DE3782122T2

DE3782122T2 - Aushaertbarer rostfreier stahl.

Info

Publication number: DE3782122T2
Application number: DE8787306418T
Authority: DE
Inventors: John J Eckenrod; Jr Walter T Haswell; Kenneth E Pinnow; Geoffrey O Rhodes
Original assignee: Crucible Materials Corp
Current assignee: Crucible Materials Corp
Priority date: 1986-08-21
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2007-07-21
Also published as: GR3006414T3; EP0257780A3; ES2035070T3; DE3782122D1; CA1330629C; JPH0372700B2; JPS6353246A; ATE81360T1; US4769213A; EP0257780A2; EP0257780B1

Description

Die Erfindung betrifft alterungsaushärtbare nichtrostende Stähle und insbesondere alterungsaushärtbare martensitische nichtrostende Chrom-Nickel-Kupfer-Stähle.
Alterungsaushärtbare martensitische nichtrostende Stähle der aus den US-PS 2 482 096 und 2 850 380 bekannten Zusammensetzungen besitzen ausgesprochen wertvolle Kombinationen von mechanischen Eigenschaften/Korrosionsbeständigkeit. Auf zahlreichen Anwendungsgebieten werden Stähle dieser Art in lösungsgeglühtem Zustand bearbeitet und danach durch eine einfache Alterungsaushärtbehandlung bei Temperaturen zwischen etwa 850ºF und 1150ºF (454 - 621ºC) gehärtet. Der Hauptvorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß Teile und Formlinge bis nahe an ihre Endabmessungen behandelt und danach ohne die Gefahr eines übermäßigen Abblätterns, großer Dimensionsänderungen oder auftretender Schwierigkeiten bei der Wärmebehandlung gehärtet werden können. Die (maschinelle) Bearbeitbarkeit der betreffenden alterungsaushärtbaren nichtrostenden Stähle ist jedoch gerade noch akzeptabel, insbesondere in lösungsgeglühtem Zustand. Oftmals sind spezielle und kostspielige Maßnahmen erforderlich, um im großtechnischen Maßstab angemessene Bearbeitungsgeschwindigkeiten und eine akzeptable Haltbarkeit des Schneidwerkzeugs sicherstellen zu können.
Um in lösungsgeglühtem Zustand die gewünschte vollmartensitische Struktur zu erhalten, muß die chemische Zusammensetzung der alterungsaushärtbaren nichtrostenden Stähle innerhalb enger Grenzen gesteuert werden, um Delta-Ferrit zu minimieren oder auszuschalten und um die Austenitumwandlungseigenschaften zu steuern. Dies erfordert zur Steuerung des Ferritgehalts ein enges Gleichgewicht zwischen den austenitbildenden Elementen, wie Kohlenstoff, Stickstoff, Mangan, Nickel und Kupfer, und den ferritbildenden Elementen, wie Chrom, Molybdän, Silizium und Niob, und zur Steuerung der Stabilität des bei höheren Temperaturen während des Lösungsglühens gebildeten Austenits der Gesamtzusammensetzung.
Aus den US-PS 2 850 380 und 3 574 601 geht hervor, daß sich die Bearbeitbarkeit der alterungsaushärtbaren martensitischen nichtrostenden Stähle durch Erhöhung ihres Schwefelgehalts oder durch Zulegieren sonstiger Elemente, wie Selen, Tellur, Wismut oder Blei, die - wie Schwefel - die Bearbeitbarkeit zu verbessern vermögen, verbessern läßt. Schwefel und diese sonstigen Elemente beeinträchtigen jedoch die Warmformgebung und die mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit zahlreicher Fertigprodukte. Bei stabförmigen Produkten dehnen sich beispielsweise die durch das Zulegierung von Schwefel entstandenen Sulfide in Warmwalzrichtung aus, wobei Sulfidschilfer entstehen. Diese verschlechtern in erheblichem Maße die Schlagfestigkeit in Querrichtung und die Bildsamkeit sowie insgesamt die mechanischen Eigenschaften. Darüber hinaus zeigt auch die