EP2662461A1 - Eisen-Chrom-Mangan-Nickel-Legierung - Google Patents

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EP2662461A1
EP2662461A1 EP12167011.1A EP12167011A EP2662461A1 EP 2662461 A1 EP2662461 A1 EP 2662461A1 EP 12167011 A EP12167011 A EP 12167011A EP 2662461 A1 EP2662461 A1 EP 2662461A1
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EP
European Patent Office
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weight
alloy
manganese
nickel
chromium
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12167011.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg-Wilhelm Overbeck
Clemens Raabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
Original Assignee
Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Schmidt and Clemens GmbH and Co KG filed Critical Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
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    • C21D2211/005—Ferrite

Definitions

  • the invention relates to a nickel-chromium-manganese alloy, a component, a method for producing an alloy, a method for producing a component and the use of nickel-chromium-manganese alloys.
  • Duplex steels are known from the prior art.
  • Duplex steel refers to a steel that has a two-phase structure consisting of a ferrite matrix with intercalated austenite.
  • Duplex steels have established themselves as engineering materials in many areas of engineering due to the interplay of good mechanical properties and very good corrosion properties.
  • a disadvantage of duplex steels is that they can only be machined with great effort.
  • the higher proportion of nickel and the high proportion of molybdenum are disadvantageous to duplex materials known from practice, since this makes the materials relatively expensive.
  • duplex steels are expensive, so that standard for the production of duplex steels AOD / VOD converter (argon Oxygen Decarburisation- / Vacuum Oxygen Decarburisation converter) are used with appropriate secondary metallurgical possibilities. A foundry does not usually have such converters.
  • AOD / VOD converter argon Oxygen Decarburisation- / Vacuum Oxygen Decarburisation converter
  • EP 1 327 008 B1 An alloy is known. This alloy has a relatively low nickel content and a relatively high manganese content. This has the disadvantage that the embrittlement tendency of the alloy increases due to the low nickel content and high manganese content.
  • the object of the invention was to propose a nickel-chromium-manganese alloy which has good mechanical properties, good corrosion resistance and good machinability and which can preferably be produced in a cost-efficient manner in a foundry without special melt-metallurgical treatment.
  • a further object of the invention is to propose a component, a method for producing an alloy, a method for producing a component, and a use of nickel-chromium-manganese alloys.
  • the invention is based on the idea of producing good machinability by substituting nickel with one or more of the alloying elements manganese, nitrogen and copper.
  • nickel leads to hardening of the chip, adhesion of the chips to the tool and unfavorable chip breaking behavior. It has been found that these negative properties can be reduced by the substitution of nickel with copper and / or manganese. Thus it has been shown that the hardening and the tendency to stick can be significantly reduced in this substitution. This leads advantageously to low tool wear and higher cutting values.
  • the substitution with nitrogen serves in conjunction with manganese to set a favorable ferrite-austenite ratio and to improve the chip breakage.
  • the invention proposes a nickel-chromium-manganese alloy with 0.005 to 0.07% by weight of carbon, 20.5 to 23.0% by weight of chromium, 0.05 to 1.5% by weight of silicon, 1.5 to 6, 0 wt% manganese, 1.7 to 3.0 wt% nickel, 0.15 to 0.30 wt% nitrogen, 0.1 to 0.8 wt% molybdenum, 0.05 to 4.5 wt% copper, to 0.3 wt% cobalt, up to 0.04 wt% phosphorus, up to 0.04 wt% sulfur, up to 0.2 wt% niobium, up to 0.2 wt% vanadium, up to 0.2 wt% zirconium, up to 0, 2% by weight of tungsten, up to 0.2% by weight of tantalum, up to 0.1% by weight of lead, up to 0.1% by weight of bismuth, up to 0.1% by weight of tin, up to 0.1% by weight of zinc, up to 0.
  • an alloy particularly preferred is an alloy, however, individually or side by side more than 0.005 and less than 0.07 wt% carbon, more than 20.5 and less than 23.0 wt% chromium, more than 0.05 and less than 1.5 Wt% silicon, more than 1.5 and less than 6.0 wt% manganese, more than 1.7 and less than 3.0 wt% nickel, more than 0.15 and less than 0.30 wt% nitrogen, more as 0.1 and less than 0.8% by weight of molybdenum, more than 0.05 and less than 4.5% by weight of copper.
  • the alloying elements which are not explicitly mentioned in connection with the present invention description are understood, which find their way into the alloy when the alloy is melted.
  • the invention has no such impurity-causing impurities and thus only the alloying element mentioned in connection with the present invention description; the remainder in this preferred embodiment would therefore only be iron.
  • the alloy according to the invention has as little or no constituents as possible of the following alloying elements: cobalt, phosphorus, sulfur, niobium, vanadium, zirconium, tungsten, tantalum, lead, bismuth, tin, zinc, selenium, arsenic, titanium, aluminum , Calcium, magnesium, barium, lanthanum, cerium, yttrium, rhenium, oxygen, boron. More preferably, the alloy has less than 0.1% by weight of niobium (Nb), vanadium (V), zirconium (Zr), tantalum (Ta) up.
  • the oxygen content is minimized, preferably to less than 0.04 wt%.
  • This has a toughening effect. In other manufacturing processes, this can be achieved by degassing metallurgical measures, the success of which can not be guaranteed in the casting process. Therefore, attention should be paid to the lowest possible oxygen content when adjusting the alloy.
  • only the minimum amount required used on nickel ie amounts of ⁇ 1.7 wt% Ni), thereby achieving the optimized mechanical processing and good mechanical properties.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention has 0.005 to 0.05 wt.% Carbon. It has been found that reducing the potential carbon content from 0.07 wt.% To 0.05 wt.% Minimizes carbide formation and increases resistance to intergranular corrosion.
  • the nickel-chromium-manganese alloy has 21.2 to 22.5% by weight of chromium, particularly preferably 21.4 to 22% by weight of chromium. It has been found that by increasing the lower range limit for chromium from 20.5% by weight to 21.2% and 21.4% by weight, respectively, and decreasing the upper range limit for chromium from 23.0% by weight to 22% , 5 or 22.0 wt.% An advantageous composition of the ferrite-austenite ratio is achieved, which leads to the positive mechanical properties of the alloy.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention has 0.25 to 1.0 wt.% Or 0.2 to 1.0 wt.% Silicon. It has been found that by increasing the lower range limit for silicon from 0.05 to 0.25, or 0.2% by weight and by decreasing the upper range limit for silicon from 1.5% by weight to 1.0 Wt.% In particular, the advantage is achieved that the oxygen still present in the melt is set by the silicon, without the ferrite-austenite ratio is adversely affected.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention has only up to 0.03% by weight of phosphorus and / or only up to 0.015% by weight of sulfur. It has been found that by lowering the upper range limit for phosphorus from 0.04 wt% to 0.03 wt% and / or lowering the upper range limit for sulfur from 0.04 wt% to 0.015 wt%. the advantage is achieved that exude no technologically relevant embrittling phases.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention comprises 2.0 to 2.7 wt.% Nickel. It has been found that by increasing the lower range limit for nickel from 1.7 to 2.0 wt.% And by reducing the upper range limit for nickel from 3.0 wt.% To 2.7 wt The advantage is achieved that the mechanical properties of the material with minimum nickel content can be reliably achieved without embrittlement. It is considered that embrittlement of the material occurs at nickel contents of less than 1.7% by weight. This could be demonstrated by a decreasing impact strength on materials with nickel contents of less than 1.7% by weight.
