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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Automatenlegierungen, die ausgezeichnet
sind in der maschinellen Bearbeitbarkeit.
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Legierungen
haben vielfältige
Anwendungen aufgrund einer Vielzahl von Eigenschaften. Eine Automatenlegierung,
welche ausgezeichnet hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit
ist, wird in einem Fall ausgewählt
für die
Verbesserung der Produktivität.
Um die maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern wird beispielsweise
eine Automatenlegierung, die ein die maschinelle Bearbeitbarkeit
verbesserndes Element, wie S, Pb, Se oder Bi (nachstehend als das
die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessernde Element bezeichnet)
enthält,
weitreichend verwendet. Insbesondere in einem Fall, in dem die maschinelle
Bearbeitbarkeit aufgrund einer präzisen Endbehandlung in der
Bearbeitung oder aus anderen Gründen
besonders erforderlich ist, wird nicht nur der Gehalt eines solchen
die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessernden Elements in einer
Legierung erhöht,
sondern die Elemente werden ebenso zu einer Legierung in Kombination
zugesetzt.
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Während S,
welches für
die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit weitreichend verwendet wurde,
in vielen Fällen
in der Form von MnS zugegeben wird, bedingt dessen Zugabe zu einer
Legierung in einer großen
Menge eine Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit, der Warmformbarkeit
und der Kaltformbarkeit der Legierung. Darüber hinaus wird eine in die
Legierung eingefügte
Schwefelkomponente in die Umgebung in Form eines schwefelhaltigen
Gases freigesetzt, welches in den Umgebungsgebieten der Teile leicht
eine Schwefelkontamination hervorruft, wenn die Legierung Luft ausgesetzt
wird. Daher besteht eine Notwendigkeit an der Verhinderung der Freisetzung
von schwefelhaltigem Gas (nachstehend als die Verbesserung in der
Abgasbeständigkeit
bezeichnet). Elemente, wie S, Se und Te, verschlechtern jedoch die
magnetischen Eigenschaften in einem elektromagnetischen Edelstahl
oder ähnlichem
sehr stark.
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Daher
wurden verschiedene Vorschläge
unterbreitet: der Mn-Gehalt wird begrenzt, der Cr-Gehalt im Sulfid
wird erhöht,
oder, im Fall der Anwesenheit von S, wird Ti in Kombination mit
S zugesetzt, um das Sulfid in Kugelform zu dispergieren (siehe beispielsweise
die JP-A-98-46292 oder die JP-A-81-16653). Die Erhöhung des
Cr- Gehalts im Sulfid
kann jedoch zu einer starken Verminderung der maschinellen Bearbeitbarkeit
und der Warmformbarkeit führen,
und daher ist eine solche Legierung in vielen Fällen in ihrer Anwendung begrenzt.
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Spezifische
Stähle
mit verbesserter maschineller Bearbeitbarkeit und/oder Dauerfestigkeit
und Haltbarkeit und/oder Verarbeitbarkeit im Allgemeinen wurden
in der
JP 11229032 ,
der
EP 0 903 418 , der
JP 11229082 und der
EP 0 767 247 beschrieben.
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Folglich
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Automatenlegierung
bereitzustellen, welche ausgezeichnet ist in der maschinellen Bearbeitbarkeit,
die hervorragende Eigenschaften als Legierung zeigt, wie Korrosionsbeständigkeit,
Warmformbarkeit und Kaltformbarkeit oder spezifische magnetische
Eigenschaften, welche mit denen von konventionellen Legierungen
vergleichbar sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
die obengenannte Aufgabe zu lösen,
ist eine Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung durch eine
Automatenlegierung nach Anspruch 1 gekennzeichnet. "(Ti, Zr)" bedeutet ein oder
beide aus Ti und Zr.
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Die
maschinelle Bearbeitbarkeit einer Legierung kann durch Bilden der
oben beschriebenen (Ti, Zr)-basierten Verbindung in einer Matrixmetallphase
der Legierung verbessert werden. Darüber hinaus kann durch Bilden
dieser Verbindung in der Legierung die Bildung von Verbindungen,
wie MnS und (Mn, Cr)S, welche leicht die Korrosionsbeständigkeit
und Warmformbarkeit der Legierung vermindern, verhindert oder diesem
vorgebeugt werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit, Warmformbarkeit und
Kaltformbarkeit auf einem ausreichend guten Niveau gehalten werden
kann. Das bedeutet, dass gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Automatenlegierung realisiert werden kann, welche
hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit ausgezeichnet ist,
ohne dass nützliche
Legierungseigenschaften, wie die Härte, Korrosionsbeständigkeit,
Warmformbarkeit, Kaltformbarkeit und spezifische magnetische Eigenschaften,
beeinträchtigt
werden.
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Darüber hinaus
ist eine in der Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung gebildete
(Ti, Zr)-basierte Verbindung in der Legierungsstruktur verteilt.
