DE69014126T2

DE69014126T2 - Formerinnernder rostfreier stahl mit ausgezeichneter spannungsrisskorrosionsfestigkeit.

Info

Publication number: DE69014126T2
Application number: DE69014126T
Authority: DE
Inventors: Takashi Igawa; Masayuki Kinugasa; Toshihiko Takemoto; Teruo Tanaka
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1990-08-04
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-08-05
Also published as: DE69014126D1; EP0489160A1; EP0489160B1; JPH0382741A; EP0489160A4; US5198041A; WO1991002827A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen rostfreien Formmemory- oder Formspeicherstahl mit einem hervorragenden Formmemory- oder Formspeichereffekt und ein Verfahren zum Verbessern des Formmemory- oder Formspeichereffektes desselben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen rostfreien Formmemorystahl init einem hervorragenden Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen der vorteilhafterweise seinen Formmemoryeffekt entwickeln kann, wenn er als Befestigung oder als Befestigungsteile von Maschinen, oder als eine Rohrverbindung verwendet wird.

Hintergrund der Erfindung

Als Legierungen, die einen Formmemory- oder Formspeichereffekt besitzen, sind Nicht-Eisen-Metallegierungen, die Ni-Ti-Legierungen und Cu-Legierungen aufweisen sowie Eisen-Metallegierungen ,wie zum Beispiel Fe-Pd-Legierungen, Fe-Ni-Legierungen und Fe-Mn-Legierungen bekannt. Unter anderem sind Fe-Mn-Legierungen kostengünstig und infolge ihres kommerziellen Wertes sind unterschiedliche Legierungen dieser Fe-Mn-Serien in der Patentliteratur genannt, zum Beispiel Fe-(15,9-30,0 %) Mn-Legierungen in der JP-A-55-73846, Fe-Mn-(Si, Ni, Cr)- Legierungen in der JP-A-55-76043, Fe-(20-40 %) Mn-(3,5-8 %) Si-Legierungen in JP-A-61-76647 und Fe-(15-30 %) MnN-Legierungen in der JP-A-63-216946. Ferner zeigt die JP-A-62-112720 ein Verfahren zum Verbessern des Formmemoryeffektes einer Fe- Mn-Si-Legierung, wobei ein sogenannter Trainingseffekt verwendet wird durch Wiederholen eines Arbeitszyklus bei einer Rate von bis zu 20 % und Erwärmen auf eine Temperatur von mindestens 400 ºC.
Jedoch sind Eisen-Metallformmemorylegierungen im allgemeinen unvorteilhaft infolge eines geringen Korrosionswiderstandes. JP-A-61-201761 zeigt Beispiele von Fe- Mn-Si-Legierungen, deren Korrosionswiderstand durch Hinzufügen von Cr verbessert wird. Der gezeigte Cr-Gehalt ist jedoch zu gering, d. h. nicht mehr als 10 %, um einen Korrosionswiderstand zu erhalten, der mit den von rostfreien Stählen vergleichbar ist. Ferner lehrt die JP-A- 63-216946 die Verbesserung des Korrosionswiderstands von Eisen-Metall von Memorylegierungen durch Hinzufügen von Cr. Wieder ist der gezeigte Cr-Gehalt jedoch 10 % oder geringer und es wird nicht gezeigt, wie ein gewünschtes Niveau an Formmemory oder Formspeichercharakteristika realisiert werden kann, bei den Eisen-Metallformmemorylegierungen mit Cr, was ein Ferritbildner ist, über 10 % darinnen.
Andererseits hinsichtlich allgemeiner rostfreier Stähle wird in "Scripta Metallurgica 1977, Band 5, Seiten 663-667" berichtet, daß SUS304-Stahl einen Formmemoryeffekt zeigt, wenn er bei -196 ºC verformt wird und dann auf Raumtemperatur erwärmt wird, wobei seine Formwiedergewinnung jedoch zu gering ist, um sie in eine praktische Verwendung umzusetzen.

