DE60205798T2

DE60205798T2 - Weiches rostfreies Stahlblech mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit

Info

Publication number: DE60205798T2
Application number: DE60205798T
Authority: DE
Inventors: Hanji Amagasaki-shi Ishikawa; Masato Amagasaki-shi Otsuka; Satoshi Shin-Nanyo-shi Yamaguchi-ken Suzuki; Hideki Shin-Nanyo-shi Yamaguchi-ken Tanaka; Junichi Shin-Nanyo-shi Yamaguchi-ken Katsuki; Takashi Shin-Nanyo-shi Yamaguchi-ken Yamauchi; Naoto Shin-Nanyo-shi Yamaguchi-ken Hiramatsu
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2022-04-12
Also published as: US20030102058A1; EP1249513B1; EP1249513A1; KR100473072B1; JP3696552B2; DE60205798D1; CN1203937C; TW528622B; CN1380150A; KR20020079596A; JP2002371339A; US6723181B2; MY129808A; ES2248434T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein weiches rostfreies Stahlblech, das mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit zu einer gewünschten Form geformt werden kann, ohne dass selbst durch ein intensives oder mehrstufiges Tiefziehen oder Kaltmassivumformen eine Rissbildung auftritt.
Die Anwendung eines rostfreien Stahls mit einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit wurde auf verschiedene Gebiete ausgedehnt, bei denen eine Verschlechterung durch die Umgebung vorliegt. Beispielsweise wird ein Element einer Hydraulikpumpe, das üblicherweise einer feuchten Atmosphäre ausgesetzt ist, durch Abscheren eines rostfreien Stahlblechs 1 auf eine vorgegebene Größe, Ziehen und Stanzen des abgescherten Blechs 1, Durchlochen des gestanzten Blechs 1, Streckbördelformen des durchlochten Blechs 1, so dass ein durchlochter Teil 2 zu einer aufgeweiteten Kante 3 ausgedehnt wird, wie es in der 1 gezeigt ist.
Ein austenitischer rostfreier Stahl, wie z.B. SUS304, ist ein Material, das bezüglich eines ferritischen rostfreien Stahls eine überlegene Bearbeitbarkeit aufweist. Wenn jedoch der austenitische rostfreie Stahl durch eine intensive Bearbeitung gemäß der 1 zu einer gewünschten Form plastisch verformt wird, treten insbesondere an der aufgeweiteten Kante 3 häufig feine Risse auf.
Obwohl die Erfinder Bearbeitungsbedingungen untersucht und erforscht haben, welche das Formen eines austenitischen rostfreien Stahlblechs zu einer gewünschten Form ohne feine Risse ermöglichen, wurde die Rissbildung lediglich durch die Steuerung der Bearbeitungsbedingungen nicht vollständig unterdrückt. Anschließend haben die Erfinder Effekte von Materialien auf das Auftreten feiner Risse untersucht und sind zu dem Schluss gekommen, dass die Rissbildung vermutlich durch den folgenden Mechanismus verursacht wird:
Wenn ein Produkt untersucht wird, das durch Bearbeiten eines austenitischen rostfreien Stahlblechs hergestellt worden ist, wird häufig ein Verformungsmartensit nachgewiesen. Die Erzeugung eines Verformungsmartensits ist an einem stark verformten Teil, wie z.B. einer aufgeweiteten Kante 3, ausgeprägt. Ein solcher Verformungsmartensit macht ein rostfreies Stahlblech 1 härter.
Wenn ein solcher stark verformter Teil weiter bearbeitet (aufgeweitet) wird, konzentriert sich eine Bearbeitungsspannung aufgrund einer Differenz bei der Verformungsbeständigkeit zwischen Austenitkörnern und dem Verformungsmartensit an Grenzflächen des Verformungsmartensits. Die Konzentration einer Bearbeitungsspannung verursacht das Auftreten von Mikrorissen. Mikrorisse werden durch eine Formänderung induziert, die während der Bearbeitung auftritt, und treten als feine Risse auf.
Feine Risse vermindern den kommerziellen Wert eines Produkts signifikant, verursachen jedoch auch Schwierigkeiten bei den nachfolgenden Schritten. Es ist auch schwierig, ein solches defektes Element in einer Hydraulikpumpe zu installieren. Ferner wirken feine Risse als Ausgangspunkte einer Korrosion, so dass die Lebensdauer einer Hydraulikpumpe verkürzt wird.
Feine Risse werden auch in einem Produkt nachgewiesen, das durch Kaltmassivumformen eines rostfreien Stahlblechs zu einer gewünschten Form hergestellt worden ist. Darüber hinaus werden die Anforderungen bezüglich einer Verbesserung der Eigenschaften eines rostfreien Stahls, einschließlich einer langen Haltbarkeitsdauer von Massivumformmatrizen, entsprechend einer Anwendung intensiver Massivumformbedingungen immer strenger.
US-A-5,571,343 und EP-A-1 156125 (älteres Recht gemäß Art. 54(3) EPÜ) beschreiben weiche Bleche aus austenitischem rostfreien Stahl mit einer guten Bearbeitbarkeit, die sich von dem erfindungsgemäßen Blech mindestens bezüglich der Zusammensetzung von nichtmetallischen Einschlüssen unterscheiden, die nicht angegeben sind. Das Blech des vorstehend genannten US-Patents unterscheidet sich von dem erfindungsgemäßen Blech darüber hinaus bezüglich eines Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀, der sich nicht auf so niedrige Temperaturen wie diejenigen in der vorliegenden Erfindung erstreckt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines weichen austenitischen rostfreien Stahlblechs, das selbst durch ein intensives oder mehrstufiges Tiefziehen oder Kaltmassivumformen ohne jegliche Rissbildung zu einer gewünschten Form geformt werden kann, und das auch eine überlegene Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Ein von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenes weiches austenitisches Stahlblech weist einen Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀, der durch die Formel (1) definiert ist, eingestellt in einem Bereich von –90 bis –20, einen Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI, der durch die Formel (2) definiert ist, eingestellt auf einen Wert von nicht weniger als 30 (vorzugsweise 35), und eine Cu-Konzentration von Ausscheidungen bzw. Präzipitaten von nicht mehr als 1,0 Masse-%, um den in einer Matrix gelösten Cu-Gehalt bei 1,0 bis 4,0 Masse-% beizubehalten, auf. Md30(°C) = 551 – 462(C + N) – 9,2Si – 8,1Mn – 29(Ni + Cu) – 13,7Cr – 18,5Mo (1) SFI (mJ/m2) = 2,2Ni + 6Cu – 1,1Cr – 13Si – 1,2Mn + 32 (2),wobei nicht weniger als 70 Masse-% von in einer Matrix verteilten nicht-metallischen Einschlüssen vorzugsweise aus MnO·SiO₂·Al₂O₃, das nicht weniger als 15 Masse-% SiO₂ und nicht mehr als 40 Masse-% Al₂O₃ enthält, zusammengesetzt sind, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern. Ferner werden der Kaltverfestigungsexponent bzw. Verformungsverfestigungsexponent n, der durch eine Steigung bzw. Inklination einer durch einen Zugtest bestimmten Effektivspannungs-Effektivdehnungs-Kurve definiert ist, und die Dehnung EI, die durch einen uniaxialen Zugtest bestimmt wird, vorzugsweise auf 0,40 bis 0,55 bzw. nicht weniger als 50% eingestellt, um ein Produkt herzustellen, bei dem selbst bei einem mehrstufigen Tiefziehen keinerlei Rissbildung auftritt.
