DE3338503A1 - Verschleissfester rostfreier stahl - Google Patents

Verschleissfester rostfreier stahl

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DE3338503A1
DE3338503A1 DE19833338503 DE3338503A DE3338503A1 DE 3338503 A1 DE3338503 A1 DE 3338503A1 DE 19833338503 DE19833338503 DE 19833338503 DE 3338503 A DE3338503 A DE 3338503A DE 3338503 A1 DE3338503 A1 DE 3338503A1
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chromium
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cobalt
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DE19833338503
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Paul Kokomo Ind. Crook
Richard D. Indianapolis Ind. Zordan
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Deloro Stellite LP
Original Assignee
Cabot Corp 02110 Boston Mass
Cabot Corp
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Legierungen auf Eisenbasis und insbesondere einen hoch chromhaltigen rostfreien Stahl, der für höchste Beanspruchung bei verschleißfesten Anwendungen, wie beispielsweise für Ventilteile geeignet ist.
Rostfreier Stahl ist seit seiner Erfindung als Fe-Cr-Ni-korrosionsbeständiger Stahl der fortlaufenden Entwicklung und Verbesserung unterworfen. Es gibt unzählige verschiedene Arten von rostfreiem stahl. Viele wurden für ganz spezifische Verwendungen entwickelt. Es gibt zahlreiche unterschiedliche Stahlverbindungen, die die gewünschten Eigenschaften haben.
.5 Es besteht eine große Nachfrage nach einer preisgünstigen Legierung, die Beständigkeit bezüglich Korrosion und mechanischem Verschleiß, wie sie jetzt durch Legierungen auf Kobaltbasis geschaffen worden ist, aufweist. Eine bekannte Legierung dieser Art ist unter der Bezeichnung
^Rj
!0 STELLITE 1^-Legierung Nr. 6 mit den typischen Werten von 28 Gew.-% Chrom, 4,5 Gew.-% Wolfram, 1,2 Gew.-% Kohlenstoff und der Rest Kobalt, im Handel. Aufgrund der niedrigen Kosten und der Verfügbarkeit von Eisen wurden einige Legierungen auf Eisenbasis für verschleißfeste Anwendun-
!5 gen vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart das US-Patent 2 635 044 als Basis den rostfreien 18-8 Stahl mit Zusätzen von Molybdän, Beryllium und Silizium, als einen härtbaren rostfreien Stahl, der bei Warmbehandlung abrieb- und abtragungskorrosionsbeständig ist.
Das US-Patent 1 790 177 offenbart eine verschleißfeste Stahllegierung, die zum Gebrauch für Bohrwerkzeuge und Schweißstäbe geeignet ist. Dieser Stahl enthält als wesentliche Elemente nur Chrom, Nickel, Silizium und Kohlenstoff mit einem Chromanteil von 25 bis 35 Gew.-% als
charakteristisches Merkmal. Das US-Patent 2 750 283 offenbart den Zusatz von Bor, um die Warmwalz-Eigenschaften von nahezu jeder bekannten Chrom-Eisen-Legierung mit oder ohne Nickel, Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Molybdän, Wolfram, Kobalt oder anderen wahlweisen Elementen zu vergrößern. Das US-Patent 4 002 510 offenbart den Zusatz von Silizium zu rostfreiem 18-8 Stahl, um die Bildung von Delta-Ferrit zu unterstützen und auf diese Weise die Beständigkeit bezüglich Spannungskorrosionsrißbildung (stress corrosion cracking) zu erhöhen.
Die US-Patente 3 912 503 und 4 039 356 betreffen einen modifizierten rostfreien 18-8 Stahl mit einem kritischen Gehalt an Mangan und Silizium. Ein ebenfalls bekannter ähnlicher herkömmlicher Stahl ist unter der Handelsmarke NITRONIC 60 der ARMCO Inc. bekannt, und enthält als typische Merkmale maximal 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, 8 Gew.-% Mangan, 4 Gew.-% Silizium, 17 Gew.-% Chrom, 8,5 Gew.-% Nickel und 0,13 Gew.-% Stickstoff. Die Daten zeigen, daß dieser Stahl gute Haltbarkeitseigenschaften, insbesondere in den Abriebtests (galling tests), aufweist.
