DE667630C

DE667630C - Chrom-Niob-Eisen-Legierung

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Publication number: DE667630C
Application number: DEE44528D
Authority: DE
Original assignee: ELECTRO METALLURG CO
Current assignee: ELECTRO METALLURG CO
Priority date: 1932-11-02
Filing date: 1933-07-30
Publication date: 1938-11-17

Description

Chrom-Niob-Eisen-Legierung Es ist bekannt, daß Eisen durch Zusatz von Kohlenstoff härtbar gemacht" werden kann und daß die erzielte Härtungsfähigkeit durch Zusatz von Chrom unter gleichzeitiger Verbesserung der Korrosionsfestigkeit der Legierung weiter gesteigert wird. Solche härtbaren und rostfreien Stähle sind für viele Zwecke, beispielsweise. für Messerklingen u. dgl., gut verwendbar. Bei anderen Verwendungszwecken ist es dagegen erwünscht, daß die Stähle diese Härtungsfähigkeit- nicht besitzen.
Es ist zu diesem- Zwecke bereits vorgeschlagen worden, den Kohlenstoffgehalt unter o,1 °/o zu senken. Abgesehen davon, daß durch diese Maßnahme die Herstellungskosten der Cr-Stähle ganz erheblich gesteigert werden, wird ihre Härtungsfähigkeit dadurch doch nicht völlig behoben.
Es wurde nun festgestellt, .daß eine Verringerung der Härte kohlenstoffhaltiger Chromstähle dadurch erzielt werden kann, daß den Legierungen ein bestimmter Gehalt an Niob gegeben wird. Gemäß der Erfindung soll daher zur Herstellung von solchen Gegenständen, welche entweder ohne Wärmebehandlung oder nach Abkühlung von erhöhten Temperaturen oder nach erneuter Erwärmung und Abkühlung in Gebrauch genommen werden und dann nicht hart, sondern weich und dehnbar sein müssen, eine Legierung verwendet werden, welche Eisen, Chrom, Niob und Kohlenstoff enthält und bei welcher der Chromgehalt etwa 2 bis 30°4 und der Kohlenstoffgehalt nicht mehr als etwa o,50/, beträgt, wobei die Menge des Niobs wenigstens das Vierfache der Kohlenstoffmenge und nicht mehr als das Achtfache des Kohlenstoffgehaltes plus 1,5 % der gesamten Legierung ausmacht. Vorzugsweise ist das Verhältnis des Niobs zum Kohlenstoff größer als etwa 8 : z.
Legierungen der genannten Zusammensetzung sind zwar an sich bekannt. Die besondere Eigenschaft dieser Legierungen, sowohl ohne jede Wärmebehandlung als auch nach der Abkühlung von erhöhten Temperaturen oder auch nach erneuter Erwärmung und Abkühlung nicht hart zu werden, sondern weich und dehnbar zu bleiben, ist aber bisher noch nicht erkannt und auch noch nicht ausgewertet worden.

Die Wirkung des Niobgehaltes zu Stählen mit hohem Chromgehalt ergibt sich aus der folgenden Tabelle I:

Tabelle I

A. Eigenschaften .des gewalzten Stahles

f , -

Quer- o/o Schnitts- Eri Wert c ihn sen- mm Brinell-

Streck- s

o/o Cr o/o C o/ö Nb grenze festigkeit Dehnung ver-

härte

in kg/qmm in kg/qmm (i .--_ 4d) minderung (i mm härte

in o% Blechstärke)

5,44 0;10 - 103 127 5 12 5 375

5s62 - 0,o9 1,04 69 78 15 62 6 200

12,62 0,12 - 105 144 3 8 5 ' 387

12,42 0,10 1,18 28 45 30 54 7 131

18,29 0,08 - .40 65 6 14 5 170

19,20 0,o8 1,00 37 5= 22 41 6,5 149

22,50 0,15 - 43 66 7 11 5,5 170

22,85 o,12 1,47 37 53 I9 39 6 131

B. Eigenschaften des q. Stunden auf 725 bis 775° C erhitzten

und dann luftgekühlten Stahles

12,62 0,12

- 37 56 30 73 7,5 =4@

12,42 o,IO I,18 27 44 29 67 7@0 I[ 128

Aus dem Abschnitt A der Tabelle I ergibt sich, daß gewalzte, niobfreie Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und annähernd 5, 12, 18 und 230o Chrom eine sehr geringe Dehnung besitzen. Die Stähle mit einem Gehalt von 5 und 12'/, Chrom sind überdies sehr hart. Die Zahlen, welche für mit Niob legierte, im übrigen aber ähnlich zusammengesetzte Stähle gefunden wurden, zeigen, daß diese Stähle eine wesentlich größere Dehnung und eine geringere Härte besitzen. Der Abschnitt B der Tabelle I läßt die Wirkungen des Ausglühens auf einen hartbaren, 12% Chrom enthaltenden Stahl und auf einen mit Niob legierten, ebenfalls 12°o Chrom enthaltenden Stahl erkennen. Bei einem Vergleich der in Abschnitt A und Abschnitt B der Tabelle 1

