EP0875591A1 - Verwendung einer biokompatiblen hautverträglichen Legierung - Google Patents

Verwendung einer biokompatiblen hautverträglichen Legierung Download PDF

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EP0875591A1
EP0875591A1 EP98890116A EP98890116A EP0875591A1 EP 0875591 A1 EP0875591 A1 EP 0875591A1 EP 98890116 A EP98890116 A EP 98890116A EP 98890116 A EP98890116 A EP 98890116A EP 0875591 A1 EP0875591 A1 EP 0875591A1
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EP
European Patent Office
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nickel
alloy
alloy according
carbon
solution
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EP98890116A
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Markus O. Speidel
Peter J. Uggowitzer
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Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH and Co KG
Original Assignee
Boehler Edelstahl GmbH
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    • A44HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44CPERSONAL ADORNMENTS, e.g. JEWELLERY; COINS
    • A44C27/00Making jewellery or other personal adornments
    • A44C27/001Materials for manufacturing jewellery
    • A44C27/002Metallic materials
    • A44C27/003Metallic alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the invention relates to a corrosion-resistant steel alloy for use as Material for objects that are at least partially or temporarily in Contact with the skin or body fluids of living beings, especially of people.
  • Austenitic stainless steels are used very extensively and worldwide.
  • the corrosion-resistant austenitic steels mostly contain essential ones Shares in nickel.
  • nickel can be made from these steels through use extracted and as a corrosion product in the form of nickel ions in the body of Living things get there and trigger allergic reactions.
  • Nickel allergy sufferers cause allergic reactions to nickel that manifest themselves, for example, in flushing, itching, eczema.
  • European countries are already taking legislative measures that Prohibit the use of nickel-containing materials on and in the human body.
  • Gold and titanium alloys are a substitute. But these are expensive and complex to manufacture.
  • the patent DE 195 13 407 C1 (VSG 1996) describes other nickel-free austenitic stainless steels. A very central point is that the ones to be used nickel-free steels must contain at least 0.55% by weight nitrogen to compensate for the lack of austenitizing effects of nickel. The Patent also assumes that carbon is an undesirable Element in such alloys is because until today the generally recognized The doctrine is that carbon is used in austenitic stainless steels Corrosion resistance reduced. DE 195 13 407 therefore limits the Carbon content to a maximum of 0.3 percent by weight.
  • the present invention is based on this completely new finding the task of solving the problem of neck allergy by using a to prevent austenitic stainless steel from targeting the beneficial effect of carbon, especially its contribution to increasing resistance against crevice corrosion.
  • the remaining alloy elements in Austenitic stainless steel according to the invention are according to the one Well-known rules so restricted that the stability of the cubic face-centered crystal lattice is preserved and so the absence of Ferromagnetism as well as toughness and general corrosion resistance preserved and remain as high as possible.
  • the application according to the invention builds up properties: Allergic reactions through nickel and other heavy metal ions (cobalt, chromium) avoided that the alloy to be used is extremely low in nickel and at the same time high is corrosion resistant.
  • the triggering of allergic reactions Contact with the body initially occurs via a corrosion reaction of the Material with body fluids such as sweat or saliva.
  • body fluids such as sweat or saliva.
  • Nickel ions can be extracted from nickel-containing stainless steels.
  • the next Step is the uptake of nickel ions through the skin or tissue and then the resolution of the allergic reaction. So it's not the metallic one Material, but its corrosion product that triggers the allergy reaction. Therefore, the application according to the invention uses a material that both is extremely low in nickel and highly corrosion-resistant.
  • Another advantage of using the highly corrosion resistant Alloy according to the invention lies in the fact that it will in future be very wide Areas of application are the previously widespread nickel-containing austenitic can replace stainless alloys in an economical way because carbon one is a very cheap alloying element.
  • nickel-containing austenitic steels By this replacement of the nickel-containing austenitic steels through nickel-free austenitic steels becomes steady increasing nickel levels of our environment rise less, so that too Static appearance of sensitization to nickel allergy, for example through ingestion food containing nickel, increases less rapidly.