Zur Verwendung als kaltmassivumgeformtes Produkt wird die Kaltmassivumformbarkeit des Stahlblechs durch Einstellen einer Effektivspannung von nicht mehr als 1200 MPa bei einer Effektivdehnung von 1,0 in einer durch einen Kompressionstest bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 0,01/Sekunde erhaltenen Eftektivspannungs-Effektivdehnungs-Kurve verbessert.
Das neu vorgeschlagene austenitische rostfreie Stahlblech besteht vorzugsweise aus bis zu 0,06 Masse-% (C + N), bis zu 2,0 Masse-% Si, bis zu 5 Masse-% Mn, 15 bis 20 Masse-% Cr, 5 bis 9 Masse-% Ni, 1 bis 5 Masse-% Cu, bis zu 0,003 Masse-% Al und als Rest im Wesentlichen Fe, außer unvermeidbaren Verunreinigungen. Das austenitische rostfreie Stahlblech kann ferner mindestens eines von bis zu 0,5 Masse-% Ti, bis zu 0,5 Masse-% Nb, bis zu 0,5 Masse-% Zr, bis zu 0,5 Masse-% V, bis zu 3,0 Masse-% Mo, bis zu 0,03 Masse-% B, bis zu 0,02 Masse-% REM (Seltenerdmetalle) und bis zu 0,03 Masse-% Ca enthalten.
Die 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Pumpenelements erläutert.
Die 2 ist ein Graph, der den Effekt jedes Elements auf die Dehngrenze von rostfreiem 17Cr-12Ni-0,8Mn-Stahl zeigt.
Die 3 ist ein Graph, der den Effekt jedes Elements auf die Zugfestigkeit von rostfreiem 17Cr-12Ni-0,8Mn-Stahl zeigt.
Die 4 ist ein Fließdiagramm vom Strecken bis zum Aufweiten eines durchlochten Teils.
Die 5 ist ein Graph, der den Effekt des Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ auf die maximale Härte einer durchlochten Kante zeigt.
Die 6 ist ein Graph, der den Effekt des Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI auf die maximale Härte einer durchlochten Kante zeigt.
Die 7 ist ein Graph, der den Effekt des Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ auf das Aufweitungsverhältnis einer durchlochten Kante zeigt.
Die 8 ist ein Graph, der den Effekt des Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI auf das Aufweitungsverhältnis einer durchlochten Kante zeigt.
Die 9 ist eine Schnittansicht, die ein im Beispiel 4 erhaltenes kaltmassivumgeformtes Produkt zeigt.
Die Erfinder haben angenommen, dass das Auftreten einer Rissbildung während der Bildung eines austenitischen rostfreien Stahlblechs durch die Erzeugung eines Verformungsmartensits sowie durch eine Differenz bei der Verformungsbeständigkeit zwischen Austenit-Körnern und dem Verformungsmartensit verursacht wird. Auf der Basis einer solchen Annahme haben die Erfinder Effekte von mechanischen Eigenschaften auf die Erzeugung von Verformungsmartensit erforscht und untersucht.
Die Umwandlung einer austenitischen Phase in Verformungsmartensit wird durch eine Verformung des Kristallgitters der austenitischen Phase aufgrund einer Spannung, die während der Bearbeitung eingeführt wird, und aufgrund einer Spannungskonzentration in verschiedenen Ausscheidungen, die in der austenitischen Phase verteilt sind, gefördert.
Die Erzeugung des Verformungsmartensits wird durch eine Legierungsgestaltung unterdrückt, bei welcher der Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀, der durch die Formel (1) definiert ist, in einem Bereich von –90 bis –20 gehalten wird. Durch die bloße Stabilisierung einer austenitischen Phase wird insbesondere in einem Verfahren zur Herstellung eines Produkts mit einer starken Verformung weder die Rissbildung während der Bearbeitung noch die Härtung voll ständig gehemmt. D.h., eine verbleibende austenitische Phase wird auch durch das Einführen einer Dehnung während der Bearbeitung gehärtet. Das Kaltverfestigungsverhalten wird in diesem Fall durch eine Zunahme von Versetzungen in der austenitischen Phase mit einer fcc-Struktur beeinflusst und der Grad der Kaltverfestigung wird durch das Auftreten von Stapelfehlern bestimmt.
Die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Stapelfehlern kann durch den Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI angegeben werden, der durch die vorstehend genannte Formel (2) definiert ist. Wenn der Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI klein ist, wird das Auftreten von Stapelfehlern selbst durch eine geringe Energie beschleunigt, und die Ausbreitung von Versetzungen wird durch die Stapelfehler unterdrückt. Als Folge davon sammeln sich in der Matrix Versetzungen an und ein austenitisches rostfreies Stahlblech wird kaltverfestigt. Der Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI wird durch Lösen von Cu in der Matrix beträchtlich erhöht. Diesbezüglich ist das Legierungselement Cu nicht nur ein alternatives Additiv zum Ersetzen von Ni zum Senken der Kosten des Stahls, sondern auch ein effektives Element zur Verbesserung der Formbarkeit und zur Verminderung der Kaltverfestigung während eines intensiven oder mehrstufigen Tiefziehens oder Kaltmassivumformens.
Der Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ und der Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI werden durch die Legierungsgestaltung eines austenitischen rostfreien Stahls in geeigneter Weise eingestellt. Am wichtigsten ist es, den Anteil von in einer Matrix gelöstem Cu bei 1,0 bis 4,0 Masse-% zu halten. Das Lösen von Cu in einem solchen Anteil vermindert die 0,2%-Dehngrenze und die Zugfestigkeit beträchtlich, wie es in den 2 und 3 angegeben ist, welche die Effekte jedes Elements auf die Dehngrenze und die Zugfestigkeit eines rostfreien 17Cr-12Ni-0,8Mn-Stahls zeigen, wie es in ISIJ International, Band 34 (1994), Nr. 9, Seiten 764 bis 772 angegeben ist.
Der Effekt von Cu auf das Weichermachen ist größer als der von Ni. Gemäß den Forschungen der Erfinder bezüglich des Effekts von Cu übt gelöstes Cu einen großen Einfluss auf das Weichermachen des rostfreien Stahls aus, jedoch verschlechtern Cu-Ausscheidungen, wie z.B. ε-Cu, die Bearbeitbarkeit des rostfreien Stahls ziemlich stark. Die Konzentration von Cu in der Matrix oder in den Ausscheidungen wird mittels EDX-Analyse einer Probe ermittelt, die mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersucht wird.