ausgeprägte Neigung des Schwefels, sich in großen, in üblicher Weise gegossenen Blockabschnitten abzuscheiden, einen nachteiligen Einfluß auf die Fehlerfreiheit, Polierbarkeit und die Gefügeeigenschaften von unter Verwendung dieser Materialien hergestellten Kunststofformen. Bei den bekannten Stählen dieses Typs sollte zwar aus Gründen einer verbesserten Bearbeitbarkeit Schwefel zulegiert werden, dies geht jedoch in erheblichem Maße auf Kosten der Zähigkeit, Bildsamkeit, Korrosionsbeständigkeit, Polierbarkeit, der Gefügeausbildung und sonstiger ähnlicher Eigenschaften.
Aus der EP-A-136 997 ist eine chromhaltige alterungsaushärtbare Stahllegierung einer weitgehend (mit der vorliegenden Erfindung) vergleichbaren Zusammensetzung für Preßwerkzeuge bekannt. Die Chrom- und Nickelgehalte der betreffenden Legierung überschreiten jedoch die erfindungsgemäß einzuhaltende Obergrenze.
Aus der GB-PS 973 489 ist ein martensitischer nichtrostender Stahl eines (zu der vorliegenden Erfindung) weitgehend ähnlichen Typs bekannt. Die Gehalte an Kohlenstoff plus Stickstoff können jedoch bis zu 0,15% reichen, womit die erfindungsgemäß einzuhaltende Obergrenze überschritten wird. Darüber hinaus ist auch - anders als im Rahmen der vorliegenden Erfindung - die Zusammensetzung des betreffenden Stahls nicht dahingehend abgeglichen, daß er keinen Gehalt an Delta-Ferrit aufweist. Schließlich übersteigen auch die Gehalte an Chrom und Nickel die erfindungsgemäß einzuhaltenden Obergrenzen.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Form aus einem alterungsaushärtbaren martensitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Kupfer-Stahl mit verbesserter Bearbeitbarkeit insbesondere in lösungsgeglühtem als auch alterungsausgehärtetem Zustand bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer nichtrostenden Stahlform aus einem Stahl dieses Typs zum Ausformen von Kunststoffen und sonstigen Materialien, wobei ebenfalls eine verbesserte Bearbeitbarkeit insbesondere in lösungsgeglühtem und alterungsausgehärtetem Zustand gewährleistet ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Bearbeitbarkeit von alterungsaushärtbaren martensitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Kupfer-Stählen insbesondere in lösungsgeglühtem und ferner auch in alterungsausgehärtetem Zustand deutlich verbessern läßt, wenn man ihre Kohlenstoff plus Stickstoffgehalte unter übliche Mengenanteile senkt. In diesem Zusammenhang haben sich Kombinationen aus Kohlenstoff plus Stickstoff in niedrigen Mengenanteilen als wirksamer erwiesen als niedriger Mengenanteil Kohlenstoff- plus Stickalleine. Neben der Verminderung im Kohlenstoff plus Stickstoffgehalt muß die Gesamtzusammensetzung der erfindungsgemäßen Stähle dahingehend abgeglichen werden, daß eine Minimierung oder Vermeidung der Bildung von Delta-Ferrit erreicht und in lösungsgeglühtem Zustand eine vollständig martensitische Struktur sichergestellt wird. Die durch die Verminderung des Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalts erreichbaren Verbesserungen in der Bearbeitbarkeit stellen sich sowohl bei sehr niedrigen als auch bei erhöhten Schwefelgehalten ein, so daß man die Bearbeitbarkeit auch ohne Erhöhen des Schwefelgehalts verbessern kann oder die Bearbeitbarkeit von auf Anwendungsgebieten, auf denen die nachteiligen Einflüsse von Schwefel auf die mechanischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit und sonstige Eigenschaften toleriert werden können, eingesetzten schwefelhaltigen Materialien noch weiter verbessern kann.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Form aus einem alterungsaushärtbaren martensitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Kupfer-Stahl verbesserter Bearbeitbarkeit in sowohl lösungsbehandeltem als auch alterungsausgehärtetem Zustand, bestehend aus (in Gew.-%) :
Kohlenstoff plus Stickstoff bis zu 0,05, vorzugsweise 0,035;
Mangan bis zu 8,0, vorzugsweise 2,0;
Phosphor bis zu 0,040;
Schwefel bis zu 0,15, vorzugsweise 0,030;
Silizium bis zu 1,0;
Nickel 2,5 bis 3,5;
Chrom 11,00 bis 13,00;
Molybdän bis zu 3, vorzugsweise 0,50;
Kupfer 2,00 bis 5,00;
Niob bis zu 15 x (C+N);
Aluminium bis zu 0,05;
Beryllium 0 bis 0,5 und
Bor 0 bis 0,01,
Rest Eisen nebst erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, wobei die Zusammensetzung der Form derart ausgeglichen wird, daß im wesentlichen kein Delta-Ferrit gemäß Gleichung (1) entsteht und eine Ms-Temperatur über 250ºF (121ºC) gemäß Gleichung (2) gewährleistet ist.
Bei der Ms-Temperatur handelt es sich um diejenige Temperatur, bei welcher beim Abkühlen eine Umwandlung in Martensit einsetzt. Wenn man die Ms-Temperatur über 250ºF (121ºC) hält, kann man bei oder über Raumtemperatur eine im Wesentlichen vollständige Umwandlung in Martensit gewährleisten.
Die erfindungsgemäßen Stähle sind gemäß Gleichung (1)
% Ferrit = -117,8-151,3 (C+N) +9,7 (Si)-7,7 (Ni +Mn/2 + Cu/3) + 9,1(Cr) + 7,3(Mo) + 32,4(Nb)
im wesentlichen ferritfrei.
Die erfindungsgemäßen Stähle sind nach dem Abkühlen von der Lösungsglühtemperatur auf oder unter Umgebungstemperatur gemäß Gleichung (2)
Ms(ºF) = 2280-2620 (C+N-Nb/8)-102 (Ni-2Mn) - 66 (Cr + Mo) - 97 (Cu)
im wesentlichen vollständig martensitisch.
In den beiden Gleichungen erfolgt ein Ersatz des Nickels durch Mangan auf der Basis 1% Mangan pro jeweils 0,5% Nickel.
Die erfindungsgemäßen Stähle haben sich bei der Herstellung von Kunststofformen als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Formen können vor der Härtungsbehandlung (maschinell) bearbeitet werden, was eine wirtschaftliche Herstellung garantiert. Ferner zeichnen sich die erfindungsgemäßen Stähle zur Formherstellung durch eine lediglich geringfügige Dimensionsänderung während der Alterungsaushärtung aus, so daß auf eine Endbearbeitung und ein Polieren weitgehend verzichtet werden kann. Wenn man den Schwefelgehalt relativ niedrig hält, läßt sich auch der Einfluß des Schwefels auf eine Abscheidung auf Formanwendungsgebieten vermeiden.
Mit den erfindungsgemäßen Stählen läßt sich Niob zur Stabilisierung von Kohlenstoff plus Stickstoff heranziehen, so daß es in einer zum Kohlenstoff plus Stickstoffgehalt des Stahls in Bezug stehenden Menge vorhanden sein kann. Obwohl Titan ein Element darstellt, das zu diesem Zweck üblicherweise als Äquivalent zu Niob verwendet wird, kann es in den erfindungsgemäßen Stählen ohne Durchführung spezieller Stahlvergütungsmaßnahmen nicht als Ersatz für Niob verwendet werden. Bei diesen Stählen führt die Anwesenheit von Titan in merklichen Mengen zur Bildung von Titancarbonitriden und -oxiden, die die Bearbeitbarkeit beeinträchtigen.
Um das Prinzip der Erfindung zu veranschaulichen, wurden mehrere Schmelzungen für Bearbeitbarkeitstests erschmolzen. Die chemischen Zusammensetzungen, die berechneten Prozentgehalte an Delta-Ferrit und die Temperaturen, bei welchen beim Abkühlen von der Lösungsglühtemperatur die Martensitumwandlung einsetzt, sind für die verschiedenen Schmelzungen in Tabelle I angegeben. TABELLE I - Chemische Zusammensetzung, berechnete Prozentgehalte an Ferrit und berechnete Martensitstarttemperatur (Ms) alterungsaushärtbarer nichtrostender Stähle Schmelzung Ferrit
