EP0136997A1 - Verwendung eines chromhaltigen Stahles - Google Patents

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EP0136997A1
EP0136997A1 EP84890115A EP84890115A EP0136997A1 EP 0136997 A1 EP0136997 A1 EP 0136997A1 EP 84890115 A EP84890115 A EP 84890115A EP 84890115 A EP84890115 A EP 84890115A EP 0136997 A1 EP0136997 A1 EP 0136997A1
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chromium
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nickel
etching
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Werner Josef Dipl.-Ing. Jerlich
Hans Dipl.-Ing. Kaiserfeld
Alfred Dr.-Ing. Kügler
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Voestalpine Stahl GmbH
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
Voestalpine Stahl GmbH
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    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
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    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
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    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
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    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12993—Surface feature [e.g., rough, mirror]

Definitions

  • the invention relates to the use of a chromium-containing alloy for press tools, in particular press plates.
  • Press tools in particular press plates, either have a work surface polished to a high gloss if the pressed object e.g. Furniture plate or the like itself should have a smooth surface, or are itself structured so that the pressed material then has this structured surface.
  • the pressing tools with a polished, flat surface it is necessary on the one hand, as for the pressing tools with a polished, flat surface, to first of all create a surface that is as smooth as possible and has only a small roughness, which can then be applied using methods known per se, e.g. is processed electrochemically or purely chemically or the like.
  • Chromium steels with a content between 11 and 17.5% have proven to be a material for high-gloss polished press plates. proven. However, if chrome steels of this type were surface-treated according to a conventional method, for example etched, then these showed significant structural defects.
  • the object of the present invention is to be seen in creating chromium-containing steel alloys which allow uniform structuring and at the same time have a long service life due to their chemical composition.
  • the chromium-containing alloy according to the invention for pressing tools, in particular pressing plates, essentially consists in that it has a content in% by weight.
  • the chromium equivalent% chromium +% molybdenum + 1.5% silicon + 0.5% niobium ⁇ 17.2 and the nickel equivalent% nickel + 0.5% manganese + 30 % Carbon + 20% nitrogen is > 4.65, the ratio of chromium equivalent to nickel equivalent being ⁇ 3.0 and the ferrite content being ⁇ 5%.
  • a temperable, chromium-containing alloy which has a uniform removal after tempering, has a content in% by weight.
  • a hardenable chromium-containing alloy which also has a uniform removal, has a content in% by weight
  • the roughness according to DIN 4768 is only a measure of the large surface texture, but is not a criterion for local unevenness, as e.g. arise during etching.
  • An etching sheet according to Example 1 was placed in an etching container in which there was an aqueous 76.5% ortho-phosphoric acid with 7.4% chromium oxide solution.
  • a platinum electrode was also arranged in the etching container, the sheet to be etched being connected as the anode and the platinum mesh as the cathode.
  • the current density was set to 1 ampere / cm 2 , the temperature was 25 ° C.
  • the etched sheet was removed from the solution, washed with distilled water and dried with hot air. The roughness was only 0.3 to 0.4 / ⁇ m. There was a very uneven removal with an island-like structure.
  • a press plate in the dimensions and surface properties according to Example 1 and tempered according to Example 1 was etched according to Example 4, whereby a completely uniform removal was achieved, the surface was matt. No uneven structures could be detected even in oblique light.
  • a sheet according to Example 1 of composition E shown in Table 1 (heat treatment: solution annealing at 150 ° C followed by Wasserab Bitcoin and curing at 480 0 C for 2 hours and subsequent air cooling) was dissolved in 15% nitric acid, 3% fluorine-hydrogen acid having , etched at 50 ° C for 100 min. There was an uneven removal with a stripe-like structure, which was clearly recognizable, especially in the slanted direction.
  • the roughness according to DIN 4768 RC was 5 - 6 ⁇ m.
  • a sheet of chemical composition J according to Table 1 with the dimensions 300 ⁇ 200 ⁇ 2 mm was etched in the device according to Example 1 with the etching solution according to Example 7 at a temperature of 50 ° C. for 100 minutes.
  • the roughness corresponded to the sheet of Example 6, but there was even removal even when viewed at an incline.
  • a sheet measuring 300 x 200 x 2 mm of composition G according to Table 1 was electrochemically etched in accordance with Example 4.
  • the roughness before the etching was 0.5 to 0.8, however, after the etching 0.15 to 0.3 pm.