Das gelöste Kupfer kann durch Steuern der Bedingungen des Walzens und der Wärmebehandlung während der Herstellung eines rostfreien Stahlbands oder -blechs auf einen geeigneten Anteil eingestellt werden. Beispielsweise wird ein geeigneter Anteil an gelöstem Cu durch Glühen eines warm- oder kaltgewalzten Bands bei einer Temperatur von 1000°C oder höher sichergestellt. Es gibt keine Beschränkung bezüglich der Zeit des Erhitzens, solange das Band bei 1000°C oder mehr erhitzt wird.
Die Erzeugung von Verformungsmartensit wird durch Aufrechterhalten des Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ in einem Bereich von –120 bis –10 unterdrückt, und das Auftreten von Stapelfehlern wird durch Aufrechterhalten des Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI bei einem Wert von nicht weniger als 30 unterdrückt. Ferner werden ein Härten, das durch die Erzeugung des Verformungsmartensits verursacht wird, und auch ein Härten einer austenitischen Phase, das durch eine Ansammlung von Versetzungen verursacht wird, durch das Aufrechterhalten des gelösten Cu in einem Anteil von 1,0 bis 4,0 Masse-% unterdrückt. Folglich kann ein austenitisches rostfreies Stahlblech ohne Verschlechterung der Bearbeitbarkeit und Weichheit zu einer gewünschten Form plastisch verformt werden.
Ein Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ von nicht mehr als –20 stellt das Formen des austenitischen rostfreien Stahls zu einer gewünschten Form unter stabilen Bearbeitungsbedingungen sicher, da das Umwandlungsverhalten zu einem Verformungsmartensit kaum durch ein Fallen der Umgebungstemperatur oder einen Anstieg der Bearbeitungsgeschwindigkeit beeinflusst wird. Andererseits senkt das Einstellen des Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ auf nicht weniger als –90 in vorteilhafter Weise die Kosten des Stahls, da Austenitbildner wie z.B. teures Ni nicht notwendigerweise in einer zu großen Menge zugesetzt werden müssen.
Ein Kaltverfestigungsexponent n in einem Bereich von 0,40 bis 0,55 und eine Dehnung EI von nicht weniger als 50% erleichtern auch ein intensives oder mehrstufiges Tiefziehverfahren zur Herstellung eines Produkts ohne Risse. Der Kaltverfestigungsexponent n und die Dehnung EI können durch Steuern der Bedingungen des Walzens und der Wärmebehandlung während der Herstellung eines rostfreien Stahlbands auf ein geeignetes Niveau eingestellt werden.
Der Kaltverfestigungsexponent n wird als Steigung der Effektivspannungs-Effektivdehnungs-Kurve berechnet, die aus Daten eines Zugtests unter Verwendung einer Probe erhalten wird, die von einem rostfreien Stahlblech entlang einer Querrichtung abgeschnitten wird, die eine Walzrichtung kreuzt, und gemäß JIS Z2201 zu einem 13B-Prüfkörper geformt wird. Die Dehnung EI wird mit dem gleichen Zugtest bestimmt, bei dem eine Probe gezogen wird, bis sie bricht, und die gebrochenen Stücke stumpf aneinandergesetzt werden, um die Verlängerung eines Abstands zwischen markierten Punkten zu bestimmen.
Ferner wird ein rostfreies Stahlblech durch Einstellen der Effektivspannung auf ein Niveau von nicht mehr als 1200 MPa bei einer Effektivdehnung von 1,0 in einer durch einen Kompressionstest bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 0,01/Sekunde erhaltenen Effektivspannungs-Effektivdehnungs-Kurve während der Pressbearbeitung einfach plastisch verformt. Eine solche Einstellung ist auch für eine lange Haltbarkeitsdauer von Metallmatrizen effektiv. Folglich kann ein kaltmassivumgeformtes Produkt mit wirtschaftlichen Kosten hergestellt werden.
Ein weiches rostfreies Stahlblech, das einen Kaltverfestigungsexponenten n in einem Bereich von 0,40 bis 0,55 und eine Dehnung EI von nicht weniger als 50% aufweist, absorbiert eine Dehnung, die während der Bearbeitung eingeführt wird, als plastische Verformung (d.h. als Metallfließen). Darüber hinaus wird die Weichheit eines austenitischen rostfreien Stahls selbst während einer Sekundärbearbeitung aufrechterhalten, und zwar aufgrund der Legierungsgestaltung, die bezüglich einer Erzeugung von Verformungsmartensit und des Auftretens von Stapelfehlern beständig ist. Daher kann das rostfreie Stahlblech auf ein Element einer Hydraulikpumpe angewandt werden, wie es in der 1 gezeigt ist, jedoch auch auf ein Gehäuse eines Motors oder eines Sensors, das durch intensives mehrstufiges Tiefziehen hergestellt wird, und einen Lampenbaldachin oder dergleichen, der durch Abstreckgleitziehen bzw. Tiefziehen hergestellt wird.
Die Bearbeitbarkeit des austenitischen rostfreien Stahlblechs wird durch Umwandeln nichtmetallischer Einschlüsse, die in einer Matrix ausgeschieden sind, in weiches MnO·SiO₂ Al₂O₃ weiter verbessert. Der Effekt der nicht-metallischen Einschlüsse auf die Bearbeitbarkeit tritt offensichtlich durch Umwandeln von nicht weniger als 70 Masse-% der nicht-metallischen Einschlüsse in MnO·SiO₂·Al₂O₃ auf, das nicht weniger als 15 Masse-% SiO₂ und nicht mehr als 40 Masse-% Al₂O₃ enthält.
MnO·SiO₂·Al₂O₃-Einschlüsse werden durch Desoxidieren von geschmolzenem Stahl mit einer Si-Legierung, die weniger als 1 Masse-% Al enthält, in Gegenwart einer basischen Schlacke in einem Vakuum oder einer nicht-oxidierenden Atmosphäre erzeugt. Die MnO· SiO₂·Al₂O₃-Einschlüsse, die sich von hartem Galaxit (MnO·Al₂O₃) unterscheiden, der mehr als 40 Masse-% Al₂O₃ enthält und in einem gewöhnlichen Frischverfahren erzeugt wird, werden als Reaktion auf eine plastische Verformung eines austenitischen rostfreien Stahls während der Bearbeitung gedehnt, so dass sie nicht als Punkt für die Initiierung einer Rissbildung dienen.
