DE4112766C2

DE4112766C2 - Verwendung eines korrosionsbeständigen, hochfesten martensitischen Chrom-Stahls für Scharnierbandketten

Info

Publication number: DE4112766C2
Application number: DE19914112766
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Muelders; Reinhard Dr Ing Schweitzer
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Hoesch Stahl AG
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1993-12-16
Anticipated expiration: 2011-04-20
Also published as: DE4112766A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines korrosionsbeständigen und hochfesten martensitischen Chrom-Stahls für Scharnierbandketten in Transportanlagen.

Alle %-Angaben sind Masse-%.

An geradlaufende oder kurvengängige Scharnierbandketten für Transportanlagen werden hohe Anforderungen an Korrosionsbetändigkeit und Festigkeit gestellt. Die Scharnierbandketten dürfen sich bei den im Betrieb auftretenden Belastungsspitzen nicht zu schnell dehnen oder zu schnell reißen und müssen in Transportanlagen, bei denen das Transportgut mit aggressiven Reinigungsmitteln behandelt wird (z. B. Bierflaschenreinigung), eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

Nach dem Stand der Technik wurden für Scharnierbandketten ferritische Chrom-Stähle eingesetzt (DE-PS 26 18 305 und DE-PS 29 23 532).

Aus der DE-PS 26 18 305 ist die Verwendung eines ferritischen Chrom-Stahls bestehend aus 0,17 bis 0,22% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 1% Mangan, bis 0,045% Phosphor, bis 0,030% Schwefel, 12 bis 14% Chrom, 0,9 bis 1,4% Nickel, Rest Eisen in kaltgewalztem Zustand als Werkstoff für geradlaufende oder kurvengängige Scharnierbandketten bekannt. Dieser Stahl hat eine gute Korrosionsbeständigkeit und hat sich insbesondere hinsichtlich des dynamischen Belastungsverhaltens bewährt.

Eine Weiterentwicklung dieses Stahls ist der Stahl gemäß der DE-PS 29 23 532. Er besteht aus 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 1% Mangan, 16 bis 17,5% Chrom, 0,8 bis 1,0% Nickel, Rest Eisen. Er weist nach dem Warmwalzen und nach einer Kaltumformung mit Verformungsgraden von mindestens 18 bis ca. 25% eine Mindestzugfestigkeit von 750 N/mm², eine 0,2-Dehngrenze über 600 N/mm² und eine Bruchdehnung von mindestens 10% auf. Er wird als Werkstoff zur Herstellung von geradlaufenden und kurvengängigen Scharnierbandketten verwendet, die im geschweißten Zustand ohne Wärmenachbehandlung gegen interkristalline Korrosion beständig sein müssen.

Werden höhere Festigkeitswerte verlangt, so kann dies bei diesem Stahl nur durch noch höhere Kaltwalzgrade erzielt werden. Dabei steigen zwar die Festigkeitswerte an, die Zähigkeitswerte fallen jedoch auf nicht mehr tragbare Werte ab, so daß der Stahl durch Kaltumformungsvorgänge nicht mehr verarbeitbar ist.

Aus der DE-PS 31 05 891 ist ein schweißbarer nichtrostender Stahl mit ferritisch-perlitischem Mischgefüge, bestehend aus bis 0,1% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 1% Mangan, 13,0 bis 15,8% Chrom, 0,8 bis 3,0% Nickel, bis 1,5% Molybdän, bis 0,6% Titan, Rest Eisen, wobei die Summe Prozent Chrom und Prozent Molybdän mindestens 14,4% beträgt, bekannt, der in Form von kaltgewalztem und geglühtem Kaltband nach zusätzlicher Kaltverformung um 10 bis 25% je nach Kaltwalzgrad 0,2-Grenzen von mindestens 600 bis mindestens 700 N/mm² und Bruchdehnungen von mindestens 7% aufweist und der in Form von hartvergütetem Stab- oder Drahtmaterial, auf Festigkeiten von mindestens 1000 N/mm² hartgezogen, als Werkstoff zur Herstellung von Kettengliedern für Scharnierband-, Laschen- und Rollenketten verwendet wird.

Auch bei diesem Stahl können noch höhere Festigkeitswerte nur dann erreicht werden, wenn Kaltwalzgrade oberhalb von 25% angewandt werden, wobei jedoch die Zähigkeitswerte stark abfallen.

