Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen ferritischen, rostfreien Stahl mit guter
Wetterbeständigkeit und gutem Spaltkorrosionswiderstand. Der erfindungsgemäße ferritische
rostfreie Stahl eignet sich für die Herstellung und Verwendung als
Fassadenverkleidung, als Teil für Elektrogeräte, als Füllwand bzw. Feld eines Fachwerks oder als
Gehäuse für Warmwasserbehälter. Die bis heute bekannten Materialien lassen sich nicht
über eine lange Zeit ohne erhebliche Instandhaltung nutzen und machen spezielle
Behandlungen im Hinblick auf die Wetterbeständigkeit und im Hinblick auf einen
Spaltkorrosionswiderstand erforderlich.
BESCHREIBUNG DES MAßGEBLICHEN STANDES DER TECHNIK:
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Die US-A-4,824,635 betrifft einen ferritischen rostfreien Stahl, der im wesentiichen
folgende Bestandteile in Gewichtsprozent aufweist: 0,0050 bis 0,0500 C, 10,00 bis 18,00
Cr, bis zu 0,50 Si, bis zu 0,50 Mn, mehr als 0,040 aber nicht mehr als 0,200 P, bis zu
0,030 5, bis zu 0,60 Ni, 0,005 bis 0,200 gelöstes Al (Sol. Al) und 0,0020 bis 0,0050 B,
wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind, und der eine
Längsrißübergangstemperatur von nicht mehr als -10ºC aufweist.
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Die EP-A-01 30220 betrifft eine korrosionsfeste Legierung, die, bezogen auf das
Gewicht, aufweist: 0,050% oder weniger C, 10,00 bis 18,00% Cr, 1,00% oder weniger Si,
1,00% oder weniger Mn, mehr als 0,040% und nicht mehr als 0,15% P, 0,050% oder
weniger 5, 0,60% oder weniger Ni, 0,005 bis 0,50% gelöstes Al, wobei der Rest Fe und
unvermeidbare Verunreinigung sind. Ziel dieser Entgegenhaltung ist es, eine spezielle
Behandlung zur Entfemung von P in einem Betriebskonverter zu vermeiden, indem
mehr als 0,040%, aber nicht mehr als 0,150% P hinzugegeben wird, so daß die
Verarbeitbarkeit und das Beizverhalten einer Legierung verbessert wird, ohne jedoch in
negativer Weise den Korrosionswiderstand zu beeinflussen.
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Die US-A-4,465,525 betrifft einen ferritischen Stahl mit guter Formbarkeit,
beispielsweise beim Tiefziehen, der 0,04 bis 0,1 Gew.% an C, 1,0 Gew.% oder weniger an Si, 0,75
Gew.% oder weniger an Mn, 10-30 Gew.% an Cr, 0,5 Gew.% oder weniger an Ni,
0,025 Gew.% oder weniger an N, 2-30 ppm an Bor und wahlweise 0,005 bis 0,4
Gew.% einer zusätzlichen Legierungskomponente, die Al enthält, und weiterhin
wahlweise
eine weitere zusätzliche Legierungskomponente, die wenigstens einen
Bestandteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 0,005 bis 0,6 Gew.% an Ti, 0,005 bis
0,4 Gew.% an Nb, V und Zr, 0,02 bis 0,50 Gew.% an Cu und 0,05 Gew.% oder
weniger an Ca und Ce, wobei die Summe der Bestandteile an C und N 0,0502 Gew.% oder
mehr beträgt, enthält.
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Eine weitere vorbekannte Druckschrift, die EP-A-0 050456, offenbart einen ferritischen
rostfreien Stahl, der eine verbesserte Formbarkeit und einen verbesserten
Furchenwiderstand (anti-ridging-property) aufweist. Diese Eigenschaften werden erzielt, indem ein
Aluminiumgehalt verwendet wird, der wenigstens dem doppelten Stickstoffgehalt
entspricht, und außerdem indem Gehalt an Tn-B begrenzt wird.
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Konventionelle rostfreie Stahlplatten, die als Materialien für die Fassadenverkleidung
verwendet werden, was eine Wetterbeständigkeit erforderlich macht, werden
überwiegend als relativ kleine Bauteile, wie beispielsweise Füllwände, Fensterrahmen bzw.
Blendverkleidungen, verwendet.
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In jüngster Zeit richtete sich das Interesse auf die besonderen Eigenschaften von
rostfreiem Stahl, wobei zu diesen Eigenschaften die gute Anpassbarkeit an die
Formgestaltung, das edle Erscheinungsbild, die gute Korrosionsbeständigkeit und die gute
Wetterbeständigkeit zählen. Es wurden Techniken entwickelt, derartige rostfreie Stähle
anzubringen. Daraus ergab sich ein gesteigertes Bedürfnis an rostfreien Stählen, die als
große Bauteile für die Fassadenverkleidung verwendet werden können, beispielsweise
als Materialien zur Dachabdeckung bzw. als Verkleidungsmaterialien.