  • the removal was uneven and had a stripe structure, which was particularly evident in the case of oblique lighting.
  • Example 8 The procedure of Example 8 was followed with a sheet metal plate which had dimensions and heat treatment analogous to those of Example 8 and had a composition according to Alloy H. It could remove evenly were observed, the surface being matt-glossy and having a roughness of between 0.15 and 0.3 ⁇ m, irregular structures, in particular deeper spots or the like, not being detectable even in oblique lighting.
  • An alloy of composition G which had a heat treatment according to Example 6, was electrochemically etched in the device according to Example 7 in 5% hydrochloric acid at 25 ° C. with a current density of 1 ampere / cm 2 .
  • the roughness of the sheet was 0.4 to 0.8 ⁇ m after the etching, whereby a completely uneven removal had taken place and the surface had a streaky and pitted appearance, which was clearly and clearly visible, especially under oblique lighting.
  • Example 10 The procedure was analogous to Example 10, the composition of the alloy according to Example H in Table 1. A completely uniform removal could be observed, the surface being matt gray and the roughness being 0.4 to 0.8 ⁇ m after the etching treatment. No uneven structuring was observed even under oblique lighting.
  • a sheet having a heat treatment according to Example 6 was etched according to Example 1, the roughness being 0.5 to 0.8 ⁇ m before the etching and 0.4 to 0.8 ⁇ m after the etching. However, after etching, the surface was completely uneven and streaky in structure, with local depressions appearing.
  • Example 12 The procedure was analogous to Example 12, the composition of the sheet being selected in accordance with Alloy J of Table 1.
  • the roughness after the etching was 0.4 to 0.8 ⁇ m. A completely uniform erosion occurred and no uneven structuring could be detected even with oblique lighting.
  • Table 1 shows the chemical composition of stainless, martensitic chrome steels (A to D) and of stainless, hardenable chrome steels (E to J) with different ferrite contents. In the case of etching tests under the test conditions listed in Table 2, the removal is only uniform if the ferrite content does not exceed 5%.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines chromhältigen Stahles mit Ferritgehalt für Preßwerkzeuge, insbesondere Preßbleche, wobei die Arbeitsfläche auf chemischem bzw. elektrochemischem Wege strukturiert ist und das Preßwerkzeug in Gew.-% <IMAGE> Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist, mit der Maßgabe, daß das Chom-Äquivalent % Chrom + % Molybdän + 1,5 % Silizium + 0,5 % Niob <=17,2 und das Nickel-Äquivalent % Nickel + 0,5% Mangan + 30 % Kohlenstoff + 20 % Stickstoff >=4,65 ist, wobei das Verhältnis Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent <=3,0 beträgt und der Ferritgehalt <=5 % ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer chromhältigen Legierung für Preßwerkzeuge, insbesondere Preßbleche.
  • Preßwerkzeuge, insbesondere Preßbleche weisen entweder eine auf Hochglanz polierte Arbeitsfläche auf, wenn der gepreßte Gegenstand z.B. Möbelplatte od. dgl. selbst eine glatte Oberfläche aufweisen soll, oder sind selbst strukturiert, damit das gepreßte Gut sodann diese strukturierte Oberfläche aufweist. Für die Herstellung derartig strukturierter Preßwerkzeuge ist es einerseits erforderlich, so wie für die Preßwerkzeuge mit polierter, ebener Oberfläche, vorerst eine möglichst glatte, nur geringe Rauhigkeiten aufweisende Oberfläche zu schaffen, die sodann nach an sich bekannten Verfahren z.B. elektrochemisch oder rein chemisch od. dgl. bearbeitet wird.
  • Bei dieser Bearbeitung ist es nun von besonderer Wichtigkeit, daß das Abtragen des Materials in der erwünschten Menge erfolgt. Selbst bei geringfügigen Unterschieden zwischen tatsächlicher und erwünschter Abtragung erfolgt eine erhebliche Störung des optischen Eindruckes, da vielfach durch das gepreßte Gut der Eindruck von bestimmten Strukturen z.B. der Maserung von Holz, sei es im bearbeiteten oder unbearbeiteten Zustand, eine körnige Struktur, wie Sandstein od. dgl., vermittelt werden soll. Wird dieser Eindruck durch ungleichmäßige Abtragung am Preßwerkzeug gestört, so kann in der Regel das Preßwerkzeug durch eine weitere Bearbeitung nicht mehr in einen ordungsgemäßen Zustand versetzt werden, sodaß ein derartiges Preßwerkzeug verworfen werden muß.