Ziel der Erfindung

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Formmemorylegierung vorzusehen, die mehr als 10 % Cr enthält, wobei die Legierung in der Lage ist, einen solchen Formmmeroryeffekt zu zeigen, daß, obwohl die Sekundärverfomungstemperatur zum Beispiel nicht sehr gering ist, obwohl die Sekundärverformungstemperatur etwas unterhalb der Raumtemperatur ist, daß, wenn die Legierung auf eine moderat erhöhte Temperatur erwärmt wird, nach der Sekundärverformung sie ihre Haupt- oder Primärform vor der Sekundärverformung zurückgewinnen kann und wobei die Legierung nicht wesentlich unter Belastungskorrosionsbrüchen oder -rissen leidet, was ein Problem sein kann, wenn die Legierung als eine Rohrverbindung oder ähnliches verwendet wird.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist ein rostfreier Formmemorystahl mit hervorragendem Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen oder -rissen vorgesehen, der in Gewichtsprozent folgendes aufweist: bis 0,10 % C, 3,0 % bis 6,0 % Si, 6,0 bis 25,0 % Mn, bis 7,0 % Ni, mehr als 10 % und nicht mehr als 17 % Cr, 0,02 bis 0,3 % N, 2,0 bis 10,0 % Co und mehr als 0,2 % und nicht mehr als 3,5 % Cu und wahlweise mindestens eines ausgewählt aus den folgenden: bis 2,0 % Mo, 0,05 bis 0,8 % Nb, 0,05 bis 0,8 % V, 0,05 bis 0,8 % Zr, 0,05 bis 0,8 % Ti, wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei die Legierungskomponenten so eingestellt sind, daß ein D-Wert nicht kleiner als 26,0 ist, wobei der D-Wert durch die folgende Gleichung definiert wird:
D = Ni + 0.30 × Mn + 56.8 × C + 19.0 × N + 0.73 × Co + Cu - 1.85 × [Cr + l..6 × Si + Mo + 1.5 × (Nb + V + Zr + Ti)].
Dann wird der Stahl mit der oben definierten chemischen Komposition zu einem Gegenstand mit einer formbestimmten Form verarbeitet, angelassen, um die Form zu memorisieren bzw. zu speichern, bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist, verformt, auf eine Temperatur von mindestens 100 ºC erwärmt und dann wird ihm erlaubt, sich auf Raumtemperatur abzukühlen.
Die memorisierte bzw. gespeicherte Form kann mit einer hohen Rückgewinnungsprozentzahl zurückgewonnen werden.
Die Verarbeitungstemperatur vor dem Anlassen kann Raumtemperatur betragen oder kann höher sein. Der Gegentand kann die Form von Platten, Rohren oder irgendwelche anderen beliebigen Formen besitzen. Während der Gegenstand bei Raumtemperatur von zum Beispiel ungefähr 20 ºC verformt werden kann, so kann desto tiefer die Verformungstemperatur, ein höherer Formwiedergewinnungsprozentsatz erreicht werden. Die Verformung kann wie bei herkömmlichen Formmmemorylegierungen erreicht werden durch Ziehen oder Tiefziehen, Kompression bzw. Drücken oder Biegen oder durch Ausdehnen des Durchmessers von rohrförmigen Gegenständen.
Wenn der Stahl, der die oben definierte chemische Komposition oder Zusammensetzung besitzt, zu einem Gegenstand mit einer vorbestimmten Form verarbeitet wird, angelassen wird, einmal oder mehrmals einem Trainingszyklus ausgesetzt wird, der die Verformung bei einer Temperatur von nicht höher als Raumtemperatur (Haupt- oder Primärverformung) und Erwärmen auf eine Temperatur von 450 ºC und 700 ºC aufweist, auf Raumtemperatur abgekühlt wird, um dadurch eine Haupt- oder Primärform zu erreichen und zu speichern, zu einer gewünschten Sekundärform bei einer Temperatur von nicht höher als Raumtemperatur (Sekundärverformung) verformt wird, auf eine Temperatur von mindestens 100 ºC erwärmt wird und auf Raumtemperatur abgekühlt wird, kann die Primärform mit noch einem höheren Wiedergewinnungsprozentsatz oder -zahl wiedergewonnen werden.
Der rostfreie Stahl gemäß der Erfindung besitzt einen hervorragenden Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen zusätzlich zu dem allgemeinen Korrosionswiderstand, der rostfreien Stählen innewohnt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine perspektische Ansicht eines Teststücks, in dem belasteten Zustand, das dem unten genannten Belastungskorrosionsbruch oder -risstest ausgesetzt wurde. Bei diesem Zustand wird das Teststück davon abgehalten, seine Form wiederzugewinnen, d. h. es besitzt eine Restbelastung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Um die Ziele zu erreichen, haben wir ausgiebig die Einflüsse von Legierungskomponenten sowie die mechanische Bearbeitung und die Wärmebehandlungsbedingungen auf den Formmemoryeffekt von korrosionswiderstehenden Fe-Cr- Stählen untersucht. Als Ergebnis haben wir herausgefunden, daß, wenn ein auf Cr-Fe basierendes Metall mit mehr als 10 % Cr geeignete Mengen Mn, Si und Co enthält und die Gehalte von C, N und Ni in geeigneter Weise kontrolliert werden, daß das Metall eine einzige austenitische Phase in dem angelassenen Zustand zeigt, und zwar ohne δ-ferritische und martensitische Phasen. Wir haben auch herausgefunden, daß selbst, wenn ein solches Metall bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur verformt wird, daß die Bildung einer permanenten Belastung durch arbeitsinduziertes Martensit (α') und eine Verschiebung unterdrückt werden kann, und insbesondere, wenn das Metall bei einer Temperatur von 0º C oder geringer verformt wird, kann die Bildung einer arbeitsinduzierten &epsi;-Phase erleichert werden, und infolgedessen besitzt das Metall nach der Verformung, wenn es auf seinen As-Punkt (Temperatur, bei der die &epsi;-Phase anfängt sich in die γ-Phase umzuwandeln) oder höher erwärmt wird, einen hervorragenden Formmemoryeffekt besitzt. Wir haben ferner herausgefunden, daß der Formmemoryeffekt erheblich verbessert wird durch einmaliges oder mehrmaliges Ausführen einer Trainings- oder Übungsbehandlung, die die Verformung bei einer Temperatur von nicht höher als Raumtemperatur und das Erwärmen auf eine Temperatur von 450 ºC oder höher aufweist.
