DE968320C

DE968320C - Stahl fuer diffusionsverchromte Gegenstaende

Info

Publication number: DE968320C
Application number: DED16341A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Gottfried Becker; Dr-Ing Karl Bungardt
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1953-11-13
Filing date: 1953-11-13
Publication date: 1958-02-06

Description

Stahl für diffusionsverchromte Gegenstände Zweck der Erfindung ist es, einen Stahl zur Verwendung als Werkstoff vorzuschlagen, aus welchem Gegenstände erzeugt werden sollen, die über die Gasphase diffusionsverchromt werden. Das Diffusionsverchromen über die Gasphase, d. h. über die Halogenverbindung des Chroms, macht es erforderlich, daß die Werkstoffe während mehrerer Stunden einer Temperatur ausgesetzt werden, die über zooo° C liegt. Bei dieser Temperatur, die ohne nachteilige Folgen für die Wirtschaftlichkeit nicht unterschritten werden kann, haben die Stähle, die üblicherweise für das Verchromen über die Gasphase verwendet werden, die Neigung, ein grobes Korn zu bilden und damit zu verspröden. Diese Erscheinung wird deshalb besonders fühlbar, weil die Verchromungszeiten mindestens g Stunden betragen, vielfach sogar bis zu 8 Stunden. Ein weiterer Grund dafür, weshalb bei dem Verchromen mit einer starken Grobkornbildung zu rechnen ist, ist in den Stählen gelegen, die verwendet werden. Bekanntlich ist ein Kohlenstoffgehalt für die Verchromung an sich ungünstig. Er wird infolgedessen möglichst niedrig gehalten und in Spezialstählen, die für diesen Zweck entwickelt worden sind, sogar völlig durch Karbidbildner, wie beispielsweise Titan, abgebunden. Es liegt mithin praktisch ein kohlenstofffreies oder sehr wenig Kohlenstoff enthaltendes Weicheisen vor. Allerdings ist bei solchen Stählen, die Karbidbildner enthalten, die Neigung zur Grobkornbildung nicht so ausgesprochen wie bei den Stählen, die ohne Karbidbildner, jedoch mit einem äußerst niedrigen Kohlenstoffgehalt versehen werden.
Die beim Diffusionsverchromen notwendigen langen Glühzeiten haben mithin ganz allgemein zur Folge, daß die Festigkeitseigenschaften der chromierten Gegenstände für viele Zwecke nicht ausreichen; sie haben eine zu geringe Streckgrenze und Zugfestigkeit bei mangelnder Zähigkeit. Um die Festigkeitseigenschaften zu erhöhen, wäre es an sich denkbar, den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen. Dies ist aber nicht möglich, weil der Kohlenstoffgehalt die Chromierung an sich beeinträchtigt. Der Zusatz von Legierungselementen, die Streckgrenze und Zugfestigkeit erhöhen könnten, würde bei den langanhaltenden Glühungen ebenfalls den gewünschten Erfolg nicht gewährleisten, zumindest aber nicht in wirtschaftlicher Weise. Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil nach dem Chromieren die Gegenstände langsam abkühlen. So ist beispielsweise versucht worden, mit einem Zusatz von etwa 3 % Mangan einen Stahl zu schaffen, der nach dem Chromieren selbst bei langsamer Abkühlung hohe Zugfestigkeit und hohe Streckgrenze bei ausreichender Dehnung aufweist. Das Verfahren des Chromierens ist aber nur dort sinnvoll, wo ein Stahl verwendet werden kann, der an sich in der Herstellung wenig kostspielig ist. Diese Voraussetzung ist bei einem 3%igen Manganstahl nicht gegeben, weil bei der Erschmelzung ein Ferro-Mangan benutzt werden muß, das praktisch kohlenstofffrei ist; eine solche Ferrolegierung ist aber teuer.
