DE69107439T2

DE69107439T2 - High-strength stainless steel with good toughness properties, and process for its production.

Info

Publication number: DE69107439T2
Application number: DE69107439T
Authority: DE
Inventors: Nobuhito Kawanishi-Shi Nakama; Toshihiro Yasugi-shi Uehara; Rikizo Mooka-Shi Watanabe
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Hitachi Metals Ltd; Society of Japanese Aerospace Companies
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Society of Japanese Aerospace Companies; Proterial Ltd
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2011-10-01
Also published as: DE69107439D1; EP0498105A1; JPH04214844A; EP0498105B1; JP3342501B2

Description

FIELD OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hochfesten, hochzähen, nichtrostenden Stahl, der geeignet für ein Bauteil verwendbar ist, das eine hohe Festigkeit und eine hohe Zähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit erfordert.The present invention relates to a high-strength, high-toughness stainless steel which is suitably used for a component which requires high strength and high toughness as well as corrosion resistance.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Allgemein ist hochfester und niedriglegierter Stahl mit der Bezeichnung AISI4340, 300M u. dgl. als ein hochfestes Material gut bekannt. Diese Materialien können eine hohe Festigkeit von etwa 180 kgf/mm² oder mehr ergeben, wenn Wärmebehandlungsbedingungen ausgewählt werden. Da jedoch diese Materialien niedriglegierte Stähle sind und eine geringe Cr- Menge von 1 % oder weniger enthalten, das stark zur Korrosionsbeständigkeit beiträgt, haben sie eine schlechte Korrosionsbeständigkeit. Daher wurden diese Materialien, wenn sie für eine Korrosionsbeständigkeit erfordernde Verwendung eingesetzt werden, herkömmlich einer Oberflächenbehandlung, wie z.B. Cr-Beschichtung, Ni-Beschichtung u. dgl., unterworfen. Ungeachtet dessen hat das Verfahren zur Verbesserung deren Korrosionsbeständigkeit durch die Oberflächenbehandlung Probleme, daß das Verfahren viele Prozesse erfordert, daß, wenn eine oberflächenbehandelte Schicht abgeschält wird, der abgeschälte Teil teilweise korrodiert und daß außerdem die Oberflächenbehandlung in Abhängigkeit von den Teilen oder Stellen schwierig durchzuführen ist.Generally, high-strength and low-alloy steels, designated AISI4340, 300M, and the like, are well known as high-strength materials. These materials can give a high strength of about 180 kgf/mm2 or more when heat treatment conditions are selected. However, since these materials are low-alloy steels and contain a small amount of Cr of 1% or less, which greatly contributes to corrosion resistance, they have poor corrosion resistance. Therefore, when these materials are used for use requiring corrosion resistance, they have conventionally been subjected to surface treatment such as Cr plating, Ni plating, and the like. Nevertheless, the method of improving their corrosion resistance by the surface treatment has problems that the method requires many processes, that when a surface-treated layer is peeled off, the peeled off part is partially corroded, and further that the surface treatment is difficult to perform depending on the parts or locations.

Andererseits wird allgemein nichtrostender Stahl oft für eine Verwendung eingesetzt, bei der Korrosionsbeständigkeit ein wichtiger Faktor ist. Obwohl nichtrostender Stahl eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit hat, haben austenitischer nichtrostender Stahl mit der Bezeichnung SUS304 und ferritischer nichtrostender Stahl mit der Bezeichnung SUS430 u. dgl., die gut bekannt sind, eine niedrige Festigkeit und sind daher für eine Verwendung, die gleichzeitig Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit erfordert, nicht geeignet. Andererseits hat ein nichtrostender Auscheidungshärtungstyp- Stahl eine hohe Festigkeit, die in der Weise gesteigert werden kann, daß der nichtrostende Stahl durch eine Anlaßbehandlung ausscheidungsgehärtet wird. Die bekannten, handelsüblichen nichtrostenden Ausscheidungshärtungstyp-Stähle umfassen 17-4PH, 15-5PH, PH13-8Mo u. dgl. Die Festigkeit dieser nichtrostenden Ausscheidungshärtungstyp-Stähle ist etwa 120 kgf/mm² im Fall von 17-4PH, etwa 135 kgf/mm² im Fall von 15-5PH und etwa 150 kgf/mm² im Fall von PH13-8Mo, obwohl sie sich in Abhängigkeit von den Anlaßbehandlungsbedingungen ändert.On the other hand, general stainless steel is often used for applications where corrosion resistance is an important factor. Although stainless steel has excellent corrosion resistance, austenitic Stainless steel designated SUS304 and ferritic stainless steel designated SUS430 and the like, which are well known, have low strength and are therefore not suitable for use requiring corrosion resistance and strength at the same time. On the other hand, a precipitation hardening type stainless steel has high strength, which can be increased by precipitation hardening the stainless steel by a tempering treatment. The known commercially available precipitation hardening type stainless steels include 17-4PH, 15-5PH, PH13-8Mo and the like. The strength of these precipitation hardening type stainless steels is about 120 kgf/mm² in the case of 17-4PH, about 135 kgf/mm² in the case of 15-5PH and about 150 kgf/mm² in the case of PH13-8Mo, although it changes depending on the tempering treatment conditions.

Obwohl diese nichtrostenden Ausscheidungshärtungstyp-Stähle hohe Festigkeit haben, ist die Festigkeit niedriger als die von 4340, 300M u. dgl. als hochfesten, niedriglegierten Stahls. Daher können diese vorhandenen nichtrostenden Ausscheidungshärtungstype-Stähle unter Berücksichtigung der Festigkeit nicht für eine Verwendung eingesetzt werden, bei der sowohl eine hohe Festigkeit ähnlich der von 4340 oder 300M als auch eine Korrosionsbeständigkeit ähnlich der von nichtrostendem Stahl benötigt werden, obwohl deren Korrosionsbeständigkeit unproblematisch ist. Daher kann, wenn es einen nichtrostenden Stahl gibt, der sowohl ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit als auch eine gleichartige Festigkeit wie die von 4340 oder 300M hat, dieser vielfältig für die Verwendung mit strengen Anforderungen eingesetzt werden.Although these precipitation hardening type stainless steels have high strength, the strength is lower than that of 4340, 300M, etc. as high-strength low-alloy steels. Therefore, taking strength into consideration, these existing precipitation hardening type stainless steels cannot be used for a use where both high strength similar to 4340 or 300M and corrosion resistance similar to stainless steel are required, although their corrosion resistance is not a problem. Therefore, if there is a stainless steel that has both excellent corrosion resistance and strength similar to 4340 or 300M, it can be widely used for use with strict requirements.

Da ein hochfestes Material niedrige Zähigkeit hat, gab es weiter einen Bedarf, die Zähigkeit des hochfesten Materials auf einen höchstmöglichen Wert zu steigern, um das Material praktisch zu verwenden und Gebrauch vom Vorteil der hohen Festigkeit zu machen.Since a high-strength material has low toughness, there was a further need to increase the toughness of the high-strength material to the highest possible value in order to use the material practically and make use of the advantage of its high strength.