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In diesem Fall wurden lackierte rostfreie Stahlplatten oder rostfreie Stahlplatten, die mit
einem Fluorkunststoff beschichtet worden waren, verwendet, beispielsweise als
Materialien für die Dachabdeckung.
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Konventionell galvanisierte Materialien für die Dachabdeckung weisen nach einer
Lakkierung den Nachteil auf, daß der Farbauftrag sich aufgrund von Alterung
verschlechtert. Die Nachteile von galvanisierten Eisenmaterialien lassen sich mit verschiedenen
Arten von rostfreien Stahlplatten beheben.
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Ferritische rostfreie Stähle, die der Norm SUS 303 (18Cr-8Ni) entsprechen, wurden
aufgrund ihrer hervorragenden Verarbeitbarkeit überwiegend als solche rostfreie
Stahlplatten verwendet, die lackiert werden sollen.
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Jedoch kann bei der Verwendung von lackierten rostfreien Stahlplatten bzw. mit
Fluorharz beschichteten Materialien, sofern das Beschichtungsmaterial matt ist, nicht das
silbrig-weiße metallische Schimmern erzielt werden, das der rostfreie Stahl üblicher
Weise aufweist. Sofern ein durchsichtiger Fluorharz als Beschichtungsmaterial
verwendet wird, kann das Erscheinungsbild der Oberfiäche des rostfreien Stahls aufgrund der
Alterung des Beschichtungsfilmes vemarbt sein. Darüber hinaus sind ferritische
rostfreie Stähle aufgrund des großen Anteils an teurem Ni zu teuer. Weiterhin ist der
Wärmeausdehnungskoeffient von austenitischen rostfreien Stahl ungefähr zwei mal so
hoch wie der von ferritischem rostfreiem Stahl, so daß austenitischer rostfreier Stahl
nicht zur Verwendung in länglichen Formen geeignet ist.
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Demgemäß haben ferritische rostfreie Stähle in jüngster Zeit starke Beachtung im
Zusammenhang mit der Fassadenverkleidung gefunden.
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Ferritische rostfreie Stähle, die als Material die Fassadenverkleidung, und insbesondere
als unbeschichtete Materialien für die Dachabdeckung, verwendet werden, müssen
eine gute Wetterbeständigkeit über eine lange Zeitdauer aufweisen, und zwar selbst
gegenüber Seesalz.
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Dort, wo ferritische rostfreie Stähle als Werkstoffe für Fassadenverkleidungsmaterialien,
wie beispielsweise Füllwände oder Blendverkleidungen, verwendet werden, muß, da
Walzformen oder Pressen bei der Verarbeitung von rostfreiem Stahl durchgeführt wird,
der bearbeitete Bereich ebenfalls eine gute Wetterbeständigkeit, einen guten
Korrosionswiderstand und einen guten Spaltkorrosionswiderstand aufweisen.
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Dementsprechend wurden Versuche untemommen, den Korrosionswiderstand eines
stark wetterbeständigen und stark rostbeständigen ferritischen Stahles dadurch zu
verbessern, daß die Prozentwerte von C und N verringert und die Prozentwerte von Cr
und Mo erhöht werden. Derartige ferritische rostfreie Stähle sind beispielsweise in der
japanischen Offenlegungsschnft Nr. sho 55-138058 offenbart.
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Jedoch führt lediglich eine Erhöhung der Anteile an Cr und Mo zu einem hochlegierten
Stahl, so daß die Herstellungskosten erhöht und damit die wirtschaftliche
Anwendbarkeit verringert wird.
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Darüber hinaus wird die Formbarkeit eines derartigen Stahls aufgrund der Verfestigung
verringert und die Verarbeitungseigenschaften des Stahls verschlechtern sich aufgrund
der gesteigerten Festigkeit.
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Es hat somit bis heute ein gesteigertes Bedürfnis nach einem kostengünstigeren
Material bestanden, dessen Wetterbeständigkeit, Rostbeständigkeit und
Spaltkorrosionswiderstand durch die Zugabe von anderen Elementen als Cr und Mo verbessert werden
kann, ohne jedoch einen Verlust an Formbarkeit des Materials oder einen Verlust des
Korrosionswiderstandes beim bearbeiteten Materlal hinzunehmen. Der vorliegenden
Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diesem Bedürfnis zu entsprechen. Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen ferritischen rostfreien Stahl
bereitzustellen, der im Vergleich zu konventionellen Stählen preiswerter ist und der
selbst in seinen bearbeiteten Bereichen, wie beispielsweise gebogenen oder
tiefgezogenen Bereichen, eine gute Wetterbeständigkeit und einen guten
Spaltkorrosionswiderstand aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um die obigen Aufgaben zu lösen, haben wir einen ferritischen rostfreien Stahl mit
guter Wetterbeständigkeit und gutem Spaltkorrosionswiderstand geschaffen. Unser neuer
Stahl ist in dem Anspruch angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt ein Schaubild des Einflusses der Zugabe an P auf, die Rostrate
nach sechs Monaten und fünf Jahren in einem Wetterbeständigkeitstest;
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Fig. 2 ist ein Schaubild zum Einfluß der Zugabe an einer Kombination von Ca
und Al auf das Lochfraßpotential bei einem um 180 Grad gebogenen
Bereich eines Metalls (R ungefähr 1 mm);
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Fig.3 ist ein Schaubild zum Einfluß der Zugabe an einer Kombination von Ca
und Al auf das Lochfraßpotential bei einem um 180 Grad gebogenen
Bereich eines Metalls (R = ungefähr 1 mm); eines Beizpotentials und dem
Biegewinkel der Probe aus Metall und
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Fig. 4 zeigt eine Darstellung der Form einer typischen Probe.