Die Schmelzung V547 besitzt eine für einen alterungsaushärtbaren nichtrostenden Stahl dieses Typs typische chemische Zusammensetzung. Die anderen acht Schmelzungen wurden erschmolzen, um die Einflüsse von Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel auf die Bearbeitbarkeit von lösungsgeglühten und alterungsausgehärteten nichtrostenden Stählen gemäß der Erfindung darzulegen. Um ein ähnliches Austenit-Ferrit-Gleichgewicht und ähnliche Umwandlungseigenschaften bei den verschiedenen Schmelzungen zu gewährleisten, wurden die Nickelgehalte der weniger als 0,06% Kohlenstoff plus Stickstoff und 0,21% Niob enthaltenden Stähle geringfügig erhöht. Sämtliche Stähle waren entsprechend Gleichung (1) im wesentlichen ferritfrei und entsprechend Gleichung (2) nach dem Abkühlen von der Lösungsglühtemperatur auf oder geringfügig unter Umgebungstemperatur vollständig martensitisch.
Gleichung (1): % Ferrit= -117,8-151,3 (C+N) +9,7 (Si)-7,7 (Ni+Mn/2 + Cu/3) + 9,1(Cr) +7,3(Mo) +32,4(Nb)
Gleichung (2): Ms(ºF) = 2280-2620 (C+N-Nb/8)-102 (Ni-2Mn) - 66 (Cr + Mo) - 97 (Cu)
Die 50 Pound (23 kg) schweren Schmelzungen von Tabelle I wurden induktionserschmolzen und fallend in Gußeisenformen vergossen. Nach dem Schmieden zu 1-1/4-inch (32 mm) großen achteckigen Stäben bei einer Temperatur von 2150ºF (1177ºC) wurden diese auf Umgebungstemperatur luftgekühlt, 1/2 h bei 1900ºF (1038ºC) lösungsgeglüht und schließlich mit Öl abgeschreckt. Vier Inch (102 mm) lange Prüflinge aus diesen Stäben, mit Ausnahme derjenigen aus den Schmelzungen V592, V593 und V594, wurden 4 h lang bei 1150ºF (621ºC) gealtert und dann mit Luft gekühlt. Ähnliche Prüflinge wurden 2 h lang auf 1400ºF (760ºC) erwärmt, auf Umgebungstemperatur mit Luft gekühlt, danach erneut 4 h lang auf 1150ºF (621ºC) erwärmt und schließlich mit Luft gekühlt. TABELLE II - Bohrbearbeitbarkeit alterungsaushärtbarer nichtrostender Stähle Bohrbearbeitbarkeitsbewertung (a) Alterungstemperatur ºF (ºC) Schmelzung Zusammensetzung (%) Lösungsgeglüht (a) Bohrbearbeitbarkeitsbewertung = Gesamtbohrdauerstandard /Gesamtbohrdauertest x 100 (Die Schmelzung V547 wurde als alterungsaushärtbarer nichtrostender Standardstahl herangezogen)
Lösungsgeglühte Prüflinge [1150ºF (621ºC) und 1400ºF (760ºC) plus 1150ºF (621ºC)] wurden getrennt gebohrt, die Schmelzung V547 wurde jedoch in lösungsgeglühtem Zustand verwendet, um die DMR bei sämtlichen drei Zuständen zu berechnen.
Belastung: 32,2 lb (15 kg)
Geschwindigkeit: 210 Upm
0,3-inch (7,62 mm) zeitgesteuerte Bohrlochtiefe
1/4 inch (6,35 mm) neuwertige Bohrköpfe aus Schnellschnittstahl.
Die Bohrbearbeitungstests wurden an 4-inch (102 mm) langen parallel geschliffenen Stababschnitten aus sämtlichen neun Schmelzungen in lösungsgeglühtem Zustand und ferner, mit Ausnahme der Schmelzungen V592, V593 und V594, nach dem Altern bei 1150ºF (621ºC) bzw. 1400ºF (760ºC) plus 1150ºF (621ºC) durchgeführt. Die Ergebnisse der Bohrbearbeitungsbewertung (DMR) sind in Tabelle 11 zusammengestellt. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß nach dem Altern bei 1400ºF (760ºC) plus 1150ºF (621ºC) die beste Bearbeitbarkeit und in lösungsgeglühtem Zustand die schlechteste Bearbeitbarkeit erreicht wird. Unter sämtlichen drei Bedingungen wird, wie aus der Bohrbearbeitbarkeitsbewertung hervorgeht, die Bearbeitbarkeit mit sinkendem Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalt besser. Die weitestgehende Verbesserung erreicht man jedoch bei Stählen in lösungsgeglühtem Zustand.