  • Als Material für auf Hochglanz polierte Preßbleche haben sich Chromstähle mit einem Gehalt zwischen 11 und 17,5 % bewährt. Wurden derartige Chromstähle jedoch nach einem herkömmlichen Verfahren oberflächenbehandelt, z.B. geätzt, so wiesen diese wesentliche Strukturfehler auf.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun darin zu erblicken, chromhältige Stahllegierungen zu schaffen, die eine gleichmäßige Strukturierung erlauben und gleichzeitig aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung eine hohe Lebensdauer aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße chromhältige Legierung für Preßwerkzeuge, insbesondere Preßbleche, besteht im wesentlichen darin, daß sie einen Gehalt in Gew.-%
  • Figure imgb0001
    Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen mit der Maßgabe, daß das Chrom-Äquivalent % Chrom + % Molybdän + 1,5 % Silizium + 0,5 % Niob ≤ 17,2 und das Nickel-Äquivalent % Nickel + 0,5 % Mangan + 30 % Kohlenstoff + 20 % Stickstoff > 4,65 ist, wobei das Verhältnis Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent ≤ 3,0 beträgt und der Ferritgehalt < 5 % ist, aufweist.
  • Es wurde nun völlig überraschend gefunden, daß eine chromhältige Legierung mit obiger Zusammensetzung hervorragend für die Herstellung von geätzten Preßwerkzeugen geeignet ist, da einerseits die herkömmlichen Ätzverfahren leicht angewendet werden können, wobei eine über die gesamte Oberfläche gleichmäßige Ätzbarkeit der Legierung gegeben ist.
  • Eine vergütungsfähige, chromhältige Legierung, die nach dem Vergüten einen gleichmäßigen Abtrag aufweist, weist einen Gehalt in Gew.-%
  • Figure imgb0002
    Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen mit der Maßgabe, daß das Chrom-Äquivalent, % Chrom + % Molybdän + 1,5 % Silizium, ≤ als 13,2 und das Nickel-Äquivalent, % Nickel + 0,5 % Mangan + 30 % Kohlenstoff + 20 % Stickstoff k 4,65 liegt und das Verhältnis von Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent ≤ 2,85 ist und der Ferritgehalt ≤ 5 % ist, auf.
  • Eine aushärtbare chromhältige Legierung, die ebenfalls einen gleichmäßigen Abtrag aufweist, weist einen Gehalt in Gew.-%
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
  • Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen wobei das Chrom-Äquivalent, % Chrom + % Molybdän + 1,5 % Silizium + 0,5 % Niob ≤ 17,2 und das Nickel-Äquivalent, % Nickel + 0,5 % Mangan + 30 % Kohlenstoff + 20 % Stickstoff 5,3 liegt und das Verhältnis von Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent ≤ 3,00 beträgt und der Ferritgehalt ≤ 5 % ist, auf.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.
    • Beispiele 1 - 3 :
  • Ein Blech der Legierung A gemäß Tabelle 1 mit einer Rauhigkeit nach DIN 4768 RZ von 0,5 bis 0,8µm in den Abmessungen 300 x 200 x 2 mm, welches vergütet war,(erhitzt auf 970°C, sodann abgekühlt im Ölbad und auf 700°C erhitzt, 30 min auf dieser Temperatur gehalten und in der Luft abkühlen gelassen) wurde in einen Ätzbehälter verbracht, in welchem eine 6 %ige wäßrige Eisen-Chlorid-Lösung vorgelegt war. Die Ätzlösung wurde in Umlauf gehalten und auf 60°C gehalten. Nach 120 min wurde das Blech der Ätzlösung entnommen, mit destilliertem Wasser gewaschen und mit Heißluft getrocknet. Die Rauhigkeit betrug 5 - 6 µm. Im Schräglicht war jedoch ein stark ungleichmäßiger Abtrag zu beobachten, der netzförmige Anordnung aufwies. Die Versuche 2 und 3 wurden, wie der Tabelle 2 zu entnehmen, ebenfalls mit der 6 %igen Eisen-Chlorid-Lösung durchgeführt, wobei die Versuchsanordnung gemäß Beispiel 1 gehalten wurde und die Rauhigkeit vor und nach dem Einwirken der Ätzlösung ident wie bei Beispiel 1 war. Bei der Legierung C war ebenfalls ein Abtrag zu beobachten, der örtlich ungleichmäßig war und insbesondere im Schräglicht deutlich ersichtlich wurde. Bei der Legierung gemäß B der Tabelle 1 war ein vollkommen gleichmäßiger Abtrag auch im Schräglicht zu beobachten.