Ausführliche Beschreibung bevorzuater Ausführunasformen
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In einem ferritischen rostfreien Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung wird P in einer
Menge positiv zugegeben, die nicht zu einer Verschlechterung der Bearbeitbarkeit oder
der Anpassbarkeit bei der Verarbeitung des Stahl führt. Aufgrund seiner schädigenden
Wirkung wurde bis heute der Gehalt an P in ferritischem rostfreien Stahl soweit wie
möglich heruntergefahren.
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Ca sowie Al werden ebenfalls in geeigneten Anteilen hinzugegeben, um die Form und
die Verteilung von nichtmetallischen Einschl"ssen einzustellen und dadurch das
Oberflächenprofil
und die Reinheit des Metalls zu verbessern. Es hat sich herausgestellt,
daß die Wetterbeständigkeit und der Spaltkorrosionswiderstand eines bearbeiteten
Bereiches eines neuen ferritischen rostfreien Stahles verbessert werden.
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Wenn ein ferritischer rostfreier Stahl als Material für die Fassadenverkleidung eines
Gebäudes, wie beispielsweise als Füliwand oder Blendverkleidung, verwendet wird,
wird das Metall durch Walzformen, Pressen oder Plattenbearbeitung (Panel Working)
gebogen oder tiefgezogen. Dementsprechend kann die Oberfiäche eines bearbeiteten
Metallbereichs abhängig von der Reinheit des Materials rauh werden oder Risse
aufweisen. Rost breitet sich von einem rauhen Abschnitt oder einem feinen Riß aus, was
zur Verringerung der Wetterbeständigkeit des rostfreien Stahles führt.
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Dort, wo das Gebäudematerial unter Verwendung von Schrauben und dergleichen
verbunden wird, muß, da ein Riß erzeugt wird, der rostfreie Stahl einen
Spaltkorrosionswiderstand aufweisen.
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Normalerweise wurden keine Bemühungen unternommen, die auf die positive Zugabe
von P zu einem ferritischen rostfreien Stahl gerichtet waren. Die vorliegenden Erfinder
haben jedochsystematisch den Einfluß von P auf die Wetterbeständigkeit, die
Rostbeständigkeit und den Spaltkorrosionswiderstand des Stahles untersucht. Es hat sich
dabei herausgestellt, daß eine Verringerung der Herstellungseigenschaften und der
Verarbeitbarkeit, die durch die Zugabe von P verursacht werden, durch die Zugabe von Ca
und Al, mit denen die Form und die Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen
eingestellt wird und somit die Reinheit und die Oberfiächeneigenschaft des Stahl
verbessert werden kann, kompensiert werden kann. Die vorliegenden Erfinder haben
außerdem herausgefunden, daß Ca und Al zu einem Material führen, dem zu Verbesserung
der Wetterbeständigkeit und des Spaltkorrosionswiderstandes P in einer Menge
zugegeben werden kann, wie sie durch die JIS festgelegt ist oder sogar darüber. Das heißt,
daß das Material sich zur Verwendung als Werkstoff für die Fassadenverkleidung von
Gebäuden eignet, selbst wenn der Stahl gebogen werden soll, da dieser weniger Rost
hervorruft und ein schöneres Erscheinungsbild aufweist.
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Wie oben bereits erwähnt worden ist, richteten sich die Bemühungen vornehmlich
darauf, den Anteil an P in einem ferritischen rostfreien Stahl zu verringern, da man einen
schädigenden Einfluss von P annahm. Es wurde dabei angenommen, daß P die
Festigkeit eines ferritischen rostfreien Stahles verringert und die
Verarbeitungseigenschaften des Stahles verschlechtert.
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Genauer gesagt, ist es bekannt, daß P in negativer Weise die
Verarbeitungseigenschaften eines ferritischen Stahles beeinflußt, da es vollständig segregiert, was zu
einem Anstieg der Warmrisseigenschaften des Stahls und zur Beschleunigung der
Rissempfindlichkeit von geschweißten Bereichen des Stahles führt.
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Dementsprechend wurde P als äußerst schädlich in ferritischen rostfreien Stählen
angesehen, die eine kubisch-raumzentrierte Gitterstruktur aufweisen und deren Festigkeit
somit geringer als diejenige von austenitischem rostfreiem Stahl ist. Dementsprechend
wurde sich bemüht, den Gehalt an P soweit wie möglich zu verringern.