Das neu vorgeschlagene austenitische rostfreie Stahlblech enthält vorzugsweise bis zu 0,06 Masse-% (C + N), bis zu 2,0 Masse-% Si, bis zu 5 Masse-% Mn, 15 bis 20 Masse-% Cr, 5 bis 9 Masse-% Ni, 1,0 bis 4,0 Masse-% Cu, bis zu 0,003 Masse-% Al und bis zu 0,005 Masse-% S. Das austenitische rostfreie Stahlblech kann ferner mindestens eines von bis zu 0,5 Masse-% Ti, bis zu 0,5 Masse-% Nb, bis zu 0,5 Masse-% Zr, bis zu 0,5 Masse-% V, bis zu 3,0 Masse-% Mo, bis zu 0,03 Masse-% B, bis zu 0,02 Masse-% REM (Seltenerdmetalle) und bis zu 0,03 Masse-% Ca enthalten.
Obwohl die vorstehend genannte Zusammensetzung selbst bereits vom Anmelder in der JP 9-263905 A1 vorgeschlagen worden ist, wird durch geeignetes Einstellen des Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ und des Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI ein neues austenitisches rostfreies Stahlblech mit einer guten Formbarkeit bereitgestellt. Das neue austenitische rostfreie Stahlblech kann ohne jegliche Risse, die durch die Erzeugung eines Verformungsmartensits oder durch die Härtung einer Austenitphase erzeugt werden, zu einer gewünschten Form geformt werden, so dass ein Produkt mit einer guten Korrosionsbeständigkeit und Abmessungsgenauigkeit hergestellt werden kann.
Die Effekte dieser Legierungselemente ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung.
Bis zu 0,06 Masse-% (C + N)
Mit zunehmendem C- und N-Gehalt steigen die 0,2%-Dehngrenze und die Härte eines austenitischen rostfreien Stahlblechs aufgrund einer Lösungshärtung an. C und N härten in ungünstiger Weise einen Verformungsmartensit und üben schädliche Einflüsse auf das Tiefziehvermögen, die Streckbördelformbarkeit, die Sekundärbearbeitungsformbarkeit und die Kompressionsverformbarkeit aus. Eine übermäßige Zugabe von C verursacht auch ein Auftreten eines Bruchs (ein sogenanntes "Aufreißen") an einem Teil, der während des Streckbördelformens stark gedehnt wird. Defekte, die durch C und N verursacht werden, werden durch Einstellen des Gesamtanteils von C und N auf 0,06 Masse-% oder weniger gehemmt.
Bis zu 2,0 Masse-% Si
Si ist ein Legierungselement, das von einem Desoxidationsmittel stammt, das geschmolzenem Stahl während der Stahlherstellung zugesetzt wird. Eine übermäßige Zugabe von Si von mehr als 2,0 Masse-% härtet ein austenitisches rostfreies Stahlblech, beschleunigt die Kaltverfestigung und vermindert die Sekundärbearbeitungsformbarkeit. Der Si-Gehalt wird vorzugsweise auf nicht mehr als 1,2 Masse-% (mehr bevorzugt auf nicht mehr als 0,8 Masse-%) eingestellt, um den Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI auf einen Wert von 35 oder mehr zu erhöhen, der zur Unterdrückung einer Kaltverfestigung eftektiv ist.
In dem Bereich, bei dem der Si-Gehalt 1,2 Masse-% übersteigt, wird die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit eines austenitischen rostfreien Stahls verbessert, obwohl dessen Bearbeitbarkeit etwas verschlechtert wird. Eine Legierungsgestaltung zum Aufrechterhalten eines Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI bei einem Wert von nicht weniger als 30 ist sogar auch in einem solchen Fall effektiv, um eine gute Ausgewogenheit zwischen der Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und der Sekundärbearbeitungsformbarkeit zu erreichen.
Bis zu 5 Masse-% Mn
Mit steigendem Mn-Gehalt wird ein Verformungsmartensit kaum erzeugt und die 0,2%-Dehngrenze, das Ausmaß der Kaltverfestigung und die Beständigkeit gegen eine Kompressionsverformung werden vermindert. Eine übermäßige Zugabe von Mn von mehr als 5 Masse-% beschleunigt jedoch die Beschädigung der Feuerfestausrüstung während der Stahlherstellung und die Erzeugung von Mn-enthaltenden Einschlüssen, die als Punkte zur Initiierung einer Rissbildung während der Bearbeitung wirken.
15 bis 20 Masse-% Cr
Cr ist ein essentielles Element zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und dessen Effekt auf die Korrosionsbeständigkeit wird bei einem Cr-Gehalt von nicht weniger als 15 Masse-% deutlich festgestellt. Die gleichzeitige Gegenwart von Ni intensiviert den Effekt von Cr auf die Korrosionsbeständigkeit. Ein austenitisches rostfreies Stahlblech wird jedoch härter gemacht und dessen Sekundärbearbeitungsformbarkeit, Tiefziehvermögen, Streckbördelformbarkeit und Kompressionsverformbarkeit werden mit zunehmendem Cr-Gehalt in ungünstiger Weise verschlechtert. Diesbezüglich wird die Obergrenze des Cr-Gehalts auf 20 Masse-% festgelegt.
5 bis 9 Masse-% Ni
Ni ist ein Legierungselement, das zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit wie z.B. der Lochfraßbeständigkeit bei der gleichzeitigen Gegenwart von Cr effektiv ist. Der Effekt von Ni auf die Korrosionsbeständigkeit tritt bei 5 Masse-% oder mehr deutlich auf. Mit zunehmendem Ni-Gehalt wird ein austenitischer Stahl weicher gemacht und bezüglich dessen Sekundärbearbeitungsformbarkeit, Tiefziehvermögen, Streckbördelformbarkeit oder Kompressi onsverformbarkeit aufgrund einer Unterdrückung der Kaltverfestigung, die durch die Erzeugung von Verformungsmartensit verursacht wird, verbessert. Da eine übermäßige Ni-Zugabe jedoch die Kosten für den Stahl erhöht, wird die Obergrenze des Ni-Gehalts auf 9 Masse-% festgelegt, wobei der Effekt auf die Bearbeitbarkeit in Bezug auf die Kosten für den Stahl berücksichtigt wird.
1,0 bis 4,0 Masse-% Cu
Cu ist ein Legierungselement, das die Kaltverfestigung unterdrückt, die durch die Erzeugung von Verformungsmartensit verursacht wird, ein austenitisches rostfreies Stahlblech weicher macht und die Sekundärbearbeitungsformbarkeit, das Tiefziehvermögen, die Streckbördelformbarkeit und die Kompressionsverformbarkeit verbessert. Diese Effekte treten typischerweise bei einem Cu-Gehalt von nicht weniger als 1,0 Masse-% auf. Das Lösen von Cu in einer Stahlmatrix ist zur Realisierung solcher Effekte bevorzugt, jedoch wird die Bearbeitbarkeit aufgrund einer Zunahme von Cu-enthaltenden Ausscheidungen ziemlich stark verschlechtert. Ein Anteil Cu-enthaltender Ausscheidungen kann durch Steuern der Bedingungen für das Walzen und die Wärmebehandlung in geeigneter Weise unterdrückt werden. Da Cu ein Austenitbildner ist, kann der Ni-Gehalt mit zunehmendem Cu-Gehalt innerhalb eines breiteren Bereichs ausgewählt werden. Beispielsweise ermöglicht die Zugabe von Cu in einem Anteil von 2,0 Masse-% oder mehr eine Verminderung der Untergrenze des Ni-Gehalts auf etwa 5 Masse-%. Eine übermäßige Zugabe von Cu von mehr als 4,0 Masse-% übt jedoch schädliche Einflüsse auf die Warmbearbeitbarkeit eines austenitischen rostfreien Stahlblechs aus.
