DE4133480A1 - Nichtrostender chromlegierter stahl fuer kunststofformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen nichtrostenden chromlegierten Stahl für kunststofformen, insbesondere für Form(en)rahmen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kunststofformen und Formrahmen werden üblicherweise aus auf Gebrauchsfestigkeiten zwischen 850 und über 1200 N/mm vergütbaren Stählen hergestellt.

Beim Einsatz von Formenstahl 40CrMnMo7, DIN Werkstoff Nr. 12 311 bzw. dessen schwefellegierter Variante DIN Werkstoff Nr. 12 312 oder von Legierungen entsprechend DIN Werkstoff Nr. 12 330, 12 336, 12 741 und dergleichen, welche Stähle kohlenstoffgehalte von 0,3 bis 0,5 und Chromkonzentrationen von bis 2,5 Gew.-% aufweisen, können bei entsprechender Wärmebehandlung Formenteile mit gewünscht hoher Materialfestigkeit und guter Zähigkeit hergestellt werden. Diese Legierungen sind jedoch nicht rostbeständig, so daß bei einer Lagerung der Werkzeuge ein aufwendiger Korrosionsschutz mit gegebenenfalls einem Zerlegen der Form erforderlich ist bzw. sind. Formeneinsätze und Formenrahmen haben zumeist auch Kühlwassersysteme, wobei ein Rostbefall in den Leitungen weitere Verunreinigungen verursachen und die Kühlwirkung nachteilig beeinflussen kann.

Um den Nachteil einer starken Anfälligkeit für Oberflächenrost, insbesondere bei der Lagerung der Teile in feuchter Industrieluft zu vermeiden, werden auch nichtrostende Formenstähle ( zum Beispiel X42Cr13 Werkstoff Nr. 12 083) mit Cr-Gehalten von 12,0 bis 14,0 Gew.-% und einer Kohlenstoffkonzentration von ca. 0,4 Gew.-% verwendet. Derartig erhöhte Cr- Gehalte bewirken im allgemeinen eine Rostbeständigkeit des Werkstoffes. Bei vergüteten Kunststofformen oder -Rahmen kann jedoch eine Korrosion insbesondere an den Passungsflächen nicht ausreichend verhindert werden. Der Kohlenstoff kann nämlich bei der Karbidbildung im Zuge einer Wärmebehandlung der Matrix Chrom entziehen, wodurch örtlich die Cr-Konzentration unter den für eine Passivierung erforderlichen Wert sinkt.

Durch einen abgesenkten Kohlenstoffgehalt, wie zum Beispiel im Kunststofformenstahl X21Cr13, Werkstoff Nr. 12 082, wird zwar die Rostbeständigkeit des Werkstoffes verbessert, nachteilige Einflüsse ergeben sich daraus jedoch auf einige mechanische Materialwerte und die Homogenität bzw. Seigerungsfreiheit des Gefüges, wobei auch ein Widerstand gegen Passungsflächenkorrosion bzw. Spalt(en)korrosion nicht in ausreichendem Maße erreicht werden kann.

Bei der Verwendung von Kunststofformenstahl X91CrMoV18, Werkstoff Nr. 1.2361 ist ein ausreichend hoher Korrosionswiderstand gegeben. Die Schweißbarkeit und Zähigkeit dieser aufgrund des hohen Cr- Gehaltes auch teuren Legierung sind jedoch wegen des gleichzeitig hohen Kohlenstoffgehaltes unzureichend bzw. Schweißungen können nur an entsprechend vorbereiteten, zum Beispiel vorgewärmten, Teilen erfolgen.

Ausgehend von den den Stand der Technik bildenden Werkstoffen setzt sich die Erfindung zum Ziel, einen kostengünstigen Stahl für Kunststofformen, insbesondere für Formrahmen, zu schaffen, der gute Schweißbarkeit sowie hohe Zähigkeit besitzt und bei einer Festigkeit von 900 bis 1200 N/mm Korrosionsbeständigkeit , insbesondere Beständigkeit gegen Passungsrost oder Spalt(en)korrosion bzw. Korrosionsangriff in den durch eine mehrteilige Ausführung der Formen und/oder im Zusammenwirken mit dem Formrahmen gebildeten Spalten aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen für eine gute Zerspanbarkeit der Legierung anzugeben.