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Tatsächlich bestimmt die JIS 430, daß der Gehalt an P, der einem hoch chromhaltigen
ferritischen rostfreien Stahl, wie beispielsweise SUS447J1 zugegeben wird, 0,3% oder
weniger sein soll. Bezüglich anderer Arten von Stählen verringert P die Festigkeit und
die Bearbeitbarkeit, und JIS 430 legt fest, daß der Anteil an P 0,04% oder weniger zu
sein hat.
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Bezüglich des Einflusses von P auf die Wetterbeständigkeit eines rostfreien Stahls
beschreibt "Stainless Steel Hand Book", veröffentiicht von Nikkan Kogyo Shinbunsha auf
Seite 359, daß die Anwesenheit von P in einem rostfreien Stahl, sofern dieses
vollständig in fester Lösung vorliegt, kaum irgendeine Wirkung zeigt und daß mit einem
Anstieg des Anteils an P die Lochfraßempfindlichkeit ansteigt, was zu einer
Verringerung des Korrosionswiderstandes führt.
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Gemäß den oben beschriebenen Umständen wurde die Anwesenheit von P in einem
ferritischen rostfreien Stahl als sehr schädlich für den rostfreien Stahl angesehen. Es
wurden Bemühungen unternommen, den Gehalt an P soweit wie möglich zu verringern.
Jedoch haben die vorliegenden Erfinder die Vorzüge einer positiven Zugabe an P in
einen ferritischen rostfreien Stahl entdeckt, wie dies in der vorliegenden Anmeldung
ausführlich beschrieben wird.
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Die positive Zugabe von P zu einem ferritischen rostfreien Stahl wurde beispielsweise in
den japanischen Patentveröffentlichungen Nr. sho 55-122856, 60-248868 und 61-
12825 vorgeschlagen. Obwohl jedoch jede der Patentanmeldungen offenbart, daß die
positive Zugabe von P die sekundäre Bearbeitbarkeit (Secondary Workability), die
Beizeigenschaft und die Hochtemperatureigenschaften verbessert, erwähnen diese
überhaupt nicht den Korrosionswiderstand.
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Im Folgenden werden die Zeichnungen erläutert:
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Fig. 1 zeigt den Einfluß von P auf die zeiuiche Veränderung der Rate der korrodierten
Fläche eines 13Cr-0,5Mo-0,2Nb-0,02(C+N) Stahles, der Ca und Al enthält.
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Es ergibt sich aus der Darstellung gemäß Fig. 1, daß ein rostfreier Stahl, dem 0,04%
oder mehr an P zugegeben worden ist, eine gute Wetterbeständigkeit im Vergleich zu
einem rostfreien Stahl aufweist, der 0,04% oder weniger an P enthält, wie dies JIS
vorgibt.
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Fig. 2 verdeutlicht den Einfluß von Al und Ca auf das Lochfraßpotential eines um 180
Grad gebogenen Bereiches (Biegeradius R = 1 mm) eines 18Cr-0,2Mo-0,005C-0,01N
Stahles.
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Das Lochfraßpotential wurde in einer 30ºC warmen, 3,5%-igen NaCl-Lösung in
Übereinstimmung mit JIS G 0577 gemessen. Das Lochfraßpotential ist das Potential, bei
dem die Stromdichte einen Wert von 10 µA/cm² erreicht.
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Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 läßt sich die Wirkung der Zugabe an Al bei einem
Stahl, der 0,06 bis 0,07% an P und 15 ppm an Ca enthält, im Vergleich zu einem Stahl,
der kein Ca enthält, ablesen und es ergibt sich weiterhin, daß sich die Wirkung einer
verbundenen Zugabe an Al und Ca bei einem rostfreien Stahl zeigt, der ungefähr 0,06
bis 0,07% P und ungefähr 15 ppm an Ca enthält.
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Fig. 3 verdeutlicht die Ergebnisse von Messungen des Lochfraßpotentials, das im
Anschluß an einen Biegetest ermittelt wurde, bei dem jede Probe Nr.6 und Nr.7 gemäß
der Darstellung in Tabelle 1 um einen Winkel in einem Bereich von 0 Grad bis 180 Grad
in Intervallen von jeweils 20 Grad gebogen wurde.
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Es ergibt sich aus der Darstellung gemäß Fig. 3, daß für Probe Nr.6 (Ca als
Spurenelement, Al: 0,05%: Vergleichsbeispiel) und für Probe Nr.7 (Ca: 23 ppm, Al: 0,06%:
erfindungsgemäßes Beispiel) mit zunehmendem Biegewinkel der Unterschied beim
Lochfraßwiderstand des Stahles ansteigt und daß Stahl, dem Ca zugegebenen worden
ist, einen guten Lochfraßwiderstand im Vergleich zu einem Stahl aufweist, der kein Ca
enthält.
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Die vorliegenden Erfinder haben die Wirkung einer Zugabe einer Kombination von Ca
und Al untersucht und herausgefunden, daß die Zugabe einer Kombination Ca und Al
in erheblichem Maße die Mängel, Form und Verteilung von nichtmetallischen
Einschlüssen beeinflußt.