Der hochfeste, niedriglegierte Stahl 4340 hat das Festigkeitsniveau von 180 kgf/mm² und den Bruchzähigkeitswert (KIC-Wert) von etwa 200 kgf/mm². [mm], und weiter haben vorhandene nichtrostende Ausscheidungshärtungstyp-Stähle das Zähigkeitsniveau von etwa 200 kgf/mm². [mm] im Fall von 17-4PH und etwa 250 kgf/mm². [mm] im Fall von 15-5PH und PH13- 8Mo, wenn durch einen Bruchzähigkeitswert (KIC-Wert) dargestellt. Insbesondere haben die nichtrostenden Ausscheidungshärtungstyp-Stähle nicht stets eine hohe Zähigkeit, obwohl sie ein niedrigeres Festigkeitsniveau als das des hochfesten niedriglegierten Stahls haben.The high strength low alloy steel 4340 has the strength level of 180 kgf/mm² and the fracture toughness value (KIC value) of about 200 kgf/mm². [mm], and further, existing precipitation hardening type stainless steels have the toughness level of about 200 kgf/mm². [mm] in the case of 17-4PH and about 250 kgf/mm². [mm] in the case of 15-5PH and PH13- 8Mo when represented by a fracture toughness value (KIC value). In particular, the precipitation hardening type stainless steels do not always have high toughness, though they have a lower strength level than that of the high strength low alloy steel.

Andererseits werden Beispiels von nichtrostendem Stahl mit hoher Festigkeit und relativ hoher Zähigkeit im US-Reissue- Patent Nr. 26 225 als hitzebeständiger, hochfester, nichtrostender Stahl mit sehr hoher Festigkeit und im US-Patent Nr. 3 756 808 als nichtrostender Stahl offenbart. Das US-Patent Nr. 3 756 808 zeigt in Figur 2, daß der hitzebeständige, hochfeste, nichtrostende Stahl 77 (AFC77, C: 0,16 %, Cr: 14,36 %, V: 0,48 %, Mo: 4,90 %, Co: 13,60 %, Ni: 0,05 %, Al 0,042 % und Rest: Fe), der im US-Reissue-Patent Nr. 26 225 offenbart ist, und der nichtrostende Stahl AFC260 (C: 0,07 %, Si: 0,25 %, Mn: 0,25 %, Ni: 1,85 %, Cr: 15,5 %, Mo: 4,5 %, Co: 13,0 %, Nb: 0,15 %, N: 0,03 %, Rest: Fe) sowie die Legierung B (C: 0,16 %, Ni: 1,03 %, Cr: 13,94 %, V: 0,09 %, Mo 5,22 %, Co: 13,67 %, Nb: 0,22 %, N: 0,032 %, Rest: Fe), die im US-Patent Nr. 3 756 808 offenbart sind, höhere Festigkeit und Zähigkeit als die anderer hochfester, nichtrostender Ausscheidungshärtungstyp-Stähle mit den Bezeichnungen 17-4PH, 15-5PH, PH13-8Mo u. dgl. haben. Es wird gezeigt, daß die iegierung B mit den höchsten Festigkeits- und Zähigkeitsniveaus unter diesen eine Festigkeit von 180 kgf/mm² (etwa 260 ksi) hat und deren Zähigkeit bei diesem Festigkeitsniveau etwa 400 kgf/mm². [mm] (etwa 115 ksi [in]) ist. Die US-Patente Nr. 3 756 808 und 3 873 378 zeigen, daß die Festigkeit und Zähigkeit dieser Legierung stark von den Wärmebehandlungsbedingungen abhängen. Gemäß dem US-Patent Nr. 3 756 808 sind die Wärmebehandlungsbedingungen zum Erhalten der Legierung B mit einer solchen hohen Festigkeit und hohen Zähigkeit derart, daß die Legierung B austenitisiert wird, indem man sie eine Stunde bei 927 ºC hält und auf Raumtemperatur abkühlt, danach erneut austenitisiert, indem sie auf 1150 ºC erhitzt und bei dieser Temperatur eine Stunde gehalten wird, in diesem Zustand auf 1038 ºC abgekühlt und bei dieser Temperatur eine Stunde gehalten und auf Raumtemperatur abgekühlt und weiter einer Unter-Null-Behandlung bei -73 ºC für eine Stunden unterzogen und schließlich zweimal zwei Stunden bei 427 ºC getempert wird.On the other hand, examples of stainless steel having high strength and relatively high toughness are disclosed in U.S. Reissue Patent No. 26,225 as heat-resistant, high-strength, very high-strength stainless steel and in U.S. Patent No. 3,756,808 as stainless steel. US Patent No. 3,756,808 shows in Figure 2 that the heat-resistant, high-strength stainless steel 77 (AFC77, C: 0.16%, Cr: 14.36%, V: 0.48%, Mo: 4.90%, Co: 13.60%, Ni: 0.05%, Al 0.042% and balance: Fe) disclosed in US Reissue Patent No. 26,225 and the stainless steel AFC260 (C: 0.07%, Si: 0.25%, Mn: 0.25%, Ni: 1.85%, Cr: 15.5%, Mo: 4.5%, Co: 13.0%, Nb: 0.15%, N: 0.03%, balance: Fe) and the alloy B (C: 0.16%, Ni: 1.03 %, Cr: 13.94 %, V: 0.09 %, Mo 5.22 %, Co: 13.67 %, Nb: 0.22 %, N: 0.032 %, balance: Fe) disclosed in U.S. Patent No. 3,756,808 have higher strength and toughness than other high-strength precipitation hardening type stainless steels designated 17-4PH, 15-5PH, PH13-8Mo and the like. It is shown that that alloy B with the highest strength and toughness levels among these has a strength of 180 kgf/mm² (about 260 ksi) and its toughness at this strength level is about 400 kgf/mm² [mm] (about 115 ksi [in]). U.S. Patent Nos. 3,756,808 and 3,873,378 show that the strength and toughness of this alloy are highly dependent on the heat treatment conditions. According to U.S. Patent No. 3,756,808, the heat treatment conditions for obtaining the alloy B having such high strength and high toughness are such that the alloy B is austenitized by holding it at 927 ºC for one hour and cooling it to room temperature, then again austenitized by heating it to 1150 ºC and holding it at that temperature for one hour, cooling it in that state to 1038 ºC and holding it at that temperature for one hour and cooling it to room temperature and further subjected to subzero treatment at -73 ºC for one hour and finally annealing it twice at 427 ºC for two hours.