Die Schmelzungen V547, V552A und V552 besitzen ähnliche Schwefelgehalte. Eine erfindungsgemäße Erniedrigung des Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalts von einem typischen Wert von 0,096% bei der Schmelzung V547 auf 0,050% bei der Schmelzung V552A führt in lösungsgeglühtem Zustand zu einer etwa 28%igen Verbesserung in der Bearbeitbarkeit. Eine noch weitere Senkung des Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalts auf 0,034% führt zu einer 41%igen Verbesserung in der Bearbeitbarkeit. Eine ähnliche Zunahme in der Bearbeitbarkeitsverbesserung ist bei einer Senkung des Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalts der einen höheren Schwefelgehalt aufweisenden Stähle V551, V551A und V554 festzustellen. Den bekannten Effekt eines erhöhten Schwefelgehalts auf eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit ergibt ein Vergleich der Schmelzungen V547 (0,011% S) und V551A (0,036% S). Erfindungsgemäß läßt sich somit die Bearbeitbarkeit sowohl von lösungsgeglühten als auch alterungsausgehärteten Stählen dadurch verbessern, daß man den Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalt auf niedrigen Werten hält.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wurden Haltbarkeitstests von Drehbankschneidwerkzeugen durchgeführt. Die Durchführung dieses Tests erfolgte mit lösungsgeglühten 1-inch (25,4 mm)-Rundstäben, die aus den 1 1/4-inch (32 mm)- Achtkant-Stäben (mit Ausnahme der Schmelzungen V592, V593 und V594) gedreht worden waren. Bei dem Drehbankschneidwerkzeughaltbarkeitstest dient die Anzahl an aus dem jeweiligen Stahl vor Eintreten eines katastrophalen Werkzeugbruchs bei verschiedenen Bearbeitungsgeschwindigkeiten geschnittenen Plättchen als Maß für die Bearbeitbarkeit. Je größer die Anzahl der bei einer gegebenen Bearbeitungsgeschwindigkeit geschnittenen Plättchen ist, desto besser ist auch die Bearbeitbarkeit des Stahls. Die bei diesen Tests eingehaltenen speziellen Bedingungen sind folgende: Lösungsgeglühte 1 Inch (25,4 mm)-Rundstäbe; die Schneidwerkzeuge bestanden aus 1/4 inch (6,35 mm) AISI M2-Schnellschnittflachstahl; die Werkzeuggeometrie betrug 0º oberer Spanwinkel, 14º Front-Freiwinkel, 3º Seitenfreiwinkel, 0º Schnittwinkel die Vorschubgeschwindigkeit betrug 0,002 inches (0,05 mm) pro Umdrehung; als Schmiermittel wurde eine Mischung aus zwei Teilen dunklen Gewindeschneidöls mit drei Teilen Kerosin verwendet. Die Bearbeitungsgeschwindigkeiten betrugen 100 bis 180 Oberflächenfuß pro Minute (30 bis 55 m/min). Die Testergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt. Wie aus den in Tabelle III enthaltenen Ergebnissen hervorgeht, zeigen von den einen niedrigen Schwefelgehalt aufweisenden Materialien die Schmelzungen V552A (0,05% Kohlenstoff plus Stickstoff) und V552 (0,034% Kohlenstoff plus Stickstoff) in der Regel bessere Bearbeitbarkeit, d.h. es konnten mehr plättchenförmige Schnitte bei höherer Bearbeitungsgeschwindigkeit durchgeführt werden als bei Schmelzung V547 (0,096% Kohlenstoff plus Stickstoff). Ähnliche Ergebnisse erhielt man bei den einen höheren Schwefelgehalt aufweisenden Schmelzungen V551A (0,091% Kohlenstoff plus Stickstoff) und V554 (0,035% Kohlenstoff plus Stickstoff). TABELLE III - Ergebnisse eines Drehbankwerkzeughaltbarkeitstests mit lösungsgeglühten alterungsaushärtbaren rostfreien Stählen Schmelzung Nr. Zusammensetzung Durchschnittliche Anzahl von Plättchenschnitten bei der jeweiligen Bearbeitungsgeschwindigkeit - Oberflächenfuß pro Minute sfm (m/min)