  • the application of the carbon-containing nickel-free according to the invention corrosion-resistant steel act twice: by avoiding the Release of nickel ions and other heavy metal ions (chromium, manganese) in the Contact with the body of living beings, on the other - in the sense of sustainable Technology - by lowering the general environmental nickel level, from to which individual researchers today report that he can raise awareness Allergy to nickel, for example through food. So sensitized Living beings then need nickel-free (lack of nickel) in the steels to whom it comes into contact, and that is why it needs it application of the steel according to the invention.
  • the application of the steel according to the invention in contact with the body of Living beings are made more solid by another property of carbon Solution promoted in steel: carbon increases the strength of the steel Mixed crystal hardening and also increases the strengthening coefficient of the Material, so that high strengths can also be achieved by cold forming can.
  • carbon increases the strength of the steel Mixed crystal hardening and also increases the strengthening coefficient of the Material, so that high strengths can also be achieved by cold forming can.
  • Examples of such applications according to the invention are tooth correction wires, razor wires, surgical cutlery, implants and generally high-strength corrosion-resistant parts of objects, for example Sports equipment that triggers nickel allergic reactions when touched could.
  • the uses of the alloy according to the invention accordingly include Applications on and in the human body of living beings where nickel allergy should not occur.
  • the applications of the invention relate also medical devices, devices and implants, for example Braces, dental fillings, dental seals, tooth correction devices such as Wires, screws, plates as well as metallic fastenings and fixations in the Bodies, for example, picks, bone nails and temporary as well permanently installed or partially installed plates and screws for healing of broken bones, as well as cannulas, syringes, acupuncture needles, surgical and ophthalmic cutlery and devices to make holes in the body of Bringing in living beings, for example for earrings, so generally all Applications on and in the body, be it permanent or temporary.
  • such components and also belong to the application of the alloy Devices that could cause nickel allergy by being close to the body of Living beings are used or touched by living beings.
  • Rivets and buttons on clothes, belt fittings, jewelry, including Costume jewelry and body piercing jewelry such as earrings and Nose rings, lighters, hospital equipment, beds, railings, handrails, Door handles, cutlery, dishes, kitchen appliances as well as architectural and architectural components Transportation, as well as coins, generally the components that are made with bodies of Living creatures and their body fluids come into contact.
  • the alloy according to the invention can be mixed with known metallurgical ones Process technologies are produced, for example by melting Normal pressure, printer melting, pressure electroslag remelting, by Powder metallurgy, including metal powder injection molding, as well as Surface layer.
  • the alloy according to the invention is preferred in the solution-annealed and then deterred state used. Their strength can be reduced by cold working after solution annealing and quenching as well as through hardening be improved.
  • the simultaneously high carbon and nitrogen content stabilize the face-centered cubic crystal lattice ("austenite") and thus cause that even after cold working the alloy of the invention maintains non-ferromagnetic properties.
  • the effective amount% Cr + 3.3 (% Mo) + 20 (% N) + 20 (% C) a significant part of this corrosion resistance, namely 6.2 out of a total of 40.2 points, can be attributed to the carbon content in solid solution.
  • the alloy has a yield strength of 510 MPa and a notched bar impact energy of 250 J, which means that, in comparison to other austenitic steels, it is extraordinarily strong and tough, and therefore also wear-resistant, in addition to its high corrosion resistance, and is therefore suitable for the above-mentioned applications.
  • the alloy thus obtained was homogeneously austenitic and thus completely non-magnetic.
  • This alloy has such a high corrosion resistance that crevice corrosion in acidic aqueous 6% FeCl 3 solution only begins at temperatures above 26 ° C.
  • the active formula% Cr + 3.3 (% Mo) + 20 (% N) + 20 (% C) the carbon in solid solution contributes 7.0 points to the overall corrosion resistance of 45.7 points.
  • the 0.35% carbon content causes the same increase in corrosion resistance as an additional 7% chromium content would otherwise.
  • This nickel-free alloy has a yield strength of 530 MPa, so it is extremely strong for austenites and therefore also resistant to wear and, due to its combination of properties, suitable for the applications listed above.
  • the alloy has a yield strength of 560 MPa and is, in comparison to other austenitic steels, extremely hard and strong in addition to its high corrosion resistance and is therefore suitable for the applications listed above.