In den obigen Behandlungen dient die erste, bei 927 ºC durchgeführte Austenitisierungsbehandlung dazu, die Abmessung und Verteilung eines Nb-Karbids einzustellen, um dadurch zu verhindern, daß kristalline Körner bei der folgenden zweiten, bei hoher Temperatur durchgeführten Austenitisierungsbehandlung gröber werden. Weiter ist die bei 1150 ºC und 1038 ºC durchgeführte zweite Austenitisierungsbehandlung dazu da, um Austenit bei der hohen Temperatur von 1150 ºC zu stabilisieren und den gleichzeitig zu dieser Zeit bei 1038 ºC als spröde Phase gebildeten Deltaferrit zu erhalten, um diesen dadurch zum Verschwinden zu bringen. Wenn die Legierung B nach den Austenitisierungsbehandlungen abgekühlt wird, verbleibt viel Restaustenit, und dadurch können die Zähigkeit und Dehnung gesteigert werden. Um die Zähigkeit und Dehnung durch die Einstellung einer Menge des Restaustenits zu steigern, müssen indessen die Menge und Verteilung des Restaustenits gut gesteuert werden, und wenn die Abmessung der Legierung B groß ist, ist zu fürchten, daß die Steuerung der Menge und Verteilung des Restaustenits schwierig sein kann. Weiter ist das bei 427 ºC durchgeführte Tempern zur Steigerung der Festigkeit wirksam.In the above treatments, the first austenitizing treatment conducted at 927 ºC is to adjust the dimension and distribution of a Nb carbide, thereby preventing crystalline grains from becoming coarser in the subsequent second austenitizing treatment conducted at a high temperature. Further, the second austenitizing treatment conducted at 1150 ºC and 1038 ºC is to stabilize austenite at the high temperature of 1150 ºC and to maintain delta ferrite formed as a brittle phase at the same time at 1038 ºC, thereby causing it to disappear. When alloy B is cooled after the austenitizing treatments, much residual austenite remains, and thereby the toughness and elongation can be increased. In order to adjust an amount of residual austenite However, in order to increase the strength, the amount and distribution of the retained austenite must be well controlled, and if the size of the alloy B is large, it is feared that the control of the amount and distribution of the retained austenite may be difficult. Furthermore, tempering carried out at 427 ºC is effective in increasing the strength.

Als Ergebnis einer besonderen Untersuchung einer Legierung mit der Zusammensetzung der Legierung B, die von den Erfindern unter Anwendung eines experimentellen Verfahrens, wie in einem Beispiel gezeigt, durchgeführt wurde, konnten die im US-Patent Nr. 3 756 808 offenbarte hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit nicht erhalten werden, auch wenn die obige Wärmebehandlung durchgeführt wurde, und es wurde nur ein niedriger Streckgrenzenwert erhalten. Wie oben beschrieben, ist es sehr schwierig, gleichzeitig sowohl hohe Festigkeit als auch hohe Zähigkeit im nichtrostenden Stahl zu erhalten.As a result of a special study of an alloy having the composition of alloy B conducted by the inventors using an experimental method as shown in an example, the high strength and high toughness disclosed in U.S. Patent No. 3,756,808 could not be obtained even when the above heat treatment was carried out, and only a low yield strength value was obtained. As described above, it is very difficult to simultaneously obtain both high strength and high toughness in stainless steel.

SUBJECT OF THE INVENTION

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen hochfesten, hochzähen, nichtrostenden Stahl zu entwickeln, der eine Korrosionsbeständigkeit, die der des handelsüblichen hochfesten nichtrostenden Stahls gleichartig ist, sowie eine höhere Festigkeit und höhere Zähigkeit als die von handelsüblichem hochfestem nichtrostendem Stahl hat, und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.An object of the present invention is to develop a high-strength, high-toughness stainless steel which has corrosion resistance similar to that of commercially available high-strength stainless steel and higher strength and higher toughness than those of commercially available high-strength stainless steel, and to provide a method for producing the same.

Der Erfinder untersuchte sorgfältig chemische Zusammensetzungen und Wärmebehandlungsbedingungen in einem weiten Bereich, um die Festigkeit und Zähigkeit der obigen AFC77, AFC260 und Legierung B erheblich zu verbessern, ohne deren Korrosionsbeständigkeit zu verschlechtern.The inventor carefully studied chemical compositions and heat treatment conditions in a wide range to significantly improve the strength and toughness of the above AFC77, AFC260 and Alloy B without deteriorating their corrosion resistance.

Als Ergebnis fand der Erfinder, daß zunächst Nb und V ein Primärkarbid bilden, das eine Vergröberung der Kristallkörner vermeidet, wobei die Anwesenheit dieser primären Karbide die Zähigkeit verringert. Somit kann die Zähigkeit gesteigert werden, indem man kein Nb und V oder eine geringere Menge derselben zusetzt. Weiter wird, da eine große Menge von in der Legierung enthaltenem Mo die Zähigkeit ebenfalls verschlechtert, der Mo-Gehalt verringert, um die Zähigkeit weiter zu verbessern. Die Erfinder fanden auch, daß eine verhältnismäßig große Kohlenstoffmenge zugesetzt werden kann, um die Festigkeit der Legierung zu verbessern und dabei den hohen Grad der Zähigkeit aufrechtzuerhalten. Auch fanden die Erfinder, daß ein nichtrostender Stahl mit einer hohen Festigkeit und einer hohen Zähigkeit, die untereinander ausgeglichen sind, erzeugt werden kann, indem man bewußt Si, das nach dem Stand der Technik eher als Verunreinigung im Stahl angesehen wurde, zusetzt, um die Festigkeit weiter zu verbessern, und indem der nichtrostende Stahl bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 120 bis 450 ºC getempert wird.As a result, the inventor found that first Nb and V form a primary carbide which prevents coarsening of the crystal grains, and the presence of these primary carbides reduces the toughness. Thus, the toughness can be increased by not adding Nb and V or by adding a smaller amount of them. Furthermore, since a large amount of Mo contained in the alloy also deteriorates the toughness, the Mo content is reduced to further improve the toughness. The inventors also found that a relatively large amount of carbon can be added to improve the strength of the alloy while maintaining the high degree of toughness. Also, the inventors found that a stainless steel having high strength and high toughness balanced with each other can be produced by deliberately adding Si, which has been considered as an impurity in the steel in the prior art, to further improve the strength and by annealing the stainless steel at a temperature within a range of 120 to 450 ºC.

Der erfundene Stahl enthält Mo als ein ferritbildendes Element in einer Menge, die viel geringer als die von herkömmlichen Stählen, wie z.B. AFC77, AFC260 und Legierung B ist, während er eine etwas größere Menge von Austenitstabilisierelementen enthält, so daß ein austenitisches Gefüge stabiler ist und ein Delta-Ferritgefüge schwerlich auftritt. So wurde mit einem Experiment neu gefunden, daß Delta-Ferrit nicht im erfundenen Stahl bleibt und eine Menge von Restaustenit, die zur Steigerung der Zähigkeit ausreicht, in der Weise erhalten werden kann, daß der erfundene Stahl einer Austenitisierungsbehandlung in nur einem Schritt unterworfen wird, statt der Austenitisierungsbehandlung in zwei Schritten einer hohen Temperatur und einer niedrigen Temperatur unterworfen zu werden. Weiter wurden als Ergebnis einer besonderen Untersuchung einer Tempertemperatur des erfundenen Stahls neue Temperbedingungen zum Erhalten einer hohen Festigkeit und hohen Zähigkeit gefunden.The invented steel contains Mo as a ferrite-forming element in an amount much smaller than that of conventional steels such as AFC77, AFC260 and alloy B, while it contains a slightly larger amount of austenite-stabilizing elements, so that an austenitic structure is more stable and a delta-ferrite structure is difficult to occur. Thus, it was newly found through an experiment that delta-ferrite does not remain in the invented steel and an amount of retained austenite sufficient to increase toughness can be obtained by subjecting the invented steel to austenitizing treatment in only one step instead of subjecting the austenitizing treatment in two steps of high temperature and low temperature. Furthermore, as a result of a special investigation of a tempering temperature of the invented steel, new tempering conditions for obtaining high strength and high toughness were found.