Ein solcher rostfreier Formmemorystahl besitzt einen hohen allgemeinen Korrosionswiderstand, der mit dem anderer rostfreier Stähle vergleichbar ist. Bei einigen Anwendungen, zum Beispiel wenn der Stahl als eine Rohrverbindung verwendet wird, ist jedoch, da der Stahl, der seine Form unter Belastung wiedergewonnen hat, eine interne Belastung besitzt (Restbelastung oder -beanspruchung) der Widerstand gegen Belastungskorrosionsbrüche wichtig.
Allgemeine Informationen über den Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen von allgemeinen rostfreien Stählen, wie zum Beispiel SUS3O4 ist nicht notwendigerweise auf rostfreie Formmemorystähle mit der hohen Mn-hohen, Si-hohen Co-Serien anwendbar. Bei solchen Fe-Cr- rostfreien Formmemorystählen haben wir geeignete Mengen an Mn, Si und Co hinzugefügt und C-, N- und Ni-Gehalte ordnungsgemäß kontrolliert. Als Ergebnis haben wir herausgefunden, daß während C, Mn und Ni nachteilig den Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen beeinträchtigen, Co, N und Cu, insbesondere N und Cu den Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen verbessern. Wir haben ferner herausgefunden, daß Cu auch zum Verbessern des Formmemoryeffektes dient.
Die Gründe für die Einschränkung der Legierungskomponenten der rostfreien Stahllegierung, die hier verwendet werden, wird nun beschrieben.
C ist ein starker Austenitformer oder -bildner und dient effektiv zur Verhinderung der Bildung einer δ-ferritischen Phase in dem angelasenen Zustand. Ferner ist C ein geeignetes Element, um dem Formmemoryeffekt zu verbessern. Jedoch beeinträchtigt C nachteilig den Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen. Wenn darüber hinaus so viel C beinhaltet ist, wird, wenn ein Trainingszyklus der Verformung in dem Temperaturbereich von nicht höher als Raumtemperatur und das Erwärmen in den Temperturbereich von mindestens 450 ºC ein oder mehrmals durchgeführt wird, Cr-Carbid erzeugt, was nachteilig den Korrosionswiderstand und die Bearbeitbarkeit verschlechtert. Aus diesem Grund muß der C-Gehalt bis zu 0,10 % betragen.
Da während des Verformungsschrittes Si die Bildung einer permanenten Belastung verhindert und die Bildung einer arbeitsinduzierten &epsi;-Phase ermöglicht, ist Si unabdingbar, um einen hervorragenden Formmemoryeffekt in dem Stahl gemäß der Erfindung zu entwickeln und somit muß mindestens 3,0 % Si beinhaltet sein. Jedoch ist Si ein starker Ferritbildner und somit hält das Auftreten einer übermäßigen Menge an Si nicht nur soviel einer δ-ferritischen Phase in dem angelassenen Zustand, um den Formmemoryeffekt zu verschlechtern, sondern beeinträchtigt auch nachteilig die Warmbearbbarkeit des Stahles, was die Stahlherstellung erschwert. Demgemäß wird die obere Grenze für Si nun auf 6,0 % eingestellt.
Mn ist ein Austenitbildner und dient zum Kontrollieren der Bilung einer δ-Ferritphase in dem angelassenen Zustand. Da ferner während des Verformungsschritts Mn zur Verhinderung der Bildung einer permanenten Belastung dient und die Bildung einer arbeitsinduzierten &epsi;-Phase erleichtert, dient Mn zur Verbesserung des Formmemoryeffektes. Aus diesen Gründen wird mindestens 6,0 % Mn benötigt. Jedoch beeinträchtigt Mn nachteilig den Widerstand gegenüber Belastungskorosionsbrüchen und wenn andererseits zu viel Mn beinhaltet ist, verhindert es die Bildung einer arbeitsinduzierten &epsi;-Phase, was den Formmemoryeffekt verringert und daher wird die obere Grenze für Mn nun auf 25,0 % eingestellt.
Ni ist ein Austenitbildner und ist nützlich, um die Bildung einer δ-Ferritphase in dem angelassenen Zustand zu verhindern. Wenn jedoch zu viel Ni beinhaltet ist, kann eine permanente Belastung in dem Verformungsschritt bei einer tiefen Temperatur auftreten, was den Formmemoryeffekt verringert und den Widertand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen verringert. Demgemäß wird die obere Grenze von Ni nun auf 7,0 % eingestellt.
Cr ist ein unabdingbares Element für rostfreie Stähle und es werden mehr als 10 % Cr benötigt, um einen im allgemeinen hohen Korrosionswiderstand zu erreichen. Da Cr ferner die Bildung einer permanenten Belastung während des Verformungsschritts bei einer tiefen Temperatur einschränkt, dient Cr zur Verbesserung des Formmemoryeffektes. Da Cr jedoch ein Ferritbildner ist, ist es wahrscheinlich, wenn zu viel beinhaltet ist, das eine δ-Ferritphase in dem angelassenen Zustand verbleibt, wodurch nachteilig der Formmemoryeffekt beeinträchtigt wird. Demgemäß wird die obere Grenze für Cr nun auf 17,0 % eingestellt.
N verbessert den Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen. Darüber hinaus ist N ein Austenitbildner und dient effektiv zur Verhinderung, daß eine δ-Ferritphase in dem angelassenen Zustand verbleibt. Darüber hinaus steuert oder kontrolliert N die Erzeugung einer Permanentbelastung während des Verformungsschrittes, wodurch der Formmemoryeffekt verbessert wird. Für diese Effekte sind mindestens 0,02 % N notwendig. Falls jedoch zu viel N beinhaltet ist, werden in einem Rohling, der bei dem Stahlherstellungsverfahren gebildet wird, Blaslöcher erzeugt und somit kann kein guter oder fester Rohling erhalten werden. somit wird die obere Grenze für N nun auf 0,30 % eingestellt.