  • Die Rauhigkeit nach DIN 4768 stellt lediglich einen Maßstab für die großflächige Oberflächenbeschaffenheit dar, ist jedoch kein Kriterium für lokale Unebenheiten, wie sie z.B. beim Ätzen entstehen.
    • Beispiel 4:
  • Ein Ätzblech gemäß Beispiel 1 wurde in einen Ätzbehälter verbracht, in dem sich eine wäßrige 76,5 %ige ortho-Phosphorsäure mit 7,4 % Chromoxid-Lösung befand. Im Ätzbehälter wurde weiters eine Platinelektrode angeordnet, wobei das zu ätzende Blech als Anode und das Platinnetz als Kathode geschaltet wurde. Es wurde die Stromdichte auf 1 Ampere/cm2 eingestellt, die Temperatur betrug 25 °C. Nach 100-minütiger Einwirkung wurde das geätzte Blech der Lösung entnommen, mit destilliertem Wasser gewaschen und mit Heißluft getrocknet. Die Rauhigkeit betrug nur mehr 0,3 bis 0,4/um.Es war ein stark ungleichmäßiger Abtrag mit inselförmiger Struktur vorhanden.
    • Beispiel 5:
  • Ein Preßblech in den Abmessungen und Oberflächenbeschaffenheit gemäß Beispiel 1 und vergütet gemäß Beispiel 1 wurde entsprechend Beispiel 4 geätzt, wobei ein vollkommen gleichmäßiger Abtrag erreicht wurde, die Oberfläche war matt. Auch im schrägen Licht konnten keine ungleichmäßigen Strukturen nachgewiesen werden.
    • Beispiel 6:
  • Ein Blech gemäß Beispiel 1 der Zusammensetzung E gemäß Tabelle 1 (Wärmebehandlung: Lösungsglühen bei 150°C mit anschließendem Wasserabkühlen und Aushärten bei 4800C 2 Stunden und anschließender Luftabkühlung) wurde in 15 %iger Salpetersäure, die 3 % Fluor-Wasserstoff-Säure aufwies, bei 50°C 100 min lang geätzt. Es trat ein ungleichmäßiger Abtrag mit streifenförmiger Struktur auf, die insbesondere im Schräglicht klar zu erkennen war. Die Rauhigkeit nach DIN 4768 RC betrug 5 - 6 µm.
    • Beispiel 7:
  • Ein Blech der chemischen Zusammensetzung J gemäß Tabelle 1 in den Abmessungen 300 x 200 x 2 mm wurde in der Vorrichtung gemäß Beispiel 1 mit der Ätzlösung entsprechend Beispiel 7 bei einer Temperatur von 50°C 100 min lang geätzt. Die Rauhigkeit entsprach dem Blech des Beispieles 6, jedoch war ein gleichmäßiger Abtrag selbst bei Schräglichtbetrachtung vorhanden.
    • Beispiel 8:
  • Ein Blech der Abmessung 300 x 200 x 2 mm der Zusammensetzung G gemäß Tabelle 1 wurde entsprechend Beispiel 4 elektrochemisch geätzt. Die Rauhigkeit vor dem Ätzen betrug 0,5 bis 0,8 hingegen nach der Ätzung 0,15 bis 0,3 pm. Der Abtrag war jedoch ungleichmäßig und wies Streifenstruktur auf, welche insbesondere bei schräger Beleuchtung klar hervorkam.
    • Beispiel 9:
  • Mit einer Blechplatte, die eine analoge Abmessung und Wärmebehandlung wie jene des Beispieles 8 aufwies und eine Zusammensetzung gemäß Legierung H aufwies, wurde entsprechend Beispiel 8 verfahren. Es konnte ein gleichmäßiger Abtrag beobachtet werden, wobei die Oberfläche matt-glänzend war und eine Rauhigkeit zwischen 0,15 und 0,3/um aufwies, wobei selbst in schräger Beleuchtung unregelmäßige Strukturen, insbesondere tiefere Stellen od. dgl. nicht nachgewiesen werden konnten.