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* gemäß JIS G0555 "Verfahren zur mikroskopischen Untersuchung von
nichtmetallischen Einschlüssen eines Stahls"
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Aus der obigen Darstellung ergibt sich, daß nicht nur die Wetterbeständigkeit und der
Spaltkorrosionswiderstand einer flachen Platte, sondern auch derjenige eines
bearbeiteten Bereiches durch die Zugabe von P mit einem Anteil von mehr als 0,04 Gew.%
gemäß der Vorgabe nach JIS und die weitere Zugabe von Ca und Al verbessert
werden kann.
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P, welches ein billiges Element ist, kann ein Element wie beispielsweise Cr oder Mo
ersetzen, welches sich zur Verbesserung der Wetterbeständigkeit und des
Spaltkorrosionswiderstandes eignet, wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Darüber
hinaus können die Materialkosten und die zur Entfernung von P aufzubringenden
Kosten gesenkt werden, da das üblicherweise notwendige Verfahren zur Entfernung der
Menge an P verkürzt oder auf dieses ganz verzichtet werden kann. Dementsprechend
ist der fertigungstechnische Beitrag des erfindungsgemäßen Stahles erheblich.
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Die Gründe zur Beschränkung der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls
in den voranstehend beschriebenen Bereichen wird nun ausführlich beschrieben.
Sofern nichts anderes bestimmt ist, wird mit der Ausnahme von Ca, welches in parts per
million (ppm) ausgedrückt wird, jede Einheit in Gewichtsprozent angegeben.
C,N:
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C und N sind Elemente, die erheblich die Warmbearbeitbarkeit, die Festigkeit und die
Rostbeständigkeit beeinflussen. Da die Bearbeitungseigenschaft des
erfindungsgemäßen Stahls sich aufgrund der Zugabe von P verschlechtert, wird der obere Grenzwert
von C auf 0,05% und von N auf 0,10% festgelegt, um die Verarbeitungseigenschaften
und die Bearbeitbarkeit sicherzustellen. Da außerdem die bei der Verringerung dieser
Elemente erzielte Wirkung keinen Grenzwert hat, d.h., je weniger Anteil an C bzw. N
desto besser, gibt es für diese keinen unteren Grenzwert. Aus fertigungstechnischer
Sicht liegt ein wünschenswerter Anteil an C ≥ 10 ppm und ein wünschenswerter Anteil
an N ≥ 20 ppm.
Cr:
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Cr ist ein wesentliches Element, welches den Grundkorrosionswiderstand des
erfindungsgemäßen Stahles bestimmt. Obwohl ein Anstieg des Gehaltes an Cr den
Korrosionswiderstand verbessert, verschlechtert eine Zugabe von Cr mit einem Anteil von
mehr als 20% die Bearbeitbarkeit des Stahles, dem P zugegeben worden ist,
insbesondere seine Duktilität, was das Walzformen bzw. die Plallenbearbeitung erschwert und
leicht zu Rissen an den Stellen führt, wo das Metall bearbeitet worden ist.
Dementsprechend wird der obere Grenzwert von Cr auf weniger als 20% festgelegt. Da außerdem
eine Zugabe an Cr mit einem Anteil von weniger als 11 % keinen ausreichenden
Korrosionswiderstand und keine ausreichende Wetterbeständigkeit bietet, wird der untere
Grenzwert für Cr bei 11 % festgelegt. Ein wünschenswerter Anteil an Cr liegt bei
ungefähr 15% bis ungefähr 18%.
Si:
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Si wird als Reduktionsmittel hinzugefügt und bewirkt einen verbesserten
Oxidationswiderstand und eine verbesserte Reinheit.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß die Zugabe von Si
zu einer verbesserten Wetterbeständigkeit und zu einer verbesserten
Rostbeständigkeit führt. Der obere Grenzwert von Si wird bei 1,0% festgelegt, da die übermäßige
Zugabe von Si die Dehnung und Festigkeit aufgrund von Festiösungsverfestigen
verringert.
Mn:
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Mn ist ein Element, welches ein austernitisches Gefüge bei hohen Temperaturen und
ein martensitisches Gefüge in einem Stahl, der im Anschluß an eine
Hochtemperaturbehandlung abgekühlt wird, erzeugt. Mn ist ein Reduktionsmittel bei der Herstellung von
Stahl. Da die Zugabe von Mn mit einem Anteil oberhalb von 1,0% schlecht für die
Warmbearbeitbarkeit ist, wird der obere Grenzwert von Mn auf 1,0% festgelegt. Ein
wünschenswerter Anteil an Mn liegt bei ungefähr 0,3% oder weniger.
S:
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5 wirkt sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften und die Schweißbarkeit
eines Stahles aus. Da sich außerdem Rost von den Einschlüssen, wie beispielsweise Mn
oder 5, her ausbreitet, verringert die Anwesenheit von 5 die Wetterbeständigkeit und
die Rostbeständigkeit. Dementsprechend führt jede Verringerung des Anteils an 5 zu
einer Verbesserung. Da insbesondere die Anwesenheit von 5 mit einem Anteil oberhalb
von 0,03% erheblich die Wetterbeständigkeit, die Rostbeständigkeit und den
Spaltkorrosionswiderstand verschlechtert, wird der obere Grenzwert für 5 auf 0,03% festgelegt.