  • nickel contributes to the formation of austenite and leads to a reduction in the solubility of nitrogen in the ferrite. Therefore, a minimum content of nickel in the alloy for austenite formation is helpful. Furthermore, limiting the maximum to limit the decreasing solubility of the nitrogen in the ferrite is advisable.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention comprises 0.2 to 0.25% by weight of nitrogen. It has been found that by increasing the lower range limit for nitrogen from 0.15 to 0.2 wt.% And reducing the upper range limit for nitrogen from 0.3 wt.% To 0.25 wt Advantage is achieved that the material has a structure of 30-50% ferrite content with optimum mechanical properties.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention has 0.3 to 0.7% by weight of molybdenum. It has been found that by increasing the lower range limit for molybdenum from 0.1 to 0.3% by weight, and by reducing the upper range limit for molybdenum from 0.8% by weight to 0.7% by weight, in particular Advantage is achieved that a significantly increased resistance to intergranular corrosion and an increase in strength occurs without disadvantages in mechanical processing.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention can be carried out in a preferred embodiment with relatively low copper contents.
  • the invention comprises only 0.3 to 1.0 wt% copper. This provides the advantage that the material has improved machinability with a stable ferrite-austenite ratio.
  • the alloy according to the invention may contain 3.5 to 5.0% by weight of manganese, particularly preferably 3.5 to 4.5% by weight of manganese.
  • the desired good mechanical processing and the desired high strength can be achieved by alloying copper.
  • copper contents of greater than 3 wt .-% are used to meet the casting requirements of the material. Particular preference is given to using copper contents of from 3.0 to 4.5% by weight of copper.
  • at high copper levels the manganese content is lowered, preferably to values of less than 3.0% by weight and at least 1.5% by weight.
  • the ferrite-austenite ratio with adjusted heat treatment is set at 45-70% austenite.
  • the manganese content of the alloy in weight percent is less than three times the nickel content of the alloy in weight percent.
  • the ratio of the manganese content of the alloy in weight percent to the nickel content of the alloy in weight percent is between 1.5 and 3 times, preferably between 1.5 and 2.5 times. It has been recognized that setting such a ratio results particularly well in the desired mechanical properties and improved machinability. It is assumed that a Mn content / Ni content of greater than 3 leads to embrittlement of the material. It is believed that lowering the Mn content / Ni content below 1.5 results in a decrease in strength as well as poorer machinability.
  • manganese is a weak austenite former which has the property of increasing the solubility of nitrogen in the alloy. This seems to apply to both the austenitic and ferritic phases. This entails the danger of nitrogen supersaturation of the ferrite and consequent waste of the material toughness. Therefore, it is advisable to limit the manganese content as well as to determine this depending on the nickel content.
  • the sum of the manganese content and the copper content of the alloy in weight percent is less than three times the nickel content of the alloy in weight percent. More preferably, the ratio of this sum to the nickel content of the alloy in weight percent is between 1.5 and 3.5 times, preferably between 1.8 and 3.0 times. It has been recognized that setting such a ratio results in the desired mechanical properties and improved machinability. A deviation below this ratio may result in a non-preferred ferrite content ⁇ 30% and lower strength properties. A deviation above this ratio can lead to low toughness properties.
  • the alloy has a ferrite content of the total structure of 30 to 55%, particularly preferably 35 to 55%. It has been shown that particularly good mechanical properties are achieved with such a ferrite component.
  • the remainder of the microstructure is austenite.
  • the inventive method for producing the alloy according to the invention provides that the alloy components are melted in an induction furnace and deoxidized by means of Pfannenzuchlägen. It has been shown that the alloy according to the invention can be produced particularly easily in this way.
  • the melting of the alloying constituents is carried out in a medium frequency crucible furnace without subsequent secondary metallurgy such as ladle degassing.
  • the inventive method for producing the component according to the invention provides for carrying out the inventive method for producing the alloy according to the invention, thereby to produce a casting alloy and then provides the casting of the component according to the invention from this casting alloy.
  • the casting of the component takes place under normal atmosphere, ie without a vacuum or inert gas atmosphere.
  • the method according to the invention preferably dispenses with a Forming to save this operation. It was recognized that in thick-walled areas, ie areas with a wall thickness of more than 20 mm, grain sizes of more than 1.5 mm are increasingly found, which are also retained over the entire life cycle of the component. Grain sizes of more than 1.5 mm can not be avoided with cast components, which is why the alloy should already be adjusted from the outset so that it achieves the required properties without deformation.
  • the cast component is subjected to a heat treatment at a temperature of 1,000 to 1,250 ° C with accelerated cooling. This makes it possible to set a ferrite-austenite ratio of preferably 45-55% ferrite, balance austenite.
  • the manganese, nickel and copper contents are adjusted so that the alloy remains pourable and exhibits optimum cutting values and good mechanical-technological properties after solidification. This is achieved in particular by the manganese content in the following limits: 1.5 to 6.0% by weight, the nickel content within the following limits: 1.7 to 3.0% by weight and the copper content. Content within the following limits: 0.05 to 4.5Gew% is selected.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention is used as cast alloy.
  • a cast alloy is understood in particular to mean an alloy which is produced in a primary molding process without subsequent transformation.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention as cast alloy, a large design spectrum is available for the production method for the component according to the invention.
  • By casting both thin-walled and thick-walled component geometries can be generated. It has been found that both thin-walled and thick-walled components can be produced by casting from the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention.
  • the nickel-chromium-manganese alloy according to the invention is adjusted so that it already meets the mechanical requirements required for the use of the component consisting of this alloy without after-treatment, or at least alone with subsequent heat treatment.
  • the alloy according to the invention is used as a duplex material.
  • the alloy according to the invention is particularly preferably used in order to use it for components for general mechanical engineering, in particular for components in the separation technique, for example, the decanter or centrifuge or for components used in mixers, pumps, valves, valves and / or piping.