Der Metallverschleiß in der industriellen und verbrauchenden maschinenmäßigen Bearbeitung stellt ein teures und heutzutage gefährliches Problem dar. Die Verschleißbedingungen durch die Umgebung sind derart mannigfaltig, daß es keine optimale oder perfekte verschleißfeste Legierung geben kann, um alle Probleme zu lösen. Ferner sind Kosten und Verfügbarkeit der Elemente zur Herstellung bestimmter verschleißfester Legierungen von entscheidender Bedeutung. Der Fachmann forscht ständig nach neuen und verbesserten Legierungen, um derartige Bedürfnisse zu befriedigen.
Beispielsweise werden Ventilbauteile, die im Betrieb den chemisch aggressiven Mitteln ausgesetzt sind, entweder aus rostfreiem Stahl oder aus Legierungen mit einem hohen
Nickelanteil hergestellt. Typisch int, daß der rostfreie Stahl 304 von der Lebensmittelindustrie und für andere Systeme, die schwache Angriffsstoffe enthalten, ausgewählt wurde, während der Stahl 316 von der chemischen Industrie benutzt wird, und die Legierungen mit einem hohen Nickelanteil für den Fall benötigt werden, daß stark aggressive Medien vorhanden sind.
Ein Hauptnachteil der rostfreien Stähle der Type 300 und der Legierungen mit einem hohen Kickelanteil ist jedoch ihre Tendenz zur Abnutzung (beispielsweise Beeinträchtigung unter starker Oberflächenbeschädigung), wenn sie unter den hohen Belastungen beträchtlichen Ventilbewegungen ausgesetzt sind. Von besonderen diesbezüglichem Interesse sind die Ventilsitzflächen, die aus Gründen der Abdichtung unbeschädigt bleiben müssen.
Im allgemeinen sind die Serienstähle der Type 300 die eigentlichen korrosionsbeständigen rostfreien Stähle. Als Mittel zum Herabsetzen des Nickelgehalts wurden die rostfreien Serienstähle der Type 200, in denen Mangan und Stickstoff einen Teil des Nickels ersetzt, entwickelt. Diese Serienstähle der Type 200 wurden entwickelt, um für einige Anwendungszwecke eine bessere mechanische Festigkeit als bei den Serienstählen der Type 300 zu erhalten. Um die Abriebbeständigkeit dieser Legierungen zu verbessern, wurden höhere Siliziumgehalte hinzugefügt, was zu den Legierungen der NITRONIC 60 Type führte. NITRONIC 60 besitzt, verglichen mit den Serienstählen der Type 200 und 300, eine ver-
JO besserte Abriebbeständigkeit.
Experimente haben gezeigt, daß NITRONIC 60 einen hohen Grad an Abriebsbeständigkeit besitzt, wenn die Berührung zwischen gleichen Legierungsteilen erfolgt. Es besteht jedoch nur eine begrenzte Abriebbeständigkeit, wenn sie mit anderen Gegenflächenmaterialien, insbesondere mit den
Serienstählen der Type 300 und Legierungen mit einem hohen Nickelanteil, in Berührung kommen. Somit ergibt sich eine begrenzte Anwendbarkeit dieser bekannten Legierungen.
Ferner hat die Erfahrung bei de*- üblichen Herstellung von Stickstoff enthaltenden Legierungen gezeigt, daß der Stickstoffgehalt schwierig zu kontrollieren ist. Stickstoff tendiert dazu, Gasprobleme während des Schweißens zu fördern. Mangan scheint der Grund für ernsthafte Verschlechterung bestimmter Ofenausfütterungsmaterialien zu sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Legierung zu schaffen, die einen höheren Grad an Verschleißfestigkeit besitzt als momentan verfügbare Legierungen.
Eine andere wesentliche Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Legierung vorzusehen, die unter einer Vielzahl von Verschleißbedingungen noch verschleißfester ist.