Aufgrund der Variationsbreite der zur Bewertung dieser Materialien benutzten Bearbeitungsgeschwindigkeiten wurde zum direkten Vergleich sämtlicher sechs Schmelzungen ein konstantes Werkzeughaltbarkeitskriterium entwickelt. Die Bearbeitbarkeitsdaten für diese Schmelzungen wurden nach linearen Regressionsmethoden analysiert. Ferner wurden die zur Herstellung von 10, 20, 30 bzw. 40 Plättchenschnitten erforderlichen Bearbeitungsgeschwindigkeiten errechnet. Die hierbei erhaltenen Rechenergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt. Aus Tabelle IV geht hervor, daß eine Senkung des Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalts der erfindungsgemäßen Stähle sowohl bei niedrigen als auch hohen Schwefelgehalten deutlich erhöhte Bearbeitungsgeschwindigkeiten als Anzeichen für eine verbesserte Bearbeitbarkeit zuließ. Bei höherem Schwefelgehalt zeigt der Stahl ebenfalls eine verbesserte Bearbeitbarkeit. TABELLE IV - Konstante (Werkzeughaltbarkeits-) Bearbeitungsgeschwindigkeiten für lösungsgeglühte alterungsausgehärtete nichtrostende Stähle Schmelzung Nr. Zusammensetzung Konstante Werkzeughaltbarkeits (Plättchenschnitte) Niedriger Schwefelgehalt Hoher Schwefelgehalt * (sfm) = Oberflächenfuß/Minute
Die aus den Ergebnissen des Schneidwerkzeughaltbarkeitstest entwickelten linearen Regressionsgleichungen waren folgende:
V (10) = 177 - 789 (%C + %N) + 449 (%S)
V (20) = 167 - 734 (%C + %N) + 459 (%S)
V (30) = 161 - 703 (%C + %N) + 462 (%S)
V (40) = 157 - 682 (%C + %N) + 468 (%S)
V (10), V (20), V (30) und V (40) stellten die zur Herstellung von 10, 20, 30 bzw. 40 abgestochenen Plättchen erforderlichen Bearbeitungsgeschwindigkeiten dar. Wie aus diesen Gleichungen hervorgeht, ist eine Senkung des Kohlenstoff- und Stickstoffgehalts der erfindungsgemäßen Stähle hinsichtlich einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit 1,5- bis 1,75mal wirksamer als eine Erhöhung des Schwefelgehalts. Somit erreicht man also durch eine Verminderung des Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalts der erfindungsgemäßen Stähle eine deutlich bessere Bearbeitbarkeit als durch Erhöhen des Schwefelgehalts. Letzterer Effekt ist besonders wichtig bei Formstählen, bei denen ein niedrigerer Schwefelgehalt zu weniger Schwefeleinschlüssen und einer besseren Polierbarkeit führt. Wie aus dem positiven Wert des Regressionskoeffizienten für Schwefel zu entnehmen ist, führen höhere Schwefelgehalte zu einer weiteren Verbesserung der Bearbeitbarkeit. Somit führt die Kombination aus niedrigem Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalt und hohem Schwefelgehalt zu einer erheblich verbesserten Bearbeitbarkeit. Diese kann man sich auf Anwendungsgebieten zunutze machen, auf denen eine etwas geringere Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder Polierbarkeit toleriert werden kann.