Aus der DE-OS 19 51 908 ist ein Chrom-Stahl mit bis 0,03% C, bis 1,5% Si, bis 10% Mn, bis 1,5% Al, 15-25% Cr, 0,03-6,0% Ni, bis 3,0% Mo und 0,0005-0,06% N mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit und Duktilität sowie Kerbschlagzähigkeit für Tiefziehteile bekannt. Die hohe Korrosionsbeständigkeit dieses Stahls wird durch erhöhte Gehalte an Chrom, Nickel und Molybdän erreicht. Durch entsprechende Glühbehandlung wird ein Gefüge mit mindestens 50% Martensit erzeugt. Hinweise auf die Eignung dieses Stahls für Scharnierbandketten sind nicht gegeben.

Auch aus der CH-PS 5 19 026 und der DE-OS 31 09 797, die ebenfalls rostfreie Stähle mit Chrom-, Nickel- und Molybdängehalten und weitgehend martensitischen bzw. martensitisch-austenitischen Gefüge offenbaren, geht die Eignung dieser Stähle für Scharnierbandketten nicht hervor.

Ein Chrom, Nickel und Molybdän enthaltender Stahl für Scharnierbandketten ist dagegen aus d er DE 31 05 891 A1 bekannt. Dieser hat jedoch ein ferritisch-perlitisches Mischgefüge und erfüllt insbesondere nicht die Forderung nach genügend hoher Festigkeit.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stahl vorzuschlagen, der bereits im warmgewalzten Zustand Festigkeitswerte von oberhalb 800 N/mm², vorzugsweise oberhalb 900 N/mm², bei ausreichenden Zähigkeitswerten aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines martensitischen Chrom-Stahls bestehend aus

Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, für Scharnierbandketten.

Eine bevorzugte Legierungsvariante des erfindungsgemäß für Scharnierbandketten zu verwendenden Stähle besteht aus

Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl erreicht bereits ohne eine Kaltverfestigung im warmgewalzten und bei 950 bis 1050°C lösungsgeglühten Zustand, in dem er nach einer Abkühlung an Luft ein martensitisches Gefüge aufweist, sehr hohe Festigkeitswerte, die bei <800 N/mm² Zugfestigkeit und <650 N/mm² Streckgrenze (0,2-%-Dehngrenze) liegen. Dabei werden Dehnungswerte von mindestens 10% gemessen, die für eine Weiterverarbeitung ausreichend sind.

Diese hervorragenden Festigkeitseigenschaften werden erreicht durch das sich bei diesem Stahl nach einer Abkühlung an Luft einstellende martensitische Gefüge. Der auf 0,030%, vorzugsweise 0,020%, begrenzte Kohlenstoffgehalt, wobei der Kohlenstoff zusätzlich noch durch die vorgesehenen Titangehalte zu Titankarbiden abgebunden ist, ist ursächlich für die guten Dehnungswerte.

Die Mangangehalte im Bereich von 2,6 bis 5,5% bewirken eine zuverlässige Umwandlung in das martensitische Gefüge und sind somit ebenfalls ursächlich für die hervorragenden Festigkeitseigenschaften. Dies trifft auch für die Stickstoffgehalte mit einem maximalen Gehalt von 0,15% zu. Darüber hinaus führt Stickstoff zu einer gezielten Festigkeitssteigerung über Ausscheidung von Titannitriden und Titancarbonitriden, ohne daß der Stahl wesentlich an Verformungsfähigkeit einbüßt.

Die Chromgehalte, die im Bereich von 14,6 bis 16,5% liegen, sind nötig, um das hier erforderliche Korrosionsverhalten des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls sicherzustellen. Unterhalb von 14,6% ist eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit nicht gegeben. Nach oben hin ist der Chromgehalt auf 16,5% begrenzt, um die vollständige Umwandlung zum gewünschten martensitischen Gefüge sicherzustellen. Dieses wäre nicht gegeben, wenn die Chromgehalte beispielsweise über 18% liegen würden. Der Siliziumgehalt des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls liegt in für diese Stahlgattung üblichen Grenzen und dient vorzugsweise Desoxidationszwecken. Aluminium wird zugesetzt, um beim Zulegieren des Titans einen zu hohen Titan-Abbrand zu vermeiden.

Die Eingrenzung der Legierungsgehalte gemäß der bevorzugten Legierungsvariante, insbesondere der Gehalte an Chrom und Nickel, ist aus Kostengründen vorteilhaft.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl erreicht im warmgewalzten und lösungsgeglühten Zustand eine Mindestzugfestigkeit von 800 N/mm², eine Mindeststreckgrenze von 650 N/mm² und eine Mindestdehnung von 10%.