20 Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung, insbesondere der Tabelle 1.
labeile 1 stellt die Bereiche der Zusammensetzungen dar, die verschiedene Ausführungsbeispiele der Legierung ge-
maß dieser Erfindung bestimmen. Der breite Bereich in Tabelle 1 bestimmt den Umfang, in dem unter gewissen Umständen ein Vorteil der Erfindung erzielt werden kann. Der bevorzugte Bereich in Tabelle 1 bestimmt den Umfang, in dem ein höherer Grad an Vorteilen erzielt werden kann. Die Daten zeigen, daß viele Eigenschaften durch die Zusammensetzungen innerhalb dieses Bereichs verbessert werden. Der bevorzugtere Bereich in Tabelle 1 bestimmt den Umfang, in dem eine wünschenswertere Kombination von technischen Eigenschaften erzielt wird.
Die typische, in Tabelle 1 wiedergegebene Legierung, stellt die optimale Zusammensetzung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung dar. Die typische Legierung besitzt einen wirksamen Arbeitsbereich, der im wesentlichen im typisehen Bereich, wie in Tabelle 1 gezeigt, bestimmt wird.
In der Legierung gemäß der Erfindung ist Chrom vorhanden, um eine Korrosionsbeständigkeit zu schaffen und um die Bildung von Chromcarbiden, Chromboriden und dergl. zu fördem. Weniger als 10 Gew.-% Chrom "vürde keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit bieten, während ein über 40 %iger Chromgehalt die Formbarkeit der Legierung herabsetzen würde.
Um eine austernitische Anordnung in der Legierung zu fördern, muß Nickel vorhanden sein. Um effektiv zu sein, sind wenigstens 5 Gew.-% Nickel erforderlich, während aber mehr als 15 Gew.-% Nickel keine zusätzlichen Vorteile bieten. Die Testergebnisse zeigen, daß bei nur 5,12 Gew.-% Nickel sich ein hoher Grad an Abriebschäden (galling damage) an der mit einer Hochnickellegierung gekoppelten Legierung einstellt. Bei 14,11 Gew.-% Nickel ergibt sich ebenfalls eine schlechte Abriebsbeständigkeit bei der Verbindung mit einer Legierung von hohem Nickelgehalt, auch wenn die Nickellegierung mit 14,11 Gew.-% Ni mit der selben Nickellegierung gekoppelt ist.
In der Legierung muß Silizium vorhanden sein, um die Anti-Abnutzungseigenschaften der Legierung zu verbessern. We-IQ niger als 3 Gew.-% Silizium reicht nicht aus, während ein Anteil über 7 Gew.-% die Legierung spröde macht.
Die Legierung gemäß der Erfindung wird durch die Ausbildung von Karbiden und Boriden aus einer Gruppe der EIemente Molybdän, Wolfram, Vanadium, Tantal, Niob, Titan, Chrom, Zirkonium, Hafnium und anderen bekannten Elementen
verbessert. Natürlich können Karbide und Boride aus Eisen gebildet werden. Om diese Karbide und Boride in der Legierung in einer wirksamen Menge zu erhalten, muß Kohlenstoff und Bor in einer Menge von insgesamt nicht weniger als 0,25 Gew.-% enthalten sein. Bei einem Gehalt von mehr als insgesamt 3,5 Gew.-% Kohlenstoff und Bor wird die Verformbarkeit der Legierung herabgesetzt. Der Gesamtgehalt an oben aufgeführten Karbid- und Borid-Bildnern (andere als Eisen) darf, um wirksam zu sein, nicht unter einem Anteil von 1° Gew.-% vorhanden sein; aber ein Anteil von über 40 Gew.-% wird die Verformbarkeit herabsetzen und ferner auch die Kosten erhöhen.
Es ist verständlich, daß die Karbide und Boride in Form von komplexen Strukturen mit drei oder mehr Elementen, wie beispielsweise in Form eines Chrom-Eisen-Karbids auftreten können. Natürlich ist wenigstens ein Teil der Karbid-Borid-formenden Elementen im Grundgefüge (Matrix) zu finden.
