DE897423C

DE897423C - Chromstahllegierung von hohem Korrosionswiderstand

Info

Publication number: DE897423C
Application number: DEP30408D
Authority: DE
Inventors: Arved E G Van Dr Phil Vegesack; Arved Eduard Gaston T Vegesack
Original assignee: Uddeholms AB
Current assignee: Uddeholms AB
Priority date: 1942-02-14
Filing date: 1943-02-04
Publication date: 1953-11-19

Description

Chromstahllegierung von hohem Korrosionswiderstand Die Erfindung betrifft eine warm verarbeitbare Chromstahllegierung, die infolge kleiner Zusätze von Antimon besonders hohen Korrosionswiderstand aufweist und daher rostfrei ist.
Antimonzusätze zu Eisenlegierungen sind an sich bekannt. In den meisten Fällen handelt es sich jedoch nicht um rostfreien und überhaupt nicht um schmiedbaren Stahl, sondern um Stahlguß und Eisenlegierungen. Diese sollen im Vergleich zu entsprechendem antimonfreiem Werkstoff erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber atmosphärischer Korrosion und dem Angriff von Humussäure, salzhaltigem Grundwasser u. dgl. erhalten. Als besonders widerstandsfähig gegenüber dem Angriff von Salzsäure ist in der deutschen Patentschrift 691325 eine Legierung mit nachfolgender Zusammensetzung vorgeschlagen worden: o,o3 bis 0,5 °/o C, 15 bis 18 l)/, Sb, o bis 5 °/o Mo, o bis 5 °/o W, Rest Eisen mit den in demselben gewöhnlich vorkommenden Nebenbestandteilen.
Diese Legierung läßt sich weder schmieden noch warm oder kalt walzen, sie kann aber nach geeigneter Wärmebehandlung mit spanabhebenden Werkzeugen bearbeitet werden.
Ferner ist durch die österreichischen Patentschriften Nr. 147 159 und 150 293 eine Eisenlegierung von folgender Zusammensetzung bekannt: o bis i °/o C, io bis 25 °/o Cr, 2o bis 40 °/o Ni, i bis io °/o Mo, o bis io °/o Cu, 0,5 bis 7 % Sb, Rest Eisen mit den in demselben gewöhnlich vorkommenden Nebenbestandteilen. Diese Legierung gehört zweifellos zur Klasse der rostfreien Eisenlegierungen. Sie soll sich durch besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Angriff von Salzsäure auszeichnen. Ihre Zusammensetzung liegt jedoch weit außerhalb des Bereichs der analytischen Grenzen der allgemein üblichen Typen von rostfreiem Stahl. Der Gehalt an Legierungselementen ist außerordentlich hoch: Chrom, Nickel und Molybdän allein bilden zusammen mindestens 31% und gegebenenfalls bis zu 75 0/ö; dazu kommen noch evtl. bis zu 7 0/0 Antimon und bis zu io 0/0 Kupfer. Durch Versuche wurde festgestellt, daß ein höherer Gehalt an Antimon die Warmverarbeitbarkeit zum Schwinden bringt. Aus den Versuchsergebnissen seien nachstehende zwei Beispiele herausgegriffen Beispiel i_ Ein Stahl vom Typus o,io 0/0 C, 14 0/0 Cr war bis auf ein Maximum von 0,5-,(/,) Sb noch schmiedbar. Bei einem Sb-Gehalt von o,64(1/, aufwärts dagegen entstanden beim Schmieden Brüche, die mit steigendem Sb- Gehalt immer zahlreicher wurden. Es wurden insgesamt achtzehn Schmelzen mit Sb-Gehalten von o,oo 0/0 bis 2,4 0/0 ausgeführt. Beispiel z '- -Ein Stahl vom Typus o,io 0/0 C, 18 0/0 Cr und iö 0/0 Ni war bis auf ein Maximum von 0,24 0/0 Sb schmiedbar. Aber von 0,3)/, Sb aufwärts entstanden beim Schmieden Brüche. Es wurden insgesamt fünfzehn Schmelzen mit Sb-Gehalten von o,oo 0/0 bis- o,9-010 hergestellt.
Im Gegensatz zu diesen bekannten Eisen- und Stahllegierungen bezieht sich die Erfindung auf rostfreie Stähle gewöhnlicher Art mit Eisengehalten von 68 bis 88 0/0, die entweder ganz nickelfrei sind oder Nickel bis zu 15 0/0 enthalten. Diese Stähle werden erfindungsgemäß durch geringe Zusätze von Antimon in ihren Korrosionseigenschaften wesentlich verbessert. Antimonzusätze zu gewissen hartbaren,' hochgekohlten, rostfreien Stählen mit absichtlich erhöhten Stickstoffgehalten sind zwar bekannt (britische Patentschrift Nr. 504 224), die Erfindung bezieht sich aber nur auf rostfreie Stähle von normalem Stickstoffgehalt, wie er durch unbeabsichtigte Verunreinigung bedingt ist.