  • the alloy thus obtained was homogeneously austenitic and thus completely non-magnetic.
  • This alloy has such a high resistance to corrosion that crevice corrosion in acidic aqueous 6% FeCl 3 solution only begins at temperatures above 60 ° C. This makes the alloy even more corrosion-resistant than the otherwise high-alloyed, very nickel-rich "Superaustenite" and therefore also suitable for the above-mentioned applications.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer kohlenstoffhaltigen, besonders korrosionsbeständigen austenitischen Legierung als Werkstoff für Gegenstände und Bauteile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit Lebewesen, insbesondere Menschen, kommen und keine allergischen Reaktionen, insbesondere auf Grund von Nickelallergie auslösen sollen. Erfindungsgemäß ist dafür eine Legierung, im wesentlichen enthaltend die Elemente in Gew.-% Mangan, 5 bis 26%; Chrom, 11 bis 24 %; Molybdän, mehr als 2,5 und bis 6%; Stickstoff, mehr als 0,2 und bis 2,0%; Kohlenstoff, mehr als 0,1 und bis 0,9% wobei im Konzentrationsbereich von mehr als 0,55 % Stickstoff der Kohlenstoffgehalt mehr als 0,3 % beträgt, Rest Eisen, erschmelzungsbedingte Verunreinigungen sowie kleine Zusätze vorgesehen, mit der Maßgabe, daß der Nickelgehalt unter 0,5 Gew.-% liegt und der Werkstoff nach einer Lösungsglühbehandlung abgeschreckt, gegebenenfalls kaltverformt, und auf Grund seiner austenitischen Gefügestruktur nicht ferromagnetisch ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige Stahllegierung zur Verwendung als Werkstoff für Gegenstände, die zumindest teilweise oder zeitweise in Berührungskontakt mit der Haut oder Körperflüssigkeiten von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen.
Austenitisch rostfreie Stähle finden weltweit sehr große und steigende Anwendung. Die korrosionsbeständigen austenitischen Stähle enthalten zumeist wesentliche Anteile an Nickel. Nickel kann jedoch durch den Gebrauch aus diesen Stählen herausgelöst und als Korrosionsprodukt in Form von Nickelionen in die Körper von Lebewesen gelangen und dort allergische Reaktionen auslösen.
Ein Beispiel ist hier die Anwendung nickelhaltiger austenitisch rostfreier Stähle für Bauteile von Uhren ( Uhrenschalen, Uhrarmbänder). Durch den menschlichen Schweiß zwischen Haut und Uhr können austenitisch rostfreie Stähle so korrodiert werden, daß sie Nickelionen in die Haut gelangen lassen und bei sensibilisierten "Nickelallergiker"-Personen allergische Reaktionen gegen Nickel hervorrufen, die sich zum Beispiel in Errötung, Jucken, Ekzemen, zeigen. Es gibt deshalb in europäischen Ländern schon jetzt gesetzgeberische Maßnahmen, die den Gebrauch nickelhaltiger Werkstoffe am und im menschlichen Körper verbieten. Als Ersatz bieten sich Gold-und Titanlegierungen an. Diese sind aber teuer und aufwendig herzustellen.
Werkstoffe, die am und im Körper von Lebewesen verwendet werden, müssen in der Regel eine ganze Reihe von Anforderungen erfüllen. Sie sollen fest, zäh, nicht ferromagnetisch ( "antimagnetisch"), verschleißfest, korrosionsbeständig und erschwinglich sein. Solche Anforderungen werden teilweise erfüllt durch nickelfreie austenitisch rostfreie Stähle. Die Patentschriften CH 684979 B5 ( Böhler Ybbstalwerke 1993) und DE 19513407 C1 ( VSG, 1996) beschreiben solche nickelfreie austenitisch rostfreie Stähle und stellen zusammengenommen den Stand der Technik dar. Beide Patentschriften gehen davon aus, daß Kohlenstoff ein unerwünschtes Element in solchen Legierungen sei, weil bis heute die allgemein anerkannte Lehrmeinung ist, daß Kohlenstoff in austenitisch rostfreien Stählen die Korrosionsbeständigkeit vermindert. Die Patentschrift CH 684979 B5 begrenzt deshalb den Kohlenstoffgehalt auf maximal 0,10 Gewichtsprozent bei einem Stickstoffgehalte von 0,55 Gewichtsprozent.