In der Legierung gemäß der Erfindung kann Stickstoff für einige Anwendungen nützlich und in einem wirksamen Umfang von nicht mehr als 0,2 Gev;.-% vorhanden sein, um die Ausbildung von überschüssigen Nitriden zu verhindern und um Problemen bezüglich der Gasbildung in Schweißkonstruktionen auszuweichen.
Bei der Zusammensetzung der Legierung ist Kobalt als besonders kritisch anzusehen. Die nachfolgenden Daten zeigen, daß ein kontrollierter Kobaltgehalt wesentliche Vorteile der Legierung und insbesondere eine Schlagbiegefestigkeit (impact strength) ergibt. Der Kobaltgehalt muß wenigstens 5 Gew.-% betragen, um eine wirksame verbesserte Schlagbiegefestigkeit zu erreichen. Bei über 30 Gew.-% Kobalt gehen die vorteilhaften Wirkungen von Kobalt verloren und
bringt hinsichtlich der zusätzlichen Kosten keine zusätzliche Verbesserung mit sich. Die gegenwärtigen Testergebnisse zeigen, daß der optimale Kobaltgehalt bei 12 Gew.-% liegt. Somit wird ein bevorzugter Bereich von Kobalt mit 5 bis 20 Gew.-%, der für die Erfindung am vorteilhaftesten ist, vorgeschlagen.
In einer Reihe von Tests wurde die kritische Menge (criticality) von Kobalt in zwei Legierungen auf Eisenbasis getestet. Legierung A entspricht im wesentlichen Legierung 6781 in Tabelle 2, abgesehen von Kobalt. Die Legierung B enthielt 20/37 Gew.-% Chrom, 9,83 Gew.-% Nickel, 4,74 Gew.-% Silizium, 2,2 Gew.-% Kohlenstoff und 7,93 Gew.-% Vanadium. Zu den Basislegierungen A und B wurden Kobaltzusätze beigemengt. Die daraus resultierenden Legierungen wurden auf Schlagbiegefestigk^it getestet. Die Tests wurden auf der Standard-Schlagbiegeversuchseinheit nach Charpy ausgeführt, wobei die Werte von Vollstäben in Joule gemessen wurden. Die Daten sind in Tabelle 3 aufgezeigt und iQ werden in der angeführten Abbildung graphisch dargestellt.
Die Daten und die Abbildung zeigen deutlich, daß ein kontrollierter Kobaltgehalt die Schlagbiegefestigkeit wesentlich beeinflußt. Die Daten zeigen, daß der optimale Koj5 baltgehalt bei etwa 12 Gew.-% liegt. Die Wirkung von Kobalt ist bis etwa 30 Gew.-% Kobaltgehalt für Legierung A und 20 Gew.-% Kobaltgehalt für Legierung B vorteilhaft.
Die Daten zeigen ebenfalls, daß die Basislegierung A im all-3Q gemeinen eine höhere Schlagbiegefestigkeit besitzt; jedoch ist der Einfluß von Kobalt in der Basislegierung B ähnlich.
In Anbetracht aller getesteten Materialverbindungen zeigen die in Tabelle 4 aufgeführten Daten, daß, wenn Kobait nur mit einem Anteil von 4,86 Gew.-% (Legierung A-I) vorhanden ist, die allgemeine Abriebfestigkeit geringer ist
als die der 11,95 Gew.-% Kobalt enthaltenden Legierung (Legierung A-2). Jedoch ergibt ein erhöhter Kobaltgehalt von 26,92 Gew.-% (Legierung A-3) eine geringe Verbesserung der Abriebfestigkeit. Um einen direkten Vergleich mit bekannten Legierungen anzustellen, führt Tabelle 4 auch Daten der STELLITE-Legierung 6, der NITRONIIC 60 und der als Legierung auf Nickelbasis bekannten HASTELLOY-Legierung C-276 an. Das Abrieb-Testverfahren wird nachfolgend beschrieben.
Diese Verschleißdaten zeigen, daß die Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung vergleichbar oder besser als typische herkömmliche verfügbare Legierungen ist.
Hinsichtlich dieser Daten sollte im Hinblick auf die Kosten für Kobalt der Kobaltgehalt 30 Gew.-% und vorzugsweise 20 Gew.-% betragen.