  • Table 1 below shows, as examples of the alloy according to the invention, alloys 1 to 18. Further, Table 1, which is incorporated herein by reference, shows as alloys (alloys not belonging to the invention) alloys which are similar to the alloy types 22Cr-5Ni (material number 1.4470) and 23Cr-4Ni, respectively (Material number 1.4362) were produced. The table shows the carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), nitrogen (N), aluminum (Al) and copper (Cu) wt .-% of the respective alloy, the remainder were each iron and unavoidable impurities.
  • Table 1 Table 1: ⁇ / b> Ex. C Si Mn P S Cr Ni Not a word N al Cu (Mn + Cu) / Ni Mn / Ni 1 0.03 0.73 4.95 0.028 0.001 21.59 1.57 0.54 0.215 0,012 0.19 3.27 3.15 2 0,025 0.87 5.41 0,015 0,003 21.28 1.6 0.52 0.22 0,015 0.25 3.54 3.38 3 0.027 0.8 3.69 0,021 0.005 20.7 2.2 0.2 0,186 0.005 0.6 1.95 1.68 4 0.03 0.69 4.8 0,015 0,004 21.6 2.6 0.83 0.225 0,029 0.51 2.04 1.85 5 0.03 0.62 4.77 0,018 0.001 21.1 2.28 0.47 0,241 0.011 0.3 2.22 2.09 6 0.028 0.86 4.46 0.08 0.005 21.08
  • the Fig. 1 indicates the degree of compliance with the desired mechanical properties 0.2% proof stress (Rp0.2) ⁇ 420 N / mm2, tensile strength (Rm) ⁇ 620 N / mm2, elongation (A5)> 20% and notched impact strength (Charpy - V) ⁇ 60J.
  • the Fig. 2 shows the machinability of the experimental analyzes based on Mo-poor reference alloys as a function of the Mn / Ni ratio.
  • Fig. 3, 4 and 6 show typical structures of the Ni-Cr-Mn duplex alloy according to the invention according to the alloy composition defined in detail in the table above according to Example 5, 10 and 15. It can be seen the typical balanced two-phase structure of the duplex steels.
  • the Fig. 5 shows the representative gap fracture at unfavorable Mn-Ni ratio of alloy composition no. 1. The ratio is too high, a decrease in toughness can be seen.

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Abstract

Nickel-Chrom-Mangan-Legierung mit 0,005 bis 0,07 Gew% Kohlenstoff, 20,5 bis 23,0 Gew% Chrom, 0,05 bis 1,5 Gew% Silizium, 1,5 bis 6,0 Gew% Mangan, 1,7 bis 3,0 Gew% Nickel, 0,15 bis 0,30 Gew% Stickstoff, 0,1 bis 0,8 Gew% Molybdän, 0,05 bis 4,5 Gew% Kupfer, bis 0,3 Gew% Kobalt, bis 0,04 Gew% Phosphor, bis 0,04 Gew% Schwefel, bis 0,2 Gew% Niob, bis 0,2 Gew% Vanadium, bis 0,2 Gew% Zirkonium, bis 0,2 Gew% Wolfram, bis 0,2 Gew% Tantal, bis 0,1 Gew% Blei, bis 0,1 Gew% Bismut, bis 0,1 Gew% Zinn, bis 0,1 Gew% Zink, bis 0,1 Gew% Selen, bis 0,1 Gew% Arsen, bis 0,1 Gew% Titan, bis 0,05 Gew% Aluminium, bis 0,05 Gew% Calicum, bis 0,05 Gew% Magnesium, bis 0,05 Gew% Barium, bis 0,05 Gew% Lanthan, bis 0,05 Gew% Cer, bis 0,05 Gew% Yttrium, bis 0,05 Gew% Rhenium, bis 0,05 Gew% Sauerstoff, bis 0,05 Gew% Bor, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nickel-Chrom-Mangan-Legierung, ein Bauteil, ein Verfahren zur Herstellung einer Legierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils sowie die Verwendung von Nickel-Chrom- Mangan-Legierungen.
  • Aus dem Stand der Technik sind Duplexstähle bekannt. Als Duplexstahl wird ein Stahl bezeichnet, der ein zweiphasiges Gefüge aufweist, das aus einer Ferrit-Matrix mit eingelagertem Austenit besteht. Duplexstähle haben sich in vielen Bereichen der Technik als Konstruktionswerkstoffe aufgrund des Zusammenspiels von guten mechanischen Eigenschaften und sehr guten Korrosionseigenschaften durchgesetzt. Nachteilig an Duplexstählen ist, dass sie nur mit erhöhtem Aufwand zerspant werden können. Ferner ist an aus der Praxis bekannten Duplexwerkstoffen der höhere Anteil an Nickel und der hohe Anteil an Molybdän nachteilig, da dies die Werkstoffe verhältnismäßig teuer werden lässt. Ferner sind die derzeit bekannten Herstellungsmethoden für Duplexstähle aufwendig, sodass für die Herstellung von Duplexstählen standardmäßig AOD-/VOD-Konverter (Argon Oxygen Decarburisation-/Vacuum Oxygen Decarburisation-Konverter) mit entsprechenden sekundärmetallurgischen Möglichkeiten genutzt werden. Eine Gießerei verfügt über derartige Konverter im Regelfall nicht.
  • Aus EP 1 327 008 B1 ist eine Legierung bekannt. Diese Legierung weist einen relativ niedrigen Nickel-Gehalt sowie einen verhältnismäßig hohen Mangan-Gehalt auf. Dies hat den Nachteil, dass durch den niedrigen Nickel- und hohen Mangangehalt die Versprödungsneigung der Legierung zunimmt.
  • Ferner ist aus US 6,096,441 eine Legierung bekannt, die einen sehr niedrigen Nickelgehalt und mittleren Mangangehalt aufweist. Diese Legierung ist gießtechnisch nahezu nicht abbildbar.
  • Aus US 3,736,131 ist eine Legierung bekannt, die einen sehr niedrigen Nickelgehalt und hohen Mangangehalt aufweist. Diese Legierung weist gemäß heutigen Anforderungen einen zu geringen Austenitgehalt und eine nicht ausreichende Zähigkeit auf.
  • Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nickel-Chrom-Mangan-Legierung vorzuschlagen, die gute mechanische Eigenschaften, eine gute Korrosionsbeständigkeit sowie gute Zerspanbarkeit aufweist und die vorzugsweise in kosteneffizienter Weise in einer Gießerei ohne besondere schmelzmetallurgische Behandlung hergestellt werden kann. Ferner war es Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil, ein Verfahren zur Herstellung einer Legierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils sowie eine Verwendung von Nickel-Chrom-Mangan-Legierungen vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Legierung gemäß Anspruch 1, das Bauteil gemäß Anspruch 8, das Verfahren zur Herstellung einer Legierung gemäß Anspruch 9, das Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß Anspruch 11 und die Verwendung gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hiernach folgenden Beschreibung wiedergegeben.
  • Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine gute Zerspanbarkeit hervorzurufen, indem Nickel durch eines oder mehrere der Legierungselemente Mangan, Stickstoff und Kupfer substituiert wird. Es wird davon ausgegangen, dass Nickel bei der Bearbeitung zu einer Aufhärtung des Spans, einer Haftung der Späne am Werkzeug und einem ungünstigen Spanbruchverhalten führt. Es hat sich gezeigt, dass diese negativen Eigenschaften durch die Substitution von Nickel durch Kupfer und/oder Mangan verringert werden können. So hat es sich gezeigt, dass die Aufhärtung und die Klebneigung bei dieser Substitution deutlich verringert werden können. Dies führt in vorteilhafter Weise zu geringem Werkzeugverschleiß und höheren Schnittwerten. Die Substitution mit Stickstoff dient in Verbindung mit Mangan zur Einstellung eines vorteilhaften Ferrit-Austenit-Verhältnisses und zur Verbesserung des Spanbruchs.
  • Die Erfindung schlägt eine Nickel-Chrom-Mangan-Legierung vor mit 0,005 bis 0,07 Gew% Kohlenstoff, 20,5 bis 23,0 Gew% Chrom, 0,05 bis 1,5 Gew% Silizium, 1,5 bis 6,0 Gew% Mangan, 1,7 bis 3,0 Gew% Nickel, 0,15 bis 0,30 Gew% Stickstoff, 0,1 bis 0,8 Gew% Molybdän, 0,05 bis 4,5 Gew% Kupfer, bis 0,3 Gew% Kobalt, bis 0,04 Gew% Phosphor, bis 0,04 Gew% Schwefel, bis 0,2 Gew% Niob, bis 0,2 Gew% Vanadium, bis 0,2 Gew% Zirkonium, bis 0,2 Gew% Wolfram, bis 0,2 Gew% Tantal, bis 0,1 Gew% Blei, bis 0,1 Gew% Bismut, bis 0,1 Gew% Zinn, bis 0,1 Gew% Zink, bis 0,1 Gew% Selen, bis 0,1 Gew% Arsen, bis 0,1 Gew% Titan, bis 0,05 Gew% Aluminium, bis 0,05 Gew% Calicum, bis 0,05 Gew% Magnesium, bis 0,05 Gew% Barium, bis 0,05 Gew% Lanthan, bis 0,05 Gew% Cer, bis 0,05 Gew% Yttrium, bis 0,05 Gew% Rhenium, bis 0,05 Gew% Sauerstoff, bis 0,05 Gew% Bor und Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
  • Insbesondere bevorzugt wird eine Legierung, die jedoch einzeln oder nebeneinander mehr als 0,005 und weniger als 0,07 Gew% Kohlenstoff, mehr als 20,5 und weniger als 23,0 Gew% Chrom, mehr als 0,05 und weniger als 1,5 Gew% Silizium, mehr als 1,5 und weniger als 6,0 Gew% Mangan, mehr als 1,7 und weniger als 3,0 Gew% Nickel, mehr als 0,15 und weniger als 0,30 Gew% Stickstoff, mehr als 0,1 und weniger als 0,8 Gew% Molybdän, mehr als 0,05 und weniger als 4,5 Gew% Kupfer aufweist.
  • Als erschmelzungsbedingte Verunreinigungen werden die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindungsbeschreibung nicht ausdrücklich genannten Legierungselemente verstanden, die bei Erschmelzen der Legierung Eingang in die Legierung finden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Erfindung keine solchen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen und somit nur die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindungsbeschreibung genannten Legierungselement auf; der Rest wäre in dieser bevorzugten Ausführungsform also nur Eisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Legierung möglichst geringe oder gar keine Bestandteile der folgenden Legierungselemente auf: Kobalt, Phosphor, Schwefel, Niob, Vanadium, Zirkonium, Wolfram, Tantal, Blei, Bismut, Zinn, Zink, Selen, Arsen, Titan, Aluminium, Calzium, Magnesium, Barium, Lanthan, Zer, Yttrium, Rhenium, Sauerstoff, Bor. Insbesondere bevorzugt weist die Legierung weniger als 0,1 Gew.-% von Niob (Nb), Vanadium (V), Zirkonium (Zr), Tantal (Ta) auf. Es wurde erkannt, dass die beim Gießen erzeugten Korngrößen und die durch das Gießen entstehenden Erstarrungszeiten bei stickstofflegierten Stählen eine Versprödung und somit einen starken Abfall der Kerbschlagbiegefestigkeit hervorrufen können, da anders als im Strangguss mit anschließender Warmumformung das Zulegieren der vorgenannten Mikrolegierungselemente zur Ansammlung von Nitriden und Karbonitriden in der ferritischen Matrix führen kann und es somit zu einer Versprödung des Ferrits kommt. Es wird deshalb bevorzugt, die Gehalte der vorgenannten Mikrolegierungselemente besonders gering zu halten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Legierung wird der Sauerstoffgehalt minimiert, vorzugsweise auf weniger als 0,04 Gew.-%. Dies hat eine zähigkeitssteigernde Wirkung. Bei anderen Herstellungsprozessen kann dies durch entgasende metallurgische Maßnahmen erreicht werden, deren Erfolg im Gießprozess jedoch nicht garantiert werden kann. Deshalb sollte bereits bei der Einstellung der Legierung auf einen möglichst geringen Sauerstoffgehalt geachtet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird nur die minimal nötige Menge an Nickel eingesetzt (also Mengen von ≥ 1,7 Gew% Ni), um dadurch die optimierte mechanische Bearbeitung und gute mechanische Eigenschaften zu erreichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung 0,005 bis 0,05 Gew.% Kohlenstoff auf. Es hat sich gezeigt, dass mit der Herabsetzung des möglichen Kohlenstoffgehalts von 0,07 Gew.% auf 0,05 Gew.% die Karbidbildung des Werkstoffs minimiert und die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion steigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Nickel-Chrom-Mangan-Legierung 21,2 bis 22,5 Gew.% Chrom, insbesondere bevorzugt 21,4 bis 22 Gew.% Chrom auf. Es hat sich gezeigt, dass durch das Heraufsetzen der unteren Bereichsgrenze für Chrom von 20,5 Gew.% auf 21,2 bzw. 21,4 Gew.% und dem Herabsetzen der oberen Bereichsgrenze für Chrom von 23,0 Gew.% auf 22, 5 bzw. 22,0 Gew.% eine vorteilhafte Zusammensetzung des Ferrit-Austenit-Verhältnisses erreicht wird, die zu den positiven mechanischen Eigenschaften der Legierung führt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung 0,25 bis 1,0 Gew.