    • Beispiel 10:
  • Eine Legierung der Zusammensetzung G, welche eine Wärmebehandlung entsprechend Beispiel 6 aufwies, wurde in der Vorrichtung gemäß Beispiel 7, in einer 5 %igen Salzsäure bei 25 °C elektrochemisch mit einer Stromdichte von 1 Ampere/cm2 geätzt. Die Rauhigkeit des Bleches betrug nach der Ätzung 0,4 bis 0,8 um, wobei ein vollkommen ungleichmäßiger Abtrag stattgefunden hatte und die Oberfläche streifiges und narbiges Aussehen aufwies, das insbesondere bei schräger Beleuchtung klar und deutlich sichtbar war.
    • Beispiel 11:
  • Es wurde analog Beispiel 10 verfahren, wobei die Zusammensetzung der Legierung gemäß Beispiel H der Tabelle 1 war. Es konnte ein vollkommen gleichmäßiger Abtrag beobachtet werden, wobei die Oberfläche matt-grau war, und die Rauhigkeit nach der Ätzbehandlung 0,4 bis 0,8 µm betrug. Selbst unter schräger Beleuchtung konnte keine ungleichmäßige Strukturierung beobachtet werden.
    • Beispiel 12:
  • Ein Blech, das eine Wärmebehandlung gemäß Beispiel 6 aufwies, wurde entsprechend Beispiel 1 geätzt, wobei die Rauhigkeit vor dem Ätzen 0,5 bis 0,8 und nach dem Ätzen 0,4 bis 0,8 µm betrug. Die Oberfläche war allerdings nach dem Ätzen vollkommen ungleichmäßig und von streifiger Struktur, wobei örtliche Vertiefungen aufgetreten sind.
    • Beispiel 13:
  • Es wurde analog Beispiel 12 verfahren, wobei die Zusammensetzung des Bleches gemäß Legierung J der Tabelle 1 gewählt wurde. Die Rauhigkeit nach dem Ätzen betrug 0,4 bis 0,8 µm. Es trat ein vollkommen gleichmäßiger Abtrag auf, und es konnte selbst bei schräger Beleuchtung keine ungleichmäßige Strukturierung nachgewiesen werden.
  • Figure imgb0005
    Figure imgb0006
  • In Tabelle 1 ist die chemische Zusammensetzung von nicht- rostenden,martensitischen Chromstählen (A bis D) und von nichtrostenden,aushärtbaren Chromstählen (E bis J) mit unterschiedlich hohen Ferritgehalten zusammengestellt. Bei Ätzversuchen unter den in Tabelle 2 angeführten Versuchsbedingungen ist der Abtrag nur gleichmäßig, wenn der Ferritgehalt 5 % nicht übersteigt.

Claims (3)

1. Verwendung einer chromhältigen Legierung mit Ferritgehalt für Preßwerkzeuge, insbesondere Preßbleche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche auf chemischem bzw. elektrochemischem Wege strukturiert ist und das Preßwerkzeug in Gew.-%
Figure imgb0007
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist, mit der Maßgabe, daß das Chrom-Äquivalent % Chrom + % Molybdän + 1,5 % Silizium + 0,5 % Niob ≤ 17,2 und das Nickel-Äquivalent % Nickel + 0,5 % Mangan + 30 % Kohlenstoff + 20 % Stickstoff ≥ 4,65 ist, wobei das Verhältnis Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent ≤ 3,0 beträgt und der Ferritgehalt ≤ 5 % ist.
2. Verwendung einer chromhältigen Legierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt in Gew.-% an
Figure imgb0008
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen beträgt, mit der Maßgabe, daß das Chrom-Äquivalent, % Chrom + % Molybdän + 1,5 % Silizium, G als 13,2 und das Nickel-Äquivalent, % Nickel + 0,5 % Mangan + 30 % Kohlenstoff + 20 % Stickstoff ≥ 4,65 liegt und das Verhältnis von Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent ≤ 2,85 und der Ferritgehalt ≤ 5 % ist.
3. Verwendung einer chromhältigen Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt in Gew.-% an
Figure imgb0009
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen beträgt, wobei das Chrom-Äquivalent, % Chrom + % Molybdän + 1,5 % Silizium + 0,5 % Niob ≤ 17,2 und das Nikkel-Äquivalent, % Nickel + 0,5 % Mangan + 30 % Kohlenstoff + 20 % Stickstoff ≥ 5,3 liegt und das Verhältnis von Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent ≤ 3,00 beträgt und der Ferritgehalt ≤ 5 % ist.
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