Mangan ist in der Legierung gemäß der Erfindung nicht wesentlich, kann aber in der Legierung zusammen mit Nickel in einem Gesamtgehalt, der 20 Gew.-% nicht überschreiten soll, vorhanden sein.
Beispiele
Es wurden eine Reihe von experimentellen Legierungen zum Testen vorbereitet.
Die Legierungsproben wurden zum Testen induktionsgeschmolzen und in Glasröhren Schweißstäbe mit einem Durchmesser von 4,8 mm (0,188 inch) ergebend ansauggegossen (aspiration cast). Die Schweißstäbe wurden durch Gas-Wolframbogenschweißung erzeugt. Sie wurden zu Testproben geformt.
Die Legierung 6781-W der vorliegenden Erfindung wurde in Form eines bearbeiteten Erzeugnisses angefertigt. Tabelle 2 zeigt die Analysenwerte der Legierung. Die Legierung wurde
unter Vakuum induktionsgeschmolzen und anschließend dem Elektroschlacken-Umschmelzverfahren (ESU) unterzogen. Die ESU-Stangen wurden bei 1177°C (21500F) geschmiedet, danach bei der gleichen Temperatur warmgewalzt und schließlich zu einem 1,59 mm (1/16 inch) dicken Teststück plattiert. Die Abriebdaten zeigen die Legierung der vorliegenden Erfindung in bearbeiteter Form, mit hervorstechenden Anti-Abriebeigenschaften, ähnlich den Eigenschaften der Legierung in Form von auftragsgeschweißten Ablagerungen (hardfacing
Q deposits).
Die Knetlegierung (wrought alloy) wurde mit Hilfe der bekannten Standard-Testmethode einem Schlagbiegetest unterworfen. Die Daten sind in Tabelle 5 dargestellt.
Von der Legierung der vorliegenden Erfindung können auch Pulvererzeugnisse hergestellt werden. Durch die Mischung der Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Mischprodukt mit Hartpartikeln, wie Wolframkarbid, TitandijQ borid und dergl. erzeugt werden. Die Mischung wird dann zu einer verwendbaren Form bzw. Gestalt verarbeitet. Zusätzlich können Komponenten der Mischung getrennt einem Schweißbrenner zugeführt werden, wobei das Endprodukt eine Mischablagerung darstellt.
Der Abriebtest, der benutzt wurde, um die Daten in Tabelle 4 zu erstellen, enthält:
a. die Hin- und Herdrehung (10 mal um 2,1 rad (120° BojQ genmaß)) eines zylindrischen Stiftes (mit einem Durchmesser von 15,9 mm (0,625 inch)) gegen einen Gegenblock (counterface block) unter Belastung und
b. Studium der Testoberflächen (test faces) (die sich anfänglich in einem Oberflächengrundzustand befanden)
durch Oberflächenmesbung, um den Grad der während des
Gleitens (sliding) bewirkten Beschädigung zu bestimmen.
Die Tests wurden für jedes Testpaar mit drei Belastungen: 1360,8 kg (3000 Ib;), 2721,6 kg (6000 Ib) und 4082,3 kg
(9000 Ib) durchgeführt.
Die Stifte wurden durch einen Hebel
manuell gedreht, während die Last durch ein Kugellager übertragen wurde. Der Halsaibschnitt der Stifte war dazu be-
IQ stimmt, beide, den Hebel und das Kugellager, unterzubringen (accommodate). :
Da Metallflächen, die dem Gleiten unter hohen Belastungen ausgesetzt sind, unregelmäßige Profile aufweisen, die
•^5 oft ein oder zwei tiefe Rillen als charakteristisches Merkmal besitzen, wurde daran gedacht, den Grad der Beschädigung eher in Form von Veränderungen des Höchstwertes bezüglich des unteren Scheitelwertes (des Profils) als die Veränderung hinsichtlich der Durchschnittsrauhigkeit (die dazu
führt, die Anwesenheit von jeglichen stark beschädigten Bereichen zu verdecken) zu messen.
