DE660883C

DE660883C - Eisen-Chrom-Legierung fuer Gegenstaende, welche durch Erhitzen und nachfolgendes Abkuehlen nicht haerter werden sollen

Info

Publication number: DE660883C
Application number: DEE46117D
Authority: DE
Original assignee: ELECTRO METALLURG CO
Current assignee: ELECTRO METALLURG CO
Priority date: 1933-10-18
Filing date: 1934-10-16
Publication date: 1938-06-04

Description

Eisen-Chrom-Legierung für Gegenstände, welche durch Erhitzen und nachfolgendes Abkühlen nicht härter werden sollen Um bei aus Chromstahllegierungen hergestellten Gegenständen das Brüchigwerden zu vermeiden, das erfahrungsgemäß eintritt, wenn diese Gegenstände chemischen Beeinflussungen oder Wärmeeinwirkungen ausgesetzt werden, hat man bereits den Kohlenstoffgehalt dieser Legierungen unter o,o7 %l gesenkt, und ferner hat man durch Zusatz von Titan oder Vanadin oder einer Mischung beider den gesamten Kohlenstoff der Legierung an diese Zusatzmetalle chemisch gebunden. Die auf diese Weise entstehenden chemisch neutralen, chromhaltigen Stahllegierungen enthalten z. B. bis o,2 % Kohlenstoff, 12 bis 4o °% Chrom und bis 2 % Vanadin.
Andererseits sind hitzebeständige und oxydationssichere Chromstahllegierungen bekannt, welche z. B. o,o5 bis o,2o %, Kohlenstoff, 4 bis Io % Chrom und weniger als I,o % Vanadin oder in einem anderen Falle o,I bis o,2 % Kohlenstoff, 5 bis I2 % Chrom und o,2 bis 0,5 °/o Vanadin enthalten und zur Herstellung von Hochdruckreaktionsgefäßen verwendet worden sind.
Diese bekannten Chromstahllegierungen besitzen zwar größte Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, erhärten aber zum Teil beträchtlich, wenn sie in der Luft gekühlt werden. Aus diesem Grunde erfordern die aus den genannten Stahllegierungen zu fertigenden Gegenstände während der Herstellung eine besondere Behandlung: Es ist bekannt, daß Chromstähle mit geringem Kohlenstoffgehalt und einem Chromgehalt bis etwa 3 °/a keine große Neigung zum Härterwerden bei Luftabkühlung besitzen. Beträgt der Chromgehalt etwa 3,5 bis %, so erhärten diese Stähle beträchtlich, z. B. beim Abkühlen von der heißen Walztemperatur. Dagegen ist die Neigung zum Erhärten nicht so groß, wenn man den Chromgehalt über etwa 16 % erhöht. Stähle dieser Zusammensetzung haben aber nur geringe Dehnbarkeit.
Die Herstellung bearbeiteter Gegenstände aus Chromstählen, die bei einer Luftabkühlung hart werden, bietet erhebliche Schwierigkeiten, welche nur durch besondere Maßnahmen und verhältnismäßig kostspielige Verfahren beseitigt werden können. Es muß besondere Sorgfalt aufgewendet werden, um heiße Gußblöcke zu kühlen und Gegenstände für Schmiede- und Walzvorgänge wieder zu erhitzen, damit nicht erhebliche Risse als Ergebnis einer zu raschen oder ungleichmäßigen Kühlung oder Erhitzung entstehen. Der durch Abkühlung gehärtete Stahl reißt auch leicht beim Schleifen. Bei der Herstellung von Gegenständen aus diesen Stählen ist daher eine sehr langsame Erhitzung, eine Kühlung im Ofen durch den kritischen Umwandlungspunkt und eine sorgfältige Weiterbehandlung erforderlich.
Es wurde erkannt, daß durch Hinzufügung entsprechender Mengen Vanadin zu Stählen von geringem Kohlenstoffgehalt, die etwa 3,5 bis etwa 2o % Chrom enthalten, die Neigung dieser Stähle zum Erhärten, wenn sie entweder rasch oder langsam von erhöhten Temperaturen gekühlt werden, erheblich verringert wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Stählen, welche etwa 3,5 bis 2o % Chrom, weniger als etwa o,I °% Kohlenstoff und Vanadin in einer Menge enthalten, die mindestens etwa das Zehnfache des Kohlenstoffgehaltes, jedoch weniger als etwa i % beträgt, als Werkstoff für Gegenstände, die durch Erhitzen und nachfolgendes Abkühlen nicht härter werden sollen.

