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Die Erfindung bezieht sich auf einen rostfreien Stahl, der
sich auszeichnet durch Kaltverformbarkeit,
Korrosionsbeständigkeit und elektromagnetische Eigenschaften, und der
geeignet ist für die Verwendung als Material für beispielsweise
elektromagnetische Komponenten, die gute
Korrosionsbeständigkeit und elektromagnetische Eigenschaften sowie gute
Verarbeitbarkeit beim Kaltschmieden erfordern.
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Bisher wurden beispielsweise reines Eisen oder dergleichen
allgemein als Materialien für elektronagnetische Komponenten
verwendet, die gute elektromagnetische Eigenschaften
erfordern ("9.6 Magnetic Materials" auf Seiten 1025 - 1062 von
"KINZOKU BINRAN, 4.Ausgabe", erschienen am 20.Dezember 1982
in The Japan Institute of Metals, oder "13.8 Magnetic
Materials" auf den Seiten 1021 - 1037 von "KAGAKU BINRAN, Applied
chemistry Band II, Materials", erschienen am 15.Oktober 1986
in The Chemical Society of Japan, können als Beispiele
angegeben werden).
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Die oben erwähnten Materialien aus reinem Eisen oder
dergleichen sind jedoch der Korrosion unterworfen wegen ihrer
schlechten Korrosionsbeständigkeit. Es besteht daher ein
Problem, da man fürchtet, daß die Dauerhaftigkeit und
Zuverlässigkeit der elektromagnetischen Komponenten sich
verschlechtert.
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GB-1002909 beschreibt einen rostfreien Ferrit-Stahl, der
unter anderem aus 11,5 bis 19 Gew.-% Cr und 0 bis 4 Gew.-% Si
besteht.
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Werkstoffkunde, Stahl, Band 2, 1985 (Seite 404) zeigt
Schaefflers Phasendiagramm, welches zur Schätzung der
Ferritmenge in einem rostfreien Stahl durch Berechnen einer
Indexzahl von Austenit-bildenden Elementen, wie 0, Mn, Ni und N,
und einer Indexzahl von Ferrit-bildenden Elementen, wie Cr,
Mo, Si, Nb und Ti, verwendet wird.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt daher die Lösung des oben
erwähnten Problems des Standes der Technik, und zielt auf die
Schaffung eines rostfreien Stahles ab, der für das Material
von elektromagnetischen Komponenten geeignet ist, welche gute
Korrosionsbeständigkeit und elektromagnetische Eigenschaften
sowie gute Verarbeitbarkeit bei der Herstellung durch
Kaltschmieden oder Kaltverformen erfordern, und welches diese
Eigenschaften über eine lange Zeitspanne zuverlässig
beibehalten.
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Die Erfindung schafft einen rostfreien Stahl, welcher
enthält: nicht mehr als 0,030 Gew.-% C; nicht mehr als 1,00
Gew.-% Si; nicht mehr als 0,50 Gew.-% Mn; nicht mehr als
0,030 Gew.-% P; nicht mehr als 0,030 Gew.-% S; von 20,5 bis
35 Gew.-% Cr; von mehr als 0,03 Gew.-% bis 1,89 Gew.-% Al;
nicht mehr als 0,030 Gew.-% N; nicht mehr als 0,010 Gew.-% O;
wahlweise wenigstens eines aus nicht mehr als 1,5 Gew. -% Nb,
nicht mehr als 1,5 Gew.-% Ta, nicht mehr als 1,5 Gew.-% Ti,
nicht mehr als 1,5 Gew.-% Zr und nicht mehr als 1,5 Gew.-% V
und/oder wenigstens eines aus nicht mehr als 2,0 Gew.-% Cu,
nicht mehr als 3,0 Gew.-% Ni und nicht mehr als 5,0 Gew.-% Mo
und/oder wenigstens eines aus von 0,03 bis 0,30 Gew. -% Pb,
von 0,002 bis 0,020 Gew.-% Bi, von 0,002 bis 0,020 Gew.-% Ca,
von 0,01 bis 0,20 Gew.-% Te und von 0,03 bis 0,30 Gew.-% Se;
wobei der Rest Fe und zufällige Verunreinigungen sind.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft näher beschrieben.
