EP0136997B1 - Verwendung eines chromhaltigen Stahles - Google Patents

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EP0136997B1
EP0136997B1 EP84890115A EP84890115A EP0136997B1 EP 0136997 B1 EP0136997 B1 EP 0136997B1 EP 84890115 A EP84890115 A EP 84890115A EP 84890115 A EP84890115 A EP 84890115A EP 0136997 B1 EP0136997 B1 EP 0136997B1
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chromium
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nickel
etching
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EP84890115A
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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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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
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    • Y10T428/12979—Containing more than 10% nonferrous elements [e.g., high alloy, stainless]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • 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 pressing tools, in particular pressing plates.
  • Press tools especially press plates, either have a work surface that is polished to a high gloss if the pressed object e.g. Furniture plate or the like. Should itself 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, 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 little roughness, which can then be applied using methods known per se, e.g. is processed electrochemically or purely chemically or the like. With this processing, it is of particular importance that the material is removed in the desired amount.
  • Chrome steels with a content between 11 and 17.5% have proven themselves as material for high-gloss polished press plates. However, such chrome steels have been surface treated by a conventional method, e.g. etched, they 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.
  • 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
  • tests 2 and 3 were also carried out with the 6% iron chloride solution, the test arrangement being carried out in accordance with Example 1 and the roughness before and after exposure to the etching solution identical to that in Example 1 was.
  • An abrasion was also observed with alloy C, which was locally non-uniform and was particularly evident in the slant.
  • alloy according to B in Table 1 a completely uniform erosion was observed even at an incline.
  • the roughness according to DIN 4768 only represents a yardstick for the large surface texture, but is not a criterion for local unevenness, as e.g. arise during etching.
  • An etching plate 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.
  • Example 4 A pressed sheet 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 according to Table 1 (heat treatment: solution annealing at 150 ° C with subsequent water cooling and curing at 480 ° C for 2 hours and subsequent air cooling) was added in 15% nitric acid, which had 3% fluorohydric acid Etched at 50 ° C for 100 minutes. There was an uneven removal with a stripe-like structure, which was clearly recognizable, particularly in the sloping direction.
  • the roughness according to DIN 4768 RC was 5 - 6 pm.
  • a sheet of chemical composition J according to Table 1 with the dimensions 300 x 200 x 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 min.
  • 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 ⁇ m.
  • the removal was uneven and had a stripe structure, which emerged particularly clearly under 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. A uniform removal could be observed, the surface being matt-glossy and having a roughness between 0.15 and 0.3 ⁇ m, with irregular structures, in particular deeper points or the like, not being detectable even in oblique lighting.
  • composition G which had a heat treatment according to Example 6, was electrochemically etched in a 5% hydrochloric acid at 25 ° C. in the device according to Example 7 with a current density of 1 ampere / cm 2 .
  • the roughness of the sheet was 0.4 to 0.8 pm 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 wet-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 in accordance with Example 1, the roughness being 0.5 to 0.8 before the etching and 0.4 to 0.8 1 1m after the etching. However, after the etching, the surface was completely uneven and of streaked structure, with local depressions occurring.
  • Table 1 shows the chemical composition of stainless, martensitic chrome steels (A to D) and of stainless, hardenable chrome steels (E to J) with ferrite contents of different heights. 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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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 dergepresste Gegenstand z.B. Möbelplatte oder 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 oder 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 oder 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 ordnungsgemässen Zustand versetzt werden, so dass 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 s: 4,65 liegt und das Verhältnis von Chrom-Äquivalent zu Nickel-Äquivalent :5 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
    • 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 7 bis 3
  • Ein Blech der Legierung A gemäss Tabelle 1 mit einer Rauhigkeit nach DIN 4768 RZ von 0, bis 0,8 µm in den Abmessungen 300 x 200 x 2 mm, weiches 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 enstehen.
    • 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 1 OOminütiger 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 µm. 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 480°C 2 Stunden und anschliessender Luftabkühlung) wurde in 15%iger Salpetersäure, die 3% Fluor-WasserstoffSäure 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 pm.
    • 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 µm. Der Abtrag war jedoch ungleichmässigi 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 µm aufwies, wobei selbst in schräger Beleuchtung unregelmässige Strukturen, insbesondere tiefere Stellen oder 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 pm, 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 natt-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 11m 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 imgb0004
    Cr-Äquivalent: %Cr- + %Mo + 1,5%Si + 0,5%Nb Ni-Äquivalent: %Ni + 0,5%Mn + 30%C + 20%N
    Figure imgb0005
  • In Tabelle 1 ist die chemische Zusammensetzung von nichtrostenden, 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 Ferrit für Presswerkzeuge, insbesondere Pressbleche, wobei die Arbeitsfläche auf chemischem bzw. elektrochemischem Wege strukturiert ist und das Presswerkzeug in Gew.-%
Figure imgb0006
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, bei der der Gehalt in Gew.-% an
Figure imgb0007
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
beträgt, 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 ≥ 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, bei der der Gehalt in Gew.-% an
Figure imgb0008
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
beträgt, 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.
EP84890115A 1983-06-28 1984-06-20 Verwendung eines chromhaltigen Stahles Expired EP0136997B1 (de)

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