Ein wünschenswerter Anteil an 5 liegt bei ungefähr 0,07% oder weniger.
Al:
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Al hat eine reduzierende Wirkung und wird somit als Reduktionsmittel zugegeben.
Darüber hinaus begrenzt die Anwesenheit von Al die Ausbildung von MnO bzw. FeO, die
die Durchdringung des Produktes mit Refraktärmaterialien beschleunigt, in gleicher
Weise wie Silikat, so daß der Gehalt an oxidischen Einschlüssen, die durch die
Durchdringung des Produktes mit Refraktärmaterialien gebildet werden, verringert wird und
die Verarbeitungseigenschaft und die Bearbeitbarkeit verbessert wird. Die Zugabe von
Al mit einem Gehalt von oberhalb von 0,5% beschleunigt die Ausbildung von
Makroeinschlüssen und verringert die Bearbeitbarkeit aufgrund der Streuung der Einschlüsse, so
daß als oberer Grenzwert 0,5% angegeben wird. Ein wünschenswerter Anteil an Al liegt
bei ungefähr 0,1 % oder weniger. Da außerdem die Zugabe von Al mit einem Gehalt
von weniger als ungefähr 0,01 % im wesentiichen keine Wirkung zeigt, wird der untere
Grenzwert für die Zugabe von Al auf ungefähr 0,01 % oder mehr festgelegt.
Ca:
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Ca verbessert die Reinheit und die Oberflächeneigenschaft des erfindungsgemäßen
Stahles, verbessert das Verhalten des Stahles und beeinflußt die Form und die
Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen. Das heißt, daß Ca eine Wirkung bei der
Anpassung der Form und Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen des reduzierten
Stahles hat, Ca also keine kontinuierlich spröde Schicht aus Einschlüssen ausbildet,
jedoch wirksam zur Ausbildung von sogenannten monotektischen Einschlüssen ist, die
eine hervorragende Duktilität aufweisen, wodurch die Bearbeitbarkeit verbessert wird.
Die Zugabe von Ca mit einem Gehalt von 5 ppm oder mehr hat demnach die Wirkung,
daß die durch die Einschlüsse in dem bearbeiteten Bereich verursachten Risse
verringert werden und hat weiterhin die Wirkung, daß bei einer Zugabe in Verbindung mit P
die Wetterbeständigkeit und der Spaltkorrosionswiderstand verbessert wird. Die
übermäßige Zugabe von Qa verschlechtert jedoch die Oberflächeneigenschaft und den
Korrosionswiderstand aufgrund der Ausbildung von CaO. Somit ist der obere Grenzwert mit
50 ppm vorgegeben. Ein wünschenswerter Gehalt an Ca liegt bei ungefähr 3 ppm bis
ungefähr 15 ppm.
P:
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P bewirkt eine Verbesserung des Korrosionswiderstandes, der Wetterbeständigkeit und
des Spaltkorrosionswiderstandes. Die Wirkung, die mit der Zugabe von P erzielt
werden kann, wird offensichtlich, wenn P mit einem Gehalt von mehr als 0,04% zugegeben
wird. Dementsprechend wird der untere Grenzwert auf mehr als 0,04% festgelegt. Die
Zugabe von P mit einem Gehalt von mehr als 0,2% verschlechtert nicht nur die
Bearbeitbarkeit und die Verarbeitungseigenschaften, sondern auch die Rostbeständigkeit.
Somit wird der obere Grenzwert auf 0,2% festgelegt. Ein bevorzugter Gehalt an P liegt
bei mehr als ungefähr 0,04% und ungefähr 0,1% oder weniger.
Mo:
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Mo ist ein Element, welches den Korrosionswiderstand und die Wetterbeständigkeit des
erfindungsgemäßen Stahles wesentiich verbessert und welches sehr wirkungsvoll bei
der Verbesserung der Rostbeständigkeit, des Lochfraßkorrosionswiderstandes und des
Spaltkorrosionswiderstandes ist. Darüber hinaus wird die durch die Zugabe von Mo
erzielte Wirkung weiter dadurch verstärkt, daß der Gehalt an zugegebenem Cr erhöht
wird. Da jedoch die Zugabe von Mo mit einem Gehalt von mehr als 6,0% die Festigkeit
verringert und die Verarbeitungseigenschaften wesentlich verschlechtert, wodurch der
wirtschaftliche Nutzen verschlechtert wird, ist der wünschenswerte Gehalt an Mo
beschränkt auf 6,0% oder weniger. Ein bevorzugter Anteil liegt bei ungefähr 2,0% oder
weniger.