Co ist ein Austenitbildner und dient effektiv zur Verhinderung, daß eine δ-ferritische Phase in dem angelassenen Zustand verbleibt. Ferner dient Co effektiv zur Kontrolle der Bildung einer Permanentbelastung, während des Verformungsschritts und zur Erleichterung der Bildung einer arbeitsinduzierten &epsi;-Phase, wodurch der Formmemoryeffekt verbessert wird. Darüber hinaus verbessert Co den Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen. Für diese Effekte müssen mindestens 2,0 % Co beinhaltet sein. Selbst wenn eine höhere Menge an Co beinhaltet ist, werden die Effekte jedoch gesättigt und so wird die obere Grenze für Co nun auf 10,0 % eingestellt.
Cu ist ein wesentliches Element für den Stahl gemäß der Erfindung, da es deutlich den Widertand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen des Stahls erhöht. Ferner ist Cu ein Austenitbildner und dient effektiv dazu, zu verhindern, daß eine δ-Ferritphase in dem angelasenen Zustand verbleibt, wodurch der Formmemoryeffekt verbessert wird. Für diese Effekte sind mehr als 0,2 % Cu notwendig. Das Hinzufügen einer übermäßigen Menge Cu beeinflußt jedoch nachteilig die Warmbearbeitbarkeit des Stahls. Demgemäß wird die obere Grenze für Cu nun auf 3,5 % eingestellt.
Nb, V, Zr und Ti sind zweckmäßige Elemente, um den Korrosionswiderstand und die Bearbeitbarkeit des Stahls beizubehalten, da sie zur Verhinderung der Bildung von Cr-Carbid in dem wiederholten Verformungszyklus bei nicht höher als Raumtemperatur und dem Erwärmen auf eine erhöhte Temperatur von 450 ºC oder höher dienen. Demgemäß ist mindestens eines dieser Elemente vorzugsweise in einer Menge von mindestens 0,05 % beinhaltet. Da diese Elemente jedoch alle Ferritbildner sind, kann eine δ- Ferritphase in dem angelassenen Zustand verbleiben und wenn diese Elemente zu viel beinhaltet sind, kann der Formmemoryeffekt nachteilig beeinflußt werden und somit wird die obere Grenze für den Gehalt jedes Elements nun auf 0,8 % eingestellt.
Mo dient zur Verbesseeung des Korrosionswidersstandes des Stahls. Da Mo jedoch ein Ferritbildner ist und da, wenn zu viel Mo beinhaltet ist, eine δ-Ferritphase in dem angelassenen Zustand verbleiben kann, wodurch der Formmemoryeffekt verringert wird, wird die obere Grenze für Mo nun auf 2,0 % eingestellt.
Wir haben experimentell herausgefunden, daß der D-Wert, der gemäß der zuvor genannten Gleichung berechnet wird, ein Maß für die Menge einer δ-Ferritphase ist, die in dem angelassenen Zustand verblieben ist und die nachteilig den Formmemoryeffekt beeinflußt. Wir haben ferner herausgefunden, daß, wenn der D-Wert geringer als -26,0 ist, daß soviel der δ-Ferritphase verbleibt, um den Formmemoryeffekt zu zerstören bzw. zu verschlechtern. Demgemäß müssen die Legierungskomponenten zusammen bzw. untereinander so eingestellt werden, daß sie den D-Wert nicht kleiner als -26,0 machen, wobei sich ihre individuellen Proportionen innerhalb der zuvor genannten jeweiligen Bereiche befinden müssen.
Der Stahl, der gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem hervorragenden Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen, der die oben beschriebene chemische Komposition besitzt, kann seine Formmemoryfunktion entwickeln, wenn er in der unten genannten Art und Weise behandelt wird.
Zuerst wird der Stahl mechanisch bei Raum- oder einer warmen Temperatur bearbeitet, um einen Gegenstand mit einer vorbestimmten Form zu erhalten und dann wird der Gegenstand angelassen, um die Form zu speichern bzw. zu memorisieren. Der Stahl gemäß der Erfindung ist im wesentlichen austenitisch mit keinen δ-ferritischen und martensitischen Phasen in dem angelassenen Zustand, d. h. in dem Zustand, wie er angelassen wird und dem erlaubt wird, auf Raumtemperatur abzukühlen. Während durch die mechanische Bearbeitung eine &epsi;-Phase eine Versetzung und permanente Belastung einer α'-Phase in dem resultierenden Gegenstand gebildet werden, verschwindet die &epsi;-Phase und die permanente Belastung vollständig durch Anlassen des Gegenstandes.
Der angelassene Gegenstand wird bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist, verformt. Diese Verformung bei einer tiefen Temperatur fördert die Bildung einer arbeitsinduzierten &epsi;-Phase. Die Form nach der Verformung wird, wie sie ist, bei Temperaturen unterhalb des As von Stahl beibehalten. Wenn der verformte Gegenstand auf eine Temperatur des As-Punktes oder höher erwärmt wird, wird die Originalform des Gegenstandes vor der Verformung mit einem hohen Wiedergewinnungsprozentsatz wiedergewonnen und beibehalten, selbst wenn es dem Gegenstand erlaubt wird, sich auf Raumtemperatur abzukühlen. Der As-Punkt des Stahls gemäß der Erfindung ist nahe der Raumtemperatur. Demgemäß muß die Erwärmungstemperatur, bei der der verformte Gegenstand die Originalform zurückgewinnt, nicht sehr hoch sein und kann mindestens bei 100 ºC, vorzugsweise bei mindestens 200 ºC, liegen. Da die Umwandlung der &epsi;-Phase zur δ-Phase an dem As-Punkt oder höher durch die Temperatur beschleunigt wird, kann bei einer höheren Temperatur die Erwärmungszeit kürzer sein. Die Erwärmungszeit kann normalerweise so kurz wie 1 Minute sein.