Die Wirkung des Vanadins auf die Härtbarkeit der Chromstähle ist in der folgenden Tafel I angegeben. In dieser Tafel sind die Gehalte an Chrom, Kohlenstoff und Vanadin angegeben; der Rest ist in jedem Fall Eisen und Verunreinigungen, wie geringe Mengen Schwefel und Phosphor, ferner o,2 bis o,26% Silicium und o,37 bis o,47 °% Mangan. Unter der Kopfbezeichnung »Zustand« ist der Zustand der Probe wie folgt zu verstehen (i) im gewalzten Zustand, (2) erhitzt auf die Dauer von 4 Stunden bei 75o° C und in der Luft auf Zimmertemperatur gekühlt, und (3) erhitzt auf die Dauer von Io Minuten bei 9oo° C und in der Luft gekühlt.

Tafel I

Analyse Dehnung Ein- Streclk Zug-

Zustand Erichsen Brinell (I= 4 d) schnürung grenze festigkeit

% Cr %C %V Wert Hirte %r %r lkg'qmm

3,05 0)o6 - I 6,9 126 22 64 37,3 56,2

305 o,o6 - 2 8,8 II6 43 8I 3o,2 42,2

3,o5 o,o6 - 3 7,3 I70 - - - -

4,54 0,o7 - I 5,2 286 8 20 68,2 I04,7

4,54 o,o7 - 2 6,4 I43 33 78 33,0 49,2

4,54 o,o7 - 3 5,8 3o2 - - - -

5,84 o,o5 - i 5,I 3II 5 I3 7I,7 I09,6

5,84 0,o5 - 2 7,3 I37 35 78 30,2 47,5

5,84 o,05 - 3 5,9 3o2 II 36 90,o Io7,2

5,8o 0,o5 o,38 I 5,9 2I2 I8 6o 53,4 i 73,I

5,8o o,o5 o,38 2 9,9 I26 - - - -

5,80 o,o5 o,38 3 6,8 I70 29 69 3o,2 54,2

5,82 o,o45 o,69 I 7,6 I63 23 73 36,7 54,5

5,82 o,o45 o,69 2 9,6 I2I 33 78 26,o 45,o

5 82 0,045 o,69 3 9,3 I26 4I 76 I8,3 45,0

5,67 o,o7 o,92 I 6,o I86 29 77 4I,5 6I,2

567 o,o7 o,92 2 8,o I28 - - - -

5,67 o,07 o,92 3 Io I3I 35 82 25,3 47,8

I3,84 o,o7 - I 5,9 248 8 I6 66,I 92z,4

I3,84 o,o7 - 2 8,3 I37 33 7I 3o,9 55,2

13,84 0,07 - 3 6,oo 27o 9 30 84,4 97,0

I3,Io 0,o8 o,8I I 6,6 I96 Ig 44 48,5 8I,6

I3,Io o,o8 o,8I 2 7,5 I49 - - - -

13,10 0,08 0,8r 3 8,4 134 25 65 30,2 I 52,8

Die in der Tafel I angegebenen Werte zeigen, daß ein 3 °/oiger Chromstahl von geringem Kohlenstoffgehalt nicht stark durch Abkühlen in der Luft gehärtet wird, während ein 4,5-bis 12°/Qiger Chromstahl von geringem Kohlenstoffgehalt beträchtlich durch Luftkühlung von den üblichen heißen Arbeitstemperaturen gehärtet wird. Die Wirkung der Hinzufügung des Vanadins in verschiedenen Verhältnissen des Vanadins zumn Kohlenstoff ist ebenfalls dargelegt. Es ist bemerkenswert, daß bei etwa 5 bis Io Gewichtsteilen des Vanadins im Verhältnis zu I Gewichtsteil des Kohlenstoffs die Härtbarkeit der Stähle erheblich verringert wird und daß bei über etwa Io Teilen des Vanadins im Verhältnis zu I Teil des Kohlenstoffs die Stähle unhärtbar gemacht werden. Es ist ferner bemerkenswert, daß beim Zusatz von Vanadin die Härte der Stähle im gewalzten Zustand verringert wird. Die nach der Erfindung zu verwendenden Stähle haben thermnische Eigenschaften, die mehr den Eigenschaften der einfachen Stähle von niedrigem Kohlenstoffgehalt als den Eigenschaften von Chromstählen entsprechen.