Die Patentschrift DE 195 13 407 C1 ( VSG 1996) beschreibt weitere nickelfreie austenitisch rostfreie Stähle. Ein ganz zentraler Punkt ist, daß die zu verwendenden nickelfreien Stähle mindestens 0,55 Gew.-Prozent Stickstoff enthalten müssen, um die fehlende austenitisierende Wirkung des Nickels zu kompensieren. Die Patentschrift geht ebenfalls davon aus, daß Kohlenstoff ein unerwünschtes Element in solchen Legierungen sei, weil bis heute die allgemein anerkannte Lehrmeinung ist, daß Kohlenstoff in austenitisch rostfreien Stählen die Korrosionsbeständigkeit vermindert. DE 195 13 407 begrenzt daher den Kohlestoffgehalt auf höchstens 0,3 Gewichtsprozent.
Die Erfinder der vorliegenden Patentschrift haben aber nunmehr erkannt, daß Kohlenstoff im Gegensatz zur allgemein anerkannten Fachmeinung die folgende vorteilhafte Wirkung ausübt: Kohlenstoff in fester Lösung erhöht die Beständigkeit gegen Spaltkorrosion austenitisch rostfreier Stähle in sauren Chloridlösungen.
Insbesondere läßt sich die korrosionshemmende Wirkung des gelösten Kohlenstoffes im genormten Versuch der Spaltkorrosion in wässriger 6% FeCl3-Lösung quantitativ im Rahmen einer Wirksumme der korrosionshemmenden Legierungselemente wie folgt in erster Näherung beschreiben: Wirksumme: = % Cr +3,3(% Mo) + 20 (%N) + 20 (%C)
Innerhalb gewisser Grenzen würde also ein Gewichts - Prozent soviel Korrosionsbeständigkeit bewirken wie sonst nur 20 Gewichtsprozent Chrom.
Aufbauend auf dieser völlig neuen Erkenntnis stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, das Problem der Nlckelallergie durch die Verwendung eines austenitisch rostfreien Stahles zu verhindern, der gezielt die vorteilhafte Wirkung des Kohlenstoffes, insbesondere seinen Beitrag zur Erhöhung des Widerstandes gegen Spaltkorrosion nutzt. Die übrigen Legierungselemente im erfindungsgemäßen austenitisch rostfreien Stahl werden nach den einer Fachperson wohlbekannten Regeln so eingeschränkt, daß die Stabilität des kubisch flächenzentrierten Kristellgitters erhalten bleibt und so die Abwesenheit von Ferromagnetismus sowie die Zähigkeit und allgemiene Korrosionsbeständigkeit erhalten und möglichst hoch bleiben.
Die gestellte Aufgabe der Verhinderung von Nickelallergie wird erfüllt durch die Verwendung einer Legierung, die die folgende Zusammensetzung ( in Gewichts-Prozent) hat:
Mangan
5 bis 26 %%
Chrom
11 bis 24 %
Molybdän
mehr als 2,5 und bis 6 %
Stickstoff
mehr als 0,2 und bis 2,0%
Kohlenstoff
mehr als 0,1 und bis 0,9,
wobei im Konzentrationsbereich von mehr als 0,55 % Stickstoff der Kohlenstoffgehalt mehr als 0,3 % beträgt, Rest Eisen sowie unvermeidbare erschmelzungsbedingte Verunreinigungen sowie Ni, Si, S, Cu, Co, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, W, Al, B, Ce, Ca einzeln bis höchstens 2,0% ( mit der Maßgabe, daß der Werkstoff nach dem Abschrecken von einer Lösungsglühtemperatur im Bereich zwischen 950 ° und 1260° eine austenitische Grund-Gefügestruktur aufweist und dadurch nicht ferromagnetisch ist) als Werkstoff für Bauteile, die zumindest teilweise oder zeitweise im Berührungskontakt mit Lebewesen, insbesondere Menschen, stehen oder am, im oder nahe dem Körper von Lebewesen angewendet werden.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß einerseits durch die geringe Nickelkonzentration keine nickelallergischen Reaktionen bei Kontakt mit dem Körper von Lebewesen ausgelöst werden, andererseits durch die gewählte Zusammensetzung vor allem der Elemente Chrom, Molybdän und Stickstoff, nun aber verstärkt durch die hohen Kohlenstoffgehalte, die Korrosionsbeständigkeit so hoch liegt, daß Körperflüssigkeiten, einschließlich menschlicher Schweiß, keine Korrosion bewirken. Die hohe Korrosionsbeständigkeit, die sich im genormten Spaltkorrosionsversuch nachweisen läßt, bewirkt, daß auch die Herauslösung anderer Schwermetallionen aus