Um einen noch besseren Formmemory- und Wiedergewinnungseffekt zu erhalten, wird vorteilhafterweise das folgende Verfahren verwendet. Zuerst wird der Stahl gemäß der Erfindung mechanisch bei einer Raum- oder warmen Temperatur bearbeitet, um einen Gegenstand mit einer vorbestimmten Haupt- oder Primärform zu erhalten und der Gegenstand wird angelassen. Danach wird der Gegenstand verformt oder mechanisch bearbeitet, und zwar bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist (Primär- oder Hauptverformung), auf eine Temperatur von 450 ºC und/bis 700 ºC erwärmt und es wird ihm erlaubt, sich auf Raumtemperatur abzukühlen. Diese Primärverformung und das Erwärmen kann zwei- oder mehrmals wiederholt werden. Durch diese Behandlung wird eine gewünschte Primärform erreicht und memorisiert bzw. gespeichert. Der Gegenstand mit der Primärform wird auf eine gewünschte Sekundärform verformt bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist (Sekundärverformung). Wenn der Gegenstand mit der Sekundärform auf eine Temperatur von mindestens dem As- Punkt des Stahls erwärmt wird, wird die Primärform zurückgewonnen und beibehalten, selbst wenn es dem Gegenstand erlaubt wird, sich auf Raumtemperatur abzukühlen. Je höher die Anzahl der oben genannten Trainingszyklen ist, die die Primärverformung bei einer Temperatur von nicht höher als Raumtemperatur und das Erwärmen auf eine Temperatur von 450 ºC bis 700 ºC aufweisen, kann ein befriedigenderer hoher Formwiedergewinnungsprozensatz erreicht werden, selbst wenn die Sekundärverformungsmenge oder -größe groß ist. Zum Beispiel kann selbst in einem Fall, wo die Sekundärverformungsgröße 8 % erreicht, die Primärform mit einem befriedigenden hohen Widergewinnungsprozentsatz zurückgewonnen werden. Es sei bemerkt, daß bei der Primärverformung eine arbeitsinduzierte &epsi;-Phase gebildet wird und das, desto tiefer die Verformungstemperatur ist, desto größer ist die Menge einer gebildeten &epsi;-Phase. Im Fall einer hohen Größe an Verformung wird auch unabdingbar eine permanente Belastung erzeugt. Demgemäß muß die Erwärmung bei der Primärverformung bei einer Temperatur durchgeführt werden, die hoch genug ist, nicht nur die vollständige Transformation der &epsi;-Phase zu einer γ-Phase zu komplettieren, sondern auch die permanente Belastung zu entfernen. Aus diesem Grund sollte die Erwärmungstemperatur nach der Primärverformung mindestens 450 ºC betragen. Bei einer unnötig hohen Erwärmungstemperatur ist jedoch die Bildung von Cr-Carbid wahrscheinlich, was nachteilig den Korrosionswiderstand beeinflußt.
Demgemäß wird die obere Grenze für die Erwärmungstemperatur auf 700 ºC eingestellt.
Nachdem der Gegenstand dem Zyklus ausgesetzt war, der die Primärverformung bei einer Temperatur von nicht höher als Raumtemperatur und die ein- oder mehrmalige Erwärmung aufweist, fördert die nachfolgende Sekundärverformung bei einer Temperatur von nicht höher als Raumtemperatur nur die Bildung einer &epsi;-Phase mit der Erzeugung von im wesentlichen keiner permanten Belastung. Demgemäß wird, wenn der sekundärverformte Gegenstand auf eine Temperatur von mindestens dem As-Punkt von Stahl erwärmt wird, die Primärform mit einem hohen Wiedergewinnungsprozentsatz wiedergewonnen, selbst wenn die Sekundärverformungsmenge oder -größe sehr hoch ist.
Somit sieht die Erfindung ferner ein Verfahren des Formspeicherns und Formwiedergewinnens des rostfreien Stahls mit hervorragendem Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen gemäß der Erfindung oder ein Verfahren zur Verwendung des rostfreien Stahls gemäß der Erfindung vor, welches die folgenden Schritte aufweist: Verarbeiten des rostfreien Stahls zu einem Gegenstand mit einer vorbestimmten Form und Anlassen des Gegenstandes zum Memorisieren oder Speichern der Form, Verformen des angelassenen Gegenstandes bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist und Erwärmen des verformten Gegenstandes auf eine Temperatur von mindestens 100 ºC und Erlauben, daß er sich auf Raumtemperatur abkühlt, um dadurch die gespeicherte Form wiederzugewinnen.
Als ein vorteilhafteres Verfahren ist ein Verfahren des Formspeicherns und Formwiedergewinnens des rostfreien Stahls mit hervorragendem Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die folgenden Schritte aufweist: Verarbeiten des rostfreien Stahls zu einem Gegenstand mit einer vorbestimmten Form und Glühen oder Anlassen des Gegentandes, den Gegenstand einmal oder mehrmals einem Trainings- oder Übungszyklus unterwerfen, der die Verformung bei einer Temperatur von nicht höher als Raumtemperatur und das Erwärmen auf eine Temperatur von 450 ºC und/bis 700 ºC aufweist und Erlauben, daß der so trainierte Gegenstand auf Raumtemperatur abkühlt, um dadurch eine Primär- oder Hauptform zu erreichen und zu speichern bzw. zu memorisieren, Verformen des Haupt- oder Primärform gespeicherten Gegenstandes zu einer gewünschten Sekundärform bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist, Erwärmen desselben auf eine Temperatur von mindestens 100 ºC und Erlauben, daß er sich auf Raumtemperatur abkühlt, wodurch er die Primärform wiedergewinnt.
Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele dargestellt.