Bis zu 0,003 Masse-% Al
Der Al-Gehalt sollte auf einen Wert von nicht mehr als 0,003 Masse-% eingestellt werden, um nicht-metallische Einschlüsse, die in einer Stahlmatrix ausgeschieden worden sind, in weiches und dehnbares MnO·SiO₂·Al₂O₃ umzuwandeln. Wenn der Al-Gehalt 0,003 Masse-% übersteigt, werden leicht harte Al₂O₃-Cluster erzeugt, die als Punkte für die Initiierung einer Rissbildung während der Bearbeitung wirken.
Bis zu 0,005 Masse-% S
Die Warmbearbeitbarkeit eines austenitischen rostfreien Stahlblechs in einem Warmwalzschritt wird verschlechtert, wenn der S-Gehalt 0,005 Masse-% übersteigt. S übt auch schädliche Einflüsse auf die Sekundärbearbeitungsformbarkeit, das Tiefziehvermögen, die Streck bördelformbarkeit und die Kompressionsverformbarkeit aus. Die Korrosionsbeständigkeit wird ebenfalls verschlechtert, da eine Verteilung von MnS-Einschlüssen in einer Stahlmatrix mit zunehmendem S-Gehalt beschleunigt wird. Der S-Gehalt wird vorzugsweise auf einen Wert von nicht mehr als 0,03 Masse-% eingestellt, um Einschlüsse vom Typ A, insbesondere von MnS, zu vermindern, die als Punkte zur Initiierung eines Bruchs in einem Bearbeitungsschritt zum Aufweiten eines durchlochten Teils wirken.
Jeweils 0 bis 0,5 Masse-% von Ti, Nb, Zr und V
Ti, Nb, Zr und V sind optionale Elemente, die ein Härten eines austenitischen rostfreien Stahlblechs durch Fixieren lösungshärtender Elemente wie z.B. C und N unterdrücken, wodurch eine Verbesserung der Sekundärbearbeitungsformbarkeit, des Tiefziehvermögens, der Streckbördelformbarkeit und der Kompressionsverformbarkeit resultiert. Der Effekt dieser Elemente ist bei 0,5 Masse-% gesättigt. Die Untergrenze jedes dieser Elemente wird vorzugsweise auf 0,01 Masse-% festgelegt, um nicht-metallische Einschlüsse in weiches MnO·SiO₂·Al₂O₃ umzuwandeln.
0 bis 3,0 Masse-% Mo
Mo ist ebenfalls ein optionales Legierungselement zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Eine übermäßige Zugabe von Mo verursacht jedoch eine Zunahme der Härte und der Beständigkeit bezüglich einer Kompressionsverformung, so dass eine Obergrenze des Mo-Gehalts auf 3 Masse-% festgelegt werden sollte.
B ist ebenfalls ein optionales Legierungselement zur Verbesserung der Warmbearbeitbarkeit zur Hemmung einer Rissbildung während des Warmwalzens. Eine übermäßige Zugabe von B verschlechtert jedoch die Warmbearbeitbarkeit, so dass die Obergrenze des B-Gehalts auf 0,03 Masse-% festgelegt werden sollte.
0 bis 0,2 Masse-% REM (Seltenerdmetalle)
REM sind auch optionale Legierungselemente, die zur Verbesserung der Warmbearbeitbarkeit in der gleichen Weise wie B effektiv sind. Der Effekt der REM ist bei 0,02 Masse-% gesättigt, jedoch verursacht eine übermäßige Zugabe von REM von mehr als 0,02 Masse-% ein Härten und eine schlechte Bearbeitbarkeit eines austenitischen rostfreien Stahlblechs. Die Obergrenze der REM beträgt vorzugsweise 0,005 Masse-%, um nicht-metallische Einschlüsse in weiches MnO·SiO₂·Al₂O₃ umzuwandeln.
0 bis 0,03 Masse-% Ca
Ca ist ebenfalls ein optionales Legierungselement, das zur Verbesserung der Warmbearbeitbarkeit effektiv ist. Der Effekt von Ca auf die Warmbearbeitbarkeit ist bei 0,03 Masse-% gesättigt und eine übermäßige Zugabe von Ca von mehr als 0,03 Masse-% verursacht eine schlechte Reinheit eines austenitischen rostfreien Stahlblechs. Die Obergrenze von Ca beträgt vorzugsweise 0,005 Masse-%, um nicht-metallische Einschlüsse in weiches MnO·SiO₂·Al₂O₃ umzuwandeln.
Beispiel 1
Jeder rostfreie Stahl mit der in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde gefrischt, kontinuierlich zu einer Bramme gegossen und bei einer Entnahmetemperatur von 1230°C zu einer Dicke von 3 mm warmgewalzt. Das warmgewalzte Stahlband wurde 1 min bei 1150°C geglüht, mit einer Säure gebeizt und dann zu einer Dicke von 0,4 mm kaltgewalzt. Danach wurde das kaltgewalzte Stahlband 1 min bei 1050°C geglüht und erneut gebeizt.
Jedes auf diese Weise hergestellte kaltgewalzte Stahlband wies die in der Tabelle 2 gezeigten mechanischen Eigenschaften auf.
Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften rostfreier Stahlbleche

*: Ein mit einem uniaxialen Zugtest gemessener Wert

Ein Formling mit einem Durchmesser von 74 mm wurde von jedem rostfreien Stahlblech abgeschert und unter Verwendung eines zylindrischen Stempels mit einem Durchmesser von 33 mm mit einem Stanzradius von 3 mm und einer Matrize mit einem Durchmesser von 35 mm mit einem Matrizenradius von 3 mm mit einem Formlinghaltedruck von 1 Tonne zu einer Höhe von 7 mm gezogen. Eine Öffnung mit einem Durchmesser von 10 mm wurde dann in dem gezogenen Formling an dessen Mitte gebildet und dann wurde die geöffnete Kante 2 in Gegenwart eines Schmieröls mit einer Viskosität von 60 mm²/s (bei 40°C) unter Verwendung eines zylindrischen Stempels mit einem Durchmesser von 33 mm mit einem Stanzradius von 3 mm und einer Wulstmatrize mit einem Durchmesser von 35 mm und einem Matrizenradius von 3 mm aufgeweitet, wie es in der 4 gezeigt ist.