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Nachfolgend wird der Grund erläutert, warum die chemische
Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) des erfindungsgemäßen
rostfreien Stahles auf den obigen Bereich eingeschränkt ist.
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C: nicht mehr als 0,030%
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C ist ein Element mit einem schlechten Einfluß auf die
elektromagnetischen Eigenschaften, insbesondere auf die
Koerzitivkraft im Fall eines als Material für
elektromagnetische Komponenten verwendeten rostfreien
Stahles, und ist ferner ein Element, was schädlich ist für
die Zähigkeit und die Kaltverarbeitbarkeit. So beträgt der
Gehalt an C nicht mehr als 0,030 %.
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Si: nicht mehr als 1,00 %
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Si ist ein für die Verbesserung der elektromagnetischen
Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit wirksames
Element, ist jedoch für die Kaltbearbeitbarkeit nachteilig.
Daher sollte die obere Grenze des Si-Gehalts 1,00% oder 0,20%
sein, vorzugsweise um eine gute Verarbeitbarkeit der
Komponenten durch Kaltbearbeitung oder Kaltschmieden
aufrechtzuerhalten, was zur Verbesserung der Abmessungsgenauigkeit
beiträgt.
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Mn: nicht mehr als 0,50%
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Wenn Mn im Überschuß enthalten ist, wird die
Kaltverarbeitbarkeit verschlechtert, so daß die obere Grenze des
Mn-Gehalts mit 0,50% definiert ist.
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P: nicht mehr als 0,030%
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Wenn P im Überschuß enthalten ist, wird eine Beeinträchtigung
der Kaltbearbeitbarkeit hervorgerufen. Der Gehalt an P ist
auf nicht mehr als 0,030% aus diesem Grund eingeschränkt.
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S: nicht mehr als 0,030%
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Wenn S im Überschuß vorhanden ist, wird eine Beeinträchtigung
der Kaltverarbeitbarkeit hervorgerufen. Der Gehalt an S ist
aus diesem Grund auf nicht mehr als 0,030% eingeschränkt.
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Cr: 20,5 bis 35%
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Cr ist ein Element, das zur Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit beiträgt , und es wurden bisher viele Arten von
rostfreien Chromstählen, wie 13% Cr-Stahl (rostfreier Stahl
vom Typ 405) und 17% Cr-Stahl (rostfreier Stahl vom Typ 430)
für elektromagnetische Komponenten entwickelt. Die
Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen
dieser Art für elektromagnetische Komponenten sind jedoch im
Vergleich mit früheren Jahren viel höher, und daher wird es
unmöglich, die Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit durch
die oben erwähnten bekannten rostfreien Stähle ausreichend zu
erfüllen. Daher ist beim erfindungsgemäßen rostfreien Stahl
die untere Grenze des Cr-Gehalts mit 20,5% definiert, um die
Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit besser zu erfüllen.
Die magnetische Sättigungsflußdichte sinkt jedoch, wenn der
Gehalt an Or übermäßig steigt, und so verschlechtern sich
manchmal die Leistungseigenschaften in dem Fall, daß ein
erfindungsgemäßer rostfreier Stahl für ein
elektromagnetisches Ventil und dergl. verwendet wird. Daher wird der Gehalt
an Cr auf nicht mehr als 35% begrenzt.
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Al: mehr als 0,03% und nicht mehr als 1,89%
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Al ist ein Element, das zur Erhöhung des spezifischen
Volumenwiderstands und zur Verbesserung der elektromagnetischen
Eigenschaften infolge der Verringerung der Koerzitivkraft
beiträgt. Daher ist Al mit mehr als 0,03% enthalten, um
Wirkungen zu erzielen, wie das Ansteigen des spezifischen
Volumenwiderstands und die Verbesserung der
elektromagnetischen Eigenschaften entsprechend der Verringerung der
Koerzitivkraft. Der Gehalt an Al ist jedoch auf nicht mehr als
1,89% eingeschränkt, da die Kaltverarbeitbarkeit
verschlechtert wird, wenn Al mit mehr als 1,89% enthalten ist.
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N: nicht mehr als 0,030%
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N ist ein Element mit einem schlechten Einfluß auf die
elektromagnetischen Eigenschaften, insbesondere auf die
Koerzitivkraft, in ähnlicher Weise wie C, falls der
erfindungsgemäße rostfreie Stahl als Material für elektromagnetische
Komponenten verwendet wird, und ist ebenfalls ein Element,
das auf die Zähigkeit und die Kaltverarbeitbarkeit nachteilig
wirkt. Daher ist der Gehalt von N auf nicht mehr als 0,030%
eingeschränkt.
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O: nicht mehr als 0,010%
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O verschlechtert die Kaltverarbeitbarkeit durch Ausbildung
von aus Oxiden bestehenden Einschlüssen beträchtlich. Die
Koerzitivkraft wird durch Absenkung des Gehalts an O
verringert und die elektromagnetischen Eigenschaften werden
verbessert, so daß der Gehalt an O auf nicht mehr als 0,010%
eingeschränkt ist. Ferner wird bevorzugt, den Gehalt an O
innerhalb eines Bereich von nicht mehr als 0,006% aus diesem
Grunde einzuregeln.
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Nb: nicht mehr als 1,5%, Ta: nicht mehr als 1,5%, Ti: nicht
mehr als 1,5%, Zr: nicht mehr als 1,5%, V: nicht mehr als
1,5%
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Da C und N Elemente sind, die eine Beeinträchtigung der
Koerzitivkraft bewirken, wie oben beschrieben, wird auch
bevorzugt, eine Verfeinerung der Korngröße anzustreben durch
Zugabe von wenigstens einem Element aus der Gruppe Nb, Ta,
Ti, Zr und V, die Karbid- und Nitrid-bildende Element sind,
und zwar je nach Erfordernis, um den nachteiligen Einfluß zu
verringern, der durch C und N hervorgerufen wird. Wenn
beispielsweise Ti in den erfindungsgemäßen rostfreien Stahl
zugegeben wird, um den nachteiligen Einfluß von C und N auf
die Koerzitivkraft zu verringern, verbessert das Ti die
elektromagnetischen Eigenschaften, die Kaltverformbarkeit und
die Zähigkeit durch Bildung von TiC, TiN. Eine ähnliche
Wirkung kann durch Nb, Ta, Zr und V erzielt werden. Die
Zugabe dieser Elemente im Überschuß ist jedoch nachteilig für
die Verarbeitbarkeit durch Verschlechterung der
Kaltverformbarkeit oder durch Verschlechterung der maschinellen
Bearbeitbarkeit. Daher sind die oberen Grenzen für die
entsprechenden Elemente mit 1,5% bei Zugabe bestimmt.
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Cu: nicht mehr als 2,0%, Ni: nicht mehr als 3,0%, Mo: nicht
mehr als 5,0%
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Cu, Ni und Mo sind Elemente, die zur Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit beitragen, daher kann eines oder mehrerer
dieser Elemente je nach Erfordernis zugegeben werden. Da
jedoch die übermäßige Zugabe dieser Elemente die
Kaltverarbeitbarkeit beeinträchtigt, ist es notwendig, den Gehalt
innerhalb eines Bereiches von nicht mehr als 2,0% Cu, von
nicht mehr als 3,0% Ni und von nicht mehr als 5,0% Mo bei
Zugabe einzuschränken.
