurde mittels der Dreipunkt-Biegetestmethode unter der maximalen Spannung von 50 kg/mm² in durch den Zusatz von 3% NaCl simuliertem Seewasser durchgeführt und das Auftreten von Rißbildung wurde geprüft. Die magnetischen Eigenschaften wurden ermittelt, indem die spezifische Permeabilität von einer Kaltbearbeitung bis zu einer wahren Spannung von 130 kg/mm² unterworfenen Proben mittels eines Permeameters gemessen wurde. Die Ergebnisse sind zur Zusammenfassung in der Tabelle 4 aufgelistet. Tabelle 3 Beispiel C N Si Cr Mn Mo Fe Rest Tabelle 3 (Fortsetzung) Vergleichsbeispiel C N Si Cr Mn Mo Fe Rest Tabelle 4 Beispiel Auftreten von Flächenkorrosion Auftreten von SRK Anzahl der Löcher maximale Lochtiefe Spalttiefe Permeabilität nein Tabelle 4 (Fortsetzung) Vergleichsbeispiel Auftreten von Flächenkorrosion Auftreten von SRK Anzahl der Löcher maximale Lochtiefe Spalttiefe Permeabilität ja nein
Wie man ersichtlich der Tabelle 4 entnehmen kann, ist keiner der konventionellen, manganreichen, nichtmagnetischen Stähle gemäß den Vergleichsbeispielen 22 und 23 bezüglich aller Korrosionsarten aus der Gruppe Flächenkorrosion, Lochkorrosion, Spaltkorrosion und SRK beständig. In den Vergleichsbeispielen 24 bis 32, in welchen die Stickstoffgehalte erhöht sind, ist die Lochkorrosionsbeständigkeit und die SRK-Beständigkeit besonders verbessert, sie sind aber auf Grund kleiner Chrom- und Mangangehalte geringerwertig in Bezug auf die Spaltkorrosionsbeständigkeit und deshalb nicht geeignet für einen hochfesten Haltering für einen Generator. Die in den Beispielen 12 bis 21 offenbarten Produkte gemäß der vorliegenden Erfindung sind ausgezeichnet in der Flächenkorrosionsbeständigkeit, der Lochkorrosionsbeständigkeit, der Spaltkorrosionsbeständigkeit und der SRK-Beständigkeit und die magnetischen Eigenschaften unterscheiden sich nicht von denen der konventionelle Materialien. Man sieht also, daß die ausreichend geeignet sind für den Gebrauch als Halteringe für einen Generator.
Wie oben beschrieben, ist der Haltering für einen Generator gemäß der vorliegenden Erfindung ganz ausgezeichnet in Bezug auf die Flächenkorrosionsbeständigkeit, die Lochkorrosionsbeständigkeit, die Spaltkorrosionsbeständigkeit und die SRK-Beständigkeit und kann deshalb gewerblich sehr brauchbar sein.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung eines spaltkorrosionsbeständigen, nichtmagnetischen Stahls, welches einschließt,

eine Herstellung eines Barrens, welcher, in Gewichtsprozent, aus 0,4 oder weniger Kohlenstoff, mehr als 0,3 aber bis zu 1% Stickstoff, 2% oder weniger Silizium, 12 bis 20% Chrom, 13 bis 25% Mangan, 0-5% Molybdän und Eisen und Verunreinigungen als verbleibendem Rest besteht, wobei die Gesamtmenge von Chrom und Mangan mindestens 30% ausmacht und wobei der Verfahrenschritt die Stickstoffzuführung einschließt, zu der eine Cr-N- Stammlegierung und/oder eine Cr-Fe-N-Stammlegierung benutzt wird und/oder unter einem Stickstoffdruck von 0,3 bis 1,0 MPa geschmolzen wird,

ein Warmschmieden des Barrens bei einer Temperatur von 900-1200ºC,

ein Lösungsglühen des warmgeschmiedetes Stahls bei einer Temperatur von 900-1200ºC und

eine Kaltbearbeitung des lösungsgeglühten Stahls.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Barren 1,0 bis 2,5 Gewichtsprozent Molybdän enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Barren - in Gewichtsprozent - 0,3% oder weniger Kohlenstoff, 0,4 bis 0,8% Stickstoff, 1,5% oder weniger Silizium, 13 bis 18% Chrom, 15 bis 24% Mangan enthält, wobei der Rest aus Eisen und Verunreinigungen besteht und der Gesamtgehalt an Chrom und Mangan mindestens 32% beträgt.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Molybdängehalt 1,0 bis 2,5 Gewichtsprozent beträgt.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt des Temperns des kaltbearbeiteten Stahls bei einer Temperatur von 300-400ºC beinhaltet.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Stahl zum Gebrauch als Haltering für einen Generator bestimmt ist.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Barren molybdänfrei ist.