Ein hochfester, hochzäher, nichtrostender Stahl gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er gewichtsmäßig aus mehr als 0,16 %, aber weniger als 0,25 % C, nicht mehr als 2,0 % Si, nicht mehr als 1,0 % Mn, nicht mehr als 2,0 % Ni, 11-15 % Cr, nicht weniger als 0,5 %, aber weniger als 3,0 % Mo, 12-21 % Co und Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen besteht.A high strength, high toughness stainless steel according to a first aspect of the present invention is characterized in that it consists by weight of more than 0.16% but less than 0.25% C, not more than 2.0% Si, not more than 1.0% Mn, not more than 2.0% Ni, 11-15% Cr, not less than 0.5% but less than 3.0% Mo, 12-21% Co and the balance Fe and incidental impurities.

Ein hochfester, hochzäher, nichtrostender Stahl nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er gewichtsmäßig aus 0,17-0,23 % C, mehr als 0,25 %, aber nicht mehr als 0,8 % Si, nicht mehr als 1,0 % Mn, 0,5-1,5 % Ni, 12-13 % Cr, 1,5 % bis 2,5 % Mo, 14,5 % bis 16,5 % Co und Rest Eisen und zufälligen Verunreinigungen besteht.A high-strength, high-toughness stainless steel according to a second aspect of the invention is characterized in that it consists by weight of 0.17-0.23% C, more than 0.25% but not more than 0.8% Si, not more than 1.0% Mn, 0.5-1.5% Ni, 12-13% Cr, 1.5% to 2.5% Mo, 14.5% to 16.5% Co and the balance iron and incidental impurities.

Ein hochfester, hochzäher, nichtrostender Stahl nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er gewichtsmäßig aus mehr als 0,16 %, aber weniger als 0,25 % C, nicht mehr als 2,0 % Si, nicht mehr als 1,0 % Mn, nicht mehr als 2,0 % Ni, 11-15 % Cr, nicht weniger als 0,5 %, aber weniger als 3,0 % Mo, 12 % bis 21 % Co, wenigstens einem aus der aus 0,1 % bis 0,5 % V und weniger als 0,1 % Nb bestehenden Gruppe gewählten und Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen besteht.A high strength, high toughness stainless steel according to a third aspect of the invention is characterized in that it consists by weight of more than 0.16% but less than 0.25% C, not more than 2.0% Si, not more than 1.0% Mn, not more than 2.0% Ni, 11-15% Cr, not less than 0.5% but less than 3.0% Mo, 12% to 21% Co, at least one selected from the group consisting of 0.1% to 0.5% V and less than 0.1% Nb, and the balance Fe and incidental impurities.

Ein hochfester, hochzäher nichtrostender Stahl nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er gewichtsmäßig aus 0,17 % bis 0,23 % C, mehr als 0,25 %, aber nicht mehr als 0,8 % Si, nicht mehr als 1,0 % Mn, 0,5 % bis 1,5 % Ni, 12 % bis 13 % Cr, 1,5 % bis 2,5 % Mo, 13,0 % bis 16,5 % Co, wenigstens einem aus der aus 0,1 % bis 0,5 % V und weniger als 0,1 % Nb bestehenden Gruppe gewählten und Rest Fe und zufälligen Verunreinigungen besteht.A high-strength, high-toughness stainless steel according to a fourth aspect of the invention is characterized in that it consists by weight of 0.17% to 0.23% C, more than 0.25% but not more than 0.8% Si, not more than 1.0% Mn, 0.5% up to 1.5% Ni, 12% to 13% Cr, 1.5% to 2.5% Mo, 13.0% to 16.5% Co, at least one selected from the group consisting of 0.1% to 0.5% V and less than 0.1% Nb, and the balance Fe and incidental impurities.

Nach einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten1 hochzähen, nichtrostenden Stahls vorgesehen, das durch Aufweisen der Schritte: Herstellen eines nichtrostenden Stahls mit der Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4; Unterwerfen des nichtrostenden Stahls einer Lösungsglühwärmebehandlung bei einer Temperatur von 950 bis 1150 ºC; Abschrecken des Stahls; Unterwerfen des Stahls einer Behandlung unter Null bei einer Temperatur von -50 bis -100 ºC; und Unterwerfen des Stahls einem Tempern bei einer Temperatur von 120 bis 450 ºC gekennzeichnet ist.According to a fifth aspect of the invention there is provided a method of producing a high strength1 high toughness stainless steel characterized by comprising the steps of: producing a stainless steel having the composition according to any one of claims 1 to 4; subjecting the stainless steel to a solution heat treatment at a temperature of 950 to 1150 °C; quenching the steel; subjecting the steel to a subzero treatment at a temperature of -50 to -100 °C; and subjecting the steel to an annealing at a temperature of 120 to 450 °C.

Die Funktion jedes Elements und der Grund, weshalb die Wärmebehandlungsbedingungen auf die gezeigten Bedingungen begrenzt sind, werden unten beschrieben.The function of each element and the reason why the heat treatment conditions are limited to those shown are described below.

C ist ein Element, das die Festigkeit und Zähigkeit erheblich beeinflußt und in einer etwas höheren Menge als der dieser Art bekannter Legierungen zugesetzt wird. Wenn C in einer Menge von 0,16 Gew.% oder weniger zugesetzt wird, sinkt die Festigkeit, während im Fall dessen Zusatzes in einer Menge von 0,25 Gew.% oder mehr die Zähigkeit abfällt, und daher wird C in einer Menge von mehr als 0,16 Gew.%, aber unter 0,25 Gew.% unter Berücksichtigung des Ausgleichs zwischen Festigkeit und Zähigkeit zugesetzt. Er wird vorzugsweise in einer Menge von 0,17 bis 0,23 Gew.% zugesetzt.C is an element which significantly affects strength and toughness and is added in an amount slightly higher than that of known alloys of this type. If C is added in an amount of 0.16 wt% or less, the strength decreases, while if it is added in an amount of 0.25 wt% or more, the toughness decreases, and therefore C is added in an amount of more than 0.16 wt% but less than 0.25 wt% in consideration of the balance between strength and toughness. It is preferably added in an amount of 0.17 to 0.23 wt%.