der Legierung bei Kontakt mit dem Körper von Lebewesen verhindert wird. Auf diesen Eigenschaften baut die erfindungsgemäße Anwendung auf: Allergische Reaktionen durch Nickel und andere Schwermetallionen (Kobalt, Chrom) werden dadurch vermieden, daß die anzuwendende Legierung äußerst nickelarm und zugleich hoch korrosionsbeständig ist. Die Auslösung allergischer Reaktionen durch Berührungskontakt mit dem Körper läuft zunächst über eine Korrosionsreaktion des Werkstoffes mit den Körperflüssigkeiten wie Schweiß oder Speichel. Hierbei können Nickelionen aus nickelhaltigen rostfreien Stählen herausgelöst werden. Der nächste Schritt ist die Aufnahme von von Nickelionen durch die Haut oder das Gewebe und dann die Auflösung der allergischen Reaktion. Es ist also nicht der metallische Werkstoff, sondern dessen Korrosionsprodukt, das die Allergie-Reaktion auslöst. Deshalb nützt hier die erfindungsgemäße Anwendung einen Werkstoff, der sowohl äußerst nickelarm als auch höchst korrosionsbeständig ist.
Anwendung ist hier definiert als ein Gebrauch der erfindungsgemäßen Legierung, während dessen ein anderer, höher mit Nickel legierter austenitisch rostfreier Stahl Gelegenheit hätte, eine wirksame Menge von Nickelionen an den Körper von Lebewesen abzugeben und so Nickelallergie und allergische Reaktionen auszulösen oder zu fördern.
Ein weiterer Vorteil der Anwendung der hochkorrosionsbeständigen erfindungsgemäßen Legierung liegt darin, daß sie künftig in sehr weiten Anwendungsbereichen die bisher weitverbreiteten nickelhaltigen austenitischen rostfreien Legierungen auf wirtschaftliche Weise ersetzen kann, da Kohlenstoff ein sehr billiges Legierungselement ist. Durch diese Ablösung der nickelhaltigen austenitischen Stähle durch nickelfreie austenitische Stähle wird der stetig steigende Nickelpegel unserer Umwelt weniger ansteigen, so daß auch das statische Auftreten der Sensibilisierung auf Nickel-Allergie, etwa durch Einnahme nickelhaltiger Nahrung, weniger rasch zunimmt. Insofern kann die erfindungsgemäße Anwendung des kohlenstoffhaltigen nickelfreien korrosionsbeständigen Stahles doppelt wirken: Einmal durch das Vermeiden der Freisetzung von Nickelionen und anderer Schwermetallionen (Chrom, Mangan) im Kontakt mit dem Körper von Lebewesen, zum anderen - im Sinne einer nachhaltigen Technik - durch geringere Steigerung des allgemeinen Umwelt-Nickelpegels, von dem heute einzelne Forscher berichten, er könne zur Sensibilisierung auf Nickelallergie, zum Beispiel über die Nahrung, beitragen. Ein so sensibilisiertes Lebewesen braucht dann erst recht Nickelfreiheit (Nickelarmut) in den Stählen, mit denen es in Berührung kommt, und auch deshalb braucht es dann die erfindungsgemäße Anwendung des erfindungsgemäßen Stahles.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Stahles im Kontakt mit dem Körper von Lebewesen wird noch durch eine weitere Eigenschaft des Kohlenstoffs in fester Lösung im Stahl gefördert: Kohlenstoff erhöht die Festigkeit des Stahles durch Mischkristallhärtung und steigert zudem den Verfestigungskoeffizient des Werkstoffs, so daß auch durch Kaltverformung hohe Festigkeiten erzielt werden können. Darüber hinaus ist durch die Bildung kleinster Teilchen im Kristallgitter und Segregationszonen, insbesondere nach Kaltverformung, durch Aushärtung eine weitere Festigkeitssteigerung ohne wesentlichen Verlust der Korrosionsbeständigkeit möglich. Dies erschließt Anwendungen im Kontakt mit Körpern, wo vom Werkstoff neben Korrosionsbeständigkeit und Nickelfreiheit auch hohe Festigkeit verlangt wird. Beispiele solcher erfindungsgemäßen Anwendungen sind Zahnkorrekturdrähte, Spickdrähte, chirurgisches Besteck, Implantate und allgemein hochfeste korrosionsbeständige Teile von Gegenständen, zum Beispiel Sportgeräte, die durch Berührungkontakt nickelallergische Reaktionen auslösen könnten.
Die erfindungsgemäßen Verwendungen der Legierung umfassen demnach Anwendungen am und im menschlichen Körper von Lebewesen, wo Nickelallergie nicht auftreten soll. Dies betrifft sowohl Schmuck (Ohrringe, Ringe, Ketten) als auch Modeartikel (Gürtelschnallen, Knöpfe, Reißverschlüsse), Brillen, Uhren, Armbänder und alle Metallgegenstände, die auf dem Körper oder im Körper - sei es auch nur kurze Zeit - getragen werden, Die erfindungsgemäßen Anwendungen betreffen ferner medizinische Geräte, Vorrichtungen und Implantate, beispielsweise Zahnspangen, Zahnfüllungen, Zahnplomben, Zahnkorrektur-Vorrichtungen wie Drähte, Schrauben, Platten sowie metallische Befestigungen und Fixationen im Körper, zum Beispiel Spickdrähte, Knochennägel und vorübergehend sowie dauernd eingebaute oder teilweise eingebaute Platten und Schrauben zur Heilung von Knochenbrüchen, sowie Kanülen, Spritzen, Akupunkturnadeln, chirurgisches und ophtalmologisches Besteck und Geräte, um Löcher in den Körper von Lebewesen einzubringen, beispielsweise für Ohrringe, also ganz generell alle Anwendungen am und im Körper, sei es dauernd oder zeitweise.
Erfindungsgemäß gehören zur Anwendung der Legierung auch solche Bauteile und Geräte, die dadurch Nickelallergie auslösen könnten, daß sie nahe dem Körper von Lebewesen verwendet oder von Lebewesen berührt werden. Dies betrifft auch Nieten und Knöpfe an Kleidern, Gürtelbeschläge, Schmuck, einschließlich Modeschmuck und den Körper durchdringenden Schmuck wie Ohrringe und Nasenringen, Feuerzeuge, Spitaleinrichtungen, Betten, Geländer, Haltestangen, Türgriffe, Besteck, Geschirr, Küchengeräte sowie Bauteile von Architektur und Verkehrsmitteln, sowie Münzen, ganz generell die Bauteile, die mit Körpern von Lebewesen und deren Körperflüssigkeiten in Berührung kommen.
Die erfindungsgemäße Legierung kann mit bekannten metallurgischen Verfahrenstechniken hergestellt werden, so zum Beispiel durch Erschmelzen bei Normaldruck, Druckerschmelzen, Druck-Elektroschlacke-Umschmelzen, durch Pulvermetallurgie, einschließlich Metallpulverspritzgießen, sowie als Oberflächenschicht.
Die erfindungsgemäße Legierung wird bevorzugt im lösungsgeglühten und danach abgeschreckten Zustand eingesetzt. Ihre Festigkeit kann durch Kaltverformung nach dem Lösungsglühen und Abschrecken sowie durch Aushärtung deutlich verbessert werden. Der gleichzeitig hohe Kohlenstoffgehalt und Stickstoffgehalt stabilisieren das kubisch-flächenzentrierte Kristallgitter ("Austenit") und bewirken so, daß auch nach Kaltverformen die erfindungsgemäße Legierung ihre nichtferromagnetischen Eigenschaften beibehält.