Tabelle II

Eigenschaften eines 5 Minuten auf g50 bis Iooo° C erwärmten

und dann luftgekühlten Stahles

Quer- Erichsen-

Streck- Zug- % Schnitts- Wert in mm Brinell-

°% Cr % C % Nb grenze festigkeit Dehnung ver-

härte

in kg/qmm in kg/qmm (i -4d) minderung (` mm härte

in o% Blechstärke)

12,62 0,12 82 105 4 6 3,50 302

12,42 0,1o 1,18 26 44 37 73 9,30 116

Die mitgeteilten Zahlen zeigen, daß niobhaltige Stähle bereits in gewalztem Zustande weich und dehnbar sind. Um auch die durch die Verarbeitung hervorgerufenen Spannunangegebenen Werte zeigt sich, daß die aufgeführten Eigenschaften des niobfreien Stahles durch Ausglühen erheblich geändert werden, während die Eigenschaften des mit Niob legierten Stahles ziemlich unverändert bleiben. Niobhaltiger Chromstahl hat ferner selbst im ausgeglühten Zustande eine geringere Härte als gewöhnlicher Chromstahl.

Die üblichen niobfreien Chromstähle, welche annähernd 12'/, Chrom und wenig Kohlenstoff enthalten, werden durch rasches Abkühlen von etwa 95o° C merklich gehärtet. Wird ein solcher Stahl jedoch mit einer hinreichenden Menge von Niob legiert, so.tritt selbst bei raschem Abkühlen von den erwähnten Temperaturen keine Härtung auf. Die folgende Tabelle 1I ergibt dies im einzelnen, gen zubeseiti;gen, empfiehlt es sich, dieStähle nach der Verarbeitung auszuglühen, Die Angaben der Tabellen I A und 1I zeigen, daß bei niobhältigen Stählen wenige Minuten genügen, um die Legierungen weich und dehnbar zu machen, während bei niobfreien Stählen zur Erzielung eines ähnlich günstigen Ergebnisses mehrere Stunden bei niedrigen Temperaturen ausgeglüht werden muß. Bei Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt und einem Chromgehalt von mehr als 120/0 sinkt die mit diesen Stählen erreichbare Härte mit steigendem Chromgehalt allmählich ab (vgl. Tabelle I A). Bei einem Chromgehalt von etwa 16% ist eine erhebliche Härtungsfähigkeit nicht mehr zu erzielen; bei einem Ansteigen des Chromgehaltes auf 2o0/0 und mehr wird die Neigung zum Hartwerden weiter verringert. Selbst bei derartigen Stählen ist aber ein längeres, vielstündiges Ausglühen erforderlich, um sie dehnbar zu machen. Diese Eigenschaft kann selbst bei gewalzten Stählen in einfacherer Weise durch Hinzulegieren von Niob erhalten werden. Der Zusatz von Niob empfiehlt sich daher auch bei solchen Stählen, welche etwa 25 bis 30°/0 Chrom enthalten.

Die Menge des verwendeten Niobs kann, wie Versuche gezeigt haben, in weiten Grenzen schwanken. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem beträchtlichen Überschuß von Niob über die zur Bindung des Kohlenstoffs erforderliche Menge oder bei Bildung einer verhältnismäßig großen Menge von Niobcarbid die erhaltenen Stähle etwas weniger weich

Tabelle III

Eigenschaften des gewalzten Stahles

Quer- Erichsen-

Streck- Zug- °% schnitts- Wert in mm Brinell-

°/° Cr °/° C °% Nb grenze festigkeit Dehnung ver-

in kg/qmm in kg/qmm (I -q.d) Minderung (I mm härte

in % Blechstärke)

13,62 0,11 - 105 130 3 8 5 375.

1379 0,04 - 89 1o7 6 13 . 5 17o

12,65 o,14 0,58 124 145 1 7 5 418

13,62 o,15 1,o9 61 88 7 11 6 228

12,42 o,1o 1,18 28 45 30 54 7 131

1354 o,o6 1,o7 30 44 22 38 6 131

12,58 o,1o 2,58 33 57 14 29 6:5 159

12,63 o,11 3,58 37 61 22 39 5>5 170

Die Menge des verwendeten Chroms in den Stählen kann etwa zwischen 2 und 30'/o schwanken. Vorteilhaft werden Legierungen von etwa 4. bis 80/, Chrom verwendet.