Diese Ziele werden bei einem nichtrostenden chromlegierten Stahl der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Vorteile der neuen Legierung sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch eine erfindungsgemäß aufeinander abgestimmte Einstellung der Konzentration der ferritbildenden und austenitbildenden Elemente im Stahl im wesentlichen eine vollkommene Martensitstruktur des Gefüges nach einer thermischen Vergütung erzielt wird, wobei eine geringfügige Tendenz zur Ferritausscheidung günstigerweise vorgesehen ist. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen , weil damit, wie gefunden wurde, eine zum Beispiel durch Wärmebehandlungsfehler hervorgerufene Ausscheidung von geringen Mengen von Austenit im Gefüge, welche die Gebrauchseigenschaften des Werkstoffes stark verschlechtern können, mit Sicherheit vermieden wird. Es ist weiters wichtig, daß durch eine Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes nach oben auf maximal 0,28% eine grobe Karbidausscheidung und dadurch eine örtliches Absinken der Chrom-Konzentrationen in der Matrix verhindert werden kann, so daß auch in den Passungs- bzw. Spaltflächen eine entsprechende Oberflächenpassivierung bzw. Korrosionsbeständigkeit vorliegt. Vollkommen überraschend wurde gefunden, daß ein zusätzlicher Stickstoffgehalt von erfindungsgemäß größer als 0,05% korrosionshemmend wirkt und nicht nur die Ausscheidungskinetik des Werkstoffes günstig beeinflußt, sondern auch Seigerungen wirksam verhindert sowie eine Ausbildung einer im wesentlichen homogenen Gefügestruktur bewirkt. Wichtig für ein Erreichen hoher Festigkeit bei Einsatztemperatur ist jedoch, daß die Summe von kohlenstoff­ und Stickstoffkonzentration im erfindungsgemäßen Bereich zwischen 0,25 und 0,36 Gew.-% liegt, wobei eine Einschränkung dieses Bereiches auf 0,27 bis 0,35 bzw. auf 0,28 bis 0,34 vorteilhaft für ein geringes Streuband der mechanischen Werte ist. Synergetisch werden dadurch eine gute Schweißbarkeit und hohe Zähigkeit bei entsprechender Vergütbarkeit des Stahles erreicht, wobei im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit die geringen Cr- Gehalte von 15,5 bis 17,5 Gew.-% genügen, um eine Korrosionsbeständigkeit auch in Passungsspalten bewirken zu können.

Um eine tiefe Einhärtung bzw. Durchhärtung bei einer Wärmebehandlung der Teile zu erreichen, ist ein Nickelgehalt von 0,4 bis 0,75 Gew.-% vorgesehen. Weiters können durch Mo- Gehalte bis 0,35 Gew.-% die mechanischen Eigenschaften und die Härteannahme der Formteile weiter vorteilhaft verbessert werden.

Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit kann vorgesehen sein, daß dem Stahl bis 0,18 Gew.-% Schwefel zulegiert ist. Diese im Vergleich mit üblichen S- Zusätzen zur Erreichung von Zerspanungsvorteilen geringe S- Konzentration hat sich im Hinblick auf eine gute Polierbarkeit, ein gewünschtes Eigenschaftsprofil und eine entsprechende Korrosionsbeständigkeit des Materials als vorteilhaft erwiesen. Wenn gemäß einer bevorzugten Form der Mn-Gehalt mindestens 8 mal, höchstens jedoch 14 mal höher ist als der vorzugweise mit einer Konzentration von 0,1 bis 0,15 Gew.-% im Stahl eingestellte Schwefelgehalt, werden trotz geringen Schwefelanteiles vorteilhafte Zerspanungseigenschaften erreicht.

Claims (4)

1. Nichtrostender chromlegierter Stahl für Kunststofformen, insbesondere Formrahmen, mit guter Schweißbarkeit sowie hoher Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit nach einem thermischen Vergüten auf eine Festigkeit von 900 bis 1200 N/mm in feuchter Industrieluft, insbesondere in den durch eine mehrteilige Form gebildeten Passungsspalten, gekennzeichnet durch Gehalte von in Gew.-%,
höchstens 0,28 C,
15,5 bis 17,5 Cr,
mindestens 0,05 N,
mit der Maßgabe, daß der Wert für C+N mindestens 0,25 und höchstens 0,36 beträgt.

2. Stahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Gehalte von in Gew.-%
Si bis 1,0 vorzugsweise 0,15 bis 0,5
Mn bis 1,6 vorzugsweise 1,0 bis 1,5
S bis 0,18 vorzugsweise 0,09 bis 0,16
Ni 0,4 bis 0,75 vorzugsweise 0,45 bis 0,6
Mo bis 0,35 vorzugsweise 0,1 bis 0,2
Rest Eisen einschließlich herstellungsbedingte Verunreinigungen.

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Wert für C+N von 0,27 bis 0,35, vorzugsweise 0,28 bis 0,34.

4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Mangangehalt mit einer Konzentration von mindestens 8 mal, höchstens jedoch 14 mal , insbesondere etwa 10 mal, derjenigen des Schwefelgehaltes, welcher vorzugsweise 0,1 bis 0,15 Gew.-% beträgt.