Werden höhere Festigkeitswerte verlangt, kann es vorteilhaft sein, den warmgewalzten Stahl durch eine Kaltverformung mit Verformungsgraden im Bereich von 5 bis 15% in seiner Festigkeit zu steigern, so daß Zugfestigkeitswerte von oberhalb 900 N/mm² und Streckgrenzenwerte oberhalb 800 N/mm² erreicht werden. Diese an und für sich niedrigen Umformgrade im Bereich von 5 bis 15% steigern zwar die Festigkeit, lassen andererseits jedoch die Dehnungswerte nicht so weit unter 10% absinken, daß eine Weiterverarbeitung durch Kaltumformen, z. B. Biegevorgänge, nicht mehr gewährleistet ist.

Der Stahl gewährleistet einmal die geforderten Festigkeitseigenschaften, läßt andererseits aber gerade bei Scharnierbandketten wegen seiner noch ausreichenden Zähigkeitswerte zu, daß die Scharnieraugen mit sehr niedrigen Biegegraden gebogen werden können.

Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert:

Ein Stahl mit

Kohlenstoff\|0,010%
Silizium	0,16%
Mangan	3,90%
Phosphor	0,019%
Schwefel	0,003%
Chrom	14,9%
Nickel	0,60%
Titan	0,23%
Aluminium	0,022%
Stickstoff	0,032%

wurde ausgehend von einer Stranggußbramme zum Warmband der Dicke 3,25 mm ausgewalzt.

Dieses Warmband wurde bei 1000°C für 3 Minuten im Durchlauflösungsgeglüht und anschließend an Luft abgekühlt. In diesem Zustand hatte das Band ein vollmartensitisches Gefüge.

Das Warmband hatte eine Zugfestigkeit (R_m) von 873 N/mm², eine Streckgrenze (R_p0,2) von 729 N/mm² und eine Bruchdehnung (A₅) von 11%.

Ein Teil des Warmbandes wurde anschließend ausgehend von der Ausgangsdicke von 3,25 mm auf 2,90 mm kaltgewalzt, entsprechend einem Kaltwalzgrad von 10,8%.

Dabei ergab sich eine Zugfestigkeit von 958 N/mm², eine Streckgrenze von 919 N/mm² bei einer Bruchdehnung von 4%.

Vergleicht man die Fstigkeitswerte sowohl des warmgewalzten als auch des kaltgewalzten Bandes mit den aus der DE-PS 29 23 532 und der DE-PS 31 05 891 bekannten Festigkeitswerten, so ergibt sich ganz klar, daß die mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl erreichten Festigkeitswerte bereits im warmgewalzten Zustand den Festigkeitswerten nach den o. a. Patentschriften im kaltgewalzten Zustand entsprechen.

Abgesehen von der mit dem Kaltwalzen erreichbaren Festigkeitssteigerung dient das Kaltwalzen beim erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl bevorzugt dem Zweck, das warmgewalzte Band zu glätten.

Bei Scharnierbandketten für Transportanlagen wird vom Verwender gefordert, daß das Transportgut auf einer glatten Oberfläche abläuft.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl weist ein ausgezeichnetes Korrosionsverhalten auf. Er ist nicht nur beständig gegen allgemeine abtragende Korrosion, sondern insbesondere auch beständig gegen die sogenannte interkristalline Korrosion. Im Strauß-Test gemäß DIN 50914 (Kupfersulfat- Schwefelsäure-Verfahren) hat sich der Stahl als beständig gegen interkristalline Korrosion erwiesen. Proben, die 15 Stunden in einer siedenden Lösung von Kupfersulfat und Schwefelsäure gehalten wurden, zeigten nach einem Biegetest (90°-Biegung) keine durch interkristalline Korrosion hervorgerufenen Anrisse. Diese Aussage gilt sowohl für normal gebogene Proben als auch für Proben, die im geschweißten Zustand in der korrosiven Lösung gehalten und anschließend gebogen wurden.

Claims

1. Verwendung eines korrosionsbeständigen hochfesten martensitischen Chrom-Stahles bestehend aus (in Masse-%) Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, der im warmgewalzten Zustand nach einem Lösungsglühen bei 950 bis 1050°C im Durchlauf für 1 bis 4 Minuten und nachfolgender Abkühlung an Luft ein vollmartensitisches Gefüge aufweist als Werkstoff zur Herstellung von geradlaufenden oder kurvengängigen Scharnierbandketten für Transportanlagen, die eine Zugfestigkeit von mindestens 800 N/mm² und eine 0,2-%-Dehngrenze von mindestens 650 N/mm² aufweisen müssen.

2. Vewendung eines Stahls nach Anspruch 1, jedoch mit (in Masse-%) Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, der zur weiteren Steigerung der Festigkeitswerte auf eine Zugfestigkeit oberhalb 900 N/mm² und eine 0,2-%-Dehngrenze oberhalb 800 N/mm² nach dem Lösungsglühen um 5 bis 15% kaltverformt worden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.