Es ist nun gefunden worden, daß ein Stahl mit vergleichsweise niedrigem Kupfergehalt in jeder Beziehung den an ihn zu stellenden Forderungen bei der Chromierung gerecht wird, wenn er gleichzeitig einen Gehalt an Titan, Tantal und Niob einzeln oder zu mehreren in einer Gesamtmenge aufweist, die den gesamten Kohlenstoffgehalt stabil abbinden. Es tritt bei den langanhaltenden Glühungen keine Grobkornbildung ein, und es werden hohe Zugfestigkeits- und hohe Streckgrenzenwerte erzielt, und zwar ohne daß es erforderlich ist, diesen Stahl nach dem Chromieren einer Nachbehandlung zu unterwerfen. Es ist zwar bekannt, daß Kupfer in Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt unter normalen kurzzeitigen Wärmebehandlungsbedingungen die Zugfestigkeit und Streckgrenze erhöht. Es war nicht zu erwarten, daß ein solcher Stahl auch unter den Bedingungen, die beim Chromieren vorliegen, d. h. also insbesondere langzeitiges Glühen bei der sehr hohen Temperatur mit folgender langsamer Abkühlung hohe Streckgrenzen und hohe Zugfestigkeiten bei guten Zähigkeitswerten ergeben würde, d. h. also, daß durch den Kupferzusatz eine Grobkornbildung und damit Versprödung unterbunden würde.
Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, einen Stahl mit unter o,2 0/0, vorzugsweise unter o,i 0/0 Kohlenstoff und einem Gehalt an Titan, Tantal und Niob, einzeln oder zu mehreren in einer den gesamten Kohlenstoff stabil abbindenden Menge, sowie einem Gehalt von i,o bis 2,5 %, vorzugsweise 1,5 bis 1,9 0/0 Kupfer, Rest Eisen und den üblichen Verunreinigungen an Phosphor und Schwefel sowie den bei der Stahlherstellung üblichen Gehalten an Mangan und Silizium bis zusammen höchstens 1% als Werkstoff zu verwenden für die Herstellung von Gegenständen, die über die Gasphase diffusionschromiert werden sollen. Ein solcher Stahl zeigt ohne jegliche Nachbehandlung im Anschluß an die Chromierung eine Streckgrenze von mindestens 35 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit von mindestens 5o kg/nnn2. Gleichzeitig hat der Stahl eine ausgezeichnete Zähigkeit, was im wesentlichen darauf zurückzuführen ist, daß eine Grobkornbildung praktisch nicht beobachtet wird. Außerdem führt der Kupfergehalt unerwarteterweise dazu, daß sich unter gleichen Chromierungsbedingungen wesentlich dickere Chromierungszonen ergeben als bei einem gleichartig zusammengesetzten, jedoch kupferfreien Stahl. Diese nicht zu erwartende Tatsache ist besonders vorteilhaft, weil auf diese Weise bei normaler Chromierungstemperatur und normalen Behandlungszeiten wesentlich dickere Zonen erzielt werden können, als dies bisher möglich war. Es kann beispielsweise an einem Stahl mit o,o6 % Kohlenstoff, o,4o % Titan mit den übrigen Begleitelementen in den üblichen Grenzen sowie einem Kupfergehalt von 1,5 °% in 6 Stunden bei iooo° C eine Chromierungszone von 0,4 mm erzielt werden. Bei einem gleich zusammengesetzten, jedoch kupferfreien Stahl wird unter gleichen Bedingungen nur eine Zonendicke von o,i mm erzeugt. Die Erhöhung der Zonendicke durch die einfache Maßnahme, einen kupferhaltigen Stahl zu verwenden, bringt somit einen erheblichen technischen und wirtschaftlichen Fortschritt, da die Erhöhung der Zonendicke nicht erkauft werden muß mit einer Temperaturerhöhung während der Behandlung und einer Verlängerung der Behandlungsdauer.
Die Festigkeitseigenschaften können bei dem zu verwendenden Stahl noch dadurch verbessert werden, daß der Mangan- und Siliziumgehalt gegenüber den bei der Stahlherstellung üblichen Gehalten erhöht wird. Der Gehalt an Mangan und Silizium kann in dem Stahl unter diesem Gesichtspunkt je 0,5 bis i,o 0/0 betragen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verwendung eines Stahles mit unter o,2 0/0, vorzugsweise unter o,i 0/0 Kohlenstoff und einem Gehalt an Titan, Tantal und Niob, einzeln oder zu mehreren in einer den gesamten Kohlenstoff stabil abbindenden Menge, sowie einem Gehalt von i,o bis 2,5 0/0, vorzugsweise 1,5 bis 1,9 % Kupfer, Rest Eisen und den üblichen Verunreinigungen an Phosphor und Schwefel sowie den bei der Stahlherstellung üblichen Gehalten an Mangan und Silizium bis zusammen höchstens 1% als Werkstoff für die Herstellung von Gegenständen, die über die Gasphase diffusionsverchromt werden sollen.
2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch i, jedoch mit erhöhtem Mangan- und Siliziumgehalt von je 0,5 bis 1% für den im Anspruch genannten Zweck. In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1944, S. 265 bis 27o; Zeitschrift »Maschinenbau«, 1937, S. 29.