% oder 0,2 bis 1,0 Gew% Silizium auf. Es hat sich gezeigt, dass durch das Heraufsetzen der unteren Bereichsgrenze für Silizium von 0,05 auf 0,25, bzw. 0,2 Gew% und durch das Herabsetzen der oberen Bereichsgrenze für Silizium von 1,5 Gew.% auf 1,0 Gew.% insbesondere der Vorteil erzielt wird, dass der noch in der Schmelze vorhandene Sauerstoff durch das Silizium abgebunden wird, ohne dass das Ferrit-Austenit-Verhältnis negativ beeinflusst wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung nur bis 0,03 Gew.% Phosphor und/oder nur bis 0,015 Gew.% Schwefel auf. Es hat sich gezeigt, dass durch das Herabsetzen der oberen Bereichsgrenze für Phosphor von 0,04 Gew.% auf 0,03 Gew.% und/oder das Absenken der oberen Bereichsgrenze für Schwefel von 0,04 Gew.% auf 0,015 Gew.% der Vorteil erreicht wird, dass sich keine technologisch relevanten versprödenden Phasen ausscheiden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung 2,0 bis 2,7 Gew.% Nickel auf. Es hat sich gezeigt, dass durch das Heraufsetzen der unteren Bereichsgrenze für Nickel von 1,7 auf 2,0 Gew.% und durch das Herabsetzen der oberen Bereichsgrenze für Nickel von 3,0 Gew.% auf 2,7 Gew.% insbesondere der Vorteil erzielt wird, dass sich die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs bei minimalem Nickelgehalt prozesssicher ohne Versprödung erreichen lassen. Es wird davon ausgegangen, dass eine Versprödung des Werkstoffs bei Nickel-Gehalten von weniger als 1,7 Gew.-% eintritt. Dies konnte durch eine abnehmende Kerbschlagbiegefestigkeit bei Werkstoffen mit Nickel-Gehalten von weniger als 1,7 Gew.-% nachgewiesen werden.
  • Es wurde ferner erkannt, dass Nickel zur Bildung des Austenits beiträgt und zur Verringerung der Löslichkeit des Stickstoffs im Ferrit führt. Daher ist ein Mindestgehalt an Nickel in der Legierung zur Austenitbildung hilfreich. Des Weiteren ist eine Beschränkung des Höchstwertes zur Begrenzung der abnehmenden Löslichkeit des Stickstoffs im Ferrit ratsam.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung 0,2 bis 0,25 Gew.% Stickstoff auf. Es hat sich gezeigt, dass durch das Heraufsetzen der unteren Bereichsgrenze für Stickstoff von 0,15 auf 0,2 Gew.% und durch das Herabsetzen der oberen Bereichsgrenze für Stickstoff von 0,3 Gew.% auf 0,25 Gew.% insbesondere der Vorteil erzielt wird, dass der Werkstoff ein Gefüge von 30-50 % Ferrit-Anteil bei optimalen mechanischen Eigenschaften besitzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung 0,3 bis 0,7 Gew.% Molybdän auf. Es hat sich gezeigt, dass durch das Heraufsetzen der unteren Bereichsgrenze für Molybdän von 0,1 auf 0,3 Gew.% und durch das Herabsetzen der oberen Bereichsgrenze für Molybdän von 0,8 Gew.% auf 0,7 Gew.% insbesondere der Vorteil erzielt wird, dass eine deutlich erhöhte Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion und eine Erhöhung der Festigkeit auftritt ohne Nachteile bei der mechanischen Bearbeitung.
  • Die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung kann in einer bevorzugten Ausführungsform mit relativ geringen Kupfer-Gehalten ausgeführt werden. In dieser bevorzugten Ausführungsform weist die Erfindung lediglich 0,3 bis 1,0 Gew.% Kupfer auf. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass der Werkstoff eine verbesserte Zerspanbarkeit bei stabilem Ferrit-Austenit-Verhältnis besitzt.
  • In Weiterführung dieser bevorzugten Ausführungsform, aber auch als eigenständige Maßnahme kann die erfindungsgemäße Legierung 3,5 bis 5,0 Gew.% Mangan, insbesondere bevorzugt 3,5 bis 4,5 Gew.% Mangan enthalten. Durch Heraufsetzen der unteren Bereichsgrenze von 1,5 Gew.% Mangan auf 3,5 Gew.% Mangan und durch Herabsetzen der oberen Bereichsgrenze von 6,0 Gew.% Mangan auf 5,0 Gew.% bzw. 4,5 Gew.% Mangan lässt sich der Vorteil erreichen, dass der Werkstoff eine optimale Zerspanbarkeit besitzt, ohne dass eine Versprödung der ferritischen Matrix auftritt.
  • In einer ergänzenden oder alternativen Ausführungsform kann die gewünschte gute mechanische Bearbeitung und die gewünschte hohe Festigkeit durch das Zulegieren von Kupfer erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden deshalb Kupfer-Gehalte von größer 3 Gew.-% verwendet, um auch die gießtechnischen Anforderungen an den Werkstoff zu erfüllen. Insbesondere bevorzugt werden Kupfer-Gehalte von 3,0 bis 4,5 Gew% Kupfer verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei hohen Kupfer-Gehalten der Mangan-Gehalt abgesenkt, vorzugsweise auf Werte von weniger als 3,0 Gew.% und mindestens 1,5 Gew.%. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ferrit-Austenit-Verhältnis mit angepasster Wärmebehandlung auf 45 - 70% Austenit eingestellt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Mangan-Gehalt der Legierung in Gewichtsprozent geringer als der dreifache Nickel-Gehalt der Legierung in Gewichtsprozent. Insbesondere bevorzugt liegt das Verhältnis des Mangan-Gehalts der Legierung in Gewichtsprozent zu dem Nickel-Gehalt der Legierung in Gewichtsprozent zwischen dem 1,5-und 3-fachen, vorzugsweise zwischen dem 1,5 - 2,5fachen. Es wurde erkannt, dass das Einstellen eines solchen Verhältnisses besonders gut zu den gewünschten mechanischen Eigenschaften und zu einer verbesserten Zerspanbarkeit führt. Es wird davon ausgegangen, dass ein Mn-Gehalt/Ni-Gehalt von größer 3 zu einer Versprödung des Werkstoffs führt. Es wird davon ausgegangen, dass eine Verringerung des Mn-Gehalts/Ni-Gehalts kleiner 1,5 zu einer Abnahme der Festigkeit sowie zu einer schlechteren Zerspanbarkeit führt.
  • Es wurde erkannt, dass Mangan ein schwacher Austenit-Bildner ist, der die Eigenschaft hat, die Löslichkeit des Stickstoffs in der Legierung zu erhöhen. Dies scheint sowohl für die austenitische als auch für die ferritische Phase zu gelten. Dies birgt die Gefahr der Stickstoffübersättigung des Ferrits und einem daraus folgenden Abfall der Werkstoffzähigkeit. Daher ist es ratsam den Mangangehalt zu begrenzen sowie diesen in Abhängigkeit des Nickelgehaltes festzulegen.
  • In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die Summe aus dem Mangan-Anteil und dem Kupfer-Anteil der Legierung in Gewichtsprozent geringer als der dreifache Nickel-Gehalt der Legierung in Gewichtsprozent. Insbesondere bevorzugt liegt das Verhältnis dieser Summe zu dem Nickel-Gehalt der Legierung in Gewichtsprozent zwischen dem 1,5- und 3,5-fachen, vorzugsweise zwischen dem 1,8 und 3,0fachen. Es wurde erkannt, dass das Einstellen eines solchen Verhältnisses zu den gewünschten mechanischen Eigenschaften und zu einer verbesserten Zerspanbarkeit führt. Eine Abweichung unter dieses Verhältnisses kann zu einem nicht bevorzugten Ferritgehalt < 30% und geringeren Festigkeitseigenschaften führen. Eine Abweichung über dieses Verhältnisses kann zu geringen Zähigkeitseigenschaften führen.
  • Es wurde erkannt, dass ein erhöhter Gehalt an Kupfer in Kombination mit Mangan zur Substitution von Nickel eingesetzt werden kann. Kupfer führt in geringen Gehalten (bis 1 Gew.%) zu einer Erhöhung der Festigkeit der Legierung ohne erkennbaren Effekt auf das Ferrit-Austenit-Verhältnis. In höheren Gehalten von größer gleich 3 Gew.% wirkt der Kupfer schwach austenitbildend. Im mittleren Legierungsbereich zwischen 1 und 3 Gew.% Kupfer heben sich diese Effekte gegenseitig auf, was zu einer unnötigen Verteuerung der Legierung führt. Der Kupfergehalt der Legierung sollte daher mit dem Mangan und Nickelgehalt abgestimmt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Legierung einen Ferrit-Anteil am Gesamtgefüge von 30 bis 55 %, insbesondere bevorzugt von 35 bis 55 % auf. Es hat sich gezeigt, dass mit einem solchen Ferrit-Anteil besonders gute mechanische Eigenschaften erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rest des Gefüges Austenit.
  • Das erfindungsgemäße Bauteil besteht zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständig, aus der erfindungsgemäßen Legierung. In einer bevorzugten Ausführungsform weist dieses Bauteil zumindest eine, vorzugsweise alle der nachfolgend aufgezählten mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur auf:
    • 0,2% - Dehngrenze (Rp0,2) ≥ 420 N/mm2,
    • Zugfestigkeit (Rm) ≥ 620 N/mm2,
    • Dehnung (A5) ≥ 20% und
    • Kerbschlagzähigkeit (Charpy - V) ≥ 60J,
      wobei die Dehnung (Bruchdehnung) durch das in DIN EN ISO 6892-1 beschriebene Verfahren "Zugversuch" ermittelt wird und die Kerbschlagzähigkeit (Charpy - V) die in DIN EN ISO 148-1 genannten "verbrauchte Schlagenergie" ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Legierung sieht vor, dass die Legierungsbestandteile in einem Induktionsofen erschmolzen und mittels Pfannenzuschlägen desoxidiert werden. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Legierung auf diesem Wege besonders einfach hergestellt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Erschmelzen der Legierungsbestandteile in einem Mittelfrequenztiegelofen ohne nachfolgende Sekundärmetallurgie, wie beispielsweise einer Pfannenentgasung durchgeführt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Bauteils sieht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der erfindungsgemäßen Legierung vor, um dadurch eine Gusslegierung zu erzeugen und sieht dann den Abguss des erfindungsgemäßen Bauteils aus dieser Gusslegierung vor.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Gießen des Bauteils unter Normalatmosphäre, also ohne Vakuum- oder Schutzgasatmosphäre.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt nach dem Gießen des Bauteils vorzugsweise kein nachträgliches Umformen. In einer bevorzugten Ausführungsform findet zumindest kein Walzen und/oder kein Schmieden statt. Eine Umformung führt zu einer Verringerung der Korngröße. Dies führt zwar vielfach zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet aber bevorzugt auf ein Umformen, um diesen Arbeitsgang einzusparen. Es wurde erkannt, dass in dickwandigen Bereichen, also Bereichen mit einer Wandstärke von mehr als 20 mm, Korngrößen von mehr als 1,5 mm vermehrt vorzufinden sind, die auch über den gesamten Lebenszyklus des Bauteils erhalten bleiben. Korngrößen von mehr als 1,5 mm sind bei Gussbauteilen nicht zu vermeiden, weshalb die Legierung bereits von vornherein so eingestellt werden sollte, dass diese ohne Umformung die geforderten Eigenschaften erreicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das gegossene Bauteil einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1.000 bis 1.250°C mit beschleunigter Abkühlung unterzogen. Dies ermöglicht es, ein Ferrit-Austenit-Verhältnis von vorzugsweise 45 - 55% Ferrit, Rest Austenit einzustellen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Mangan-, Nickel- und Kupfer-Gehalt so eingestellt, dass die Legierung gießbar bleibt und nach dem Erstarren optimale Schnittwerte und gute mechanisch-technologische Eigenschaften aufweist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Mangan-Gehalt in den folgenden Grenzen: 1,5 bis 6,0 Gew.%, der Nickel-Gehalt innerhalb der folgenden Grenzen: 1,7 bis 3,0 Gew.% und der Kupfer-Gehalt innerhalb der folgenden Grenzen: 0,05 bis 4,5Gew% gewählt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Nickel-Chrom-Mangan-Legierung als Gusslegierung verwendet. Dabei wird unter einer Gusslegierung insbesondere eine Legierung verstanden, die in einem Urformverfahren ohne nachträgliche Umformung hergestellt wird. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Nickel-Chrom- Mangan-Legierung als Gusslegierung steht für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für das Bauteil ein großes Gestaltungsspektrum bereit. Durch das Gießen können sowohl dünnwandige als auch dickwandige Bauteilgeometrien erzeugt werden. Es hat sich gezeigt, dass sowohl dünnwandige als auch dickwandige Bauteile durch Gießen aus der erfindungsgemäßen Nickel-Chrom-Mangan-Legierung hergestellt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Nickel-Chrom- Mangan-Legierung so eingestellt, dass sie ohne Nachbehandlung, zumindest aber allein mit nachfolgender Wärmebehandlung die für den Einsatz des aus dieser Legierung bestehenden Bauteils gewünschten mechanischen Anforderungen bereits erfüllt.
  • Des Weiteren ist eine Beschränkung des Höchstwertes zur Begrenzung der abnehmenden Löslichkeit des Stickstoffs im Ferrit ratsam.
  • Insbesondere bevorzugt wird die erfindungsgemäße Legierung als Duplex-Werkstoff verwendet. Insbesondere bevorzugt wird die erfindungsgemäße Legierung verwendet, um daraus Bauteile für den allgemeinen Maschinenbau, insbesondere bevorzugt für Bauteile in der Trenntechnik, beispielsweise dem Dekanter- oder Zentrifugenbau oder aber für Bauteile in Mischern, Pumpen, Armaturen, Ventilen und/oder Rohrleitungen angewendet.
  • Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt als Beispiele der erfindungsgemäßen Legierung die Legierungen 1 - 18. Ferner zeigt die nachstehend einkopierte Tabelle 1 als Referenzlegierungen (nicht zur Erfindung gehörige Legierungen) Legierungen, die ähnlich der Legierungstypen 22Cr-5Ni (Werkstoffnummer 1.4470) bzw. 23Cr-4Ni (Werkstoffnummer 1.4362) hergestellt wurden. Die Tabelle zeigt die Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Stickstoff (N), Aluminium (Al) und Kupfer (Cu) Gew.-% der jeweiligen Legierung, wobei der Rest jeweils Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen waren. Ferner zeigt die Tabelle das Verhältnis des Mn-Gehalts zum Ni-Gehalt und das Verhältnis der Summe Mangan- und Kupfer-Gehalte zu Nickel-Gehalt (* = Referenzlegierungen). Tabelle 1:
    Bsp. C Si Mn P S Cr Ni Mo N Al Cu (Mn+Cu) /Ni Mn/Ni
    1 0,03 0,73 4,95 0,028 0,001 21,59 1,57 0,54 0,215 0,012 0,19 3,27 3,15
    2 0,025 0,87 5,41 0,015 0,003 21,28 1,6 0,52 0,22 0,015 0,25 3,54 3,38
    3 0,027 0,8 3,69 0,021 0,005 20,7 2,2 0,2 0,186 0,005 0,6 1,95 1,68
    4 0,03 0,69 4,8 0,015 0,004 21,6 2,6 0,83 0,225 0,029 0,51 2,04 1,85
    5 0,03 0,62 4,77 0,018 0,001 21,1 2,28 0,47 0,241 0,011 0,3 2,22 2,09
    6 0,028 0,86 4,46 0,08 0,005 21,08 1,74 0,53 0,228 0,014 0,23 2,70 2,56
    7 0,035 0,4 4,2 0,02 0,003 21,5 2,3 0,4 0,23 0,01 0,6 2,09 1,83
    8 0,025 0,6 3,8 0,02 0,003 21,76 2,34 0,7 0,24 0,011 0,4 1,79 1,62
    9 0,03 0,56 4,13 0,019 0,004 21,62 2,21 0,34 0,21 0,018 0,63 2,15 1,87
    10 0,028 0,72 4,18 0,022 0,006 21,43 2,17 0,45 0,23 0,02 0,38 2,10 1,93
    11 0,035 0,8 3,68 0,017 0,003 21,4 2,03 0,52 0,228 0,009 0,59 2,10 1,81
    12 0,027 0,47 4,26 0,025 0,003 22,01 2,48 0,39 0,236 0,014 0,57 1,95 1,72
    13 0,035 0,34 4,42 0,02 0,002 22,41 2,46 0,33 0,207 0,014 0,81 2,13 1,80
    14 0,035 0,31 2,8 0,02 0,002 21,2 2,85 0,41 0,179 0,016 0,15 1,04 0,98
    15 0,035 0,23 2,3 0,012 0,003 21,25 2,57 0,39 0,221 0,001 3,34 2,19 0,89
    16 0,015 0,33 1,83 0,006 0,04 21,63 2,12 0,4 0,226 0,01 3,31 2,42 0,86
    17 0,025 0,53 3,87 0,019 0,003 21,51 2,21 0,41 0,25 0,034 0,79 2,1 1,75
    18 0,035 0,5 2 0,02 0,003 22 2,3 0,5 0,22 0,01 3,5 2,39 0,87
    19* 0,023 0,68 0,98 0,019 0,001 23,54 4,64 0,47 0,22 0,019 0,27 0,27 0,21
    20* 0,023 0,68 0,89 0,02 0,001 23,27 4,79 0,49 0,205 0,017 0,25 0,24 0,19
    21* 0,02 0,62 1,18 0,018 0,001 23,47 4,61 0,45 0,23 0,02 0,29 0,32 0,26
    22* 0,022 0,67 1,11 0,02 0,002 23,45 4,37 0,54 0,213 0,018 0,23 0,31 0,25
    23* 0,028 0,74 1,12 0,023 0,006 22,67 6 2,59 0,16 0,016 0,1 0,20 0,19
  • Die nachstehende Tabelle 2 zeigt die zu den vorgenannten Legierungen ermittelten mechanisch-technologischen Kennwerte. Tabelle 2:
    Bsp. Rp0,2 Rm A ISO-V (RT) Tooling Werte erfüllt (Mn+Cu) /Ni Mn/Ni
    1 477 636 36,4 46,2 133 1 3,27 3,15
    2 459,7 638 42,8 49,5 132 1 3,54 3,38
    3 445 625,5 42,4 180,5 130 2 1,95 1,68
    4 441,3 639 42,2 148 n.b. 2 2,04 1,85
    5 450 649 44,7 205 128 2 2,22 2,09
    6 457,5 641 43,3 93,7 125 2 2,70 2,56
    7 448 641 40,3 185 130 2 2,09 1,83
    8 457 648 39,3 170,6 127 2 1,79 1,62
    9 445 643 38,6 156 n.b. 2 2,15 1,87
    10 451 637 43,2 192,3 135 2 2,10 1,93
    11 462 642 41,2 173 130 2 2,10 1,81
    12 473 660 44,6 201,3 131 2 1,95 1,72
    13 468 653 43,7 178,5 131 2 2,13 1,80
    14 438 597 48,7 180 118 1 1,04 0,98
    15 425 650 42 218 n.b. 2 2,19 0,89
    16 441 635 40 154 124 2 2,42 0,86
    17 441 640 43,8 189 n.b. 2 2,11 1,75
    18 475 665 35,7 125 n.b. 2 2,39 0,87
    19* 465,3 660 42,1 197 100 2 0,27 0,21
    20* 455,7 647,3 41,3 196,3 100 2 0,24 0,19
    21* 458,3 668 42,6 179 102 2 0,32 0,26
    22* 513 653 39 209 99 2 0,31 0,25
    23* 484 681 38,3 239 89 2 0,20 0,19
  • Die Fig. 1 zeigt den Erfüllungsgrad an die gewünschten mechanischen Eigenschaften 0,2%-Dehngrenze (Rp0,2) ≥ 420 N/mm2, Zugfestigkeit (Rm) ≥ 620 N/mm2, Dehnung (A5) > 20% und Kerbschlagzähigkeit (Charpy - V) ≥ 60J.
  • Man erkennt, dass durch die Einstellung des Mn/Ni - Gehaltes ein Werkstoff entsteht, der das gesamte Anforderungsprofil abdeckt und zusätzlich eine bessere Zerspanbarkeit besitzt (Fig. 2). Während beim Unter- und Überschreiten dieses Verhältnisses ein Nichterreichen der mechanisch-technologischen Werte (Festigkeit oder Zähigkeit) bzw. bei Unterschreiten eine schlechtere Zerspanbarkeit zu erkennen ist.
  • Die Fig. 2 zeigt die Bearbeitbarkeit der Versuchsanalysen bezogen auf Mo-arme Referenzlegierungen in Abhängigkeit vom Mn-/Ni-Verhältnis. Man erkennt die verbesserte Zerspanbarkeit bei höheren Mn/Ni-Verhältnissen.
  • Die Fig. 3, 4 und 6 zeigen typische Gefüge der erfindungsgemäßen Ni-Cr-Mn-Duplexlegierung gemäß der in der vorstehend aufgeführten Tabelle näher definierten Legierungszusammensetzung gemäß Beispiel 5, 10 und 15. Man erkennt das typische ausgewogene Zweiphasengefüge der Duplexstähle.
  • Die Fig. 5 zeigt den repräsentativen Spaltbruch bei ungünstigem Mn-Ni-Verhältnis aus Legierungszusammensetzung Nr. 1. Durch das zu hohe Verhältnis lässt sich ein Abfall der Zähigkeit erkennen.

Claims (15)

  1. Nickel-Chrom-Mangan-Legierung mit
    0,005 bis 0,07 Gew% Kohlenstoff
    20,5 bis 23,0 Gew% Chrom
    0,05 bis 1,5 Gew% Silizium
    1,5 bis 6,0 Gew% Mangan
    1,7 bis 3,0 Gew% Nickel
    0,15 bis 0,30 Gew% Stickstoff
    0,1 bis 0,8 Gew% Molybdän
    0,05 bis 4,5 Gew% Kupfer
    bis 0,3 Gew% Kobalt
    bis 0,04 Gew% Phosphor
    bis 0,04 Gew% Schwefel
    bis 0,2 Gew% Niob
    bis 0,2 Gew% Vanadium
    bis 0,2 Gew% Zirkonium
    bis 0,2 Gew% Wolfram
    bis 0,2 Gew% Tantal
    bis 0,1 Gew% Blei
    bis 0,1 Gew% Bismut
    bis 0,1 Gew% Zinn
    bis 0,1 Gew% Zink
    bis 0,1 Gew% Selen
    bis 0,1 Gew% Arsen
    bis 0,1 Gew% Titan
    bis 0,05 Gew% Aluminium
    bis 0,05 Gew% Calicum
    bis 0,05 Gew% Magnesium
    bis 0,05 Gew% Barium
    bis 0,05 Gew% Lanthan
    bis 0,05 Gew% Cer
    bis 0,05 Gew% Yttrium
    bis 0,05 Gew% Rhenium
    bis 0,05 Gew% Sauerstoff
    bis 0,05 Gew% Bor
    Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
  2. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch einzeln oder nebeneinander 0,005 bis 0,05 Gew% Kohlenstoff
    21,2 bis 22,5 Gew% Chrom
    0,25 bis 1,0 Gew% Silizium
    3,5 bis 5,0 Gew% Mangan
    0,3 bis 1,0 Gew% Kupfer
    bis 0,03 Gew% Phosphor
    bis 0,015 Gew% Schwefel
    enthält.
  3. Legierung nach Anspruch 2, die jedoch einzeln oder nebeneinander 21,4 bis 22,0 Gew% Chrom
    3,5 bis 4,5 Gew% Mangan
    2,0 bis 2,7 Gew% Nickel
    0,2 bis 0,25 Gew% Stickstoff
    0,3 bis 0,7 Gew% Molybdän
    enthält.
  4. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch einzeln oder nebeneinander 0,005 bis 0,05 Gew% Kohlenstoff
    21,2 bis 22,5 Gew% Chrom
    0,2 bis 1,0 Gew% Silizium
    1,5 bis 3,0 Gew% Mangan
    3,0 bis 4,5 Gew% Kupfer
    bis 0,03 Gew% Phosphor
    bis 0,015 Gew% Schwefel
    enthält.
  5. Legierung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch 21,4 bis 22,0 Gew% Chrom
    2,0 bis 2,7 Gew% Nickel
    0,2 bis 0,25 Gew% Stickstoff
    0,3 bis 0,7 Gew% Molybdän
    enthält.
  6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mangan-Gehalt der Legierung in Gew.% geringer ist, als der 3fache Nickel-Gehalt der Legierung in Gew.% und höher als 1,5fache Nickelgehalt der Legierung in Gew.%.
  7. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Summe des Kupfer-Anteils und des Mangan-Anteils in Gew.% zum Nickelgehalt der Legierung in Gew.% zwischen 1,5 zu 3,5 liegt.
  8. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Ferrit-Anteil von 30 bis 55 % am Gesamtgefüge hat.
  9. Bauteil aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil zumindest eine der nachfolgenden mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweist:
    0,2%-Dehngrenze (Rp0,2) ≥ 420 N/mm2,
    Zugfestigkeit (Rm) ≥ 620 N/mm2,
    Dehnung (A5) > 20% und
    Kerbschlagzähigkeit (Charpy - V) ≥ 60J.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile in einem Induktionsofen erschmolzen werden und mittels Pfannenzuschlägen desoxidiert werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbestandteile in einem Mittelfrequenztiegelofen erschmolzen werden ohne weitere Sekundärmetallurgie.
  12. Verfahren zum Herstellen des Bauteils nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9 zum Erzeugen einer Gusslegierung und Gießen des Bauteils.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach dem Gießen nicht gewalzt oder geschmiedet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmebehandlung des gegossenen Bauteils bei einer Temperatur von 1000 bis 1250 °C erfolgt.
  15. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Duplexstahl.
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