Si ist ein Element, das wirksam ist, um die Tempererweichungsbeständigkeit zu steigern, und kann nicht nur eine Tempertemperatur erhöhen, sondern kann auch die Festigkeit bei der gleichen Tempertemperatur steigern, wobei es zur Verbesserung der Festigkeit besonders bei etwa 300 bis 400 ºC statt bei etwa 120 ºC wirksam ist. Wenn Si jedoch in einer Menge über 2,0 Gew.% zugesetzt wird, verschlechtert es die Zähigkeit, und daher wird es in einer Menge von 2,0 Gew.% oder weniger zugesetzt. Der beste Ausgleich zwischen Festigkeit und Zähigkeit kann erhalten werden, wenn Si in einer Menge von mehr als 0,25 Gew.%, jedoch nicht mehr als 0,8 Gew.% zugesetzt wird. Wenn das Tempern bei einer niedrigeren Temperatur unter Berücksichtigung von sowohl Festigkeit als auch Wärmebehandlungsbedingungen durchgeführt werden kann, wird Si nicht immer in einer großen Menge zugesetzt, doch ist der Zusatz von Si vorzuziehen.Si is an element that is effective to increase temper softening resistance and can not only tempering temperature but can also increase the strength at the same tempering temperature, and it is particularly effective in improving strength at about 300 to 400 ºC rather than about 120 ºC. However, if Si is added in an amount exceeding 2.0 wt.%, it deteriorates the toughness and therefore it is added in an amount of 2.0 wt.% or less. The best balance between strength and toughness can be obtained if Si is added in an amount exceeding 0.25 wt.% but not exceeding 0.8 wt.%. If tempering can be carried out at a lower temperature taking into account both strength and heat treatment conditions, Si is not always added in a large amount, but the addition of Si is preferable.

Mn ist ein Element, das als Desoxidations- oder Entschwefelungsmittel dient, wird jedoch nicht stets benötigt, wenn Desoxidation und Entschwefelung ausreichend durchgeführt wurden. Auch wenn Mn in einer 1 Gew.% übersteigenden Menge zugesetzt wird, ist eine weitere Verbesserung nicht zu erwarten, und daher wird es in einer Menge von 1 Gew.% oder weniger zugesetzt, und eine vorzugsweise Mn-Menge ist 0,5 Gew.% oder weniger.Mn is an element serving as a deoxidizing or desulfurizing agent, but is not always required when deoxidizing and desulfurizing have been sufficiently carried out. Even if Mn is added in an amount exceeding 1 wt%, further improvement is not expected, and therefore it is added in an amount of 1 wt% or less, and a preferable amount of Mn is 0.5 wt% or less.

Ni ist ein Element, das zur Steigerung der Zähigkeit wirksam ist, wenn es jedoch in einer 2 Gew.% übersteigenden Menge zugesetzt wird, wird Austenit unter Verschlechterung der Streckgrenze stabilisiert, und daher wird es in einer Menge von 2 Gew.% oder weniger zugesetzt. Es wird vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 1,5 Gew.% zugesetzt, wobei der Ausgleich zwischen Festigkeit und Zähigkeit berücksichtigt wird.Ni is an element effective for increasing toughness, but if it is added in an amount exceeding 2 wt%, austenite is stabilized to deteriorate the yield strength, and therefore it is added in an amount of 2 wt% or less. It is preferably added in an amount of 0.5 to 1.5 wt%, taking into account the balance between strength and toughness.

Cr ist ein Element, das zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit wirksam ist, jedoch ist eine Cr-Zusatzmenge unter 11 Gew.% nicht wirsam, während im Fall seines Zusatzes in einer Menge von über 15 Gew.% keine weitere Verbesserung zu erwarten ist und die Festigkeit sinkt, und daher wird es in einer Menge von 11 bis 15 Gew.% und vorzugsweise in einer Menge von 12 bis 13 Gew.% zugesetzt.Cr is an element effective for improving corrosion resistance, however, Cr addition amount less than 11 wt% is not effective, while in case of its addition in an amount exceeding 15 wt%, no further improvement is expected and the strength decreases, and therefore it is added in an amount of 11 to 15 wt% and preferably in an amount of 12 to 13 wt%.

Mo ist ein Element, das zur Steigerung der Festigkeit und Zähigkeit wirksam ist, doch ist eine Mo-Zusatzmenge von weniger als 0,5 Gew.% unwirksam, während es im Fall einer Zusatzmenge von 3 Gew.% oder mehr Ferrit oder eine intermetallische Verbindung unter Verschlechterung der Zähigkeit bildet, und daher wird es in einer Menge von 0,5 Gew.% oder mehr, aber unter 3 Gew.% und vorzugsweise in einer Menge von 1,5 bis 2,5 Gew.% zugesetzt.Mo is an element effective for increasing strength and toughness, but an amount of Mo added less than 0.5 wt% is ineffective, while in the case of an amount of 3 wt% or more, it forms ferrite or an intermetallic compound to deteriorate toughness, and therefore it is added in an amount of 0.5 wt% or more but less than 3 wt%, and preferably in an amount of 1.5 to 2.5 wt%.

Co ist ein Element, das zur Erhöhung der Festigkeit wirksam ist, doch eine Co-Zusatzmenge unter 12 Gew.% ist unwirksam, während es bei einer Zusatzmenge über 21 Gew.% die Zähigkeit senkt, und daher wird es in einer Menge von 12 bis 21 Gew.% und vorzugsweise in einer Menge von 13 bis 15 Gew.% zugesetzt.Co is an element effective for increasing strength, but Co addition amount below 12 wt% is ineffective, while addition amount above 21 wt% lowers toughness, and therefore it is added in an amount of 12 to 21 wt%, and preferably in an amount of 13 to 15 wt%.

Nb reagiert mit C unter Bildung eines Karbids und verringert die Wirkung von C, der für die Festigkeit und Zähigkeit wirksam ist, und daher wird es auf eine Menge unter 0,1 Gew.% beschränkt. Weiter bildet, obwohl Nb eine Wirkung der Vermeidung einer Vergröberung der Kristallkörner durch Bildung des Karbids hat, der Zusatz von Nb über 0,1 Gew.% jedoch ein grobes Primärkarbid, so daß die Warmverformungseigenschaften und die Zähigkeit verschlechtert werden, und daher ist es wichtig, daß Nb auf eine Menge unter 0,1 Gew.% begrenzt wird.Nb reacts with C to form a carbide and reduces the effect of C effective for strength and toughness, and therefore it is limited to an amount below 0.1 wt%. Further, although Nb has an effect of preventing coarsening of the crystal grains by forming the carbide, the addition of Nb above 0.1 wt% forms a coarse primary carbide so that the hot deformation properties and toughness are deteriorated, and therefore it is important that Nb is limited to an amount below 0.1 wt%.