Es hat sich auch gezeigt, daß die erfindungsgemäßen alterungsaushärtbaren martensitischen Chrom-Nickel-Kupfer- Stähle zu einer deutlichen Verbesserung hinsichtlich einer Chlorid-Spannungsrißkorrosion führen. Zur Veranschaulichung dieses Vorteils wurden aus den Schmelzungen V547 und V551A mit Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalten von 0,096 bzw. 0,091% und aus den Schmelzungen V552 und V554 mit Kohlenstoff- plus Stickstoff-Gehalten von 0,034 bzw. 0,035% bandförmige Prüflinge hergestellt und in kochendem 45%igem Magnesiumchlorid einem Trägerkrümmungstest unterworfen. Diese Testumgebung wird oftmals dazu herangezogen, die Anfälligkeit von nichtrostenden Stählen gegen Spannungsrißkorrosion zu beurteilen. Vor dem Test wurden die bandförmigen Prüflinge 15 min lang bei 1900ºF (1038ºC) lösungsgeglüht, mit Hilfe von Platten auf Raumtemperatur abgeschreckt und dann 4 h lang bei 1150ºF (621ºC) alterungsausgehärtet. Die Prüflinge wurden während des Tests einer Belastung von 110 000 psi (7744 kg/cm²) oder etwa 90% der typischen Streckfestigkeit dieser Stähle nach einer Alterungsaushärtung bei 1150ºF (621ºC) ausgesetzt. Die dem Trägerkrümmungstest ausgesetzten Prüflinge aus den Schmelzungen V547 und V551A mit Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalten außerhalb der Erfindung rissen zwischen 1 und 2 h bzw. zwischen 2 und 3 h Testdauer. In deutlichem Gegensatz dazu rissen die dem Trägerkrümmungstest ausgesetzten Prüflinge aus den Schmelzungen V552 und V554 mit Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalten innerhalb der Erfindung nach 42-stündiger Versuchsdauer nicht. Somit besitzen die erfindungsgemäßen Stähle auf Anwendungsgebieten, auf denen eine hohe Beständigkeit gegenüber Chlorid-Spannungskorrosion von wesentlicher Bedeutung ist, gegenüber bekannten einschlägigen Stählen deutliche Vorteile.
Um die gewünschten mechanischen Eigenschaften, Reaktion auf die Wärmebehandlung, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erreichen zu können, muß die chemische Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Stähle derart ausgeglichen sein, daß sie entsprechend Gleichung (1) im wesentlichen kein Delta- Ferrit enthalten und entsprechend Gleichung (2) die Martensitstarttemperatur über etwa 250ºF (121ºC) liegt. Zur Erhaltung ihrer guten Warmformgebung, Reaktion auf die Wärmebehandlung und sonstigen guten Eigenschaften sind ferner einige weitere Beschränkungen hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung von Bedeutung. Aluminium, ein bekannter Zusatz zu nichtrostenden Stählen zur Herbeiführung eines Ansprechens auf eine Alterungsaushärtung, sollte den erfindungsgemäßen Stählen nicht zulegiert werden, sofern nicht spezielle teure Erschmelzungsund Vergütungsmaßnahmen bei der Stahlherstellung durchgeführt werden. Das Zulegierung von Aluminium zu einem alterungsaushärtbaren nichtrostenden Stahl nach üblichen Erschmelzungs- und Vergütungsmaßnahmen führt zur Bildung harter eckiger nicht-metallischer Einschlüsse in dem Stahl, wodurch dessen Bearbeitbarkeit durch verstärkte Werkzeugabnutzung beeinträchtigt wird. Ferner könnte auch die normale Neigung aluminiumhaltiger Einschlüsse zur Klumpenbildung von Nachteil sein. Folglich muß der Aluminiumgehalt der erfindungsgemäßen Stähle auf unter etwa 0,05% beschränkt werden, sofern nicht zusätzliche Vergütungsschritte, z.B. ein Vakuumschmelzen, durchgeführt werden. Zur Unterstützung des Ansprechens der erfindungsgemäßen Stähle auf eine Alterungsaushärtung kann Beryllium in Mengen bis zu etwa 0,50% zulegiert werden. Schließlich kann zur Verbesserung der Warmformgebung der erfindungsgemäßen Stähle Bor in Mengen bis zu 0,01% zulegiert werden.