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Pb: 0,03 bis 0,30%, Bi: 0,002 bis 0,020%, Ca: 0,002 bis
0,020%, Te: 0,01 bis 0,20%, Se: 0,03 bis 0,30%
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Pb, Bi, Ca, Te und Se sind Elemente, die zur Verbesserung der
maschinellen Bearbeitbarkeit beitragen, beispielsweise die
Bearbeitbarkeit in dem Fall, daß ein sehr kleines Bohrloch in
der Komponente nach dem Formen der äußeren Gestalt dieser
Komponente durch Kaltschmieden hergestellt wird. Demgemäß
kann eines oder mehrere dieser Elemente ebenfalls je nach
Erfordernis beigegeben werden, um eine solche Wirkung zu
erzielen. Da jedoch diese Elemente die Kaltverarbeitbarkeit
beeinträchtigen und die magnetischen Eigenschaften durch
übermäßige Beigabe verschlechtern, sollten diese Elemente
innerhalb eines geeigneten Bereichs beigegeben werden, um
diese Eigenschaften nicht zu beeinträchtigen. Diese Elemente
können ja nach Erfordernis innerhalb eines Bereichs von 0,03
bis 0,30% für Pb, eines Bereiches von 0,002 bis 0,020% für
Bi, eines Bereichs von 0,002 bis 0,020% for Ca, eines
Bereiches von 0,01 bis 0,20% für Te und eines Bereiches von 0,03
bis 0,30% für Se beigegeben werden.
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Der erfindungsgemäße rostfreie Stahl hat die oben erwähnte
chemische Zusammensetzung und zeigt in bemerkenswerterweise
ausgezeichnete Kaltverarbeitbarkeit oder Schmiedbarkeit durch
die geeignete Regelung von C, Si, Mn, P, S, N und O. Die
elektromagnetischen Eigenschaften des rostfreien Stahles sind
verbessert und die Korngröße ist durch die Wirkung der Zugabe
von Al, Nb, Ta, Ti, Zr und V in der richtigen Menge und durch
die Regelung von C, N und O verfeinert. Ferner ist die
Korrosionsbeständigkeit durch die Wirkung der geeigneten Zugabe
von Cr, Cu, Ni und Mo verbessert, und die maschinelle
Bearbeitbarkeit des rostfreien Stahles ist ebenfalls durch die
Wirkung der Zugabe von Pb, Bi, Ca, Te und Se in der richtigen
Menge verbessert.
BEISPIEL
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Jeder der rostfreien Stähle mit den in Tabelle 1 gezeigten
chemischen Zusammensetzungen wurde geschmolzen. Sodann wurden
der elektrische Widerstand, die magnetische Flußdichte und
die Koerzitivkraft des entsprechenden rostfreien Stahles
gemessen. Die Kaltverarbeitbarkeit, die
Korrosionsbeständigkeit und die maschinelle Bearbeitbarkeit wurden durch die in
Tabelle 2 wiedergegebenen Methoden untersucht und jeweils
nach den ebenfalls in Tabelle 2 wiedergegebenen
Auswertungsklassifikationen ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle
3 dargestellt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
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Wie in Tabelle 1 bis Tabelle 3 gezeigt, hat der
Vergleichsstahl Nr. 6, der übermäßig viel Si und Cr enthält, eine große
Koerzitivkraft und geringe Kaltverarbeitbarkeit, und die
maschinelle Bearbeitbarkeit des Stahles ist nicht so gut.
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Die Vergleichsstähle Nr. 7 und 8, die ungenügend Cr
enthalten, haben eine schlechte Korrosionsbeständigkeit. Ferner ist
der Vergleichsstahl Nr. 9, der C und N im Überschuß enthält,
in seinen magnetischen Eigenschaften infolge seiner großen
Koerzitivkraft unterlegen. Ferner ist der Stahl Nr. 10, der
übermäßig 0 enthält, bezüglich der Kaltverarbeitbarkeit
schlecht und es ist ersichtlich, daß die Koerzitivkraft des
Vergleichsstahles Nr.10 einen hohen Wert annimmt und so die
magnetischen Eigenschaften ebenfalls beträchtlich schlechter
sind.