V reagiert mit C unter Bildung eines Karbids und hat eine Wirkung der Vermeidung einer Vergröberung der Kristallkörner ähnlich Nb, doch ist der Zusatz von V allein weniger wirksam, und der Zusatz von V zusammen mit Nb ist wirksamer. Jedoch ist eine V-Zusatzmenge unter 0,1 Gew.% weniger wirksam, während eine 0,5 Gew.% übersteigende Zusatzmenge keine weitere Verbesserung ergeben kann, und außerdem bildet ein übermäßiger Zusatz ein grobes Primärkarbid unter Verschlechterung der Warmverformungseigenschaften und der Zähigkeit, und daher wird es in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.% zugesetzt.V reacts with C to form a carbide and has an effect of preventing coarsening of crystal grains similar to Nb, but the addition of V alone is less effective and the addition of V together with Nb is more effective. However, an addition amount of V below 0.1 wt% is less effective, while an addition amount exceeding 0.5 wt% cannot give any further improvement, and furthermore, an excessive addition forms a coarse primary carbide to deteriorate the hot deformation properties and toughness, and therefore it is added in an amount of 0.1 to 0.5 wt%.

Wie oben beschrieben, ist der Zusatz von Nb und V in einer geringen Menge wirksam, indem er das Primärkarbid zur Vermeidung einer Vergröberung der Kristallkörner bildet, und im Fall eines kleinen Stahlblocks erweisen sich Nb und V, die in den oben angegebenen Mengen zugesetzt sind, als wirksam, ohne daß ein grobes Karbid gebildet wird. Im Fall eines großen Stahlblocks führt jedoch der Zusatz von Nb und V in den oben angegebenen Mengen zur Bildung eines groben Primärkarbids, das die Warmverformungseigenschaften und die Zähigkeit verschlechtert, und daher ist es hier vorzuziehen, dem groß bemessenen Stahlblock bei einer praktischen Verwendung kein Nb und V zuzusetzen.As described above, the addition of Nb and V in a small amount is effective in forming the primary carbide to prevent coarsening of the crystal grains, and in the case of a small-sized steel block, Nb and V added in the amounts specified above prove effective without forming a coarse carbide. However, in the case of a large-sized steel block, the addition of Nb and V in the amounts specified above results in the formation of a coarse primary carbide which deteriorates the hot deformation properties and toughness, and therefore, it is preferable not to add Nb and V to the large-sized steel block in practical use.

Es soll nun ein Herstellungsverfahren beschrieben werden.A manufacturing process will now be described.

Eine Lösungsglühbehandlung bringt nicht nur Legierungselemente in feste Lösung in der Matrix, sondern ergibt auch ein Austenitgefüge bei einer hohen Temperatur, und das Austenitgefüge wird rasch abgekühlt, um ein Martensitgefüge zu erhalten. Wenn eine Lösungsglühungsbehandlungstemperatur niedriger als 950 ºC ist, werden die Legierungselemente nicht ausreichend in feste Lösung gebracht, während, falls sie höher als 1150 ºC ist, Kristallkörner zur Vergröberung neigen und außerdem Delta-Ferrit unter Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften gebildet wird, und daher wird die Lösungsglühbehandlungstemperatur auf 950 bis 1150 ºC festgesetzt.A solution heat treatment not only solidifies alloying elements in the matrix but also produces an austenite structure at a high temperature, and the austenite structure is rapidly cooled to obtain a martensite structure. If a solution heat treatment temperature is lower than 950 ºC, the alloying elements are not sufficiently solidified, while if it is higher than 1150 ºC, crystal grains tend to coarsen and, in addition, delta ferrite is formed with deterioration of mechanical properties, and therefore the solution treatment temperature is set at 950 to 1150 ºC.

Bei der erfundenen Legierung kann, da der Martensitumwandlungsendpunkt (Mf-Punkt) niedriger als Raumtemperatur ist, ein vollkommenes Martensitgefüge nur durch das rasche Abkühlen nach der Lösungsglühbehandlung nicht erhalten werden, und eine große Menge des Austenitgefüges bleibt unter Senkung der Streckgrenze zurück, und daher muß die Legierung nach der Lösungsglühbehandlung rasch auf die Raumtemperatur abgekühlt und weiter einer Unter-Null-Behandlung von -50 bis -100 ºC unterworfen werden. Eine wesentliche Menge von Restaustenit kann durch die Unter-Null-Behandlung unter Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, wie der Streckgrenze, verringert werden.In the invented alloy, since the martensite transformation end point (Mf point) is lower than room temperature, a perfect martensite structure cannot be obtained only by the rapid cooling after the solution treatment, and a large amount of the austenite structure remains to lower the yield strength, and therefore the alloy must be rapidly cooled to room temperature after the solution treatment and further subjected to subzero treatment of -50 to -100 ºC. A substantial amount of retained austenite can be reduced by the subzero treatment to improve the mechanical properties such as the yield strength.

Nachdem die Unter-Null-Behandlung beendet wurde, muß der Stahl bei 120 bis 450 ºC getempert werden, um gut ausgeglichene hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit zu erhalten. Wenn die Tempertemperatur unter 120 ºC ist, kann Martensit nur schwierig durch die Ausscheidung eines Fe-Karbids zersetzt werden, was zur einer hohen Festigkeit, jedoch niedriger Zähigkeit führt, während, wenn sie höher als 450 ºC ist, die Festigkeit gesteigert, die Zähigkeit jedoch durch die Ausscheidungshärtung eines Karbids verschlechtert wird, die durch das Tempern verursacht wird, und daher wird die Tempertemperatur auf 120 bis 450 ºC festgesetzt. Weiter ist der Zusatz von Si vorzuziehen, wie oben beschrieben, um eine höhere Festigkeit und höhere Zähigkeit mit einer Tempertemperatur zu erhalten, die auf einen relativ höheren Wert innerhalb des oberen Bereichs der Tempertemperatur festgesetzt wird.After the sub-zero treatment is completed, the steel must be tempered at 120 to 450 ºC in order to obtain well-balanced high strength and high toughness. When the tempering temperature is below 120 ºC, martensite is difficult to be decomposed by the precipitation of a Fe carbide, resulting in high strength but low toughness, while when it is higher than 450 ºC, the strength is increased but the toughness is deteriorated by the precipitation hardening of a carbide caused by the tempering, and therefore the tempering temperature is set at 120 to 450 ºC. Further, the addition of Si is preferable as described above in order to obtain higher strength and higher toughness with a tempering temperature set to a relatively higher value within of the upper range of the tempering temperature.

PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung wird unten anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.The present invention is described below using an embodiment.