Claims

1. Form aus einem alterungsaushärtbaren martensitischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Kupfer-Stahl mit verbesserter Bearbeitbarkeit oder Zerspanbarkeit sowohl im lösungs(glüh)behandelten als auch im alterungsausgehärteten Zustand sowie mit Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit nach Alterung, bestehend aus (in Gew.-%)

Kohlenstoff plus Stickstoff bis zu 0,05

Mangan bis zu 8,0

Phosphor bis zu 0,040

Schwefel bis zu 0,15

Silizium bis zu 1,0

Nickel 2,50 - 3,50

Chrom 11,00 - 13,00

Molybdän bis zu 3,0

Kupfer 2,00 - 5,00

Niob bis zu 15 x (C+N)

Aluminium bis zu 0,05

Beryllium 0 - 0,5

Bor 0 - 0,01,

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Zusammensetzung der Form so ausgeglichen ist, daß sie im wesentlichen kein Delta-Ferrit nach Gleichung (1): Gleichung (1): % Ferrit= -117,8-151,3 (C+N) +9,7 (Si)-7,7 (Ni +Mn/2 + Cu/2) + 9,1(Cr) + 7,3(Mo) + 32,4(Nb)

und eine Ms-Temperatur über 250ºF (121ºC) entsprechend Gleichung (2): Gleichung (2): Ms(ºF) = 2280-2620 (C+N-Nb/8)-102 (Ni-2Mn) - 66 (Cr + Mo) - 97 (Cu) aufweist.

2. Stahlform nach Anspruch 1 mit einem Kohlenstoff- plus Stickstoffgehalt von bis zu 0,035 (Gew.-%).

3. Stahlform nach Anspruch 1 oder 2 mit bis zu 0,030 (Gew.-%) Schwefel.

4. Stahlform nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit bis zu 2,0 (Gew.-%) Mangan und bis zu 0,50 (Gew.-%) Molybdän.