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Im Gegensatz zu dem obigen sind die Stähle Nr.1 bis 5 gemäß
der Erfindung, die C, Si, Mn, P, S, N und O begrenzt auf die
richtigen Anteile enthalten und bei denen Cr und Al in die
richtigen Bereiche eingeregelt sind, in ihrer maschinellen
Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und
Kaltverarbeitbarkeit sowie bezüglich des elektrischen Widerstandes, der
magnetischen Flußdichte und der magnetischen Eigenschaften in
allen Fällen zufriedenstellend. Es wird bestätigt, daß es
möglich ist, die Beeinträchtigung der magnetischen
Eigenschaften, die durch Hinzufügen der anderen Legierungselemente
hervorgerufen wird, zu verhindern, oder die magnetischen
Eigenschaften durch Beigabe von wenigstens einem Element aus
der Gruppe Nb, Ta, Ti, Zr und V zu verbessern, und daß es
möglich ist, die Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit
zu verhindern, welche durch die Zugabe der anderen
Legierungselemente hervorgerufen wird, oder die
Korrosionsbeständigkeit durch Zugabe eines oder mehrerer Elemente aus der
Gruppe Cu, Ni und Mo weiter zu verbessern. Ferner ist es
möglich, die maschinelle Bearbeitbarkeit durch Zugabe
wenigstens eines Elements aus der Gruppe Pb, Bi, Ca, Te und Se
zu verbessern.
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Wie oben beschrieben, besteht der rostfreie Stahl gemäß der
Erfindung im wesentlichen aus nicht mehr als 0,030 Gew.-% C,
nicht mehr als 1,00 Gew.-% Si, nicht mehr als 0,50 Gew.-% Mn,
nicht mehr als 0,030 Gew.-% P, nicht mehr als 0,030 Gew.-% S,
20,5 bis 35 Gew.-% Cr, von mehr als 0,03 Gew.-% bis 1,89
Gew.-% Al, nicht mehr als 0,030 Gew.-% N, nicht mehr als
0,010 Gew.-% O, und wenigstens einem aus nicht mehr als 1,5
Gew.-% Nb, nicht mehr als 1,5 Gew.-% Ta, nicht mehr als 1,5
Gew.-% Ti, nicht mehr als 1,5 Gew.-% Zr und nicht mehr als
1,5 Gew.-% V, wenn erforderlich, und gleichermaßen wenigstens
einem aus nicht mehr als 2,0 Gew.-% Cu, nicht mehr als 3,
Gew.-% Ni und nicht mehr als 5,0 Gew.-% Mo, wenn
erforderlich, ferner wenigstens einem aus 0,03 bis 0,30 Gew.-% Pb,
0,002 bis 0,020 Gew.-% Bi, 0,002 bis 0,020 Gew.-% Ca, 0,01
bis 0,20 Gew.-% Te und 0,03 bis 0,30 Gew.-% Se, wenn
erforderlich, wobei der Rest Fe und unvermeidliche
Verunreinigungen sind. Daher zeigt der erfindungsgemäße rostfreie Stahl
günstige Bearbeitbarkeit, insbesondere bei Herstellung durch
Kaltschmieden oder Kaltverformen, wodurch Komponenten erzeugt
werden, die bezüglich ihrer Dimensionsgenauigkeit und
Produktivität hervorragend sind. Der rostfreie Stahl zeigt ferner
zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit und
elektromagnetische Eigenschaften und ist so besonders geeignet als
Ausgangsmaterial für elektromagnetische Komponenten. Es kann
eine hervorragende Wirkung erzielt werden, da es möglich ist,
eine hohe Zuverlässigkeit bei elektromagnetischen Komponenten
über eine lange Zeitspanne aufrechtzuerhalten.