Stahl mit einer in der Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde in einem Vakuumofen geschmolzen, um einen Block von 10 kg herzustellen. Der so erhaltene Block wurde einer Homogenisierungsbehandlung bei 1200 ºC bis 1300 ºC unterworfen, zu einem Körper mit einem Rechteckquerschnitt von 20 mm Dicke x 45 mm Breite durch Heißverformen gemacht und weiter bei 760 ºC angelassen. In der Tabelle 1 sind die Stähle 1 bis 32 erfundende Stähle, die Stähle 33 bis 36 sind Vergleichsstähle, und die Stähle 37 und 38 sind bekannte Stähle, wobei der Stahl 37 die im US-Patent Nr. 3 756 808 offenbarte Legierung B ist und der Stahl 38 der im US-Reissue-Patent Nr. 26 225 offenbarte AFC77 ist. Wie in den Tabellen 2 bis 4 gezeigt ist, wurden diese Stähle nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt, d.h. sie wurden einer Lösungsglühbehandlung bei 950 bis 1150 ºC für eine Stunde unterworfen, in Öl abgeschreckt, weiter einer Unter-Null-Behandlung bei -75 ºC für 2 Stunden unterworfen, dann einem zweifachen Tempern unterworfen, welches Tempern ein Halten im Temperaturbereich von 120 bis 450 ºC für zwei Stunden und Luftabkühlung vorsah. Weiter wurden einige Stähle bei einer hohen Temperatur über 450 ºC für Vergleichszwecke getempert, nachdem sie der Lösungsglühbehandlung und der Unter-Null-Behandlung gleich denen der vorliegenden Erfindung unterworfen worden waren. Zusätzlich wurde der bekannte Stahl 37 nach dem im US-Patent Nr. 3 756 808 offenbarten Verfahren wärmebehandelt, d.h. er wurde einer Austenitisierungsbehandlung in der Weise unterworfen, daß er für eine Stunde bei 927 ºC gehalten und an Luft abgekühlt, weiter für eine Stunde bei 1150 ºC gehalten, auf 1038 ºC abgekühlt und bei dieser Temperatur für eine Stunde gehalten und dann an der Luft abgekühlt und danach einer Unter-Null-Behandlung von zwei Stunden bei -75 ºC unterworfen und weiter bei 260 ºC und 427 ºC getempert wurde. Nach den obigen jeweiligen Wärmebehandlungen wurden die Stähle einem Zugversuch bei Raumtemperatur unterworfen, um eine 0,2 % -Streckgrenze, die Zugfestigkeit, Dehnung und Querschnittsverringerung zu messen. Weiter wurde ein Bruchzähigkeitstest bei Raumtemperatur durchgeführt, um einen Bruchzähigkeitswert (KIC) zu messen. Tabelle 1 Strahl Nr. Chemische Zusammensetzungen Betrifft Rest einen erfundenen Stahl Strahl Nr. Chemische Zusammensetzungen Betrifft Rest einen erfundenen Stahl Strahl Nr. Chemische Zusammensetzungen Betrifft Rest einen erfundenen Stahl einen Vergleichsstahl einen bekannten Stahl Tabelle 2 Stahl Nr. Lösungslühbehandlung Unter-Null-Behandlung Tempern (zweimal) Streckgrenze * o.c. bedeutet Ölkühlung ** A.C. bedeutet Luftkühlung - Forts. - Tabelle 2 - Forts. - Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung Betrifft einen erfundenen Stahl das Verfahren vorliegender Erfindung Tabelle 3 Stahl Nr. Lösungslühbehandlung Unter-Null-Behandlung Tempern (zweimal) Streckgrenze - Forts. - Tabelle 3 - Forts. - Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung Betrifft einen erfundenen Stahl das Verfahrenvorliegender Erfindung 4 Stahl Nr. Lösungslühbehandlung Unter-Null-Behandlung Tempern (zweimal) Streckgrenze - Forts. - Tabelle 4 - Forts. - Zugfestigkeit Dehnung Querschnittsverringerung Betrifft einen erfundenen Stahl einen Vergleichsstahl das Verfahren vorliegender Erfindung ein Vergleichsverfahren das Verfahren vorliegender Erfindung - Forts. - Tabelle 4 - Forts. - Tabelle 5 einen bekannten Stahl einen erfundenen Stahl ein Vergleichsverfahren das Verfahren vorliegender Erfindung ein Vergleichsverfahren Tabelle 5 Stahl Nr. Rosttestergebnis mit 5%-Salzlösungssprühen bei 35ºC für 200 Stunden Bemerkungen Nicht gerostet Erfundener Stahl Stahl Nr. Rosttestergebnis mit 5%-Salzlösungssprühen bei 35ºC für 200 Stunden Bemerkungen Nicyht gerostet Erfundener Stahl Bekannter StahlSteel having a composition shown in Table 1 was melted in a vacuum furnace to prepare an ingot of 10 kg. The ingot thus obtained was subjected to a homogenization treatment at 1200 °C to 1300 °C, made into a body having a rectangular cross section of 20 mm thick x 45 mm wide by hot working, and further tempered at 760 °C. In Table 1, steels 1 to 32 are invented steels, steels 33 to 36 are comparative steels, and steels 37 and 38 are known steels, wherein steel 37 is alloy B disclosed in U.S. Patent No. 3,756,808 and steel 38 is AFC77 disclosed in U.S. Reissue Patent No. 26,225. As shown in Tables 2 to 4, these steels were treated by a method of the present invention, that is, they were subjected to a solution heat treatment at 950 to 1150 °C for one hour, oil quenched, further subjected to a subzero treatment at -75 °C for 2 hours, then subjected to a double tempering which included holding in the temperature range of 120 to 450 °C for two hours and air cooling. Further, some steels were tempered at a high temperature above 450 °C for comparison purposes after being subjected to the solution heat treatment and the subzero treatment similar to those of the present invention. In addition, the known steel 37 was heat treated by the method disclosed in U.S. Patent No. 3,756,808, that is, it was subjected to an austenitizing treatment so as to be suitable for held at 927 ºC for one hour and cooled in air, further held at 1150 ºC for one hour, cooled to 1038 ºC and held at that temperature for one hour and then cooled in air and thereafter subjected to subzero treatment for two hours at -75 ºC and further annealed at 260 ºC and 427 ºC. After the above respective heat treatments, the steels were subjected to a tensile test at room temperature to measure a 0.2% yield strength, tensile strength, elongation and area reduction. Further, a fracture toughness test was conducted at room temperature to measure a fracture toughness value (KIC). Table 1 Beam No. Chemical compositions Relates to rest an invented steel Beam No. Chemical compositions Relates to rest an invented steel beam No. Chemical compositions Remainder concerns an invented steel a comparison steel a known steel Table 2 Steel No. Solution annealing Sub-zero treatment Tempering (twice) Yield strength * oc means oil cooling ** AC means air cooling - cont. - Table 2 - continued - Tensile strength Elongation Reduction in cross-section Concerning an invented steel the process of the present invention Table 3 Steel No. Solution annealing Sub-zero treatment Tempering (twice) Yield strength - cont. - Table 3 - continued - tensile strenght Elongation Cross-sectional reduction Concerns an invented steel the process of the present invention 4 Steel No. Solution annealing Sub-zero treatment Tempering (twice) Yield strength - cont. - Table 4 - continued - Tensile strength Elongation Cross-sectional reduction Concerning an invented steel a comparative steel the process of the present invention a comparative process the process of the present invention - cont. - Table 4 - continued - Table 5 a known steel an invented steel a comparative method the method of the present invention a comparative method Table 5 Steel No. Rust test result with 5% saline solution spraying at 35ºC for 200 hours Remarks Not rusted Invented steel Steel No. Rust test result with 5% saline solution spraying at 35ºC for 200 hours Remarks Not rusted Invented steel Known steel