Der zylindrische Stift und der Block weisen in einem gegebenen Test (unter visuellen Bedingungen) sichtbar den glei-
chen Grad der Beschädigungen auf. Nur die Blöcke werden bei der quantitativen Schadensbestimmung benutzt, da sie der
Oberflächenmessung zugänglicher sind, und eine Bewegung des Schreibers hin zum Umfang der Schramme (scar) und darüber
hinaus ermöglichen. Der Schreiber wurde der Genauigkeit halber zweimal über jede Schramme bewegt (ein Weg entlang des Durchmessers parallel zu den Seiten des Blockes; der andere entlang des Durchmessers senkrecht zu ihm). Um eine Berechnung des anfänglichen Spitzenwertes zum unteren Scheitelwert zu ermöglichen, wurde eine abschätzbare Überlappung der angrenzenden unverbrauchten Oberflächenregionen bewirkt .
Unter Berücksichtigung jedes Radius als einen verschiedenartigen Bereich der Schramme wurden vier Werte des endgültigen Höchstwertes zum unteren Scheitelwert pro Schramme gemessen. Der Durchschnitt dieser vier Werte wurde benutzt, um den Grad der ausgesetzten Beschädigung zu bestimmen, indem der Durchschnitt dieser vier Werte der Anfangs-Höchstwerte von der Talamplitude subtrahiert wurde.
Q Das Abrieb-Testverfahren, das benutzt wurde, um die oben beschriebenen Abriebauswertungen zu erhalten, wurde aus bekannten Testmethoden entwickelt und modifiziert, um -genauere und aussagekräftigere Testergebnisse zu erzielen. Auf diese Weise stimmen die hierin aufgeführten Testdaten notwendigerweise nicht direkt mit den vorveröffentlichten, durch andere Testmethoden erlangten Daten überein.
Wenn nicht anders festgesetzt, wurden alle hierin aufge-Q führten Abriebtests unter identischen Testbedingungen durchgeführt und die sich ergebenden Testdaten sind deshalb für die direkten Vergleiche mit verschiedenen hierin getesteten Legierungen gültig.
>5 Der hoch chromhaltige rostfreie Stahl ist im wesentlichen für den Gebrauch als verschleißfeste (Abrieb) Komponenten, wie beispielsweise bei Ventilteilen, geeignet. Eine typische Legierung enthält im allgemeinen Chrom, Nickel, Silizium, Kohlenstoff, einen wirkungsvollen Kobaltgehalt
O und den Rest Eisen incl. der üblichen Verunreinigungen. Die Legierung kann in Form von Gußstücken, P/M-Erzeugnissen, Auftragschweiß- und Schweißmaterialien und schmiedegewalzten (wrought mill) Erzeugnissen hergestellt werden.
BAD
Tabelle 1
Legierung gemäß der Erfindung Zusammensetzung in Gewichtsprozent
Besonders
Brexter Bevorzugter bevorzugter Typisch Typischer Rest
Element Bereich Bereich Bereich 30 Bereich 11-13
Cr 10-40 15-40 25-40 10 28,5-31,5
Ni 5-15 7-13 7-13 ca. 3 0 9-11
Ni+Mn 20 max. 15 max. 15 max. 4,7 — ca. 30
Si 3-7 3,5-6 4-5,5 1 4,4-5,2
C — — — ca. 1 0,85-1,15
C + B 0,25-3,5 0,75-3,0 0,75-2,5 — —
N2 0,2 max. 0,15 max» 0,10 max. —
Fe plus
Verunrei Rest
nigungen Rest Rest Rest 12
Co 5-30 5-20 9-15 . ...