Danach wurde die Härte der durchlochten Kante 2 gemessen und das Härten des Formlings, das durch das Durchlochen verursacht worden ist, wurde durch den maximalen Wert der gemessenen Härte bewertet.
Um die Streckbördelformbarkeit quantitativ zu bewerten, wurde die durchlochte Kante 2 durch Drücken eines Stempels durch die durchlochte Kante 2 aufgeweitet, bis eine Rissbildung auftrat, der Durchmesser der Öffnung, bei dem die Rissbildung auftrat, wurde gemessen, und ein kritisches Aufweitungsverhältnis ER_cri.(%) wurde gemäß der Formel: ER_cri. = (R₁ – R₀)/R₀ × 100 berechnet, wobei R₀ der anfängliche Durchmesser der Öffnung und R₁ der Durchmesser der Öffnung beim Auftreten der Rissbildung ist.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die maximale Härte der aufgeweiteten Kante 2 lediglich 310HV bei dem Stahl A oder 308HV bei dem Stahl B war (erfindungsgemäße Beispiele), während die maximale Härte bei den Stählen C bis E (Vergleichsbeispiele) signifikant auf einen Wert von 360HV oder mehr erhöht war. Bei der aufgeweiteten Kante 2 wurden keine Risse festgestellt, bis das Aufweitungsverhältnis der Kante 2 70% beim Stahl A oder 69% beim Stahl B überstieg. Im Gegensatz dazu traten Risse an der aufgeweiteten Kante 2 selbst dann auf, wenn jedweder der Stähle C bis E bei einem ziemlich niedrigen Aufweitungsverhältnis bearbeitet wurde.
Tabelle 3: Maximale Härte durchlochter Kanten und kritische Aufweitungsverhältnisse in Abhängigkeit von der Stahlart
Die in der Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse belegen, dass das kritische Aufweitungsverhältnis stärker vermindert wird, wenn ein Stahlblech durch Tiefziehen und Durchlochen härter gemacht wird. Die Verminderung des kritischen Aufweitungsverhältnisses bedeutet eine Begrenzung einer Öffnung, die durch die aufgeweitete Kante definiert ist, auf einen kleinen Durchmesser.
Ferner haben die Erfinder den Effekt des Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ auf die Kaltverfestigung sowie den Effekt des Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI auf die Dehnung erforscht und untersucht. Für die Forschungen und Untersuchungen wurden verschiedene rostfreie Stahlbleche hergestellt, deren Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ und Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI durch Erhöhen oder Vermindern jeder Legierungskomponente auf der Basis der Zusammensetzung des Stahls A variiert wurden.
Ein Formling, der von jedem rostfreien Stahlblech abgeschert worden ist, wurde unter den gleichen Bedingungen, wie sie vorstehend angegeben wurden, tiefgezogen, durchlocht und aufgeweitet. Die maximale Härte der aufgeweiteten Kante 2 und das kritische Aufweitungsverhältnis wurden bezüglich des Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ und des Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI untersucht.
Die Ergebnisse sind in den 5 bis 8 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass ein größeres Aufweitungsverhältnis von über 60% erreicht wurde, während die Erhöhung der maximalen Härte der aufgeweiteten Kante 2 auf ein Niveau von nicht mehr als 350HV unterdrückt wurde, wenn der Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ in einem Bereich von –90 bis –20 eingestellt wurde und der Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI auf nicht weniger als 30 eingestellt wurde.
Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse wurde ein rostfreies Stahlblech (gemäß dem Stahl A in der Tabelle 1) mit einem Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ von –37,8 und einem Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI von 43,2 unter den gleichen Bedingungen, wie sie vorstehend angegeben wurden, auf eine Höhe von 7 mm gezogen, mit einem Durchmesser von 26 mm durchlocht und einem Durchziehen unterworfen, um eine durchlochte Kante 2 auf einen Durchmesser von 33 mm aufzuweiten.
Auf diese Weise wurden 1000 Formlinge bearbeitet, ohne dass an den aufgeweiteten Kanten 3 eine Rissbildung auftrat. Daher konnten die Formlinge gut als Elemente verwendet werden, die in Hydraulikpumpen installiert werden. Wenn andererseits Formlinge von rostfreien Stahlblechen mit entweder einem oder beiden von einem Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ von mehr als –20 und einem Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI von weniger als 30 unter den gleichen Bedingungen bearbeitet wurden, trat an der aufgeweiteten Kante 3 unweigerlich eine Rissbildung auf. Tabelle 4: Effekte der Werte von Md₃₀ und von SFI auf das Auftreten einer Rissbildung
Die unterstrichenen Zahlen liegen außerhalb des Bereichs, der durch die vorliegende Erfindung definiert ist.
Beispiel 2
Jeder rostfreie Stahl mit der in der Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzung wurde gefrischt, kontinuierlich zu einer Bramme gegossen und bei einer Entnahmetemperatur von 1230°C zu einer Dicke von 3 mm warmgewalzt. Nach dem Glühen des warmgewalzten Stahlbands für 1 min bei 1150°C wurde es gebeizt und zu einer Dicke von 0,4 mm kaltgewalzt. Danach wurde das kaltgewalzte Stahlband 1 min bei 1050°C fertiggeglüht und dann erneut gebeizt.
Ein Formling, der von jedem Stahlband abgeschert wurde, wurde mit einem Mikroskop untersucht und die SiO₂- und Al₂O₃-Konzentrationen nicht-metallischer Einschlüsse, die in einer Stahlmatrix ausgeschieden worden sind, wurden mittels einer EPMA-Analyse gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 zusammen mit dem Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀ und dem Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI gezeigt. Die Cu-Konzentration von Ausscheidungen, die mittels EDX-Analyse in einem Sichtfeld der TEM gemessen worden ist, ist ebenfalls in der Tabelle 6 gezeigt. Andererseits zeigt die Tabelle 7 die mechanischen Eigenschaften jedes rostfreien Stahlblechs. Tabelle 5: Zusammensetzungen von rostfreien Stählen, die im Beispiel 2 verwendet wurden
Tabelle 6: Md₃₀, SFI und Einschlüsse jedes rostfreien Stahls
Die unterstrichenen Zahlen liegen außerhalb des Bereichs, der durch die vorliegende Erfindung definiert ist. Tabelle 7: Mechanische Eigenschaften jedes rostfreien Stahls

*: Ein mit einem uniaxialen Zugtest gemessener Wert

Ein Formling mit einem Durchmesser von 74 mm wurde von jedem rostfreien Stahlblech abgeschert und mit einem faltenunterdrückenden Druck von 1 Tonne unter Verwendung eines zylindrischen Stempels mit einem Durchmesser von 33 mm mit einem Stanzradius von 3 mm und einer Matrize mit einem Durchmesser von 35 mm und einem Matrizenradius von 3 mm auf eine Höhe von 7 mm gezogen. Der gezogene Formling wurde mit einer Öffnung mit einem Durchmesser von 26 mm an der Mitte seines Bodens durchlocht und dann einem Durchziehen unterworfen, um den durchlochten Teil 2 in Gegenwart eines Schmieröls mit einer Viskosität von 60 mm²/s (bei 40°C) unter Verwendung eines zylindrischen Stempels mit einem Durchmesser von 33 mm mit einem Stanzradius von 3 mm und einer Matrize mit einem Durchmesser von 33 mm mit einem Matrizenradius von 3 mm aufzuweiten, wie es in der 1 gezeigt ist.