Anhand der folgende Beispiele wird die Erfindung näher erläutert:
Beispiel 1
Eine Legierung mit der chemischen Zusammensetzung 17% Cr, 3% Mo, 10% Mn, 0,31% C, 0,35% N, Rest Eisen, wurde im Vakuum-lnduktionsofen erschmolzen, bei 1250 °C homogenisiert und anschließend bei 1150 °C geschmiedet. Nach einer Lösungsglühung bei 1120 °C und nachfolgender Wasserabschreckung ist die Legierung homogen austenitisch, frei von Ausscheidungen und frei von Deltaferrit, somit vollkommen unmagnetisch. Diese nickelfreie Legierung hat eine so hohe Beständigkeit gegen Spaltkorrosions in saurer wäßriger 6% FeCl3-Lösung, daß Spaltkorrosion erst bei Temperaturen über 23 °C einsetzt. Damit überschreitet sie bei weitem die Korrosionsbeständigkeit der besten heute für Uhren benützten rostfreien Stähle. Gemäß der Wirksumme % Cr + 3,3 (% Mo) + 20 (% N ) + 20 (% C) ist ein wesentlicher Teil dieser Korrosionsbeständigkeit, nämlich 6,2 von insgesamt 40,2 Punkten auf den Kohlenstoffgehalt in fester Lösung zurückzuführen. Die Legierung hat eine Streckgrenze von 510 MPa und eine Kerbschlagarbeit von 250 J, ist also im Vergleich zu anderen austenitischen Stählen zusätzlich zu ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit außerordentlich fest und zäh und damit auch verschleißbeständig und somit für die oben angeführten Anwendungen geeignet.
Beispiel 2
Eine Uhrenschalen-Vorform mit der chemischen Zusammensetzung 17,2% Cr, 3,25% Mo, 13% Mn, 0,35% C und 0,54% N, Rest Eisen, wurde aus Metallpulver durch Sintern in Argon/Stickstoffatmosphäre hergestellt und von 1200 °C im bewegten Gasstrom rasch abgekühlt. Die so erhaltene Legierung war homogen austenitisch und somit völlig unmagnetisch. Diese Legierung hat eine so hohe Korrosionsbeständigkeit, daß Spaltkorrosion in saurer wäßriger 6 % FeCl3-Lösung erst bei Temperaturen über 26 °C einsetzt. Gemäß der Wirksummenformel % Cr + 3,3 (% Mo) + 20 (% N) + 20 (% C) trägt der Kohlenstoff in fester Lösung 7,0 Punkte zur gesamten Korrosionsbeständigkeit von 45,7 Punkten bei. In anderen Worten, der Kohlenstoffgehalt von 0,35% bewirkt die gleiche Zunahme der Korrosionsbeständigkeit wie dies sonst nur ein zusätzlicher Gehalt von 7% Chrom tun würde. Diese nickelfreie Legierung hat eine Streckgrenze von 530 MPa, ist also für Austenite außerordentlich fest und damit auch verschleißbeständig und aufgrund ihrer Eigenschaftskombination für die oben aufgeführten Anwendungen geeignet.
Beispiel 3
Eine Legierung mit der chemischen Zusammensetzung 17,2% Cr, 3,25% Mo, 11% Mn, 0,35% C und 0,60% N, Rest Eisen, wurde im Druck-Elektroschlacke-Umschmelzverfahren hergestellt, bei 1250 °C homogenisiert und anschließend bei 1150 °C geschmiedet. Nach einer Lösungsglühung bei 1150 °C und nachfolgender Wasserabschreckung ist die Legierung homogen austenitisch, frei von Ausscheidungen und frei von Deltaferrit, somit vollkommen unmagnetisch. Diese nickelfreie Legierung hat eine so hohe Beständigkeit gegen Spaltkorrosion in saurer wäßriger 6% FeCl3-Lösung, daß Spaltkorrosion erst über 35 °C einsetzt. Gemäß der Wirksumme von % Cr + 3,3 (% Mo) + 20 (% N) + 20 (% C) ist ein wesentlicher Teil dieser Korrosionsbeständigkeit, nämlich 7,0 Punkte von insgesamt 47 Punkten auf den Kohlenstoffgehalt in fester Lösung zurückzuführen. Die Legierung hat eine Streckgrenze von 560 MPa und ist damit im Vergleich zu anderen austentischen Stählen zusätzlich zu ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit außerordentlich hart und fest und somit für die oben aufgeführten Anwendungen geeignet.