Wie eine große Anzahl von Analysen ergeben hat, beträgt dieser normale Stickstoffgehalt gewöhnlich o,oi bis o,o2 0/0. Er steigt nur ausnahmsweise auf 0,03"/,.
Die Warm- und Kaltverarbeitbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten Stähle wird durch die vorgeschlagenen kleinen Antimonzusätze nicht wesentlich geändert. Auch die mechanischen Eigenschaften ändern sich nur unbeträchtlich. Dagegen wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosionsangriffen wesentlich erhöht, so daß sich. die Stähle gemäß der Erfindung insbesondere zur Herstellung von Rasierklingen eignen.
Um diese günstigen Eigenschaften zu erreichen, ist es erfindungsgemäß erforderlich, daß alles zugesetzte Antimon bei der Temperatur der Warmverarbeitung sich im Stahl in fester Lösung befindet. Die Sättigungsgrenze der festen Antimonlösung bei der Temperatur der Warmverarbeitung ist somit auch die obere Grenze für den zulässigen Antimongehalt. Anderseits ist wiederum die Sättigungsgrenze der festen Lösung von Antimon bei Raumtemperatur die untere Grenze für den Antimongehalt, bei welchem noch ein voller Erfolg für die Erhöhung des Korrosionswiderstandes erreicht werden kann. Bei niedrigeren Antimongehalten vermindert sich der Erfolg beträchtlich, und die Korrosionseigenschaften nähern sich dabei denjenigen des antimonfreien Stahls.
Die Sättigungsgrenzen der festen Lösungen von Antimon sind bei den verschiedenen Arten von rostfreien Stählen nicht die gleichen. Bei z. B. 14 0/0 Cr und bei Abwesenheit von anderen Legierungselementen liegt die obere Grenze bei etwa o,5 % und die untere bei etwa 0,15 0/0 Sb. Bei höheren Chromgehalten und bei Gegenwart von anderen Legierungselementen verschieben sich diese Grenzen nach unten zu. Bei austenitischem rostfreiem Stahl vom bekannten 18/8 Typus z. B. liegt die obere Grenze bei etwa 0,3 % und die untere bei etwa 0,04 % Sb. Auf Grund zahlreicher Versuche mit einer großen Anzahl zu diesem Zweck hergestellter Schmelzen kann ausgesagt werden, daß bei den hier in Frage kommenden gewöhnlichen Arten von- rostfreiem Stahl die obere Grenze nicht höher als 0,5 % und die untere nicht niedriger als o,o2 0/0 Sb liegt..
Der günstige F-influß kleiner Antimonzusätze läßt sich erfindungsgemäß mit Vorteil bei Stählen folgender Zusammensetzung auswerten: o,o4 bis 1,5 0/0 C, 8 bis 25 0/0 Cr, o bis 15 0/0 Ni, o,15 bis 15 % Mn, o bis 2 0/0 Mo, o bis 2 0/0 W, Rest Eisen mit den in technischem Eisen gewöhnlich vorkommenden Gehalten an Silizium, Phosphor und Schwefel. Der Eisengehalt muß dabei zwischen 68 und 88 0/0 liegen, und Chrom, Nickel, Mangan, Molybdän und Wolfram dürfen zusammen nicht mehr als 30 0/0 ausmachen. Außerdem darf der Stahl auch noch Aluminium, Arsen, Kupfer, Niob, Tantal, Titan, Vanadin und- Zirkon enthalten, jedoch darf der Gehalt an jedem dieser Elemente nicht mehr als i 0/0 betragen, und zusammen darf der Gehalt an diesen Zusatzelementen nicht größer als 2 0/0 sein. Der Gehalt an Kobalt liegt im allgemeinen unter 0,1% und darf o,2 0/0 nicht erreichen. -Aus der großen Anzahl der auf ihre Korrosionseigenschaften untersuchten und für diesen Zweck eigens hergestellten Schmelzen seien hier zwei Paar typische Beispiele angeführt. Jeder Stahl- der beiden Paare vertritt eine allgemein bekannte Klasse von rostfreiem Stahl mit der für diese Klasse typischen Zusammensetzung. Bei jedem Paar ist, abgesehen vom Antimongehalt, diese Zusammensetzung praktisch betrachtet ein und dieselbe. Einer der beiden Stähle in jedem Paar, hier mit a bezeichnet, ist völlig antimonfrei, während der andere, hier mit b bezeichnet, einen bestimmten Antimongehalt aufweist.