Jeder Formling wurde untersucht, um dessen Bearbeitbarkeit gemäß dem Auftreten einer Rissbildung an der aufgeweiteten Kante 3 zu ermitteln.
Ferner wurde eine Oberfläche jedes Formlings, nachdem eine 5%ige NaCl-Lösung mit einer Temperatur von 35°C 1000 Stunden kontinuierlich auf jeden Formling gesprüht worden ist, mit einem optischen Mikroskop untersucht, um die Tiefe einer Lochfraßkorrosion an 30 Punkten zu messen. Die Lochfraßbeständigkeit wurde gemäß der maximalen Tiefe der Lochfraßkorrosion der gemessenen Werte bewertet.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 8 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Stähle Nr. 1 bis 3 Materialien sind, die für ein Pumpenelement geeignet sind, das durch ein intensives mehrstufiges Tiefziehverfahren hergestellt werden soll, da die Stähle Nr. 1 bis 3 ohne das Auftreten einer Rissbildung zu einer gewünschten Form geformt wurden, und da die maximale Tiefe der Lochfraßkorrosion auf weniger als 0,1 mm unterdrückt wurde.
Andererseits wies ein Pumpenelement, das aus dem Stahl Nr. 4 hergestellt worden ist, der mehr als 0,06 Masse-% (C + N) enthielt, den Defekt auf, dass an der aufgeweiteten Kante 3 eine Querschnittsverminderung auftrat, obwohl dessen Lochfraßbeständigkeit ausreichend war. Ein Pumpenelement, das aus dem Stahl Nr. 5 hergestellt worden ist, der viel mehr (C + N) enthielt, wies zahlreiche Risse an der aufgeweiteten Kante 3 auf und 20 Stunden nach dem Aufweiten trat auch ein Aufreißen auf. Der Stahl Nr. 5 wies eine schlechte Lochfraßbeständigkeit auf, wie es sich durch die maximale Tiefe der Lochfraßkorrosion von mehr als 0,1 mm zeigte.
Ein Pumpenelement, das aus dem Stahl Nr. 6 hergestellt worden ist, der weniger als 16 Masse-% Cr enthielt, wies eine gute Streckbördelformbarkeit, jedoch eine schlechte Lochfraßbeständigkeit auf, wie es sich durch die maximale Tiefe der Lochfraßkorrosion von mehr als 0,1 mm zeigte. Wenn der Stahl Nr. 7, der mehr als 20 Masse-% Cr enthielt, zu einem Pumpenelement geformt wurde, traten an der Kante 3, die durch ein Streckbördelformen ausgebildet worden ist, zahlreiche Risse auf.
Der Stahl Nr. 8, der mehr als 0,005 Masse-% S enthielt, wies eine gute Lochfraßbeständigkeit auf, konnte jedoch nicht zu einem Pumpenelement geformt werden, da an einer Kante 3, die durch ein Streckbördelformen ausgebildet worden ist, eine Querschnittsverminderung auftrat. Der Stahl Nr. 9 konnte aufgrund der gleichen fehlerhaften Formgebung wie der Stahl Nr. 8 nicht zu einem Pumpenelement geformt werden, und dessen Lochfraßbeständigkeit war schlecht, wie es sich durch die maximale Tiefe der Lochfraßkorrosion von mehr als 0,1 mm zeigte.
Jeder der anderen Stähle Nr. 10 und 12 bis 19, die eines oder mehrere von Mo, V, Al, Ti, Nb, Zr, V, Ca und REM in einem Anteil enthielten, der erfindungsgemäß definiert ist, wies sowohl eine überlegene Streckbördelformbarkeit als auch eine hervorragende Lochfraßbeständigkeit auf, so dass der Stahl ohne Risse an der aufgeweiteten Kante 3 zu einem Pumpenelement geformt wurde. Wenn jedoch der Stahl Nr. 11, der mehr als 3 Masse-% Mo enthielt, zu einem Pumpenelement geformt wurde, wurde an einer Kante 3, die durch ein Streckbördelformen aufgeweitet worden ist, das Auftreten einer Rissbildung festgestellt.
Tabelle 8: Bearbeitbarkeit und Lochfraßbeständigkeit jedes Stahls
Beispiel 3
Jeder rostfreie Stahl mit der in der Tabelle 9 gezeigten Zusammensetzung wurde gefrischt, kontinuierlich zu einer Bramme gegossen und bei einer Entnahmetemperatur von 1230°C zu einer Dicke von 5 mm warmgewalzt. Nachdem das warmgewalzte Stahlband 1 min bei 1100°C geglüht worden ist, wurde es Säure gebeizt. Tabelle 9: Zusammensetzungen austenitischer rostfreier Stähle, die im Beispiel 3 verwendet wurden
Md₃₀(°C) = 551 – 462(C + N) – 9,2Si – 8,1Mn – 29(Ni + Cu) – 13,7Cr – 18,5Mo
SFI(mJ/m²) = 2,2Ni + 6Cu – 1,1Cr – 13Si – 1,2Mn + 32
Die unterstrichenen Zahlen liegen außerhalb der Bereiche, die durch die vorliegende Erfindung definiert sind.
Ein säulenförmiger Prüfkörper mit einem Außendurchmesser von 3,0 mm und einer Höhe von 4 mm wurde von jedem rostfreien Stahlblech entnommen. Der Prüfkörper wurde bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 0,01/Sekunde entlang der axialen Richtung der Säule komprimiert, um die Beziehung zwischen der Effektivdehnung und der Effektivspannung während der Kompressionsverformung zu untersuchen.
Die Tabelle 10 zeigt einen Wert der Effektivspannung bei einer Effektivdehnung von 1,0 an einem Zeitpunkt, bei dem die Höhe jedes Prüfkörpers verglichen mit der ursprünglichen Höhe auf 60% vermindert worden ist. Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäßen Stähle A und B eine Verformungsbeständigkeit (dargestellt durch die Effektivspannung) von weniger als 1200 MPa aufwiesen, während die Verformungsbeständigkeit jedes der Vergleichsstähle C bis E um einiges größer als 1200 MPa war. Ein Prüfkörper aus dem Vergleichsstahl F war an dessen Seite gerissen, bevor die Effektivspannung 1,0 erreichte, und dessen Verformbarkeit war verschlechtert.