Carbid-
Borid- ca. 30
Bildner* 10-40 15-40 25-40
CO OO CO CO cn Q CO
*Molybdän, Wolfram, Vanadium, Tantal, Niob, Titanium, Chrom, Zirkonium und Hafnium
Tabelle 2
Beispiellegierungen gemäß der Erfindung in Gewichtsprozent
Legierung Legierung
6781 6781-W
Cr 29,54 29,07
Ni 9,72 11,08
Ni+Mn — 11,58
Si 4,73 4,23 -
C 1,07 1,07
N2 0,06 0,01
Fe plus Verun
reinigungen Rest Rest
Co 11,95 10,82
Tabelle 3
Einfluß von Kobalt
Basisle Kobalt Vollstab-Schlag (ft.lbf.)
gierung A gehalt biegefestigkeit 5,2
Joule l 13,7
A-I 4,86% 7,1 6,0
A - 2 11,95% 18,6
A - 3 26,92% 8,1
Basisle 1,3
gierung B 5,2
B-I 0 1,7 1,8
B - 2 12,33 7,1
B - 3 19,37 2,4
Testpaar
Tabelle 4
Verschleiß-Testdaten (Mikrometer (pm))
Grad der Beschädigung - pm
(3000 Ib.) (6000 Ib.) (9000 Ib.)
1360,8 kg 2721,6 kg 4082,3 kg
STELLITE-Legierung Nr. 6 geg. STELLITE-Legierung Nr. 6 STELLITE-Legierung Nr. 6 geg. 304 Rostfreier Stahl STELLITE-Legierung Nr. 6 geg. 316 Rostfreier Stahl STELLITE-Legierung Nr. 6 geg. HASTELLOY-Legierung C-276 STELLITE-Legierung Nr. 6 geg. 410 Rostfreier Stahl NITRONIC 60 geg. NITRONIC 60 NITRONIC 60 geg. 304 Rostfreier Stahl
NITRONIC 60 geg. 316 Rostfreier Stahl
1,25 45,63 23,50 21,88
25,63 2,50
40,63 38,13
2, 50 1, 88
40, 00 52, 00
48, 13 58, 13
30, 00 23, 13
28, 13 55, 00
120, 00 111, 25
111, 25 85, 63
97, 50 118, 75
OO GO OJ CO cn CD co
OJ Tabelle 4 - Fortsetzung co
Verschleiß-Testdaten CD
(Mikrometer (pm))
Testpaar Grad der Beschädigung - pm
(3000 Ib.) (6000 Ib.) (9000 Ib.) 1360,8 kg 2721,6 kg 4082,3 kg
NITRONIC 60 geg. HASTELLOY-
Legierung C-?75 3,25 53-75 115,00
NITRONIC 60 geg. STELLITE-Legierung Nr. 6
Legierung A-I geg. Legierung A-I
Legierung A-I geg. 304 Rostfreier Stahl
Legierung A-I geg. 316 Rostfreier Stahl
Legierung A-I geg. HASTELLOY-Legierung C-276
Legierung A-I geg. STELLITE-Legierung Nr. 6
2, 50 1,50 3,13
1, 00 0,63 0,75
5, 38 17,00 28,13
2, 50 46,25 55,00
3, 00 15,50 10,38
0, 63 1,25 1,25
Tabelle 4 - Fortsetzung
Testpaar
Grad der Beschädigung - pm
A-2 geg. Legierung A-2 (3000 Ib.) (6000 Ib.) (9000 Ib.
A-2 geg. 304 Rostfreier 1360,8 kg 2721,6 kg 4082,3 kg
Legierung 1,25 1,50 1,50
Legierung Ά-2 geg. 316 Rostfreier
Stahl 0,88 2,88 3,63
Legierung A-2 geg. HASTELLOY-
Stahl C-276 11,00 22,88 35,63
Legierung A-2 geg. 410 Rostfreier
Legierung 1,75 0,63 2,63
Legierung A-2 geg. STELLITE-
Stahl Nr. 6 2,50 3,00 7,25
Legierung A-3 geg. Legierung A-3
Legierung 1,13 1,13 1,13
Legierung 0,88 1,13 0,88
-λ VO
GO OO CO Ol CD CO
Tabelle 4 - Fortsetzung
Testpaar
Legierung A-3 geg. 304 Rostfreier Stahl Legierung A-3 geg. 316 Rostfreier Stahl Legierung A-3 geg. HASTELLOY-Legierung C-276 Legierung A-3 geg. STELLITE-Legierung Nr.
Grad der Beschädigung - μπι
(3000 Ib.) (6000 Ib.) (9000 Ib.)