Ni. Co. Cu:
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Ni, Co und Cu bewirken eine Verbesserung der Wetterbeständigkeit, des
Korrosionswiderstandes, des Oxidationswiderstandes und des Spaltkorrosionswiderstandes. Ni und
Co bewirken außerdem eine Verbesserung der Festigkeit. Die Zugabe von Cu mit
einem Gehalt von oberhalb von 1,0% verschlechtert die Warmbearbeitbarkeit und führt
zu einem Härten des Stahles. Die Zugabe von Ni bzw. Co mit einem Gehalt oberhalb
von 3,0% verringert die Bearbeitbarkeit und somit den wirtschaftlichen Nutzen. Mithin
wird ein wünschenswerter Gehalt von Ni oder Co mit 3% oder weniger und ein
wünschenswerter Gehalt an Cu mit 1,0% oder weniger festgelegt. Bevorzugter ist ein
Gehalt an Ni, Co und Cu in entsprechender Reihenfolge von ungefähr 1,0% oder weniger,
ungefähr 1,0% oder weniger oder ungefähr 0,6% oder weniger.
Nb. Ti. V. Zr. Ta. W. B:
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Nb, Ti, V, Zr, Ta, W und B sind Karbid und Nitrit bildende Elemente und verbessern die
Wetterbeständigkeit, die Formbarkeit und den Korrosionswiderstand eines
geschweißten Bereiches. Wenn der Gehalt an Nb, Ti, V, Zr, Ta oder W 1,0% übersteigt und der
Gehalt an B 0,05% "bersteigt, ergibt sich eine Sättigung der durch die Zugabe erzielten
Wirkung und die Bearbeitbarkeit verschlechtert sich. Dementsprechend wird ein
gewünschter Gehalt an Nb, Ti, V, Zr, Ta oder W auf 1,0% oder weniger festgelegt. Wenn
der Gehalt an B, welches die sekundäre Bearbeitbarkeit verbessert, 0,05% übersteigt,
ergibt sich eine Sättigung der durch die Zugabe erzielten Wirkung und die
Bearbeitbarkeit verschlechtert sich. Somit wird ein gewünschter Gehalt an B auf 0,05% oder
weniger festgelegt. Bevorzugtere Gehalte an Nb, Ti, V, Zr, Ta, W und B sind in
entsprechender Reihenfolge: ungefähr 0,5% oder weniger, ungefähr 0,3% oder weniger,
ungefähr 0,2% oder weniger, ungefähr 0,3% oder weniger, ungefähr 0,3% oder weniger,
ungefähr 0,2% oder weniger und ungefähr 0,02% oder weniger.
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Der ferritische rostfreie Stahl, dem gemäß der vorliegenden Erfindung P zugegeben
worden ist, zeigt eine gute Wetterbeständigkeit und einen guten
Spaltkorrosionswiderstand und kann somit als Werkstoff für Materialien für zu bearbeitende
Fassadenverkleidungen (Material für die Dachabdeckung oder Füllwände für die äußere
Verkleidung), Gehäuse für Warmwassertanks oder als zu beschichtendes Material verwendet
werden. Der erfindungsgemäße Stahl kann aus geschmolzenem Stahl, der die oben
beschriebene Zusammensetzung aufweist, in einem üblichen Herstellungsverfahren
hergestellt werden, d.h., indem ein Schmelzen durchgeführt wird, ein Warmwalzen, ein
Glühen, ein Säurebeizen, ein Kaltwalzen, ein Glühen, (ein Säurebeizen) und ein
Fertigwalzen (Nachwalzen).
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Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Stahl, unabhängig davon, welche
Verwendung vorgesehen ist, beispielsweise eine heißgewalzte geglühte Platte oder eine
kaltgewalzte geglühte Platte (Nr.2 D-Finish, Nr.2 B-Finish, blank geglühtes Finish,
Haarriß-Finish (hair line-finish), poliertes Finish oder Schleif-Finish), wenn der Stahl
beispielsweise mittels Walzverformung bearbeitet worden ist, in dem verformten Bereich
einen guten Korrosionswiderstand, eine gute Wetterbeständigkeit und einen guten
Spaltkorrosionswiderstand auf.
BEISPIELE:
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Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich beschrieben.
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Jeder 30 kg umfassende Stahlblock, der eine Zusammensetzung gemäß der
Darstellung in Fig. 1 aufwies, wurde in einem Hochfrequenz-Vakuum-Ofen geschmolzen und
dann bei einer Temperatur von 1250ºC über die Dauer von einer Stunde erwärmt, um
ein 4 mm dickes warmgewalztes Blech zu schaffen. Danach ließ man das
warmgewalzte Blech abkühlen, um ein warmgewalztes geglühtes Blech zu schaffen. Danach wurde
das Blech sandgestrahlt und dann säuregebeizt und auf eine Dicke von 0,6 mm
kaltgewalzt. Das kaltgewalzte Blech wurde erneut über die Dauer von 30 Sekunden in
einem Temperaturbereich zwischen 950ºC und 1150ºC erwärmt. Danach ließ man es
abkühlen.