In der nachstehenden Tabelle finden sich Angaben über die Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften sowie über bei Korrosionsprüfungen erhaltene Versuchsergebnisse.

I. Ferritischer rostfreier Chromstahl Ia Ib

Antimongehalt .............. °/o 0,00 0,26

Zusammensetzung im übrigen.. % C o,io o,io

°/° Si 0,31 0,25

04 Mn 0,39 0,36

°/o Cr 17,03 17,03

°/o Ni o,13 0,14

°/o Fe Rest Rest

Mechanische Eigenschaften:

Streckgrenze kg/mm' ........... 27,7 36,5

Bruchgrenze kg/mm.............. 53,8 6o,6

Dehnung °/o, 1/1 norm. Meßlänge.. 28,2 23,7

- 0/0, 1/2 - - 38,0 30,7

Rockwell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76,2 87,3

Korrosionsprüfung (Versuchszeit 24 Stunden)

Gewichtsabnahme g/m2/Stunde

5 °/o HCl 25° C . . . . . . . . . . . . . . . . 109,5 8,5

io °/o HCl 25° C . . . . . . . . . . . . . . . . 119,0 8,7

5 °/o H2 S04 25° C . . . . . . . . . . ... 105,0 13,9

io % H N03 -j- 1,4 °/o Meer-

salz 25° C ................... 115,4 9,2

II. Austenitischer rostfreier Chromnickelstahl

Ha IIb

Antimongehalt .............. °/o 0,00 0,24

Zusammensetzung im übrigen.. °/o C 0,o6 0,07

% Si 0,27 o,26

% Mn 0,38 0,41

°/o Cr 17,66 17,35

% Ni io,o2 9,98

% Fe Rest Rest

Mechanische Eigenschaften:

Streckgrenze kg/mm2 ........... 19,6 21,o

Bruchgrenze kg/mrn2 ........... 64,4 64,4

Dehnung °/o, 1/1 norm. Meßlänge.. 61,2 58,8

- 0/01 1/2 67,9 65,6

Rockwell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58,4 61,4

Korrosionsprüfung (Versuchszeit 24 Stunden)

Gewichtsabnahme g/m2/Stunde

5 % H2 S04 25° C . . . . . . . . . . . . o,822 0,o16

1O °/o - 25° C . . . . . . . . . . . . 0,970 0,o16

5 % - 50° C . . . . . . . . . . . . 12,55 3,09

i0 % - 50° C . . . . . . . . . . . . 27,20 4,36

io °/o H N03 + 1,4 °/o Meer-

salz 25° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14,65 3,33

Ein Vergleich dieser Versuchsergebnisse zeigt, daß die b-Stähle mit Antimon in bezug auf ihren Korrosionswiderstand die a-Stähle, also Stähle ohne Antimongehalt, weit übertreffen. Was die mechanischen Eigenschaften betrifft, so sind die b-Stähle mit Antimon in der Regel etwas härter, d. h. sie haben höhere Streckgrenze, Bruchgrenze und Rockwellhärte bei etwas niedrigerer Dehnung im Vergleich zu den a-Stählen ohne Antimongehalt.

Da die untersuchten Proben der beiden Stahlsorten in jedem Paar genau dieselbe mechanische und thermische Vorbehandlung erfahren hatten, sind die Prüfungsergebnisse in jeder Beziehung völlig vergleichbar. Daß die Stähle mit den angegebenen Antimongehalten sich sowohl warm als auch kalt verarbeiten ließen, geht daraus hervor, daß alle in der Tabelle angegebenen Daten an weichgeglühtem, kalt gezogenem Draht mit 3 mm Durchmesser erhalten wurden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE i. Warm verarbeitbare, praktisch kobaltfreie Chromstahllegierung von hohem Korrosionswiderstand mit einem Gehalt von 0,04 bis 1,5 °/o Kohlenstoff, 8 bis 25 % Chrom, o bis 15 °/o Nickel, 68 bis 88 % Eisen sowie gegebenenfalls von weiteren Legierungskomponenten neben den in solchen Stählen als unbeabsichtigte Verunreinigung gewöhnlich vorkommenden Gehalten an Silizium, Phosphor, Schwefel, Kupfer und Stickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung außerdem Antimon in Mengen von 0,o2 bis 0,5 °/o enthalten ist mit der Maßgabe, daß der Antimongehalt mindestens so hoch ist, daß eine gesättigte Lösung im Stahl bei Raumtemperatur vorliegt, und höchstens so hoch ist, daß eine gesättigte Lösung im Stahl bei der Warmverarbeitungstemperatur vorliegt.
2. Warm verarbeitbare, praktisch kobaltfreie Chromstahllegierung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung als weitere Legierungskomponenten 0,i5 bis 15 % Mangan, bis zu 2 °/o Molybdän und bis zu 2 °/o Wolfram anwesend sind, wobei jedoch die Summe der Gehalte an Chrom, Nickel, Mangan, Molybdän und Wolfram 30 °/o nicht überschreiten darf.
3. Warm verarbeitbare, praktisch kobaltfreie Chromstahllegierung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch eines oder mehrere der Elemente Aluminium, Arsen, Kupfer, Niob, Tantal, Titan, Vanadin und Zirkon mit der Maßgabe enthält, daß der Gehalt keines der Elemente für sich mehr als i % und der Gesamtgehalt .nicht mehr als 2 % beträgt.
4. Warm verarbeitbare, praktisch kobaltfreie Chromstahllegierung nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung als weitere Legierungskomponente Kobalt im Betrag von nicht mehr als o,2 °/o, vorzugsweise nicht mehr als o,1 °/o, enthalten ist.