Beispiele

Jede Stahlschmelze, die eine chemische Komposition (in Gewichtsprozent) besaß, die in Tabelle 1 dargestellt ist, wurde unter Verwendung eines Hochfrequenzschmelzofens hergestellt. Die Stähle A1 bis A16 sind Stähle gemäß der Erfindung, während die Stähle B1 bis B4 Vergleichsstähle sind. Die Stähle B1 und B2 besitzen Si bzw. Mn außerhalb der hier vorgeschriebenen Bereiche. Der Stahl B3 besitzt kein Cu. Der Stahl B4 besitzt einen D-Wert, der kleiner als -26,0 ist, obwohl der Gehalt jedes Legierungselementes innerhalb des hier vorgeschriebenen Bereichs ist.
Die Stahlschmelze bzw. der Schmelzstahl wurde in einen Rohling gegossen, geschmiedet, auf eine Dicke von 3 mm heißgewalzt, angelassen, kaltgewalzt auf eine Dicke von 2 mm und angelassen. Aus dem kaltgewalzten und angelassenen Blech wurde ein Teststück mit einer Breite von 10 mm, einer Länge von 75 mm und einer Dicke von 2 mm ausgeschnitten. Dieses Teststück kann als ein geformter Gegenstand in dem angelassenen Zustand bezeichnet werden. Das Teststück wurde bei einer Temperatur von -73 ºC um 120 ºC gebogen, und zwar mit einem Biegeradius von 8 mm und in die in Fig. 1 gezeigte Rückhalte- oder Einschränkvorrichtung gesetzt. In diesem eingeschränkten Zustand wurde das Teststück auf eine Temperatur von 400 ºC erwärmt, und zwar für 15 Minuten und es wurde ihm erlaubt, auf Raumtemperatur abzukühlen. Durch diese Behandlung neigt das Teststück dazu, seine Originale Blech oder Flächenelement artige Form zurück zu erhalten, und zwar in dem eingeschränkten Zustand, wodurch eine Restbelastung in dem Teststück gebildet wird. Das Teststück wurde unter dem eingeschränkten Zustand in eine kochende 42 %-tige MgCl&sub2; wäßrige Lösung getaucht, und zwar für eine Zeit, bis das Auftreten eines Belastungskorrosionsbruchs oder -risses festgestellt wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt, wobei das Zeichen o anzeigt, daß innerhalb von 5 Stunden keine Belastungskorrosionsbrüche auftraten, wohingegen das Zeichen X anzeigt, daß innerhalb von 5 Stunden Belastungskorrosionsbrüche auftraten.
Die Formmemory- und Wiedergewinnungseigenschaften werden durch die folgenden Tests bestimmt. Das heißgewalzte Blech oder Flächenelement mit einer Dicke von 3 mm, das, wie oben beschrieben, hergestellt wurde, wurde angelassen und wiederholt kaltgewalzt und angelassen, um ein kaltgewalztes und angelassenes Blech oder Flächenelement mit einer Dicke von 1 mm vorzusehen. Aus diesem Blech oder Flächenelement wurde ein Teststück mit einer Breite von 20 mm, einer Länge von 200 mm und einer Dicke von 1 mm ausgeschnitten. Das Teststück wird als geformter Gegenstand in dem angelassenen Zustand genommen. In einem Test wurde das Teststück bei einer Temperatur von 20 ºC, -73 ºC oder -196 ºC durch Anlegen einer Zugbelastung um 4 % verformt. Das verformte Stück wurde bei einer Temperatur von 400 ºC für 15 Minuten erwärmt und es wurde ihm erlaubt, sich auf Raumtemperatur abzukühlen. Der Formwiedergewinnungsprozensatz (Ro) wurde bestimmt.
In einem anderen Test wurde das Teststück bei einer Tempertur von 20 ºC oder -73 ºC durch Anlegen einer Zugbelastung um 6 % (Haupt- oder Primärverformung) verformt und das verformte Stück wurde auf eine Temperatur von 600 ºC erwärmt, und zwar für 15 Minuten und es wurde ihm erlaubt, sich auf Raumtemperatur abzukühlen. Das so behandelte Teststück wurde wieder bei einer Temperatur von 20 ºC oder -73 ºC durch Anlegen einer Zugkraft um 6 % verformt (Sekundärverformung) und das verformte Stück wurde auf eine Temperatur von 600 ºC erwärmt, und zwar für 15 Minuten und es wurde ihm erlaubt, sich auf Raumtemperatur abzukühlen. Der Formwiedergewinnungsprozentsatz (RT) in die Form nach der Primärverformung wurde bestimmt.