Die maschinelle Bearbeitbarkeit einer Legierung kann weiter erhöht werden
insbesondere durch Verteilen bzw. Dispergieren der Verbindung in
einer Legierungsstruktur. Um diesen Effekt zu erhöhen liegt
die Teilchengröße der (Ti,
Zr)-basierten Verbindung, wie sie in der Struktur eines polierten
Abschnitts der Legierung beobachtet wird, vorzugsweise beispielsweise
ungefähr
in dem Bereich von 0,1 bis 30 μm
im Durchschnitt, und darüber
hinaus liegt ein Flächenverhältnis der
Verbindung in der Struktur vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis
20%, worin die Teilchengröße durch
den maximalen Abstand zwischen zwei parallelen Linien, welche ein
zu betrachtendes Teilchen umgeben, definiert ist, wenn die parallelen
Linien derartig gezeichnet sind, dass sie sich in einem Bereich
einschließlich
des zu betrachtenden Teilchens schneiden, während die Richtung der parallelen
Linien geändert
wird.
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Die
oben beschriebene (Ti, Zr)-basierte Legierung kann mindestens eine
Verbindung einschließen,
die gemäß der Zusammensetzungsformel
(Ti,Zr)4(S,Se,Te)2C2 (nachstehend ebenso als Carbosulfid/Selenid
bezeichnet) ausgedrückt
ist, worin ein oder mehrere von Ti und Zr in der Verbindung enthalten
sein können
und worin ein oder mehrere von S, Se und Te in der Verbindung enthalten
sein können.
Durch Ausbildung einer Verbindung in der Form der oben beschriebenen
Zusammensetzungsformel kann nicht nur die maschinelle Bearbeitbarkeit
einer Legierung verbessert werden, sondern ebenso die Korrosionsbeständigkeit
erhöht
werden.
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Es
sollte verstanden werden, dass die Identifizierung einer (Ti, Zr)-basierten
Verbindung in einer Legierung mittels Röntgenbeugung (beispielsweise
einem Diffraktometer-Verfahren), einem Elektronen-Sonden-Mikroanalyse-Verfahren
(electron probe microanalysis method, EPMA) und einer ähnlichen
Technik erfolgen kann. Beispielsweise kann die Anwesenheit oder
Abwesenheit der Verbindung (Ti,Zr)4(S,Se,Te)2C2 dadurch bestätigt werden,
ob ein der Verbindung entsprechender Peak in dem durch ein Röntgendiffraktometer gemessenen
Beugungsmuster auftritt oder nicht. Darüber hinaus kann ein Bereich
in der Legierungsstruktur, in dem die Verbindung gebildet wird,
ebenso durch Vergleich zwischen zweidimensionalen Mapping-Ergebnissen
von charakteristischen Röntgenintensitäten von
Ti, Zr, S, Se und C, die durch eine auf einer Abschnittsstruktur
der Legierung durchgeführten
Oberflächenanalyse
durch EPMA erhalten werden, angegeben werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die 1 stellt
einen Graph dar, welcher ein Röntgenbeugungsmuster
eines erfindungsgemäßen Stahlprüflings der
Nummer 5 im Experiment des Beispiels 1 zeigt;
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2 stellt
einen Graph dar, welcher ein Beispiel eines Schaeffler-Diagramms
zeigt;
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3 ist
eine optische Mikroskopaufnahme des Stahlprüflings der Nummer 5 in Beispiel
1 der ersten Auswahlerfindung;
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4 ist
ein Graph, welcher die Abhängigkeiten
der Löslichkeitsprodukte
von der Temperatur der Komponenten von TiO, TiN, Ti4C2S2, TiC, TiS und
CrS in γ-Fe
zeigt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird ganz konkret bei einer als Edelstahl
konstituierten Legierung angewendet. In diesem Fall enthält solch
eine Legierung vorzugsweise ein oder mehrere aus Ti und Zr, sodass
WTi + 0,52 WZr =
0,03 bis 3,5 Massen-% erfüllt
ist, worin WTi und WZr den
jeweiligen Gehalt in Massen-% von Ti und Zr angeben; und ein oder
mehrere aus S und Te in den jeweiligen Bereichen von 0,01 bis 1,0
Massen-% für
S und 0,01 bis 0,8 Massen-% für
Se, um eine (Ti, Zr)-basierte Verbindung ohne jegliche Verschlechterung
in den Edelstahleigenschaften zu bilden.
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Der
Grund, warum die Elemente und deren Gehalte derartig ausgewählt sind,
lautet wie folgt:
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(1) Der Ti- und Zr-Gehalt,
welcher derartig definiert ist, dass WTi +
0,52 WZr = 0,03 bis 3,5 Massen-% ist, worin WTi und WZr die jeweiligen
Gehalte in Massen-% von Ti und Zr bedeuten
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Ti
und Zr sind unverzichtbare Elemente zur Ausbildung einer (Ti, Zr)-basierten
Verbindung, welche in der Ausübung
des Effekts der Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit einer
Automatenlegierung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine zentrale Rolle spielen. Wenn der Wert von WTi + 0,52 WZr unterhalb
von 0,03 Massen-% liegt, wird die (Ti, Zr)-basierte Verbindung in
ihrer Menge unzureichend ausgebildet, wodurch die Wirkung der Verbesserung
der maschinellen Bearbeitbarkeit unzureichend wird. Auf der anderen
Seite ist beim Überschreiten
des Wertes die maschinelle Bearbeitbarkeit im Gegensatz dazu vermindert.
Aus diesem Grund muss der Wert von WTi +
0,52 WZr auf 3,5 Massen-% oder weniger gedrückt werden.