Tabelle 10: Kompressionsverformbarkeit von rostfreiem Stahl
Beispiel 4
Jeder rostfreie Stahl mit der in der Tabelle 9 gezeigten Zusammensetzung wurde gefrischt, kontinuierlich zu einer Bramme gegossen und bei einer Entnahmetemperatur von 1230°C zu einer Dicke von 5 mm warmgewalzt. Jedes warmgewalzte Stahlband wurde 1 min bei 1100°C geglüht, gebeizt und dann zu einer Dicke von 2 mm kaltgewalzt. Das kaltgewalzte Stahlband wurde 1 min bei 1050°C geglüht und dann gebeizt.
Von jedem geglühten kaltgewalzten Stahlband wurden viele Prüfkörper mit einer Breite von 1 m und einer Länge von 2 m entnommen und zu einer unebenen Querschnittsform gepresst, wie es in der 9 gezeigt ist. Die Höhe eines konvexen Teils des Prüfkörpers wurde zur Bewertung der Verformbarkeit gemessen, nachdem das Pressen für 1000 Prüfkörper wiederholt worden ist. Die Testergebnisse sind in der Tabelle 11 zusammen mit dem Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀, dem Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI und dem Anteil von in einer Matrix jedes rostfreien Stahls gelösten Cu gezeigt.
Aus der Tabelle 11 ist ersichtlich, dass ein kaltmassivumgeformtes Produkt, das aus den erfindungsgemäßen Stählen A und B hergestellt worden ist, die Austenit-Stabilitätsindizes Md₃₀ im Bereich von –90 bis –20, Stapelfehler-Formbarkeitsindizes SFI von nicht weniger als 30 und Anteile von gelöstem Cu von nicht weniger als 1,0 Masse-% aufwiesen, an den konvexen Teilen eine Höhe von 1 mm oder mehr aufwiesen, selbst nachdem das Pressen 1000 Mal wiederholt wurde. Eine solche Höhe entsprach einem Wert von 80% oder mehr verglichen mit der vorgegebenen Höhe.
Andererseits war jedwedes der kaltmassivumgeformten Produkte, die aus dem Vergleichsstahl C mit einem Austenit-Stabilitätsindex von mehr als –10 und einem Stapelfehler-Formbarkeitsindex von unter 30, dem Vergleichsstahl D mit einem Stapelfehler-Formbarkeitsindex von unter 30 und dem Vergleichsstahl E mit einer Struktur, die derart war, dass die Ausscheidungen Cu in einem Anteil von mehr als 1,0 Masse-% enthielten, nach 1000 Mal Pressen am konvexen Teil niedriger als 1 mm. Eine solche geringere Höhe stellte verglichen mit der vorgegebenen Höhe einen Wert von weniger als 80% dar. Die Verminderung der Höhe bedeutet einen signifikanten Abrieb von Metallmatrizen und steht für eine kurze Haltbarkeitsdauer von Metallmatrizen. Wenn von dem Vergleichsstahl F entnommene Prüfkörper gepresst wurden, wurden sie aufgrund des Auftretens von Rissen am konvexen Teil vom Beginn der Pressbearbeitung an nicht zu der gewünschten Form gepresst.
Das durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene weiche rostfreie Stahlblech wird selbst bei einem hohen Bearbeitungsverhältnis ohne entweder einer lokalen Ansammlung von Verformungsdehnungen oder einer Zunahme der Härte, die durch die Erzeugung von Verformungsmartensit und ein Härten einer austenitischen Phase verursacht wird, plastisch verformt, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Als Folge davon kann das rostfreie Stahlblech mit einer ausreichenden Dehnung zu einer gewünschten Form geformt werden und Defekte wie z.B. Risse werden selbst während eines intensiven oder mehrstufigen Tiefziehens unterdrückt. Das rostfreie Stahlblech kann aufgrund einer Verminderung der Beständigkeit gegen eine Kompressionsverformung auch mit einer geringeren Beschädigung von Metallmatrizen zu einer gewünschten Form kaltmassivumgeformt werden.

Claims

Weiches rostfreies Stahlblech mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit und Kaltschmiedbarkeit, welches einen Austenit-Stabilitätsindex Md₃₀, welcher durch die Formel (1) definiert ist, eingestellt in einem Bereich von –90 bis –20, einen Stapelfehler-Formbarkeitsindex SFI, welcher durch die Formel (2) definiert ist, eingestellt auf einen Wert von nicht weniger als 30, und eine Cu-Konzentrationen von Ausscheidungen bzw. Präzipitaten von nicht mehr als 1,0 Masse-%, um den in einer Matrix gelösten Cu-Gehalt bei 1,0–4,0 Masse-% beizubehalten, aufweist, wobei 70 Masse-% oder mehr von in der Matrix ausgeschiedenen nicht-metallischen Einschlüssen MnO·SiO₂·Al₂O₃ sind, die nicht weniger als 15 Masse-% SiO₂ und nicht mehr als 40 Masse-% Al₂O₃ enthalten: Md30(°C) = 551 – 462(C + N) – 9,2Si – 8,1Mn – 29(Ni + Cu) – 13,7Cr – 18,5Mo (1) SFI(mJ/m2) = 2,2Ni + 6Cu – 1,1Cr – 13Si – 1,2Mn + 32 (2)
Weiches rostfreies Stahlblech, wie in Anspruch 1 definiert, bestehend aus bis zu 0,06 Masse-% (C + N), bis zu 2,0 Masse-% Si, bis zu 5 Masse-% Mn, 15–20 Masse-% Cr, 5–9 Masse-% Ni, 1,0–4,0 Masse-% Cu, bis zu 0,003 Masse-% Al, bis zu 0,005 Masse-% S und als Rest Fe, außer unvermeidbaren Verunreinigungen.
Weiches rostfreies Stahlblech, wie in Anspruch 1 oder 2 definiert, welches ferner mindestens eines von bis zu 0,5 Masse-% Ti, bis zu 0,5 Masse-% Nb, bis zu 0,5 Masse-% Zr, bis zu 0,5 Masse-% V, bis zu 3,0 Masse-% Mo, bis zu 0,03 Masse-% B, bis zu 0,02 Masse-% Seltenerdmetalle (REM) und bis zu 0,03 Masse-% Ca enthält.
Weiches rostfreies Stahlblech, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 definiert, welches einen Kaltverfestigungsexponenten bzw. Verformungsverfestigungsexponenten n, welcher einer Steigung bzw. Inklination einer durch einen Zugtest bestimmten Effektivspannungs-Eftektivdehnungs-Kurve in einem Bereich von 0,40–0,55 entspricht, und eine durch einen uniaxialen Zugtest bestimmte Dehnung EI von nicht weniger als 50% aufweist.
Weiches rostfreies Stahlblech, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, welches eine Effektivspannung von 1200 MPa oder weniger bei einer Effektivdehnung von 1,0 in einer durch einen Kompressionstest bei einer Dehnungsgeschwindigkeit von 0,01/Sekunde erhaltenen Effektivspannungs-Eftektivdehnungs-Kurve aufweist.