Der Formwiedergewinnungsprozentsatz (Ro) wurde in der folgenden Art und Weise bestimmt. Eine anfangs ausgemessene oder geeichte Länge (lo = 50 mm) wurde auf dem Teststück markiert, nachdem es primär verformt, erwärmt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen wurde (d. h. vor der Sekundärverformung) und die markierte ausgemessene Länge der Sekundärverformung gemessen. Durch Abziehen der anfangs (kalibrierten) Länge von der gemessenen (kalibrierten) Länge wurde eine Belastungsgröße (l&sub1;) bestimmt. Die (kalibrierte) Länge wurde, nachdem das sekundärverformte Teststück erwärmt wurde und ihm erlaubt wurde, sich auf Raumtemperatur abzukühlen, gemessen und eine Länge (l&sub2;) wurde berechnet durch Abziehen der zuletzt gemessenen (kalibrierten) Länge von (l&sub0; + l&sub1;). Der Formwiedergewinnungsprozentsatz wurde aus der obigen Gleichung berechnet.
R = (l&sub2;/l&sub1;) x 100 (%)
Der Formwiedergewinnungsprozentsatz (RT) wurde in der folgenden Art und Weise bestimmt. Eine anfangs (kalibrierte) Länge (lO = 50 mm) wurde auf dem Teststück markiert, nachdem es primärverformt, erwärmt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen wurde (d. h. vor der Sekundärverformung) und die markierte (kalibrierte) Länge nach der Sekundärverformung wurde gemessen. Durch Abziehen der anfangs (kalibrierten) Länge von der gemessenen (kalibrierten) Länge wurde eine Belastungsgröße (l&sub1;) bestimmt. Die (kalibrierte) Länge, nachdem das sekundärverformte Teststück erwärmt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen wurde, wurde gemessen und eine Länge (l&sub2;) wurde berechnet durch Abziehen der zuletzt gemessenen (kalibrierten) Länge von (lO + l&sub1;). Der Formwiedergewinnungsprozentsatz wurde aus der obigen Gleichung berechnet.
Die festgestellten Ro- und RT-Werte sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus der Tabelle 2 zu sehen ist, besitzen vergleichbare Stähle B1, B2 und B4 ,während sie einen hervorragenden Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüche besitzen, geringe Ro- und RT-Werte bei 20 ºC, was einen unbefriedigenden Formmermoryeffekt anzeigt. Sie besitzen etwas erhöhte Ro- und RT-Werte bei -73 ºC und -196 ºC, die aber immer noch unbefriedigend sind. Der vergleichbare Stahl B3, der kein Cu enthält, besitzt einen schlechten Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen. Im Gegensatz dazu besitzen die Stähle A1 bis A16 gemäß der Erfindung einen hervorragenden Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen. Sie besitzen alle einen hervorragenden Formmemoryeffekt, der durch ihre Round RT-Werte bei 20 ºC so hoch wie mindestens 42 % sind und insbesondere durch ihre erheblich erhöhten Ro- und RT-Werte in dem Fall der Verformung bei der tiefen Temperatur, und zwar so hoch wie mindestens 65 %. TABELLE 1 STAHL ANDERE D WERT A: Stahl gemäß der Erfindung B: Vergleichsstahl TABELLE 2 STAHL BELASTUNGSKORROSIONSBRUCHWIDERSTAND *1 Ro WERT (%) A: Stahl gemäß der Erfindung B: Vergleichsstahl *1: Belastungskorrosionsbruchwiderstand o (zeit zum Bruch > 5 hrs.) × (zeit zum Bruch ≤ 5 hrs.)
Wie hier dargestellt, entwickelt der rostfreie Stahl gemäß der Erfindung einen hervorragenden Formmemoryeffekt durch Aussetzen der Verformung bei einer geringen Temperatur oder der wiederholten Aussetzung bei einer geringen Temperatur und Erwärmen auf eine Temperatur von 450 ºC bis 700 ºC trotz der Tatsache, daß er mehr als 10 % Cr besitzt, um den Korrosionswiderstand zu verbessern. Ferner besitzt der Stahl einen hervorragenden Widerstand gegenuber Belastungskorrosionsbrüchen. Demgemäß ist der Stahl gemäß der Erfindung inbesondere geeignet, als ein Material zur Befestigung oder als Befestigungsteile für Maschinen oder eine Rohrverbindung in Gebieten, wo Korrosionswiderstand und insbesondere ein Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen notwendig ist.

Claims

1. Rostfreier Formmemory-Stahl mit hervorragendem Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen, wobei der Stahl in Gew.-% folgendes aufweist: bis 0,10 % C, 3,0 bis 6,0 % Si, 6,0 bis 25,0 % Mn, bis zu 7,0 % Ni, mehr als 10,0 % und nicht mehr als 17,0 % Cr, 0,02 bis 0,3 % N, 2,0 bis 10,0 % Co und mehr als 0,2 % und nicht mehr als 3,5 % Cu, wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei die Legierungskomponenten so eingestellt sind, daß ein D-Wert nicht kleiner als 26,0 ist, wobei der D-Wert definiert wird durch die folgende Gleichung:

D = Ni + 0.30 × Mn + 56.8 × C + 19.0 × N + 0.73 × Co + Cu - 1.85 × (Cr + 1.6 × Si) .

