EP0105861B1

EP0105861B1 - Schnellarbeitsstahllegierung

Info

Publication number: EP0105861B1
Application number: EP19830890154
Authority: EP
Inventors: Hellmut Dr. Fischmeister; Sadi Dr. Karagöz; Josef Dipl.-Ing. Püber
Original assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Current assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1983-09-09
Publication date: 1987-04-29
Also published as: ATA343182A; AT390967B; EP0105861A1; DE3371227D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnellarbeitsstahllegierung, u. zw. eine solche, welche die karbidbildenden Elemente Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob aufweist.
Im Rahmen der Schnellarbeitsstähle besitzt die genormte Legierungszusammensetzung S 6 - 5 - 2 (laut AISI als M2 bezeichnet) mit entsprechenden Gehalten an Wolfram, Molybdän, Vanadin und Chrom hinsichtlich der Häufigkeit ihrer Anwendung die weitaus größte Bedeutung. In den letzten Jahren wurden auch schon verschiedene Versuche unternommen, das nicht zuletzt durch die Auffindung neuer, ausgedehnter Lagerstätten in den Mittelpunkt des Interesses auch als Karbidbildner gekommene Legierungselemente Niob heranzuziehen, um insbesondere einen gänzlichen oder teilweisen Ersatz für Vanadin als Karbidbildner bei diesem Stahltyp zu ermöglichen. So wurde beispielsweise durch F. Heisterkamp (Metals and Materials, Oct. 1978) auf Legierungsvarianten hingewiesen, die vom Basistyp durch einen Gehalt von 2 bzw. 3 % Niob bei völligem Ersatz des Vanadins bzw. von je 1 % bei teilweisem Ersatz dieses Legierungsbestandteiles abweichen und gute Eigenschaften gezeigt haben. Weitere auf die teilweise Substitution von Wolfram und/oder Molybdän durch Niobgehalte bis etwa 4 % gerichtete Arbeiten sind ebenfalls schon bekanntgeworden; die Absenkung des Wolframgehaltes hatte allerdings eine wesentliche Herabsetzung der Härtewerte zur Folge, weshalb dieser Weg einer Niob-Substitution als nicht zielführend betrachtet werden mußte.
Aus der GB-PS 691 298 ist eine Legierung mit in Gew.-% 0,5 - 1,5 C, 0,2 - 1,5 Si, 0,2 - 2 Mn, 1 - 6 Cr, 5 - 12 Mo, 0 - 5 W, 0,5 - 1,5 V, 0,5 - 4 Nb, Rest Eisen bekannt. Diese Legierung ist ausschließlich auf Schweißstäbe, insbesondere für Oberflächenauftragsschweißungen ausgerichtet. Bei diesem engen Anwendungsbereich ist der Vorteil gegeben, daß der außen eine verschleißfeste Aufpanzerung tragende Grundkörper in seinen mechanischen Eigenschaften, z.B. Zähigkeit und Festigkeit, jeweils auf den Einsatzzweck ausgerichtet wählbar ist und an die Legierung des Schweißauftrages in dieser Hinsicht daher nur geringe Anforderungen gestellt sind, wenn von ihr nur die Anforderungen hinsichtlich Verschleiß- und Warmfestigkeit erfüllt sind. Allerdings erfordert ein Schweißauftrag erhöhten technischen Aufwand. Die einzige in der GB-PS geoffenbarte konkrete Legierung enthält kein Molybdän und weist einen Wolframgehalt von 8 % auf, wobei ein Material erhalten wird, das ohne Härtung eine Härte von 40 - 45 HRC aufweist, und nach einem Glühen bei 600°C bloß 53 HRC.
Die Erfindung geht von der unerwarteten und bedeutsamen Erkenntnis aus, daß es ohne jede Beschränkung auf eine bestimmte Anwendung möglich ist, ohne Härteeinbußen in Kauf nehmen zu müssen, einen wesentlichen Anteil des laut Basiszusammensetzung des Schnellstahles S 6 - 5 - 2 und auch der konkreten Legierung gemäß GB-A 691 298 vorgesehenen Wolframs einzusparen, wenn einem bestimmten, in relativ niedrigen engen Grenzen gehaltenen Niobgehalt ein gewisser Vanadinanteil zugeordnet wird und auch für die übrigen Legierungsbestandteile bestimmte Bereichsgrenzen eingehalten werden.