Der obige Effekt, welcher sich zeigt, wenn Ti und Zr in eine Legierung
eingefügt
werden, wird durch die Summe der Anzahl der Atome (oder die Summe
der Anzahl der Molzahlen) ohne Rücksicht
auf die Arten der Metalle Ti oder Zr bestimmt. Da das Verhältnis zwischen
den Atomgewichten annähernd
1:0,52 beträgt,
zeigt Ti mit einem kleineren Atomgewicht einen größeren Effekt
bei einer geringeren Masse. Folglich stellt der Wert von WTi + 0,52 WZr einen
Zusammensetzungsparameter dar, welcher die Summe der Atomzahlen
von in einer Legierung enthaltendem Zr und Ti reflektiert.
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(2) Ein oder mehrere aus
S und Se in den jeweiligen Bereichen von 0,01 bis 1 Massen-% für S und
0,01 bis 0,8 Massen-% für
Se
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S
und Se sind für
die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit nützliche
Elemente. Durch die Zugabe von S und Se zu einer Legierung wird
in der Legierungsstruktur eine für
die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit nützliche
Verbindung gebildet (beispielsweise eine (Ti, Zr)-basierte Verbindung,
welche in der Form einer Zusammensetzungsformel (Ti,Zr)4(S,Se)2C2 ausgedrückt wird).
Folglich betragen die Gehalte an S und Se als obere Grenze 0,01
Massen-%. Wenn die Gehalte extrem groß sind, besteht die Möglichkeit, dass
ein Problem hinsichtlich der Verschlechterung der Warmformbarkeit
auftritt, und folglich müssen
die oberen Grenzen eingehalten werden: Der S-Gehalt wird auf 1 Massen-%
eingestellt, und der Se-Gehalt wird auf 0,8 Massen-% als jeweilige
obere Grenzen eingestellt. Darüber
hinaus werden S und Se beide vorzugsweise zu einer Legierung in
der notwendigen und ausreichenden Menge zugesetzt, um eine die maschinelle
Bearbeitbarkeit der Legierung verbessernde Verbindung auszubilden,
wie die oben beschriebene (Ti, Zr)-basierte Verbindung. Eine überschüssige Zugabe
von S resultiert in der Verschlechterung der Abgasbeständigkeit.
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Eine
Automatenlegierung, welche als Edelstahl ausgebildet ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt detaillierter gesprochen einen Ferrit enthaltenden
Edelstahl dar (nachstehend als erste Auswahlerfindung bezeichnet),
worin die Zusammensetzung der Automatenlegierung der vorliegenden
Erfindung wie folgt lautet:
Die Automatenlegierung enthält: 2 Massen-%
oder weniger, einschließlich
null, Ni; 12 bis 35 Massen-% Cr; und 0,005 bis 0,4 Massen-% C.
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Der
Grund, warum die konstituierenden Elemente und deren Gehalte gemäß der ersten
Auswahlerfindung, die als Ferrit enthaltender Edelstahl ausgebildet
ist, derartig bestimmt sind, lautet wie folgt:
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(3) 0,005 bis 0,4 Massen-%
C
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C
ist ein wichtiges Element, welches eine Verbindung zur Verbesserung
der maschinellen Bearbeitbarkeit ausbildet. Wenn dessen Gehalt unterhalb
von 0,005 Massen-% liegt, wird jedoch ein eine ausreichende maschinelle
Bearbeitbarkeit aufweisender Effekt der Legierung nicht verliehen.
Dahingegen wird bei oberhalb von 0,4 Massen-% eine große Menge
eines einzelnen Carbids gebildet, welches nicht wirksam ist in der
Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit. Die Zugabe von C
erfolgt vorzugsweise in dem Bereich von 0,01 bis 0,1 Massen-%, wobei
es bevorzugt ist, dass die Zugabe von C derartig eingestellt wird,
dass die Wirkung der Verleihung von maschineller Bearbeitbarkeit
gegenüber
der Legierung in Abhängigkeit
der Menge des konstituierenden Elements einer Verbindung zur Verbesserung
der maschinellen Bearbeitbarkeit, wie einer (Ti, Zr)-basierten Verbindung,
optimiert wird.
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(4) 2 Massen-% oder weniger
einschließlich
null, Ni
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Ni
kann je nach Bedarf zugesetzt werden, da das Element zur Verbesserung
der Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere in der Umgebung einer reduzierenden Säure, wirksam
ist. Eine überschüssige Zugabe vermindert
jedoch nicht nur die Stabilität
einer Ferrit-Phase, sondern führt
ebenso zu einem Kostenanstieg. Folglich beträgt die Obergrenze des Gehalts
davon 2 Massen-%, wobei der Fall von keiner Zugabe von Ni ebenso
eingeschlossen sein kann.
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(5) 12 bis 35 Massen-%
Cr
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Cr
ist ein unabdingbares Element zur Sicherstellung der Korrosionsbeständigkeit
und wird in dem Bereich von 12 Massen-% oder mehr zugesetzt. Auf
der anderen Seite ist eine überschüssige Zugabe
nicht nur schädlich
für die
Warmverarbeitbarkeit, sondern bedingt ebenso einer Verminderung
der Festigkeit. Folglich beträgt
die Obergrenze 35 Massen-%.
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Darüber hinaus
kann die Automatenlegierung der ersten Auswahlerfindung der vorliegenden
Erfindung, welche als Ferrit enthaltender Edelstahl ausgebildet
ist, enthalten: 2 Massen-% oder weniger, einschließlich null,
Si; 2 Massen-% oder weniger, einschließlich null, Mn; 2 Massen-%
oder weniger, einschließlich null,
Cu; und 2 Massen-% oder weniger, einschließlich null, Co. Zusätzlich können die
Automatenlegierungen weiterhin ein oder mehrere aus Mo und W in
den jeweiligen Bereichen von 0,1 bis 4 Massen-% für Mo und
0,1 bis 3 Massen-% für
W enthalten.
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Nachstehend
wird der Grund beschrieben, warum die Elemente und deren Gehalte
wie folgt definiert sind:
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(6) 2 Massen-% oder weniger,
einschließlich
null, Si
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Si
wird als Deoxidationsmittel für
Stahl zugesetzt. Die Zugabe von Si im Überschuss ist jedoch unerwünscht, weil
nicht nur die Kaltformbarkeit verschlechtert wird, sondern ebenso
die Bildung von δ-Ferrit
in der Menge steigt, wodurch die Warmformbarkeit des Stahls abnimmt.
Dementsprechend weist der Si-Gehalt die Obergrenze von 2 Massen-%
auf. In einem Fall, bei dem die Kaltformbarkeit als besonders wichtig
erachtet wird, ist der Si-Gehalt vorzugsweise auf 0,5 Massen-% oder
weniger, einschließlich
null, eingestellt.
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(7) 2 Massen-% oder weniger,
einschließlich
null, Mn
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Mn
wirkt als Deoxidationsmittel für
Stahl. Zusätzlich
besteht die Notwendigkeit der Zugabe, wenn die maschinelle Bearbeitbarkeit
als besonders wichtig erachtet wird, da es eine zur Erhöhung der
maschinellen Bearbeitbarkeit in Koexistenz mit S oder Se nützliche
Verbindung darstellt. Auf der anderen Seite beeinflusst es die Kaltformbarkeit
nachteilig, da MnS insbesondere die Korrosionsbeständigkeit
verschlechtert. Daher besitzt der Mn-Gehalt eine Obergrenze von
2 Massen-%. Insbesondere wenn die Korrosionsbeständigkeit und die Kaltformbarkeit
als wichtig erachtet werden wird der Mn-Gehalt vorzugsweise auf
0,4 Massen-% oder weniger, einschließlich null, begrenzt.
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(8) 2 Massen-% oder weniger,
einschließlich
null, Cu
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Cu
kann je nach Erfordernis zugesetzt werden, da das Element zur Verbesserung
der Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere in der Umgebung einer reduzierenden Säure, wirksam
ist. Vorzugsweise sind 0,3 Massen-% oder mehr enthalten, um einen
deutlicheren Effekt zu erzielen. Im Überschuss nimmt die Warmformbarkeit
ab, wohingegen es bevorzugt ist, dass der Cu-Gehalt auf 2 Massen-%
oder weniger, einschließlich null,
eingestellt wird. Insbesondere wenn die Warmformbarkeit als wichtig
erachtet wird ist es besonders bevorzugt, den Cu-Gehalt auf 0,5
Massen-% oder weniger, einschließlich null, zu drücken.
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(9) 2 Massen-% oder weniger,
einschließlich
null, Co
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Co
ist ein zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in der
Umgebung einer reduzierenden Säure,
wirksames Element. Ein Gehalt von Co von 0,3 Massen-% oder mehr
ist bevorzugt, um deutlichere Effekte zu erzielen. Bei über schüssiger Zugabe
nimmt jedoch nicht nur die Warmformbarkeit ab, sondern die Rohmaterialkosten
steigen. Daher ist es bevorzugt, den Gehalt von Co in dem Bereich
von 2 Massen-% oder weniger, einschließlich null, einzustellen. Insbesondere
wenn die Warmformbarkeit und die Verminderung der Rohmaterialkosten
als wichtig erachtet werden beträgt
der Gehalt an Co besonders bevorzugt 0,5 Massen-% oder weniger,
einschließlich
null.