1360,8 kg 2721,6 kg 4082,3 kg
1,38 1, 25 2, 88
4,25 23, 88 42, 38
2,13 0, 88 2, 25
2,13 1, 75 2, 13
OJ OJ CO
Tabelle 5 Schlagbiegedaten Legierung Schlagbiegefestj.gkeit - Joule (ft.lbf.)) Gekerbt UngeXerbt
6781-W 5,4 (4,0) 88,8 (65,5)
'Hl·
Leerseite

Claims (10)

Qörtz, Dr. Fucfte, Dr. Hartteft PKtntanwUt· Postfach 700346 Schneckcnhofstrato 27 c 221 D-6000 Frankfurt am Main 70 Telefon <0ei1) 617079 20 Oktober 1983 HaKk/Ra. Cabot Corporation, 125 High Street, Boston, MA/USA Verschleißfester rostfreier Stahl
1. legierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesent-—liehen IO bis 40 Gew.-% Chrom, 5 bis 15 Gew.-% Nickel, maximal 20 Gew.-Nickel plus Mangan, 3 bis 7 Gew.-% , Silizium, 0,25 bis 3,5 Gew.-% Kohlenstoff plus Bor, maximal 0,2 Gew.-% Stickstoff, 10 bis 40 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Molybdän, Wolfram, Vanadium, Tantal, Niob, Titan, Chrom, Zirkonium und Hafnium, 5 bis 30 Gew.-% Kobalt und der Rest Eisen zuzüglich Verunreinigungen enthält.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 15 bis 40 Gew.-% Chrom, 7 bis 13 Gew.-% Nickel, maximal 15 Gew.-% Nickel plus Mangan, 3,5 bis 6 Gew.-% Silizium, 0,75 bis 3,0 Gew.-% Kohlenstoff plus Bor, maximal 0,15 Gew.-% Stickstoff, 5 bis 20 Gew.-% Kobalt,
BAD ORIGINAL
15 bis 40 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Molybdän, Wolfram, Vanadium, Tantal, Niob, Titan, Chrom, Zirkonium und Hafnium enthält.
3. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 25 bis 40 Gew.-% Chrom, 7 bis 13 Gew.-% Nickel, maximal 15 Gew.-% Nickel plus Mangan, 4 bis 5,5 Gew.-% Silizium, 0,75 bis 2,5 Gew.-% Kohlenstoff plus Bor, maximal 0,1 Gew.-% Stickstoff, 9 bis 15 Gew.-% Kobalt LO und 25 bis 40 Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Molybdän, Wolfram, Vanadium, Tantal, Niob, Titan, Chrom, Zirkonium und Hafnium enthält.
4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß L5 sie etwa 30 Gew.-% Chrom, etwa ]0 Gew.-% Nickel, etwa 4,7 Gew.-% Silizium, etwa 1 Gew~-% Kohlenstoff, etwa Gew.-% Kobalt enthält.
5. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß >0 sie 28,5 bis 31,5 Gew.-% Chrom, 9 bis 11 Gew.-% Nickel, 4,4 bis 5,2 Gew.-% Silizium, O,85 bis 1,15 Gew.-% Kohlenstoff, 11 bis 13 Gew.-% Kobalt enthält.
6. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem wirksamen Umfang Kobalt aufweist, um eine kombinierte gute Schlagbiegefestigkeit und gute Verschleiß-, insbesondere Abriebfestigkeit zu erreichen.
7. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen hohen Grad an Verschleiß-, insbesondere Abriebfestigkeit und eine Vielzahl von Bedingungen aufweist.
8. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie für ein Gußstück oder ein bearbeitetes Erzeugnis oder ein auftraggeschweißtes Material oder als ein
gesintertes pulvermetallurgisches Erzeugnis hergestellt wird.
9. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Komponente eines zusammengesetzten Werkstoffes (composite material) darstellt, worin diese Legierung
die Matrix mit Verteilungen von Hartteilchen, wie beispielsweise Wolfram, TLtandiborid und dergleichen ist.
10. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 9 für die Herstellung verschleißfester Teile, beispielsweise von Ventilteilen.
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