2. Rostfreier Formmemory-Stahl mit hervorragendem Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen, wobei der Stahl in Gew.-% folgendes aufweist: bis 0,10 % C, 3,0 bis 6,0 % Si, 6,0 bis 25,0 % Mn, bis zu 7,0 % Ni, mehr als 10,0 % und nicht mehr als 17,0 % Cr, 0,02 bis 0,3 % N, 2,0 bis 10,0 % Co und mehr als 0,2 % und nicht mehr als 3,5 % Cu und mindestens eines der folgenden: bis zu 2,0 % Mo, 0,05 bis 0,8 % Nb, 0,05 bis 0,8 % V, 0,05 bis 0,8 % Zr, 0,05 bis 0,8 % Ti, wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei die Legierungskomponenten so eingestellt sind, daß ein D-Wert nicht kleiner als 26,0 ist und wobei der D-Wert definiert wird durch die folgende Gleichung:

D = Ni + 0.30 × Mn + 56.8 × C + 19.0 × N + 0.73 × Co + Cu - 1.85 × [Cr + 1.6 × Si + Mo + 1.5 × (Nb + V + Zr + Ti)].

3. Verfahren des Formspeicherns und Formwiedergewinnens eines rostfreien Stahls mit hervorragendem Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Verarbeiten eines rostfreien Stahls in einen Gegenstand mit einer vorbestimmten Form und Glühen oder Anlassen des Gegenstandes zum Speichern der Form, wobei der Stahl in Gew.-% folgendes aufweist: bis 0,10 % C, 3,0 bis 6,0 % Si, 6,0 bis 25,0 % Mn, bis zu 7,0 % Ni, mehr als 10,0 % und nicht mehr als 17,0 % Cr, 0,02 bis 0,3 % N, 2,0 bis 10,0 % Co und mehr als 0,2 % und nicht mehr als 3,5 % Cu und wahlweise mindestens eines der folgenden: bis zu 2,0 % Mo, 0,05 bis 0,8 % Nb, 0,05 bis 0,8 % V, 0,05 bis 0,8 % Zr, 0,05 bis 0,8 % Ti, wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei die Legierungskomponenten so eingestellt sind, daß ein D-Wert nicht kleiner als 26,0 ist und wobei der D-Wert definiert wird durch die folgende Gleichung:

D = Ni + 0.30 × Mn + 56.8 × C + 19.0 × N + 0.73 × Co + Cu - 1.85 × [Cr + 1.6 × Si + Mo + 1.5 × (Nb + V + Zr + Ti)],

Verformen des angelassenen Gegenstands bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist, und Erwärmen des verformten Gegenstands auf eine Temperatur von mindestens 100ºC und Erlauben, daß er sich auf Raumtemperatur abkühlt, wodurch die gespeicherte Form zurückgewonnen wird.

4. Verfahren des Formspeicherns und des Formwiedergewinnens eines rostfreien Stahls mit hervorragendem Widerstand gegenüber Belastungskorrosionsbrüchen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Verarbeiten eines rostfreien Stahls zu einem Gegenstand mit einer vorbestimmten Form und Glühen oder Anlassen des Gegenstands, wobei der Stahl in Gew.-% folgendes aufweist: bis 0,10 % C, 3,0 bis 6,0 % Si, 6,0 bis 25,0 % Mn, bis zu 7,0 % Ni, mehr als 10,0 % und nicht mehr als 17,0 % Cr, 0,02 bis 0,3 % N, 2,0 bis 10,0 % Co und mehr als 50,2 % und nicht mehr als 3,5 % Cu und wahlweise mindestens eines der folgenden: bis zu 2,0 % Mo, 0,05 bis 0,8 % Nb, 0,05 bis 0,8 % V, 0,05 bis 0,8 % Zr, 0,05 bis 0,8 % Ti, wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, wobei die Legierungskomponenten so eingestellt sind, daß ein D-Wert nicht kleiner als 26,0 ist und wobei der D-Wert definiert wird durch die folgende Gleichung:

D = Ni ,+ 0.30 × Mn + 56.8 × C + 19.0 × N + 0.73 × Co + Cu - 1.85 × [Cr + 1.6 × Si + Mo + 1.5 × (Nb + V + Zr + Ti)],

den Gegenstand einmal oder mehrmals einem Trainings- oder Übungszyklus unterwerfen, wobei der Übungszyklus folgendes aufweist:

Verformen des Gegenstands bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist und Erwärmen des Gegenstands auf eine Temperatur von 450ºC und/bis 700ºC und Ermöglichen, daß sich der so trainierte Gegenstand auf Raumtemperatur abkühlt, wodurch eine Primärform erreicht und gespeichert wird,

Verformen des Gegenstands der eine Primärform gespeichert hat auf eine gewünschte Sekundärform bei einer Temperatur, die nicht höher als Raumtemperatur ist, Erwärmen des Gegenstands auf eine Temperatur von mindestens 100ºC und Erlauben, daß sich der Gegenstand auf Raumtemperatur abkühlt, um dadurch die Primärform zurückzugewinnen.