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Das derart geschaffene Material wurde in der in Fig. 1 gezeigten Weise bearbeitet. Das
heißt, ein um 180º gebogener Bereich, der einen Biegeradlus von R = 1 mm aufwies,
wurde in dem Material ausgebildet und gekreuzte Schlitze, die jeweils die Abmessung
von 5 cm x 5 cm aufwiesen, wurden in dem flachen Plattenbereich des Materials
ausgebildet.
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Ein Wetterbeständigkeitstest (JIS Z 2381) wurde an den bearbeiteten Probestücken
durchgeführt, um die Wetterbeständigkeit (die Rate der rostenden Fläche) der Probe zu
untersuchen. Der Test wurde durchgeführt, indem die Probenstücke, und zwar zwei für
jede Probe, auf einem mit einem Abstand von 50 m von der Küste angeordneten
Gestell, das nach Süden ausgerichtet war und einen Neigungswinkel von 36 Grad aufwies,
für die Dauer von drei Jahren der Atmosphäre ausgesetzt wurden. Das Testverfahren
wurde in Übereinstimmung mit JIS durchgeführt.
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Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des Testes, die nach einer dreijährigen Versuchsphase
erzielt werden konnten, wobei die Ergebnisse die folgenden Bestandteile umfassen:
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(1) Der Anteil der rostenden Fläche (%), die eine Abmessung von 10 cm x 10 cm
auf einem flachen Oberflächenbereich aufweist
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(2) der Korrosionswiderstand der gekreuzten Schlitzbereiche:
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x Rosten
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O kein Rosten
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OOx zwei gekreuzte Schlitze wiesen keinen Rost auf,
wohingegen ein gekreuzter Schlitz rostete.
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Außerdem wurde an den Proben ein Test des Spaltkorrosionswiderstandes
durchgeführt.
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Tabelle 2 zeigt auch die Ergebnisse dieses Testes.
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Der Test des Spaltkorrosionswiderstandes wurde durchgeführt, in dem ein Loch mit
einem Durchmesser von 5 mm in jeder der Proben ausgebildet wurde und die Probe in
1 0%-ige Eisenchloridlösung, 3% Salzwasser, über die Dauer von 24 Stunden
eingetaucht wurde. Das Vorliegen oder Fehlen von gebildeter Korrosion wurde visuell erfaßt.
Die Auswertungssymbole für diesen Test sind die folgenden:
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Spaltkorrosion wurde bei einer Testtemperatur von 40ºC hervorgerufen
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o Spaltkorrosion wurde bei einer Testtemperatur von 45ºC hervorgerufen
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keine Spaltkorrosion wurde bei einer Testtemperatur von 45ºC hervorgerufen.
Darüber hinaus wurde das Lochfraßpotential (MWSSCE, gesättigte Kalomel-
Elektrode) eines um 180 Grad gebogenen Bereiches jeder der Proben gemessen.
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Tabelle 2 zeigt ebenfalls die Ergebnisse dieser Messung.
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Das Lochfraßpotential wurde in Übereinstimmung mit JIS G 0577 gemessen, indem
eine Probe mit einem um 180 Grad gebogenen Bereich in 30ºC warme, 3,5%-ige NACl-
Lösung getaucht wurde und dann das Potential gemessen wurde, bei dem die
Stromdichte 10 µA/cm² erreicht.
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Je höher das Lochfraßpotential, desto besser der Lochfraßkorrosionswiderstand.
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Die Messung des Lochfraßpotentials wurde für jede Probe fünfmal durchgeführt und
der mittlere Wert der ermittelten Werte wurde als Meßwert verwendet.
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Wie sich aus der Darstellung der Tabellen 1 und 2 ergibt, zeigte der erfindungsgemäße
Stahl gute Ergebnisse bei allen Tests, die den Anteil an rostender Fläche, die Korrosion
in den gekreuzt geschlitzten Bereich, die Korrosion in einem um 180 Grad gebogenen
Bereich, den Spaltkorrosionswiderstand und das Lochfraßpotential des um 180 Grad
gebogenen Bereiches umfassen.
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Wie sich aus der voranstehenden Beschreibung ergibt, stellt ein ferritischer rostfreier
Stahl mit einer Kombination von zugegebenen Ca, Al und P gemäß der vorliegenden
Erfindung einen niedrig legierten Stahl im Vergleich zu einem konventionellen Stahl dar
und weist einen bearbeiteten Bereich auf, der eine gute Wetterbeständigkeit und eine
gute Rostbeständigkeit zeigt. Außerdem zeigt der erfindungsgemäße Stahl einen guten
Spaltkorrosionswiderstand, kann bei geringen Kosten hergestellt werden und läßt sich
somit sehr wirkungsvoll für industrielle Zwecke einsetzen.
Tabelle 1-1 Chemische Zusammensetzung der Proben (Gewichtsprozent)
Tabelle 1-2 Chemische Zusammensetzung der Proben (Gewichtsprozent)
Tabelle 1-2 Chemische Zusammensetzung der Proben (Gewichtsprozent)
Tabelle 2-1 Ergebisse des Korrosionstests
Tabelle 2-2 Ergebisse des Korrosionstests
Tabelle 2-3 Ergebisse des Korrosionstests