Das Kennzeichen der erfindungsgemäßen Schnellarbeitsstahllegierung besteht demnach darin, daß sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-% C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn, 3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6,5 Gew.-% Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W, 0,5 bis 1,6 Gew.-% V und 0,5 bis 1,5 Gew.-% Nb, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen besteht, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt.
Dabei ist gemäß weiteren Erfindungsmerkmalen vorgesehen, daß bei einem Wolframgehalt von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Vanadingehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8 bis 1,5 Gew.-% beträgt, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt bzw. daß bei einem Wolframgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-%, beträgt, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt
Es wird auf diese Weise erreicht, daß bei einem Minimum des Aufwandes für die am Legierungsaufbau beteiligten karbidbildenden Elemente ein maximales Ergebnis der damit erzielbaren technologischen Auswirkungen sichergestellt wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Tabelle 1 sind einer der Basiszusammensetzung für S 6 - 5 - 2 entsprechenden Schnellarbeitsstahlzusammensetzung vier verschiedene erfindungsgemäße Legierungszusammensetzungen gegenübergestellt. Außerdem sind die zur Karbidbildung rechnerisch erforderlichen C-Gehalte, die Differenzen gegenüber dem tatsächlichen C-Gehalt sowie die Härtetemperaturen für die einzelnen Stähle angeführt. Die Härtetemperatur wurde in der üblichen Weise mit Hilfe der Ansprunghärtekurven und der Snyder-Graff-Kornzahl ausgewählt. Wie bei Stahlanalysen üblich, ist bei der Zusammensetzung der aus Fe und den herstellungsbedingten Verunreinigungen bestehende Restanteil nicht gesondert ausgewiesen.
Für die Untersuchung des Standzeitverhaltens wurden Seitenschlichtmesser (18 mm-Vierkant: a = 5°, ß = 74°, y = 11°) angefertigt, mit denen auf 1000 N/mm² vergütete 100 mm dicke Rundstäbe aus 90 MnV 8 bei einer Schnittgeschwindigkeit von 24 m/min, einer Spantiefe von 1,00 mm und einem Vorschub von 0,203 mm/U bearbeitet wurden. Gemessen wurde die bis zum Reibverschleiß abgedrehte Spanlänge, wobei jeweils die Ergebnisse von sechs Drehmeißeln eines Probentyps gemittelt wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 veranschaulicht, wobei auch die jeweils angewandte Härtetemperatur und die erzielten Härtewerte ersichtlich sind.
Wie sich daraus ergibt, sind die Leistungen der erfindungsgemäßen Schnellarbeitsstahlzusammensetzungen denen des Basiswerkstoffes bei entsprechender Wahl der Härtetemperatur praktisch gleichwertig oder sogar überlegen, was bei den damit erzielten Ersparnissen besonders ins Gewicht fällt. Die praxisbezogene Gleichwertigkeit ergab sich auch bei den mit den Probenstählen vorgenommenen Untersuchungen des Guß-und Glühgefüges sowie der Mengen- bzw. Größenverteilung der Karbide.

Claims

Schnellarbeitsstahllegierung mit den karbidbildenden Elementen Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-% C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn, 3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6,5 Gew.-% Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W, 0,5 bis 1,6 Gew.-% V und 0,5 bis 1,5 Gew.- % Nb, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen mit der Maßgabe besteht, daß bei einem Wolframgehalt von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Vanadingehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8 bis 1,5 Gew.-% beträgt, bzw. daß bei einem Wolframgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-% beträgt, wobei jeweils die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt.