EP2396440A1 - Stahllegierung - Google Patents

Stahllegierung

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EP2396440A1
EP2396440A1 EP10703075A EP10703075A EP2396440A1 EP 2396440 A1 EP2396440 A1 EP 2396440A1 EP 10703075 A EP10703075 A EP 10703075A EP 10703075 A EP10703075 A EP 10703075A EP 2396440 A1 EP2396440 A1 EP 2396440A1
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EP
European Patent Office
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weight
steel alloy
less
manganese
silicon
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10703075A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Schremb
Original Assignee
Gebr Schmachtenberg GmbH
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Filing date
Publication date
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    • Y10T83/00—Cutting
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    • Y10T83/9411—Cutting couple type
    • Y10T83/9447—Shear type

Definitions

  • the invention relates to an alloy for a steel with a nickel content between 3.5 wt .-% and 5.5 wt .-%.
  • Such an alloy with 4.5 wt .-% nickel for example, the 45NiCrMoV16-6, according to DIN EN 10 027.
  • This alloy is referred to in accordance with DIN EN 10 027 Part 2 with the material number 1.2746.
  • nickel it also contains the following alloy components:
  • Chromium 1.40 - 1.60% by weight -%
  • Molybdenum 0.73-0.85% by weight
  • Vanadium 0.45-0.55% by weight
  • the steel alloy is ideal as a tool steel. In addition to the specified proportions, there may still be traces of other elements in the steel.
  • the unavoidable impurity elements include, among others, phosphorus and sulfur. These can be brought to values of less than 0.1 wt .-%.
  • Another generic steel is the 28NiMol7, according to the material number 1.2747. This has the alloy components below.
  • Chromium 0.30 - 0.50% by weight -% Molybdenum: 1.15-1.25% by weight
  • Vanadium 0.15-0.20% by weight
  • 28NiMol7 contains the same alloying elements as 45NiCrMoV16-6, but in lower concentrations. An exception is nickel, this alloying element is present in a higher concentration.
  • Generic alloys are outstandingly suitable for heat treatment processes for influencing the strength, such as hardening, tempering and surface hardening. It can be made from high strength, impact resistant and durable steels for tools.
  • a steel alloy which has the following percent by weight of constituents: 0.2-0.8 C, not more than 10 Cr, not more than 5 Mo, not more than 3 V, less than 0.1 Si and less than 3 Mn.
  • a steel alloy which has the following proportions by weight: 0.1-0.6 C, less than 8 Cr, a content of Mo, less than 2.5 V, 0.1-1.5 Si and 0.1 to 2 Mn.
  • Curing comprises the steps of annealing above the so-called austenitizing temperature and subsequent quenching.
  • austenitizing temperature is the temperature at which the steel material becomes austenitic, ie the atoms in the metal lattice are cubic face-centered.
  • the austenitization temperature is mild steel, depending on the carbon content of between 723 ° C and 1140 0 C.
  • the steel is heated to a temperature above the austenitizing temperature. During the subsequent cooling is a very hard compound called martensite.
  • carbides such as FesC, which are also very hard, are increasingly being produced.
  • a material is ductile if, after exceeding the elastic limit, it plastically deforms over a wide range, instead of breaking.
  • a measure of the ductility is the elongation at break. High hardness is usually bought at a loss of ductility.
  • alloying elements e.g. Chromium, cobalt, silicon and manganese
  • the austenitizing temperature can be reduced by some alloying elements, for example nickel.
  • alloying elements for example nickel.
  • the object of the present invention is to provide an alloy of a steel, with which a steel with a high strength and ductility can be produced with good long-term stability.
  • the steel alloy should be ideally suited for through-hardening with little tendency to embrittlement.
  • the object underlying the invention is achieved starting from a steel of the type mentioned by the provision of alloying proportions according to the following alloy 1:
  • Carbon 0.50-0.70% by weight
  • Chromium 1.80-2.50% by weight
  • Vanadium 0.60-1.5% by weight.%
  • alloys with excellent properties are the subject of the description and the dependent claims.
  • the subclaims additionally specify the alloy of a steel according to the invention and indicate the concentrations in which the individual alloying elements must be present in order to enhance their positive effects on the strength and the ductility.
  • the non-interfering elements and impurities can be present in concentrations of less than 0.10% by weight, preferably less than 0.05% by weight.
  • the phosphorus content of the steel alloy according to the invention is preferably below 0.025% by weight.
  • the addition of nickel can cause the so-called austenite area to be extended in the iron-carbon diagram.
  • the austenitizing area can be shifted to lower temperatures and to higher carbon contents.
  • a steel with a high nickel content can be hardened well, i.a. because the cooling rate, at which martensite still forms after annealing above the austenitizing temperature, must be lower.
  • Nickel increases strength with little loss of ductility.
  • the weldability is not affected by nickel. Nickel improves notched impact strength, especially at low temperatures.
  • Chromium increases the strength of the material by about 80 - 100 N / mm 2 per wt .-% chromium. The elongation at break is reduced, but it has been shown that at a chromium content of 1.9 to 2.2 wt .-%, the elongation at break is only slightly reduced. Chromium is a strong carbide former, which means that with increased chromium content, the tendency of the material to form carbides that tend to be very hard is increased. Furthermore, chromium improves through hardenability.
  • Vanadium improves the heat resistance and suppresses the overheat sensitivity.
  • An increase in the vanadium content has the consequence that during quenching and tempering negative influences, for example by embrittlement or by scaling can be avoided.
  • Molybdenum increases the tensile strength, has a favorable effect on weldability and is a strong carbide former. Molybdenum reduces the tendency to embrittle the steel during tempering. Molybdenum, however, reduces the austenite area to iron-carbon diagram.
  • the alloy is particularly suitable for tool steels, in particular for cutting steels, ie for cutting, punching and machining.
  • the alloyed steel according to the invention is also suitable for tools for forging, pressing, stamping, die casting and plastic molding. The reason for this is seen in the fact that the steel has hard structural components after a hardening process, are surrounded by a ductile, so tough-elastic structure. Due to this combination, an externally applied load due to contact with the workpiece to be machined can not damage the tool.
  • the workpiece for example, the tool is hardened according to an advantageous use of the alloy according to the invention only partially martensitic.
  • iron carbides and pearlitic microstructures may still be present in the workpiece so that the microstructure does not tend to crack during a pressure load.
  • This microstructure is created by slowly cooling a steel annealed above the austenitizing temperature so that only a small amount of martensite is formed. It is advantageous to cure to a hardness of 30 to 80 HRC Rockwell, preferably 50 to 60 HRC, more preferably 55 to 56 HRC. Tools for cutting should never break, but deform under excessive load, so that they do not lose their functionality even after heavy use. It has been found that workpieces made of Alloy 1 can be achieved even at the relatively high hardness of 50 to 60 HRC Rockwell tensile strengths of 700 to 900 N / mm 2 .
  • Nitriding produces a hard surface layer of iron nitrides.
  • the alloy 2 given and described below contains the same alloying proportions as alloy 1, but with narrower ranges. which further enhances the beneficial effects of alloying on ductility, strength and long-term durability.
  • Chromium 1.90-2.20% by weight
  • Molybdenum 1.00-1.20% by weight
  • Nickel 4.00 - 4.30% by weight -%
  • the more carbon contained in a steel the more martensite can be formed. From 0.6% carbon, a brittle structure can be created by a hardening process.
  • the steel alloy according to an advantageous embodiment only contains up to 0.58% carbon, arises in the workpiece during curing only partially martensitic structure. The workpiece can thus maintain a certain minimum ductility and does not become brittle.
  • the steel alloy further contains less than 0.5 wt .-% silicon and less than 1.0 wt .-% manganese.
  • Silicon increases the scale resistance as well as the tensile strength and elongation at break of the steel.
  • Manganese increases the strength of the steel and has a favorable effect on forgeability and weldability. This means that a steel mixed with manganese can harden and reshape well cold and, in addition, the structural damage and the tendency to internal stress formation while thermal influences are kept low by welding. Manganese as well as nickel expands the austenite area.
  • this contains between 0.15 and 0.35% by weight of silicon and between 0.6 and 0.8% by weight of manganese. At these concentrations, the elongation at break effect of manganese and the influence of silicon on the toughness properties of the material are hardly measurable, and in cooperation with the other alloy contents shown in Table 1, a tool steel with further improved toughness properties can be provided.
  • the high toughness is advantageous for a tool steel which is subject to frequent impacts at high loads, which can lead to tensile and compressive stresses in the steel between 200 and 900 N / mm 2 .
  • the steel In the case of a shock, in which the elastic limit of the material is exceeded, the steel will plastically deform, but not break. Cold work hardening even occurs in the area of the plastic deformation area, so that the strength property of the tool steel can be improved in use.
  • the alloy steel according to the invention is suitable for producing cutters for scrap shears therefrom.
  • Scrap shears must be harder than the scrap they have to cut, which is why they are hardened, preferably through hardened.
  • the following alloy 3 has proved to be particularly advantageous.
  • the steel alloy preferably has more than 0.1% by weight of silicon, in particular more than 0.12% by weight of silicon, and / or has more than 0.4% by weight of manganese, in particular more than 0.5% by weight .-% manganese.
  • the steel alloy has at least 86% by weight, in particular 88% by weight, preferably 90% by weight and most preferably 91% by weight of iron.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Legierung für einen Werkzeugstahl, aufweisend die folgenden Legierungsanteile in Gewichtsprozent: 0,5 % - 0,7 % Kohlenstoff, 1,80 % - 2,50 % Chrom; 0,90 - 1,20 % Molybdän; 3,50 % - 5,50 % Nickel und 0,60 % - 1,50 % Vanadium. Der entsprechend legierte Stahl eignet sich hervorragend für Wärmebehandlungen zur Beeinflussung der Festigkeit. Durch einen Kohlenstoffanteil von unter 0,7% kann im Wege eines Härteverfahrens ein teilweise martensitisches Metallgefüge bereitgestellt werden, dass noch eine hohe Duktilität hat. Durch Randschichthärten kann der Kohlenstoffanteil gebietsweise außenseitig an Werkstücken über 0,7 % liegen.

Description

Bezeichnung: Stahllegierung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Legierung für einen Stahl mit einem Nickelanteil zwischen 3,5 Gew.-% und 5,5 Gew.-%. Eine derartige Legierung mit 4,5 Gew.-% Nickel ist beispielsweise die 45NiCrMoV16-6, gemäß der DIN EN 10 027. Diese Legierung wird gemäß der DIN EN 10 027 Teil 2 auch mit der Werkstoffnummer 1.2746 bezeichnet. Sie enthält neben Nickel weiterhin die folgenden Legierungsanteile:
45NiCrMoV16-6:
- Kohlenstoff: 0,41 - 0,49 Gew.-%
- Silizium : 0,15 - 0,35 Gew. -%
- Mangan : 0,60 - 0,80 Gew. -%
- Chrom : 1,40 - 1,60 Gew. -%
- Molybdän : 0,73 - 0,85 Gew. -%
- Vanadium : 0,45 - 0,55 Gew. -%
- Eisen : Rest
- weitere unvermeidbare Elemente und Verunreinigungen in nicht störenden Konzentrationen.
Diese Angaben sind jeweils kennzeichnend für das Verhältnis des Gewichts des entsprechenden Legierungselementes zum Gesamtgewicht einer Probe. Die Stahllegierung eignet sich hervorragend als Werkzeug stahl. Neben den angegebenen Anteilen können noch Spuren anderer Elemente im Stahl vorhanden sein. Zu den unvermeidbaren Verunreinigungselementen gehören unter anderen Phosphor und Schwefel. Diese können auf werte von unter 0,1 Gew.-% gebracht werden.
Ein weiterer gattungsgemäßer Stahl ist der 28NiMol7, nach der Werkstoffnummer 1.2747. Dieser weist die unten stehenden Legierungsanteile auf.
28NiMol7:
- Kohlenstoff: 0,24 - 0,31 Gew.-%
- Silizium : 0,15 - 0,35 Gew. -%
- Mangan : 0,20 - 0,80 Gew. -%
- Chrom : 0,30 - 0,50 Gew. -% - Molybdän : 1,15 - 1,25 Gew. -%
- Nickel : 4,20 - 4,70 Gew. -%
- Vanadium : 0,15 - 0,20 Gew. -%
- Eisen : Rest
- weitere, unvermeidbare Elemente und Verunreinigungen in nicht störenden Konzentrationen.
28NiMol7 enthält die gleichen Legierungselemente wie 45NiCrMoV16-6, jedoch in geringeren Konzentrationen. Eine Ausnahme bildet Nickel, dieses Legierungselement liegt in einer höheren Konzentration vor. Gattungsgemäße Legierungen eignen sich hervorragend für Wärmebehandlungsverfahren zur Beeinflussung der Festigkeit wie zum Beispiel Härten, Anlassen und Randschichthärten. Es können daraus hochfeste, schlagzähe und beständige Stähle für Werkzeuge gefertigt werden.
Aus JP 09 217 147 A ist eine Stahllegierung bekannt, die folgende Gewichtsprozente an Bestandteilen aufweist: 0,2 - 0,8 C, nicht mehr als 10 Cr, nicht mehr als 5 Mo, nicht mehr als 3 V, weniger als 0,1 Si und weniger als 3 Mn.
Aus JP 56055551 A ist eine Stahllegierung bekannt, die in Gewichtsprozent folgende Anteile hat: 0,1 - 0,6 C, weniger als 8 Cr, einem Gehalt an Mo, weniger als 2,5 V, 0,1 - 1,5 Si und 0,1 bis 2 Mn.
Das Härten weist die Arbeitsschritte Glühen oberhalb der so genannten Austenitisierungstemperatur und anschließendes Abschrecken auf. Zum Abschrecken wird in der Regel Wasser verwendet. Beim Anlassen wird das Werkstück bei niedrigen Temperaturen geglüht. Unter niedrigen Temperaturen versteht man in diesem Zusammenhang Temperaturen zwischen 1000C und 6500C. Die Austenitisierungstemperatur ist diejenige Temperatur, bei der der Stahlwerkstoff austenitisch wird, die Atome im Metallgitter also kubisch-flächenzentriert vorliegen. Die Austenitisierungstemperatur liegt bei unlegiertem Stahl je nach Kohlenstoffgehalt zwischen 723°C und 11400C.
Beim Härten wird der Stahl auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt. Bei der anschließenden Abkühlung ent- steht eine sehr harte Verbindung, die Martensit genannt wird. Daneben entstehen auch verstärkt Karbide wie zum Beispiel FesC, die ebenfalls sehr hart sind.
Ein Werkstoff ist duktil, wenn er sich nach dem Überschreiten der Elastizitätsgrenze noch in einem weiten Bereich plastisch verformt, anstatt zu brechen. Ein Maß für die Duktilität ist die Bruchdehnung. Eine hohe Härte wird in der Regel mit Einbußen an der Duktilität erkauft.
Durch die Hinzugabe von Legierungselementen z.B. Chrom, Kobalt, Silizium und Mangan können die Werkstoffeigenschaften, insbesondere das Temperaturverhalten, beeinflusst werden. Die Austenitisierungstemperatur kann durch einige Legierungselemente, beispielsweise Nickel, verringert werden. Es werden zur Zeit noch immer große Anstrengungen unternommen, um die Einflüsse einzelner Legierungsanteile und insbesondere deren Kombination auf Stähle zu erforschen. Wie sich Kombinationen von metallischen und nichtmetallischen Legierungen im Einzelnen auswirken, kann nur empirisch ermittelt werden oder abgeschätzt werden, weil die Auswirkungen von Legierungselementen auf das Verhalten des Stahls teilweise entgegenstrebend sind.
Ausgehend von einem 45NiCrMoV16-6-Stahl besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Legierung eines Stahls vorzusehen, mit der sich ein Stahl mit einer hohen Festigkeit und Duktilität bei einer guten Langzeitbeständigkeit herstellen lässt. Die Stahllegierung sollte sich darüber hinaus hervorragend für eine Durchhärtung bei geringer einer geringen Versprödungsneigung eignen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ausgehend von einem Stahl der eingangs genannten Art gelöst durch das Vorsehen von Legierungsanteilen entsprechend der folgenden Legierung 1 :
Legierung 1 :
- Kohlenstoff: 0,50 - 0,70 Gew.-%
- Chrom : 1,80 - 2,50 Gew. -%
- Molybdän : 0,90 - 1,50 Gew. -%
- Vanadium : 0,60 - 1,50 Gew. -%
- mindestens 86,0 Gew.-% Eisen und - abgesehen von Silizium und Mangan nur unbeabsichtigt in der Stahllegierung enthaltene Elemente und Verunreinigungen in nicht störenden Konzentrationen.
Weitere Legierungen mit vorzüglichen Eigenschaften sind Gegenstand der Beschreibung sowie der Unteransprüche. Die Unteransprüche spezifizieren den erfindungsgemäße Legierung eines Stahls zusätzlich und zeigen auf, in welchen Konzentrationen die einzelnen Legierungselemente vorliegen müssen, um ihre positiven Auswirkungen auf die Festigkeit und die Duktilität zu verstärken. Die nicht störenden Elementen und Verunreinigungen können in Konzentrationen von unter 0,10 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,05 Gew.-% vorliegen. Der Phosphorgehalt der erfindungsgemäßen Stahllegierung liegt vorzugsweise unter 0,025 Gew.-%.
Durch die Hinzugabe von Nickel kann bewirkt werden, dass das sogenannte Austenitgebiet im Eisen-Kohlenstoffdiagramm erweitert wird. Das Austenitisierungsgebiet kann zu tieferen Temperaturen und zu größeren Kohlenstoffgehalten hin verschoben werden. Ein Stahl mit einem hohen Nickelanteil lässt sich gut durchhärten, u.a. weil die Abkühlgeschwindigkeit, bei der sich nach dem Glühen oberhalb der Austenitisierungstemperatur noch Martensit bildet, weniger hoch sein muss. Nickel steigert die Festigkeit bei nur geringen Einbußen an Duktilität. Zudem wird die Schweißbarkeit durch Nickel nicht beeinträchtigt. Nickel verbessert die Kerbschlagzähigkeit insbesondere bei tiefen Temperaturen.
Chrom erhöht die Festigkeit des Werkstoffes um ca. 80 - 100 N/mm2 je Gew.-% Chrom. Die Bruchdehnung wird dabei herabgesetzt, es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einem Chromanteil von 1,9 bis 2,2 Gew.-% die Bruchdehnung nur geringfügig herabgesetzt ist. Chrom ist ein starker Karbidbildner, das bedeutet, dass bei erhöhten Chromanteilen die Neigung des Werkstoffes zur Bildung von tendenziell sehr harten Karbiden erhöht ist. Weiterhin verbessert Chrom die Durchhärtbarkeit.
Vanadium verbessert die Warmfestigkeit und unterdrückt die Überhitzungsemp- findlichkeit. Eine Erhöhung des Vanadium-Anteils hat zur Folge, dass bei Vergüten und Anlassen entstehende negative Einflüsse, beispielsweise durch Versprödung oder durch Verzunderung vermieden werden können. Molybdän erhöht die Zugfestigkeit, wirkt sich günstig auf die Schweißbarkeit aus und ist ein starker Karbidbildner. Molybdän verringert die Neigung zur Versprödung des Stahls beim Anlassen. Molybdän verkleinert jedoch das Austenitgebiet in Eisen-Kohlenstoffdiagramm.
Die Legierung eignet sich besonders gut für Werkzeugstähle, inbesondere für Stähle zum Trennen, also zum Schneiden, Stanzen und Zerspanen. Der erfindungsgemäß legierte Stahl eignet sich jedoch auch für Werkzeuge zum Schmieden, Pressen, Prägen, Druckgießen und Kunststoffformen. Der Grund hierfür wird darin gesehen, dass der Stahl nach einem Härteverfahren harte Gefügebestandteile hat, von einer duktilen, also zäh-elastischer Struktur umgeben sind. Durch diese Kombination kann eine von außen aufgebrachte Belastung durch den Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück das Werkzeug nicht beschädigen.
Das Werkstück, beispielsweise das Werkzeug wird gemäß einer vorteilhaften Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung nur zum Teil martensitisch gehärtet. Neben Martensit können dann noch Eisenkarbide und perlitisches Gefüge in dem Werkstück vorliegen, damit das Gefüge bei einer Druckbelastung nicht zur Rissbildung neigt. Dieses Gefüge wird erzeugt, indem ein über die Austenitisierungstemperatur geglühte Stahl so langsam abgekühlt wird, dass sich nur ein geringer Anteil an Martensit bildet. Vorteilhaft ist eine Härtung bis zu einem Härtegrad von 30 bis 80 HRC Rockwell, vorzugsweise 50 bis 60 HRC, besonders bevorzugt 55 bis 56 HRC. Werkzeuge zum Trennen sollten niemals brechen, sondern sich bei zu großer Belastung verformen, so dass sie auch nach starken Beanspruchungen nicht ihre Funktionalität verlieren. Es hat sich gezeigt, dass aus der Legierung 1 hergestellte Werkstücke auch bei der verhältnismäßig hohen Härte von 50 bis 60 HRC Rockwell Zugfestigkeiten von 700 bis 900 N/mm2 erreicht werden können.
Weiterhin können die Verschleißeigenschaften durch Nitrieren verbessert werden. Beim Nitrieren entsteht eine harte Randschicht aus Eisennitriden.
Die im Folgenden angegebene und beschriebene Legierung 2 enthält die gleichen Legierungsanteile wie die Legierung 1, jedoch mit enger eingegrenzten Berei- chen, wodurch die vorteilhaften Auswirkungen der Legierungsanteile auf die Duk- tilität, Festigkeit und Langzeitbeständigkeit weiter erhöht sind.
Legierung 2:
- Kohlenstoff: 0,50 - 0,58 Gew.-%
- Chrom : 1,90 - 2,20 Gew. -%
- Molybdän : 1,00 - 1,20 Gew. -%
- Nickel : 4,00 - 4,30 Gew. -%
- Vanadium : 0,80 - 1,00 Gew. -% Eisen : Rest und
- abgesehen von Silizium und Mangan nur unbeabsichtigt in der Stahllegierung enthaltene Elemente und Verunreinigungen in nicht störenden Konzentrationen.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der entsprechend der Legierung 2 legierte Stahl gehärtet und anschließend angelassen wird. Es fällt auf, dass für den Nickelanteil gegenüber dem 45NiCrMoV16-6 Stahl ein höherer Bereich angegeben ist. Die Legierungselemente Nickel und Mangan erweitern das Austenitgebiet, Molybdän und Chrom verkleinern es. Durch die Erhöhung des Nickelanteils können die Einflüsse von Chrom und Molybdän auf das Austenitgebiet ausgeglichen werden.
Je mehr Kohlenstoff in einem Stahl enthalten ist, desto mehr Martensit kann gebildet werden. Ab 0,6% Kohlenstoff kann durch ein Härteverfahren ein sprödes Gefüge entstehen. Indem die Stahllegierung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung nur bis zu 0,58% Kohlenstoff enthält, entsteht in dem Werkstück beim Härten nur teilweise martensitisches Gefüge. Das Werkstück kann so ein gewisses Mindestmaß an Duktilität behalten und wird nicht spröde.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Stahllegierung weiterhin weniger als 0,5 Gew.-% Silizium und weniger als 1,0 Gew.-% Mangan. Silizium erhöht die Zunderbeständigkeit sowie die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung des Stahls. Mangan erhöht die Festigkeit des Stahls und wirkt sich günstig auf die Schmiedbarkeit und die Schweißbarkeit auf. Das bedeutet, dass sich ein mit Mangan versetzter Stahl gut kalt verfestigen und umformen lässt und darüber hinaus die Gefügeschädigung und die Neigung zu Eigenspannungs- bildung während thermischer Einflüsse durch Schweißen gering gehalten werden. Mangan erweitert wie auch Nickel das Austenitgebiet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäß legierten Werkzeugstahls enthält dieser zwischen 0,15 und 0,35 Gew.-% Silizium und zwischen 0,6 und 0,8 Gew.-% Mangan. Bei diesen Konzentrationen ist der die Bruchdehnung verringernde Effekt des Mangans und der die Zähigkeitseigenschaften des Werkstoffes verringernden Einfluss von Silizium kaum messbar und im Zusammenwirken mit den übrigen Legierungsanteilen gemäß Tabelle 1 kann ein Werkzeugstahl mit weiter verbesserten Zähigkeitseigenschaften bereitgestellt werden.
Die hohe Zähigkeit ist vorteilhaft für einen Werkzeugstahl, der häufigen Stößen bei großen Belastungen ausgesetzt ist, die im Stahl zu Zug- und Druckspannungen zwischen 200 und 900 N/mm2 führen können. Bei einem Stoß, bei dem die Elastizitätsgrenze des Werkstoffes überschritten wird, wird sich der Stahl zwar plastisch verformen, aber nicht brechen. Im Bereich des plastischen Verformungsgebietes kommt es sogar zu Kaltverfestigung, so dass die Festigkeitseigenschaft des Werkzeugstahls im Gebrauch verbessert werden kann.
Vorteilhaft eignet sich der erfindungsgemäß legierte Stahl dazu, daraus Schneiden für Schrottscheren herstellen. Schrottscheren müssen härter sein als der Schrott, den sie zu zerschneiden haben, weshalb diese gehärtet, vorzugsweise durchgehärtet werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich die nachfolgende Legierung 3 erwiesen.
Legierung 3:
- C Gew.-% % 0,52-0,56
- Si Gew.-% % 0,15-0,30
- Mn Gew.-% % 0,60-0,80
- Cr Gew.-% % 1,70-1,90
- Mo Gew.-% % 1,00-1,20
- Ni Gew.-% % 3,95-4,30
- V Gew.-% % 0,70-0,90 und
- vorzugsweise 89,08 - 90,38 Gew.-% Fe. Verunreinigungen und nicht gewünschte Legierungsbestandteile max. 1 Gew.- %.
Die Stahllegierung hat vorzugsweise mehr als 0,1 Gew.-% Silizium, insbesondere mehr als 0,12 Gew.-% Silizium, und/oder sie hat mehr als 0,4 Gew.-% Mangan, insbesondere mehr als 0,5 Gew.-% Mangan. Vorzugsweise hat die Stahllegierung zumindest 86 Gew.-%, insbesondere 88 Gew.-%, vorzugsweise 90 Gew.-% und äußerst vorzugsweise 91 Gew.-% Eisen.
Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder aus der Beschreibung miteinander zu kombinieren, auch wenn eine derartige Kombination nicht ausdrücklich angegeben ist. Wenn in einer Auflistung einer Legierung, z.B. im Patentanspruch 1, mehrfach die Worte" insbesondere" und/oder „vorzugsweise" oder dergleichen enthalten sind, so ist dies so zu verstehen, dass jede mit „insbesondere" oder „vorzugsweise" angegebene Möglichkeit einzeln ausgewählt werden kann. Wenn also in einem Satz oder einem Anspruch das Wort „insbesondere" oder „vorzugsweise" erstmals auftaucht, kann die unmittelbar nachfolgende Angabe ausgewählt werden und dies unabhängig von allen weiteren „insbesondere" bzw. „vorzugsweise"- Angaben im selben Satz bzw. im selben Patentanspruch. Insoweit kann jedes einzelne Untermerkmal in einem Satz der Beschreibung oder in den Ansprüchen für sich allein und unabhängig von allen anderen Untermerkmalen ausgewählt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Eine Stahllegierung mit einem Nickelanteil zwischen 3,5 Gew.-% und 5,5 Gew.-% gekennzeichnet weiterhin durch die folgenden Legierungsanteile:
0,50 - 0,70 Gew.-% Kohlenstoff, insbesondere 0,52 - 0,56 Gew.-% Kohlenstoff;
1,70 - 2,50 Gew.-% Chrom, insbesondere 1,80 - 2,50 Gew.-% Chrom und vorzugsweise 1,70 - 1,90 Gew.-% Chrom;
0,90 - 1,50 Gew.-% Molybdän, insbesondere 1,00 - 1,20 Gew.-% Molybdän und
0,60 - 1,50 Gew.-% Vanadium; insbesondere 0,70 - 0,90 Gew.-% Vanadium sowie mindestens 86,00 Gew.-% Eisen und abgesehen von Silizium und Mangan nur unbeabsichtigt in der Stahllegierung enthaltene Elemente in nicht störenden Konzentrationen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Die Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese weniger als 5,00 Gew.-% Nickel, insbesondere weniger als 4,50 Gew.-% Nickel und vorzugsweise 3,95 - 4,30 Gew.-% Nickel enthält.
3. Die Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin die folgenden Legierungsanteile beinhaltet: weniger als 1,00 Gew.-% Silizium, insbesondere weniger als 0,40 Gew.-% Silizium, vorzugsweise 0,15 - 030 Gew.-% Silizium und weniger als 1,00 Gew.-% Mangan, insbesondere weniger als 0,80 Gew.-% Mangan, vorzugsweise 0,60 - 0,80 Gew.-% Mangan.
4. Die Stahllegierung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Stahllegierung enthaltenen Elemente in nicht störenden Konzentrationen mindestens eines, insbesondere mehrere und vorzugsweise alle Elemente der nachfolgenden Aufzählung aufweisen :
Wolfram W, Kobalt Co, Niob Nb, Zirkonium Zr, Kupfer Cu, Titan Ti, Tantal Ta, Bor B, Stickstoff N, Aluminium AI, Schwefel S und Phosphor P, wobei der Anteil mindestens eines, insbesondere mehrerer und vorzugsweise aller dieser Elemente jeweils kleiner ist als 0,1 Gew.-%.
5. Die Stahllegierung nach Anspruch 1, genauer aufweisend die folgenden Legierungsanteile in Gewichtsprozent:
0,52 - 0,56 Gew.-% Kohlenstoff;
1,70 - 1,90 Gew.-% Chrom;
1,00 - 1,20 Gew.-% Molybdän;
3,95 - 4,30 Gew.-% Nickel;
0,70 - 0,90 Gew.-% Vanadium
0,15 - 0,30 Gew.-% Silizium,
0,60 - 0,80 Gew.-% Mangan und mindestens 86,00 Gew.-% Eisen, wobei der Anteil dieser sieben Legierungsbestandteile und des Eisens in der Stahllegierung mindestens 97 Gew.-%, insbesondere mindestens 98 Gew.-% und vorzugsweise mindestens 99 Gew.-% ausmacht.
6. Die Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin die Legierungsanteile Silizium und Mangan in folgenden Anteilen aufweist: weniger als 0,50 Gew.-% Silizium, insbesondere 0,15 - 0,35 Gew.- % Silizium und weniger als 0,80 Gew.-% Mangan, insbesondere 0,60 - 0,80 Gew.- % Mangan.
7. Die Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehr als 0,10 Gew.-% Silizium, insbesondere mehr als 0,12 Gew.-% Silizium aufweist, und/oder dadurch gekennzeichnet, dass sie mehr als 0,40 Gew.-% Mangan, insbesondere mehr als 0,50 Gew.-% Mangan aufweist
8. Die Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest 89,00 Gew.-% Eisen aufweist, insbesondere dass der Gehalt an Eisen 89,08 -90,38 Gew.-% beträgt.
9. Die Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungen und unvermeidbaren Elemente jeweils in Konzentrationen von unter 0,10 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,05 Gew.-% vorliegen und/oder dass die Verunreinigungen und unvermeidbaren Elemente gemeinsam unter 2,0 Gew.-%, vorzugsweise unter 1,00 Gew.-% in der Legierung ausmachen.
10. Verwendung einer Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Scherenmessern.
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