Durch Hinzufügung von Vanadin wird auch die Zähigkeit dieser. Chromstähle erhöht. Beispielsweise ergab ein Stahl, welcher 5,8 °/0 Chrom und o,o5 °% Kohlenstoff enthielt, einen Izod Stoßwert von I,65 mkg im gewalzten Zustand, und durch Zusätze von o,38 %o und o,6 °%0 Vanadin wurde dieser Wert auf 6,9I mkg bzw. auf II,89 mkg erhöht.
Gemäß vorliegender Erfindung ist festgestellt worden, daß durch Zusatz von mehr als etwa I %0 Vanadin zu den Chromstählen ihr Widerstand gegen Oxydation bei erhöhten Temperaturen erheblich verringert wird und daß durch den Zusatz von einigen Prozent Vanadin praktisch die Verwendbarkeit der Stähle bei erhöhtenTemperaturen aufgehoben wird. Mit Rücksicht auf diese Tatsache und die weitere Erwägung, daß wenigstens etwa Io Teile Vanadin im Verhältnis zu I Teil Kohlenstoff erforderlich sind, um die erkannten Wirkungen zu erreichen, sollte der Kohlenstoffgehalt der Stähle in keinem Fall größer sein als etwa o,I °/0. Da ein großer Teil der Chromstähle, welche Chromgehalte innerhalb des Bereiches der Erfindung besitzen, praktisch bei erhöhten Temperaturen benutzt werden, würden durch den Zusatz von mehr als etwa I °/0 Vanadin Stähle erzeugt werden, die nur in geringem Maße praktisch verwendet werderi können.
Die Wirkung des Vanadins auf die Widerstandsfähigkeit der Chromstähle gegen Oxydation bei erhöhten Temperaturen ist in der Tafel II erklärt. In dieser Tafel ist der prozentuale Gewichtsverlust bei jedem einer Anzahl Muster angegeben, die aus je etwa 7o g wiegenden Stahlwürfeln bestehen und I6o Stunden lang bei 785° C bis 8oo° C einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt wurden.

Tafel II

Gewichts-

%Cr °% C % V verlust

%

5,56 o,Io nichts 7,3

6,16 0,o9 0,43 8,o

5,80 0,05 o,69 7,5

5,67 0,07 0,92 1i,6

6,oo 0,07 5,24 49,7

Die nach der Erfindung zu verwendenden Stähle können nicht nur schnell oder langsam zwischen Zimmertemperatur und etwa iooo° C erhitzt oder abgekühlt werden, ohne der Gefahr der Erhärtung ausgesetzt zu werden, die bei einer ähnlichen Behandlung der bekannten Chromstähle auftritt, vielmehr können sie auch mit erheblich geringerer Schwierigkeit und mit beträchtlich geringeren Kosten als bisher geschmiedet, gewalzt oder in anderer Weise verarbeitet werden, und es kann der verarbeitete Stahl erforderlichenfalls in der Weise gekühlt werden, daß er während weniger Minuten bei einer hohen Temperatur von annähernd goo° C erhitzt und darauf entweder rasch oder langsam auf Zimmertemperatur gekühlt wind.
Die nach der Erfindung zu benutzenden Stähle können in der Form von Blechen und Rohren, die bei erhöhten Temperaturen benutzt werden sollen, sowie in der Form von Schweißstäben verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Die Verwendung einer gegen Oxydation bei hohen Temperaturen widerstandsfähigen Legierung, die außer Eisen etwa 3,5 bis 2o1/0 Chrom (vorzugsweise 3,5 bis 7,5 °/°), nicht mehr als etwa o,1 °/0 Kohlenstoff und ferner Vanadin in einer Menge enthält, welche mindestens etwa das Zehnfache des Kohlenstoffgehalts, jedoch weniger als i °/0 beträgt, als Werkstoff für Gegenstände, welche durch Erhitzen und nachfolgendes Abkühlen nicht härter werden sollen.