Es wird festgestellt, daß die Widerstandsfähigkeit der genannten Stähle gegen oxydierende Mittel durch Vereinigung des Kohlenstoffes mit Niob erhöht wird. Dies wird durch, die Tatsache erwiesen, daß Stähle mit und dehnbar sind als diejenigen, in denen diese Überschüsse vermieden sind. Nichtsdestoweniger kann in einigen Fällen ein wesentlicher Überschuß an Niob vorhanden sein, '.clhne daß die ausgezeichneten Eigenschaften' der Legierung, insbesondere ihre Dehnung und Weichheit, vernichtet werden. Das Verhältnis des Niobs zum Kohlenstoff sollte wenigstens etwa 8:1 betragen, wenn ein möglichst weicher Stahl erzielt werden soll. Das Verhältnis des Niobs zum Kohlenstoff kann aber auch erhöht werden, jedoch sollte die Niobmenge, die im Überschuß zu derjenigen vorhanden ist, welche zur Erzielung des 8:1-Verhältnisses erforderlich ist, nicht etwa 1,5 °/° der gesamten Legierung überschreiten.
Der Kohlenstoffgehalt der Legierungen sollte nicht etwa o,50/0 übersteigen. Vorzugsweise soll im Falle der Verwendung von Stählen, welche bis zu etwa 160/0 Chrom enthalten, der Kohlenstoffgehalt nicht mehr, als o,20/° betragen. Bei Stählen mit annähernd 16 bis 30'/, 'Chrom sollte der Kohlenstoff-Behalt 0,359, nicht überschreiten. In der folgenden Tabelle III sind die Eigenschaften eines typischen Chromstahles bei wechselndem Verhältnis von Niob zu Kohlenstoff angegeben. Die Zahlen zeigen, daß der Niobgehalt verhältnismäßig hoch sein kann, ohne die Güte der Stähle zu beeinträchtigen. niedrigem Kohlenstoffgehalt, welche weniger als etwa 120/0 Chrom enthalten, größere Widerstandsfähigkeit gegen Salpetersäure zeigen, wenn sie mit Niob legiert sind. Bei der Legierung .dieser Chromstähle mit Niob bleibt anscheinend praktisch alles vorhandene Chrom in fester Lösung und verleiht dem Stahl hierdurch seine größere Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion. Es ist in manchen Fällen erwünscht, einen Teil des Kohlenstoffs in Verbindung mit dem Eisen und dem Chrom zu lassen.: Wird bei-,

spielsweise ein Stahl benötigt,. ' iind g«i

wisse Härte besitzt; so kann eine, ierung

Verwendung finden, welche a; ':,b,5°lo'

Kohlenstoff enthält, der annähernd zur Hälfte durch Niob gebunden ist. Das Verhältnis des Niobs zum Kohlenstoff beträgt dann etwa 4: i. In diesem Falle würde der Stahl gleiche Weichheit besitzen wie ein niäbfreier Stahl mit etwa o, i bis o,2511/0 Kohlenstoff.
Wie durch Versuche festgestellt wurde, wird die Wirkung des Niobgehaltes nicht durch die Anwesenheit geringer Mengen von Tontal beeinträchtigt, welche sich gewöhnlich zusammen mit dem Niöb vorfinden. Es wurde ferner ermittelt, daß ein Gehalt an anderem Carbidbildnern, beispielsweise an Uran, Molvbdän und Wolfram, nicht die gleiche Wirkung ausübt wie der Zusatz von Niob.
Sollen sehr weiche und dehnbare Legierungen erzielt werden, so ist es erwünscht, daß in den Stählen der angegebenen Zusammensetzung überdies nicht mehr als etwa. 10/" Mangan, etwa z 11/o Silicium und bis zu etwa 111/0 zufällige Verunreinigungen durch andere Metalle oder Metalloide zugegen sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung einer Legierung, die außer Eisen nicht mehr als etwa o,5°Jö Kohlenstoff und etwa 2 bis 30% Chrom noch Niob in einer Menge enthält, welche wenigstens das Vierfache, höchstens aber 1;511l0 plus dem Achtfachen des Kohlenstoffgehaltes beträgt, zur Her-' stellung von solchen Gegenständen, welche entweder ohne vorherige Wärmebehandlung oder nach Abkühlung von erhöhten Temperaturen oder nach erneuter Erwärmung und Abkühlung in Gebrauch genommen werden und dann nicht hart, sondern weich und dehnbar sein müssen.
2: Die Verwendung einer Eisenlegierung mit der im Anspruch i angegebenen Zusammensetzung, bei welcher jedoch der Gehalt an Kohlenstoff nicht mehr als ungefähr o,211/0 und der -Gehalt an Chrom ungefähr 2 bis r611/0 beträgt, für den Zweck nach Anspruch i.
3. Die Verwendung einer Eisenlegierung mit der in einem der Ansprüche i oder 2 angegebenen Zusammensetzung, bei welcher jedoch der Gehalt an Chrom ungefähr 4 bis 8°/0 beträgt, für den Zweck nach Anspruch i.
4. Die Verwendung einer Eisenlegierung mit der im Anspruch i angegebenen Zusammensetzung, bei welcher jedoch der Gehalt an Kohlenstoff nicht mehr als etwa 0,3511/o und der Gehalt an Chrom ungefähr 16 bis 301110 beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Die Verwendung einer Eisenlegierung mit der in einem der Ansprüche i bis 4 angegebenen Zusammensetzung, die jedoch noch bis zu etwa i 11/o Mangan, bis zu etwa 1% Silicium und bis zu etwa 10/0 Verunreinigungen enthält, für den Zweck nach Anspruch i.