Wie in Tabelle 2 bis Tabelle 4 gezeigt ist, fand man, daß sämtliche der erfundenen Stähle 1 bis 32, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt wurden, eine hohe Zugfestigkeit von etwa 175 kgf/mm² oder mehr und eine hohe Bruchzähigkeit von etwa 250 kgf/mm². [mm] oder mehr hatten. Wie in den letzten beiden Zeilen der Tabelle 4 gezeigt ist, findet man jedoch, daß, wenn die erfundenen Stähle 1 und 2 bei 482 ºC getempert wurden, was höher als die Tempertemperatur des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung war, deren Zähigkeit erheblich verringert war, während im Fall der Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Tempertemperatur von 120 bis 450 ºC eine hohe Streckgrenze, eine hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit erhalten werden konnten, wie bei den erfundenen Stählen 1 bis 32 gezeigt ist. Zusätzlich weisen die Vergleichsstähle 33 bis 36 niedrige Werte der Zugfestigkeit und/oder der Bruchzähigkeit auf, auch wenn sie nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, und daher haben sie keine hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit zur gleichen Zeit. Die bekannten Stähle 37 und 38 haben eine niedrige Festigkeit und/oder Bruchdehnung, auch wenn sie nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, nach dem bekannten Verfahren im US-Patent Nr. 3 756 808 oder nach einem Vergleichsverfahren (einem Verfahren zum Tempern bei einer höheren Temperatur als der der vorliegenden Erfindung (einer Temperatur über 450 ºC)) behandelt wurden, und daher genügen sie nicht gleichzeitig den Anforderungen an hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit, obwohl der Grund dafür nicht offenbar ist.As shown in Table 2 to Table 4, it was found that all of the invented steels 1 to 32 heat-treated by the method of the present invention had a high tensile strength of about 175 kgf/mm2 or more and a high fracture toughness of about 250 kgf/mm2 [mm] or more. However, as shown in the last two rows of Table 4, it was found that when the invented steels 1 and 2 were annealed at 482 °C, which was higher than the annealing temperature of the method according to the present invention, their toughness was significantly reduced, while in the case of applying the method according to the present invention with an annealing temperature of 120 to 450 °C, a high yield strength, high strength and high toughness could be obtained as shown in the invented steels 1 to 32. In addition, the comparative steels 33 to 36 have low values of tensile strength and/or fracture toughness even when they have been treated by the process according to the present invention, and therefore they do not have high strength and high toughness at the same time. The known steels 37 and 38 have low strength and/or fracture elongation even when they have been treated by the process according to the present invention, by the known process in U.S. Patent No. 3,756,808 or by a comparative process (a process of tempering at a higher temperature than that of the present invention (a temperature above 450 °C)), and therefore they do not satisfy the requirements of high strength and high toughness at the same time, although the reason for this is not obvious.

Weiter wurde die Korrosionsbeständigkeit der erfundenen Stähle 1 bis 32 und des bekannten Stahls 37 mittels eines Salzlösungssprühtests überprüft, und das Ergebnis davon ist in der Tabelle 5 gezeigt. Man findet, daß die erfundenen Stähle ähnlich dem bekannten Stahl kein Rosten verursachen und daher eine gute Korrosionsbeständigkeit haben.Furthermore, the corrosion resistance of the invented steels 1 to 32 and the known steel 37 was checked by means of a salt solution spray test, and the result of which is shown in Table 5. It is found that the invented Steels similar to the well-known steel do not cause rust and therefore have good corrosion resistance.

Wie oben beschrieben, sind die erfundenen Stähle nichtrostende Stähle mit hoher Festigkeit, hoher Zähigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit, die bei bekannten nichtrostenden Stählen nicht erhalten werden, und sie können, wenn sie einer geeigneten Wärmebehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung unterworfen wurden, als Materialien verwendet werden, die gleichzeitig eine hohe Festigkeit, eine hohe Zähigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern, beispielsweise ein Fahrwerksbauteil oder Bolzen eines Flugzeugs, was zu einer erheblichen industriellen Wirkung führt, daß das Gewicht der Bauteile und Werkstücke im Vergleich mit bekannten Stählen verringert werden kann und deren Verläßlichkeit und Lebensdauer als hochfestes Material verbessert werden, auch wenn sie in einer stark korrosiven Umgebung verwendet werden.As described above, the invented steels are stainless steels having high strength, high toughness and good corrosion resistance, which are not obtained in known stainless steels, and they can, when subjected to an appropriate heat treatment according to the present invention, be used as materials requiring high strength, high toughness and high corrosion resistance at the same time, for example, a landing gear member or bolt of an aircraft, resulting in a significant industrial effect that the weight of the members and workpieces can be reduced in comparison with known steels and their reliability and durability as a high-strength material are improved even when used in a highly corrosive environment.

Claims

1. High strength, high toughness stainless steel consisting by weight of more than 0.16% but less than 0.25% C, not more than 2.0% S1, not more than 1.0% Mn, not more than 2.0% Ni, 11 to 15% Cr, not less than 0.5% but less than 3.0% Mo, 12 to 21% Co and the balance Fe and incidental impurities.

2. High strength, high toughness stainless steel, consisting by weight of 0.17 to 0.23% C, more than 0.25% but not more than 0.8% Si, not more than 1.0% Mn, 0.5% to 1.5% Ni, 12 to 13% Cr, 1.5% to 2.5% Mo, 14.5% to 16.5% Co and the balance Fe and incidental impurities.

3. High strength, high toughness stainless steel consisting by weight of more than 0.16% but less than 0.25% C, not more than 2.0% Si, not more than 1.0% Mn, not more than 2.0% Ni, 11 to 15% Cr, not less than 0.5% but less than 3.0% Mo, 12 to 21% Co, at least one selected from the group consisting of 0.1% to 0.5% V and less than 0.1% Nb, and the balance Fe and incidental impurities.

4. High strength, high toughness stainless steel consisting by weight of 0.17% to 0.23% C, more than 0.25% but not more than 0.8% Si, not more than 1.0% Mn, 0.5% to 1.5% Ni, 12% to 13% Cr, 1.5% to 2.5% Mo, 13.0% to 16.5% Co, at least one element selected from the group consisting of 0.1% to 0.5% V and less than 0.1% Nb selected and the remainder Fe and incidental impurities.

5. A process for producing a high-strength, high-toughness, stainless steel, comprising the steps of:

Producing a stainless steel having the composition of any one of claims 1 to 4;

Subjecting the stainless steel to a solution heat treatment at a temperature of 950 to 1150 ºC;

quenching the steel;

Subjecting the steel to a subzero treatment at a temperature of -50 to -100 ºC; and

Subjecting the steel to tempering at a temperature of 120 to 450 ºC,

having.