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(10) Ein oder mehrere
aus Mo und W in den jeweiligen Bereichen von 0,1 bis 4 Massen-%
für Mo
und 0,1 bis 3 Massen-% für
W
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Da
Mo und W die Korrosionsbeständigkeit
und Festigkeit weiter erhöhen
können,
können
die Elemente je nach Bedarf zugesetzt werden. Die unteren Grenzen
beider betragen 0,1%, wo deren Wirkungen deutlich zu beobachten
sind. Auf der anderen Seite wird die Warmformbarkeit bei überschüssiger Zugabe
verschlechtert. Daher betragen die Obergrenzen von Mo und W jeweils
4 Massen-% und 3 Massen-%.
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In
dem oben beschriebenen Ferrit-haltigen Edelstahl betragen die Gehalte
an anderen Elementen wie folgt: der Edelstahl kann enthalten: 0,05
Massen-% oder weniger P; und 0,03 Massen-% O; und 0,05 Massen-%
oder weniger N. Darüber
hinaus können
die Edelstähle
weiterhin ein oder mehrere aus Te, Bi und Pb in den jeweiligen Bereichen
von 0,005 bis 0,1 Massen-% für
Te; 0,01 bis 0,2 Massen-% für
Bi; und 0,01 bis 0,3 Massen-% für
Pb enthalten. Nachstehend wird der Grund beschrieben, warum die
Elemente und deren Gehalte wie folgt definiert sind:
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(11) 0,05 Massen-% oder
weniger, einschließlich
null, P
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P
wird segregiert an den Korngrenzen und erhöht nicht nur die intergranuläre Korrosionssensibilität, sondern
reduziert ebenso gelegentlich die Festigkeit. Daher ist ein P-Gehalt
vorzugsweise so niedrig wie möglich
eingestellt und beträgt
0,05 Massen-% oder weniger, einschließlich null. Obwohl der P-Gehalt
besonders bevorzugt auf 0,03 Massen-% oder weniger, einschließlich null,
eingestellt wird, kann sich eine mehr als notwendige Verminderung
in dem Gehalt in erhöhten
Produktionskosten wiederspiegeln.
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(12) 0,03 Massen-% oder
weniger, einschließlich
null, O
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O
kombiniert mit Ti oder Zr, welche beide konstituierende Elemente
einer zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit nützliche
Verbindung darstellen, und bildet Oxide, welche zur Verbesserung
der maschinellen Bearbeitbarkeit nicht nützlich sind, aus. Daher sollte
ein O-Gehalt so niedrig wie möglich
gehalten werden und auf 0,03 Massen-% als Obergrenze eingestellt
werden. Der O-Gehalt beträgt
vorzugsweise 0,01 Massen-% oder weniger, sofern dies in Betracht
einer Erhöhung
der Produktionskosten möglich
ist.
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(13) 0,05 Massen-% oder
weniger, einschließlich
null, N
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N
kombiniert mit Ti oder Zr, welche beide konstituierende Elemente
einer zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit nützlichen
Verbindung darstellen, und bildet Nitride, welche zur Verbesserung
der maschinellen Bearbeitbarkeit nicht nützlich sind. Daher sollte ein
N-Gehalt so niedrig wie möglich
gehalten werden und auf 0,05 Massen-% als Obergrenze eingestellt
werden. Der N-Gehalt beträgt
vorzugsweise 0,03 Massen-% oder weniger, einschließlich null,
und besonders bevorzugt 0,01 Massen-%, sofern dies in Betracht einer
Erhöhung
der Produktionskosten möglich
ist.
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(14) Ein oder mehrere
aus Te, Bi und Pb in den jeweiligen Bereichen von 0,005 bis 0,1
Massen-% für
Te; 0,01 bis 0,2 Massen-% für
Bi; und 0,01 bis 0,3 Massen-% für
Pb
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Da
Te, Bi und Pb die maschinelle Bearbeitbarkeit weiter verbessern
können,
können
die Elemente zugesetzt werden, wenn dies erforderlich ist. Deren
Untergrenzen, bei denen die entsprechenden Effekte deutlich erkennbar
sind, lauten wie folgt: 0,005 Massen-% für Te; 0,01 Massen-% für Bi und
0,01 Massen-% für
Pb jeweils. Auf der anderen Seite sind die Obergrenzen wie folgt
eingestellt: 0,1 Massen-% Te; 0,2 Massen-% Bi; und 0,3 Massen-%
Pb, da eine überschüssige Zugabe
die Warmformbarkeit reduziert.
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Darüber hinaus
kann die Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung, welche als
Edelstahl ausgebildet ist, ein oder mehrere aus der Gruppe, bestehend
aus Ca, Mg, B und REM (ein oder mehrere der als Gruppe 3A in dem
Periodensystem der Elemente klassifizierten Metallelemente) in dem
Bereich von 0,0005 bis 0,01 Massen-% für ein Element oder als Gesamtgehalt
in dem Fall von zwei oder mehreren Elementen enthalten. Die Elemente
sind nützlich
zur Verbesserung der Warmformbarkeit des Stahls. Der Effekt der
Verbesserung der Warmformbarkeit, welcher durch Zugabe der Elemente
erhältlich
ist, wird besonders deutlich in dem Bereich von 0,0005 Massen-%
oder höher
für ein
Element oder als Gesamtgehalt von mehr als einem Element in Kombination.
Auf der anderen Seite, wenn die Elemente im Überschuss zugesetzt werden,
ist die Wirkung gesättigt,
und die Warmformbarkeit wird im Gegenteil vermindert. Folglich ist
der Gehalt eines einzelnen Elements oder der Gesamtgehalt der kombinierten
Elemente auf 0,01 Massen-% als Obergrenze eingestellt. Als REM ist
es sinnvoll, ein oder mehrere aus der aus Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd,
Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu bestehenden Gruppe ausgewählte Elemente
von diesem Standpunkt zu verwenden, da Elemente mit niedriger Radioaktivität leicht
zu handhaben sind, wenn sie hauptsächlich verwendet werden. Es
ist wünschenswert,
die leichten Seltenerdelemente zu verwenden, insbesondere La oder
Ce aus der Sicht eines deutlichen Effekts und Preises. Jedoch kommt
es zu keinerlei Problemen beim Einmischen einer Spur von radioaktiven
Seltenerdelementen, wie Th und U, welche unvermeidbar in einem Verfahren
zur Abtrennung von Seltenerdelementen verbleiben ohne ausgeschlossen
zu werden. Darüber
hinaus können
vom Standpunkt der Verringerung der Rohmaterialkosten nicht abgetrennte
Seltenerdelemente, wie Mischmetall (Cermischmetall) und Didymium,
verwendet werden.