Beispiel 4
Eine Uhrenschalen-Vorform mit der chemischen Zusammensetzung 17% Cr, 3,0 % Mo, 11% Mn, 0,35% C und 1,6% N, Rest Eisen, wurde aus Metallpulver durch Sintern in Formiergas hergestellt und danach von 1200 °C in Wasser abgeschreckt. Die so erhaltene Legierung war homogen austenitisch und somit völlig unmagnetisch. Diese Legierung hat eine so hohe Korrosionsbeständigkeit, daß Spaltkorrosion in saurer wäßriger 6% FeCl3-Lösung erst bei Temperaturen über 60 °C einsetzt. Dies macht die Legierung noch korrosionsbeständiger als die sonst hochlegierten sehr nickelreichen "Superaustenite" und damit auch geeignet für die oben genannten Anwendungen.

Claims (9)

  1. Verwendung einer kohlenstoffhaltigen Stahllegierung mit (in Gewichtsprozent):
    Mangan
    5 bis 26 %
    Chrom
    11 bis 24 %
    Molybdän
    mehr als 2,5 und bis 6 %
    Stickstoff
    mehr als 0,2 und bis 2,0 %
    Kohlenstoff
    mehr als 0,1 und bis 0,9 %,
    wobei im Konzentrationsbereich von mehr als 0,55 % Stickstoff der Kohlenstoffgehalt mehr als 0,3% beträgt Rest Eisen sowie unvermeidliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen sowie Ni, Si, S, Bi, Cu, Co, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, W, Al, B, Ce, Ca einzeln bis höchstens 2,0% ( mit der Maßgabe, daß der Werkstoff nach dem Abschrecken von einer Lösungsglühtemperatur im Bereich zwischen 950 ° und 1260° C eine austenitische Grund-Gefügestruktur aufweist und dadurch nicht ferromagnetisch ist) als Werkstoff für Bauteile, die zumindest teilweise oder zeitweise im Berührungskontakt mit Lebewesen, insbesondere Menschen, stehen oder am, im oder nahe dem Körper von Lebewesen angewendet werden.
  2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese in Gewichts-Prozent
    Mangan
    5 bis 16%
    Chrom
    15 bis 22 %
    Molybdän
    mehr als 2,5 und bis 4,5%
    Stickstoff
    mehr als 0,2 und bis 2,0%
    Kohlenstoff
    mehr als 0,15 und bis 0,80%,
    wobei im Konzentrationsbereich von mehr als 0,55 % Stickstoff der Kohlenstoffgehalt mehr als 0,3 und bis 0,60 % beträgt, aufweist.
  3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß deren Nickelgehalt unter 0,5 Gew.-% liegt.
  4. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß deren Nickelgewicht unter 0,25 Gew.-% liegt.
  5. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1,2,3 oder 4 im lösungsgeglühten Zustand für den Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen den Temperaturen 950 ° C und 1260° lösungsgeglüht wurde.
  6. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1,2,3,4 oder 5 im lösungsgeglühten und nachfolgend abgeschreckten Zustand für den Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie kaltverformt wurde.
  7. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1,2,3 oder 4 im lösungsgeglühten und nachfolgend abgeschreckten sowie danach kaltverformten Zustand für den Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nach Kaltverformen nochmals angelassen wurde.
  8. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1,2,3,4,5,6 oder 7 für den Zweck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung nur als Oberflächenschicht ausgebildet ist.
  9. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie während Herstellung und Gebrauch keine wirksamen Mengen von Nickelverbindungen oder Nickelionen abgibt, die in den Körper von Lebewesen durch die Nahrung aufgenommen werden und so zu Nickelallergie oder allergischen Reaktionen beitragen.
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