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Eine
Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung, welche als Edelstahl
ausgebildet ist, kann ein oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Nb, V, Ta und Hf in dem jeweiligen Bereich von 0,01 bis 0,5
Massen-% enthalten. Da Nb, V, Ta und Hf eine Wirkung hinsichtlich
der Ausbildung von Carbonitriden zur Miniaturisierung von kristallinen
Teilchen des Stahls und zur Erhöhung
der Festigkeit aufweisen. Folglich können die Elemente in dem jeweiligen
Gehalt von bis zu 0,5 Massen-% zugesetzt werden und sind vorzugsweise
in 0,01 Massen-% oder mehr in dem Bereich enthalten.
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Eine
Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung, welche als der oben
beschriebene Edelstahl ausgebildet ist, kann einen WSO-Wert
enthalten, welcher geringer als 0,035 Massen-% ist, sofern der folgende Test
durchgeführt
wird: ein Legierungsteststück
der Automatenlegierung wird derartig hergestellt, dass es die Form
eines rechteckigen Prismas der Größe von 15 mm in der Länge, 25
mm in der Breite und 3 mm in der Dicke aufweist, wobei die Gesamtoberfläche mit
einem Schmirgelpapier der Nr. 400 poliert wurde; eine Silberfolie
der Größe von 10
mm in der Länge,
5 mm in der Breite und 0,1 mm in der Dicke mit einer Reinheit von 99,9%
oder mehr als S-Getter; 0,5 cm3 reines Wasser
werden in ein Gefäß mit einem
Innenvolumen von 250 cm3 zusammen mit dem
Teststück
versiegelt; die Temperatur in dem Gefäß wird auf 85°C erhöht, und
die Temperatur wird anschließend
20 Stunden lang dort gehalten; und anschließend wird der S-Gehalt in Massen-% in
der Silberfolie analysiert, wobei der erhaltene S-Gehalt als der
WSO definiert ist.
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Eine
(Ti, Zr)-basierte Verbindung, welche ein Merkmal der vorliegenden
Erfindung darstellt, wird ausgebildet, und im Verlauf der Ausbildung
wird zugesetztes S in den Edelstahl als konstituierendes Element
der (Ti, Zr)-basierten Verbindung eingeschlossen, welche chemisch
stabiler ist als MnS oder ähnliches.
Und daher nimmt die in die Luft aus dem Edelstahl freigesetzte Menge
an S ab. Folglich kann die Abgasbeständigkeit des Edelstahls ebenso
durch Bildung der (Ti, Zr)-basierten Verbindung verbessert werden.
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In
diesem Fall, wenn der Abgasbeständigkeitstest
durchgeführt
wird, wird eine S-Komponente,
welche aus dem Teststück
als schwefelhaltiges Gas freigesetzt wird, zur Absorption in der
Silberfolie als ein Getter (Aufnehmer) gezwungen, und der Schwefelgehalt
WSO in der Silberfolie wird gemessen zur
quantitativen Bestimmung der Abgasbeständigkeit des Materials. Ein
in der Silberfolie absorbierter S-Gehalt wird unter Verwendung des
WSO-Werts definiert und auf 0,035 Massen-%
oder weniger in WSO eingestellt. Ein Edelstahl
der vorliegenden Erfindung, welcher derartig gesteuert ist, dass
sein WSO 0,035 Massen-% oder weniger beträgt, führt kaum
zu einer Schwefelkontamination in der Umgebung, wenn er Luft ausgesetzt
wird, da die aus dem Edelstahl in die Luft freigesetzte S-Komponente äußerst gering
ist. Daher kann der Edelstahl vorzugsweise als Teile für industrielle
Vorrichtungen verwendet werden, welche eine Abgasbeständigkeit
erfordern.
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Während ein
Faktor zur Bestimmung der Abgasbeständigkeit eines Materials hauptsächlich die
Zusammensetzung des Materials darstellt, ist es wünschenswert,
S als Carbosulfide von Ti und Zr zur Verbesserung der Abgasbeständigkeit
des Materials zu fixieren. Für
diese Zwecke wird ein S-Gehalt vorzugsweise derartig bestimmt, dass
ein Wert von WS/(WTi +
0,52 WZr) 0,45 oder weniger beträgt, oder
alternativ ein Wert von WS/WC 0,4
oder weniger beträgt
und WS/(WTi + 0,52
WZr) 0,45 oder weniger beträgt, worin
WS und WC jeweils einen
S-Gehalt und einen C-Gehalt bedeuten. Mit solch einem Bereich von
angepassten Komponenten kann ein S-Gehalt, welcher in chemisch instabilen
Bedingungen vorliegt, begrenzt werden, und auf diese Weise kann
die Abgasbeständigkeit
der Matrixmetallphase des Edelstahls verbessert werden.
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Beispiele
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Die
folgenden Experimente wurden durchgeführt, um die Effekte der vorliegenden
Erfindung zu bestätigen.
Es sollte verstanden werden, dass in der folgenden Beschreibung
die Testlegierung, welche sich auf die vorliegende Erfindung bezieht,
als erfindungsgemäßer Stahl
oder erfindungsgemäße Legierung
oder als Auswahlerfindungsstahl oder Auswahlerfindungslegierung
bezeichnet ist.
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Beispiel 1: Ferrit-haltiger
Edelstahl
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Die
Effekte einer Automatenlegierung, welche als Ferrit-haltiger Edelstahl
ausgebildet ist (ein Stahl gemäß der ersten
Auswahlerfindung), wurden durch das folgende Experiment bestätigt. Zuerst
wurden 50 kg Stahlblöcke
mit entsprechenden Zusammensetzungen in Massen-%, wie sie in Tabelle
1 gezeigt sind, in einem Hochfrequenzinduktionsofen geschmolzen,
und aus den geschmolzenen Blöcken
hergestellte Barren wurden von bei einer Temperatur in dem Bereich
von 1050 bis 1100°C
erwärmt,
und die Barren wurden in heißem
Zustand zu Stäben
mit kreisförmigem
Querschnitt von 20 mm Durchmesser geformt. Die Stäbe wurden
weiter bei 800°C
1 Stunde lang erwärmt,
gefolgt von Luftkühlung
(Ausglühen
bzw. Härten)
als eine Quelle für
Teststücke.
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Tabelle 1
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Während die
Haupteinschlüsse
eines erfindungsgemäßen Stahls
der vorliegenden Erfindung (Ti,Zr)4(S,Se)2C2 waren, wurden
andere Einschlüsse,
wie (Ti, Zr)S und (Ti, Zr)S3, in der Matrix
lokal beobachtet. Darüber
hinaus wurde in dem Prüfling
der Nummer 7 mit einem hohen Mn-Gehalt (Mn, Cr)S beobachtet, wenn auch
nur in Spurenmengen. Ein Identifikationsverfahren für die Einschlüsse wurde
auf die folgende Art und Weise durchgeführt: Ein Teststück in angemessener
Menge wurde aus jedem der Stäbe
gewonnen. Ein Metallmatrixteil des Teststücks wurde durch Elektrolyse
unter Verwendung einer Methanollösung
einschließlich Tetramethylammoniumchlorid
und Acetalaceton bei 10% als elektrolytische Lösung gelöst. Die elektrolytische Lösung wurde
nach der Elektrolyse einer Filtration unterzogen, und nicht in dem
Stahl gelöste
Verbindungen wurden aus dem Filtrat extrahiert. Der Extrakt wurde
getrocknet und einer chemischen Analyse durch ein Röntgenbeugungsverfahren
mit einem Diffraktometer unterzogen. Eine Verbindung wurde auf der
Basis der Peaks des Beugungscharts bzw. Beugungsmusters identifiziert.
Eine Zusammensetzung eines Verbindungsteilchens in der Stahlstruktur
wurde getrennt durch EPMA analysiert, und eine Verbindung mit einer
Zusammensetzung entsprechend einer durch Röntgenbeugung beobachteten Verbindung
wurde auf der Basis der Bildung von zweidimensionalen Mappingergebnissen
bestätigt.
Die 1 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster
eines erfindungsgemäßen Stahls
der Nummer 5 mittels eines Diffraktometers, und die 3 ist
eine optische Mikroskopaufnahme eines erfin dungsgemäßen Stahlprüflings der
Nummer 5. Darüber
hinaus sind die Prüflinge
der Nummern 1 bis 14 in Tabelle 1 Stahlarten, welche dem erfindungsgemäßen Stahl
der ersten Auswahlerfindung entsprechen, und die Prüflinge der
Nummern 15 bis 28 sind Stahlarten von Vergleichsbeispielen.
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Die
folgenden Experimente wurden bei den oben beschriebenen Teststücken durchgeführt:
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1) Warmformbarkeitstest
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Die
Beurteilung der Warmformbarkeit wurde auf der Basis der optischen
Betrachtung durchgeführt,
je nach dem ob Defekte, wie Brüche,
beim Warmformen auftreten oder nicht. [O] gibt an, dass im Wesentlichen kein
Defekt beim Warmformen auftritt, [x] gibt an, dass Brüche im großen Maßstab beim
Warmformen beobachtet wurden, und [Δ] gibt an, dass kleine Brüche beim
Warmformen auftraten.
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2) Beurteilung der maschinellen
Bearbeitbarkeit
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Die
Beurteilung der maschinellen Bearbeitbarkeit wurde kollektiv durchgeführt auf
der Basis des Schnittwiderstands bei der maschinellen Bearbeitung,
der fertigen Oberflächenrauhigkeit
und der Chipformen. Ein Schneidewerkzeug, welches aus Cermet hergestellt
ist, wurde zur Durchführung
der maschinellen Bearbeitung unter trocknen Bedingungen bei einer
Umdrehungsgeschwindigkeit von 150 m/Min, einer Schneidetiefe pro
Umdrehung von 0,1 mm und einer Zugaberate pro Umdrehung von 0,05
mm verwendet. Der Schnittwiderstand in N als Einheit wurde durch
Messung der bei der maschinellen Bearbeitung gebildeten Schnittkraft bestimmt.
Die fertige Oberflächenrauhigkeit
wurde durch ein in der JIS B 0601 angegebenen Messverfahren gemessen,
und der Wert daraus war die Rauhigkeit (in μm Ra) auf der Teststückoberfläche nach
der maschinellen Bearbeitung als arithmetisches Mittel. Darüber hinaus
wurden die Chipformen optisch betrachtet und, wenn die Zerreibbarkeit
bzw. Friabilität
gut war, ist das Ergebnis als [G] angegeben, und, wenn die Zerreibbarkeit
bzw. Friabilität
schlecht war und sämtliche
Chips nicht getrennt sondern teilweise verbunden waren, sind die
Ergebnisse als [B] angegeben. Wenn die Beurteilung der Chipformen
zwischen [G] und [B] lag, ist das Ergebnis als [I] angegeben.
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3) Beurteilung der Abgasbeständigkeit
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Die
Beurteilung der Abgasbeständigkeit
wurde durch Bestimmung der Menge an freigesetztem S durchgeführt. Ganz
konkret hatten die verwendeten Teststücke eine Form eines rechteckigen
Prismas von 15 mm Länge,
25 mm Breite und 3 mm Dicke, und die Gesamtoberfläche wurde
jeweils mit Schmirgelpapier der Nummer 400 poliert. Ein Teststück wurde
in ein verschlossenes Gefäß mit einem
Innenvolumen von 250 cm3 zusammen mit einer
Silberfolie mit einer Größe von 10
mm in der Länge,
5 mm in der Breite und 0,1 mm in der Dicke und 0,5 cm3 reinem
Wasser gegeben, und die Temperatur in dem Gefäß wurde 20 Stunden lang bei
85°C gehalten.
Der S-Gehalt WSO in der Silberfolie nach
dem Verfahren wurde für
das Teststück
durch ein Infrarotabsorptionsanalyseverfahren vom Verbrennungstyp
gemessen.
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4) Kaltformbarkeitstest
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Die
Beurteilung der Kaltformbarkeit wurde durch Messung der Grenzstauchung
bzw. Grenzdruckverformung in einem Stauchungs- bzw. Drucktest der
Prüflinge
der Nummern 1 bis 5 und 13 durchgeführt. Die Teststücke für die Stauchung
besaßen
jeweils die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 15 mm und
einer Höhe
von 22,5 mm, wobei ein jedes Stück
durch eine 600 Tonnen Ölhydraulikpresse
gestaucht wurde, um die Grenzstauchung zu erhalten, worin die Grenzstauchung
definiert ist als ln (H0/H) oder den natürlichen Logarithmus von H0/H,
wobei H0 die Anfangshöhe
des Teststückes
darstellt und H die Grenzhöhe
ist, welche die maximale Höhe
darstellt, bei der kein Brechen auftrat. Die Legierungen der ersten
Auswahlerfindung der Prüflinge
der Nummern 1 bis 5 besaßen
bestätigtermaßen hohe
Grenzstauchungsverhältnisse,
welche fast gleich waren mit dem Vergleichstahlprüfling der
Nummer 15 und ungefähr
20% höher
als der Vergleichsstahlprüfling
der Nummer 16. Ferner wiesen sie ebenso eine gute Kaltformbarkeit
auf.
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5) Beurteilung der Korrosionsbeständigkeit
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Die
Beurteilung der Korrosionsbeständigkeit
wurde durch einen Salzsprühtest
durchgeführt.
Die Teststücke
wurden jeweils derartig präpariert,
dass sie die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 10 mm
und einer Höhe
von 50 mm aufwiesen. Die gesamte Oberfläche eines jeden Teststücks wurde
mit Schmirgelpapier der Nummer 400 poliert und gereinigt. Ein Teststück wurde
einer Nebelatmosphäre
mit 5 Massen-%iger wässriger
NaCl-Lösung
96 Stunden lang bei 35°C
ausgesetzt. Die endgültige
Beurteilung erfolgte visuell mit dem bloßen Auge. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass
der erfindungsgemäße Stahl
der vorliegenden Erfindung eine gute Korrosionsbeständigkeit
behielt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Tabelle 2
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Es
wurde gemäß Tabelle
2 gefunden, dass der Stahl der ersten Auswahlerfindung der vorliegenden Erfindung
hinsichtlich der Warmformbarkeit, Kaltformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
mit herkömmlichem Ferrit-haltigem
Edelstahl vergleichbar ist und darüber hinaus hinsichtlich der
maschinellen Bearbeitbarkeit besser ist als herkömmlicher Ferrit-haltiger Edelstahl.
Darüber
hinaus wurde gemäß Tabelle
2 gefunden, dass beim Vergleich mit den Vergleichsstahlprüflingen
der Nummern 16 und 18 der Stahl der ersten Auswahlerfindung der
vorliegenden Erfindung hinsichtlich W
SO kleiner
ist und in der Abgasbeständigkeit
besser ist. Der Grund, warum die Stahlarten der Vergleichslegierungsprüflinge der
Nummern 16 und 18 jeweils einen hohen W
SO aufwiesen,
scheint darin zu liegen, dass ein Carbosulfid schwer gebildet wird,
da die Stahlarten weder Ti noch Zr aufweisen, wohingegen ein S-Anteil
in der Matrix außerordentlich
hoch ist. In dem Vergleichslegierungsprüfling der Nummer 18 ist die
Warmformbarkeit schlecht, und daher wurde die Evaluierung der maschinellen
Bearbeitbarkeit nicht durchgeführt.
Tabelle
2
- * bedeutet "außerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung"