EP3321386A1 - Dünnwandiges stahlgussbauteil mit austenitischem grundgefüge - Google Patents

Dünnwandiges stahlgussbauteil mit austenitischem grundgefüge Download PDF

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EP3321386A1
EP3321386A1 EP16198488.5A EP16198488A EP3321386A1 EP 3321386 A1 EP3321386 A1 EP 3321386A1 EP 16198488 A EP16198488 A EP 16198488A EP 3321386 A1 EP3321386 A1 EP 3321386A1
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EP
European Patent Office
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cast steel
steel component
content
thin
phosphorus
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Withdrawn
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EP16198488.5A
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Marc-Oliver Borel
Tobias Henne
Michael Sieger
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Wolfensberger AG
Original Assignee
Wolfensberger AG
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Publication date
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • C22C37/08—Cast-iron alloys containing chromium with nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/10—Cast-iron alloys containing aluminium or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

Definitions

  • the invention relates to a non-cold-formed thin-walled cast steel component with Austentiticianm basic structure, a method for producing such a cast steel component and its use according to the preambles of the independent claims.
  • Austenitic steel is a high alloy material.
  • the chemical composition of the austenitic basic structure depends on the one hand on the requirement of a stable austenitic matrix and on the other hand on the required properties.
  • austenite stabilizing elements such as nickel, manganese and copper are used.
  • Austenitic steel alloys have special properties that make them interesting for a variety of applications: corrosion resistance, scale resistance, high heat resistance, thermal shock resistance, high ductility, wear and erosion resistance, favorable running properties, cold toughness, particularly high and low expansion coefficients.
  • the invention relates to a non-cold-formed, thin-walled cast steel component with austenitic basic structure.
  • the cast steel component contains in mass percent maximum 1.5% manganese and maximum 0.04% phosphorus.
  • Cast steel is steel, which is cast in molds.
  • the cast steel component identifies the resulting component after cooling the cast steel.
  • the thin-walled cast steel components typically have a wall thickness of 0.5-5 mm. This is selected as a function of the load occurring, which has been determined, for example, by means of an FEM calculation or has been determined experimentally. Thicker wall sections can pass smoothly into thinner wall sections.
  • Manganese deoxidized It binds sulfur as manganese sulfide and thereby reduces the adverse influence of iron sulfide.
  • alloys with higher manganese content have the disadvantage that they can not be melted or poured in air.
  • a protective gas atmosphere is necessary.
  • the provision of inert gas has a significant influence on the manufacturing costs of the cast steel components.
  • Manganese in the stated amount has proven to be particularly advantageous. In particular, no melting under inert gas is required, the adverse effects of iron sulfide are still reduced.
  • Low phosphorus content is desirable in metallurgical manufacturing processes. Too high a phosphorus content increases the heat cracking.
  • phosphorus has a high segregation coefficient, ie the concentration differences in austenitic cast steel vary widely, which can lead to structural inhomogeneities. The segregation can cause stress cracks and fatigue the material early on.
  • the melt shows excellent flow behavior. As a result, even narrow mold gaps can be filled without having to resort to disadvantageous elements
  • the thin-walled cast steel component is obtained without cold working, i. it can be removed from a mold directly after cooling the cast steel. An additional heat treatment is not necessary. The corrosion resistance remains, thanks to the rapid cooling, in the cast condition.
  • the cast steel component according to the invention is characterized by high strength and elongation at break. At the same time, the negative properties resulting from too high levels of phosphorus and manganese are avoided.
  • the production is inexpensive, since on the one hand, the cost of materials is reduced and on the other hand can be dispensed with a protective gas atmosphere.
  • Chromium is austenite-stabilizing in austenitic chromium-nickel steels and improves corrosion resistance up to 20%, the strength, the erosion and wear resistance and the weldability. Chromium forms carbides. Heat resistance and hydrogen peroxide resistance are favored by chromium. For corrosion resistance, a minimum content of 13% chromium in the basic mass is required in steels. Chromium reduces the electrical conductivity and the thermal conductivity, the thermal expansion is lowered. Overall, chromium has a positive impact on heat resistance. The stated proportion of chromium in the composition according to the invention has proved to be particularly advantageous.
  • Nickel increases the yield strength and notch toughness in structural steels.
  • the element extends the gamma region and therefore causes the austenite structure in corrosion and scale resistant chromium-nickel steels.
  • High nickel contents lead to steels with a small thermal expansion.
  • the stated proportion of nickel in the composition according to the invention has proved to be particularly advantageous.
  • the combination of said Cr and Ni contents is also particularly advantageous.
  • Molybdenum largely reduces the tempering brittleness in, for example, chrome and nickel steels, promotes fine grain formation and also has a favorable effect on the weldability. It also increases the yield strength and the strength. In austenitic chromium-nickel steels, it supports corrosion resistance. Molybdenum also increases the heat resistance. The stated proportion of molybdenum in the composition according to the invention has proved to be particularly advantageous.
  • Carbon is the essential companion element of all steels. Cr-Ni steels he greatly expands the austenite area. The tendency to austenite is already at low levels of carbon very strong. The stated proportion of carbon in the composition according to the invention turned out to be particularly advantageous.
  • Silicon is a cost-effective alloying element with which the stacking energy of austenite can be influenced.
  • the stacking energy plays an important role in the TWIP effect.
  • the stated proportion of silicon in the composition according to the invention is therefore particularly advantageous.
  • Fusion-related accompanying elements can be, for example, phosphorus, sulfur, hydrogen, nitrogen and oxygen.
  • Fusion-related accompanying elements can be, for example, phosphorus, sulfur, hydrogen, nitrogen and oxygen.
  • the cast steel component according to the invention has the advantage that it has an improved corrosion resistance in the cast state, has a high strength and a high elongation at break. It is resistant to conventional chemicals. By varying the mass fractions of the individual elements, the properties can be adapted to the use. Various applications are possible.
  • the cast steel component according to the invention preferably has a maximum percentage by mass of 15% ⁇ -ferrite.
  • ⁇ -ferrite can be present with or without finely dispersed carbides, nitrides or carbonitrides.
  • a low content of ⁇ -ferrite is desirable in austenitic cast steel, since the tendency to heat cracking is reduced.
  • phosphorus in the presence of phosphorus can be a limited ⁇ -ferrite content counteract the tendency to heat cracking of the phosphor and thus increase the quality of the material.
  • the cast steel component is not cold-formed.
  • the casting mold can be designed in such a way that the cast steel component resulting after solidification of the molten steel has a plurality of ribs which extend from the region of an annular sprue along the planar base body.
  • the major difficulty is that during casting, the liquid material flows into all areas of the later cast steel component before it solidifies.
  • the annular sprue allows that pour the material completely before it starts to cool. Unlike a point sprue, the annular sprue allows a much larger flow of liquid metal so that the liquid metal can flow faster into all areas before it cools.
  • the cross-sectional area of the annular sprue is significantly larger than is possible with a punctual sprue.
  • the annular sprue can additionally be supported by ribs on the flat main body of the cast steel component.
  • the ribs serve as feeders during casting and stiffen the cast steel component at the same time. They allow the rapid distribution of the liquid material from the sprue in all areas of the flat thin-walled body.
  • the shape and dimensioning of the ribs is designed topology-optimized.
  • the ribs are thus designed so that they can optimally feed the liquid material into the planar body.
  • thin-walled cast steel components with optimized properties can be produced inexpensively, and the cost of materials is reduced.
  • Another aspect of the invention relates to the use of a thin-walled cast steel component, in particular a cast steel component as described herein.
  • the cast steel component can be used, for example, in vehicle and aircraft construction, in refrigeration plants, for components subject to crash impact and in the chemical industry.
  • the cast steel components according to the invention can be processed, for example, in the bodywork. This allows the production of lightweight bodies, which reduces fuel consumption and lowers exhaust emissions. At the same time, the occupants are well protected due to their stability and rigidity in the event of an accident. The impact energy can be better intercepted by such steels better. The body components give way less. The safety in vehicles is increased.
  • corrosion-resistant steels can be used for the large-scale realization and optimization of chemical processes, for example for the production of chemical reactors.
  • FIG. 1 shows the function of an inventive thin-walled cast steel component 2 in a frontal impact 5.
  • a vehicle body 1 which is designed as a connection point A between the A-pillar 3 and the engine mount 4
  • the figure shows the situation of a crash with a partial frontal impact 5. Due to the design of the connection point A between the A-pillar 3 and the engine mount 4, the impact energy can be absorbed and forwarded without component failure (shown by arrows).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein nicht kaltumgeformtes, dünnwandiges Stahlgussbauteil mit austenitischem Grundgefüge. Das Stahlgussbauteil enthält in Massenprozent maximal 1.5 % Mangan und maximal 0.04 % Phosphor. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stahlgussbauteils sowie dessen Verwendung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein nicht kaltumgeformtes dünnwandiges Stahlgussbauteil mit austentitischem Grundgefüge, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stahlgussbauteils sowie dessen Verwendung gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
  • Austenitischer Stahl ist ein hochlegierter Werkstoff. Die chemische Zusammensetzung des austenitischen Grundgefüges richtet sich einerseits nach dem Erfordernis einer stabilen austenitischen Grundmasse und andererseits nach den geforderten Eigenschaften. Um den Austenit unter verschiedenen Bedingungen (tiefe Temperaturen, nach Wärmebehandlung, bei mechanischer Beanspruchung) stabil zu halten, kommen austenitstabilisierende Elemente wie Nickel, Mangan und Kupfer zum Einsatz. Austenitische Stahllegierungen weisen besondere Eigenschaften auf, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen interessant machen: Korrosionsbeständigkeit, Zunderbeständigkeit, hohe Warmfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, hohe Duktilität, Verschleiss- und Erosionsbeständigkeit, günstige Laufeigenschaften, Kaltzähigkeit, besonders hohe und niedrige Ausdehnungskoeffizienten.
  • Das Herstellen von dünnwandigen Stahlgussteilen mit austenitischem Grundgefüge ist jedoch problematisch, da die entsprechenden Legierungen über eine schlechte Fliessfähigkeit verfügen. Üblicherweise wird der Legierung Phosphor zugefügt, um die Fliessfähigkeit zu erhöhen.
  • DE 10 2010 026 808 B4 beschreibt einen austenithaltigen Stahlguss mit TRIP- bzw. TWIP-Eigenschaften, der für eine höhere Fliessfähigkeit zusätzlich 0.05 -1.5 % Phosphor enthält. Aufgrund des zugesetzten Phosphors lassen sich Bauteile auch dünnwandig giessen. Die im Giessverfahren hergestellten Bauteile weisen unter Belastung einen TRIP-Effekt auf.
  • Hohe Phosphorgehalte sind in Stählen jedoch unerwünscht, da Phosphor eine starke Versprödung verursacht. Die Warmrissneigung des Stahlgusses wird erhöht und die Schweissbarkeit verschlechtert. Phosphorhaltiges Rücklaufmaterial muss strikt vom übrigen Rücklauf getrennt werden.
  • DE 10 2008 005 806 A1 beschreibt einen hochmanganhaltigen austenitischen Stahl, der nahezu phosphorfrei ist und sich zur Herstellung dünnwandiger Bauteile eignet. Derartige manganhaltige Legierungen können jedoch an der Luft nicht erschmolzen und gegossen werden. Es bedarf einer Schutzatmosphäre.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein nicht kaltumgeformtes dünnwandiges Stahlgussbauteil mit einem austenitischen Grundgefüge bereitzustellen, welches einfach und kostengünstig in der Herstellung ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung sowie die Verwendungsmöglichkeiten eines solchen Stahlgussteils bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden durch die in den unabhängigen Patentansprüchen definierten Stahlgussbauteile und Verfahren gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Die Erfindung betrifft ein nicht kaltumgeformtes, dünnwandiges Stahlgussbauteil mit austenitischem Grundgefüge. Das Stahlgussbauteil enthält in Massenprozent maximal 1.5 % Mangan und maximal 0.04 % Phosphor.
  • Als Stahlguss wird Stahl bezeichnet, der in Formen gegossen wird. Das Stahlgussbauteil kennzeichnet das daraus erhaltende Bauteil nach Abkühlen des Stahlgusses.
  • Die dünnwandigen Stahlgussbauteile weisen typischerweise eine Wanddicke von 0.5 - 5 mm auf. Diese ist in Abhängigkeit der auftretenden Belastung gewählt, die beispielsweise über eine FEM Berechnung bestimmt oder experimentell ermittelt worden ist. Dickere Wandabschnitte können dabei stufenlos in dünnere Wandabschnitte übergehen.
  • Mangan desoxidiert. Es bindet Schwefel als Mangansulfide und verringert dadurch den ungünstigen Einfluss des Eisen-Sulfids. Legierungen mit höherem Mangangehalt haben jedoch den Nachteil, dass diese an Luft nicht erschmolzen respektive gegossen werden können. Eine Schutzgasatmosphäre ist notwendig. Die Bereitstellung von Schutzgas hat einen erheblichen Einfluss auf die Herstellungskosten der Stahlgussbauteile. Mangan in der genannten Menge hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Insbesondere ist kein Erschmelzen unter Schutzgas erforderlich, die ungünstigen Einflüsse von Eisen-Sulfid werden trotzdem verringert.
    Ein geringer Phosphorgehalt ist bei metallurgischen Herstellungsverfahren wünschenswert. Ein zu hoher Phosphorgehalt erhöht die Heissrissigkeit. Zudem weist Phosphor einen hohen Seigerungskoeffizienten auf, d.h. die Konzentrationsunterschiede im austenitischen Stahlguss variieren stark, was zu Gefügeinhomogenitäten führen kann. Durch die Seigerung können Spannungsrisse entstehen und den Werkstoff frühzeitig ermüden.
  • In der erfindungsgemässen Zusammensetzung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass auf Phosphor im Wesentlichen verzichtet werden kann.
  • Die Schmelze zeigt hervorragendes Fliessverhalten. Dadurch können auch enge Formspalten gefüllt werden ohne auf nachteilige Elemente zurückgreifen zu müssen
  • Das dünnwandige Stahlgussbauteil wird ohne Kaltumformung erhalten, d.h. es kann direkt nach Abkühlung des Stahlgusses aus einer Gussform entnommen werden. Eine zusätzliche Wärmebehandlung ist nicht nötig. Die Korrosionsbeständigkeit bleibt, dank der schnellen Abkühlung, im Gusszustand erhalten.
  • Das erfindungsgemässe Stahlgussbauteil zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Bruchdehnung aus. Gleichzeitig werden die negativen Eigenschaften, die aus einem zu hohen Phosphor- und Mangangehalt resultieren, vermieden. Die Herstellung ist kostengünstig, da einerseits der Materialaufwand verringert wird und anderseits auf eine Schutzgasatmosphäre verzichtet werden kann.
  • Vorzugsweise weist das erfindungsgemässe Stahlgussbauteil folgende Elemente in Massenprozent auf:
    • einen Mangananteil von 0.6 bis 1.5 %
    • einen Chromanteil von 18 bis 20.0 %
    • einen Nickelanteil von 9 bis 12 %
    • einen Molybdänanteil von 1.8 bis 2.5 %
    • einen Kohlenstoffanteil von 0.01 bis 0.07 %
    • einen Siliziumanteil von 0.6 bis 1.5 %
    • einen Phosphoranteil von 0 bis 0.04 %
    • einen Schwefelanteil von 0 bis 0.03 %
    • Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente.
  • Chrom wirkt in austenitischem Chrom-Nickel-Stählen austenitstabilisierend und verbessert die Korrosionsbeständigkeit bis 20 %, die Festigkeit, die Erosions- und Verschleissbeständigkeit sowie die Schweisseignung. Chrom bildet Carbide. Warmfestigkeit und Druckwasserstoff-Beständigkeit werden durch Chrom begünstigt. Für die Korrosionsbeständigkeit ist in Stählen ein Mindestgehalt von 13 % Chrom in der Grundmasse erforderlich. Chrom verringert die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit, die Wärmeausdehnung wird gesenkt. Insgesamt hat Chrom einen positiven Einfluss auf die Hitzebeständigkeit. Der genannte Anteil an Chrom in der erfindungsgemässen Zusammensetzung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Nickel erhöht die Streckgrenze und Kerbzähigkeit in Baustählen. Das Element erweitert das Gamma-Gebiet und bewirkt daher in korrosions- und zunderbeständigen Chrom-Nickel-Stählen die Austenitstruktur. Hohe Nickelgehalte führen zu Stählen mit kleiner Temperaturausdehnung. Der genannte Anteil an Nickel in der erfindungsgemässen Zusammensetzung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Hinsichtlich des Verhältnisses von Eigenschaften zu Kosten der Legierung ist auch die Kombination der genannten Cr- und Ni-Gehalte besonders vorteilhaft.
  • Molybdän verringert weitgehend die Anlasssprödigkeit bei beispielsweise Chrom- und Nickelstählen, fördert die Feinkornbildung und wirkt sich auch günstig auf die Schweissbarkeit aus. Es erhöht zudem die Streckgrenze und die Festigkeit. In austenitischen Chrom-Nickel-Stählen unterstützt es die Korrosionsbeständigkeit. Molybdän erhöht zudem die Warmfestigkeit. Der genannte Anteil an Molybdän in der erfindungsgemässen Zusammensetzung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Kohlenstoff ist das wesentliche Begleitelement aller Stähle. Cr-Ni-Stählen erweitert er das Austenitgebiet sehr stark. Die Neigung zur Austenitbildung ist bereits bei geringen Mengen Kohlenstoff sehr stark ausgeprägt. Der genannte Anteil an Kohlenstoff in der erfindungsgemässen Zusammensetzung stellte sich als besonders vorteilhaft heraus.
  • Silizium ist ein kostengünstiges Legierungselement mit welchem gezielt die Stapelfehlenergie des Austenits beeinflusst werden kann. Die Stapelfehlenergie spielt beim TWIP-Effekt eine wichtige Rolle. Der genannte Anteil an Silizium in der erfindungsgemässen Zusammensetzung ist daher besonders vorteilhaft.
  • Eisen liegt bei austenitischen Stählen mit mindestens 50 % vor. Erschmelzungsbedingte Begleitelemente können beispielsweise Phosphor, Schwefel, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff sein. Durch Hinzufügen von Aluminium oder Silizium zur Stahllegierung kann der in der Schmelze gelöste Sauerstoff gebunden werden, was sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
  • Das erfindungsgemässe Stahlgussbauteil hat den Vorteil, dass es im Gusszustand eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist, eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Bruchdehnung aufweist. Gegen konventionelle Chemikalien ist es beständig. Durch die Variation der Massenanteile der einzelnen Elemente lassen sich die Eigenschaften an die Verwendung anpassen. Vielfältige Einsatzmöglichkeiten werden ermöglicht.
  • Vorzugsweise weist das erfindungsgemässe Stahlgussbauteil in Massenprozent maximal 15 % δ-Ferrit auf. δ-Ferrit kann mit oder ohne fein dispersen Karbiden, Nitriden oder Karbonitriden vorliegen.
  • Ein geringer Gehalt an δ-Ferrit ist im austenitischen Stahlguss wünschenswert, da die Neigung zur Heissrissigkeit vermindert wird. Insbesondere beim Vorhandensein von Phosphor kann ein begrenzter δ-Ferrit-Gehalt der Neigung zur Heissrissigkeit des Phosphors entgegenwirken und somit die Qualität des Werkstoffs erhöhen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen Stahlgussbauteils mit austenitischem Grundgefüge wie vorliegend beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • Bereitstellen einer Legierung, wobei die Legierung in Massenprozent maximal 1.5 % Mangan und 0.04 % Phosphor enthält,
    • Giessen der Legierung in eine Gussform
    • Abkühlen des Stahlgussbauteils.
  • Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird das Stahlgussbauteil nicht kaltumgeformt.
  • Bei dem Herstellungsverfahren kann auf eine Schutzgasatmosphäre verzichtet werden, was sich als besonders vorteilhaft in Bezug auf die Kosten herausgestellt hat.
  • Die Gussform kann derart ausgestaltet sein, dass das nach Erstarrung der Stahlschmelze resultierende Stahlgussbauteil eine Mehrzahl von Rippen aufweist, die sich vom Bereich eines ringförmigen Angusses entlang dem flächigen Grundkörper erstrecken. Beim Giessen flächiger, dünnwandiger Stahlgussbauteile besteht die große Schwierigkeit darin, dass beim Giessen das flüssige Material in alle Bereiche des späteren Stahlgussbauteils fließt, bevor es erstarrt. Je dünner die Wandstärke gewählt wird, desto grösser ist das Risiko, dass das flüssige Metall zu früh erkaltet, und damit das spätere Bauteil nicht vollständig mit Metall ausfüllt ist. Der ringförmige Anguss ermöglicht es, dass sich das Material beim Giessen vollständig verteilen kann, bevor es erkaltet. Anders als bei einem punktuellen Anguss ermöglicht der ringförmige Anguss eine wesentlich größere Durchflussmenge des flüssigen Metalls, so dass schneller das flüssige Metall in alle Bereiche strömen kann, bevor es erkaltet. Die Querschnittsfläche des ringförmigen Angusses ist deutlich grösser, als es bei einem punktuellen Anguss möglich ist. Der ringförmige Anguss kann zusätzlich über Rippen am flächigen Grundkörper des Stahlgussbauteils abgestützt sein. Die Rippen dienen als Speiser beim Giessen und versteifen zugleich das Stahlgussbauteil. Sie ermöglichen das schnelle Verteilen des flüssigen Materials vom Anguss in alle Bereiche des flächigen dünnwandigen Grundkörpers. Idealerweise ist dabei die Form und die Dimensionierung der Rippen topologieoptimiert ausgelegt. Die Rippen sind also so gestaltet, dass sie das flüssige Material optimal in den flächigen Grundkörper einspeisen können. Somit können auch sehr dünnwandige Grundkörper aus Stahlguss hergestellt werden, ohne dass das einströmende Metall zu früh erkaltet und nicht alle Bereiche des späteren Stahlgussbauteils ausgefüllt sind.
  • Mit dem Verfahren können dünnwandiger Stahlgussbauteile mit optimierten Eigenschaften kostengünstig hergestellt werden, zudem wird der Materialaufwand verringert.
  • Auch die Herstellung des dünnwandigen Stahlgussbauteils mittels Sandformverfahren, Croning oder keramische Formverfahren sind möglich. Auch Kombinationen der Formverfahren sind denkbar. Auf das aufwendige Giessen in heissen keramischen Formen kann verzichtet werden.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren kann die Legierung folgende Elemente in Massenprozent umfassen:
    • einen Mangananteil von 0.6 bis 1.5 %
    • einen Chromanteil von 18 bis 20.0 %
    • einen Nickelanteil von 9 bis 12 %
    • einen Molybdänanteil von 1.8 bis 2.5 %
    • einen Kohlenstoffanteil von 0.01 bis 0.07 %
    • einen Siliziumanteil von 0.6 bis 1.5 %
    • einen Phosphoranteil von 0 bis 0.04 %
    • einen Schwefelanteil von 0 bis 0.03 %
    • Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines dünnwandigen Stahlgussbauteils, insbesondere eines Stahlgussbauteils wie vorliegend beschrieben. Das Stahlgussbauteil kann beispielsweise im Fahrzeug- und Flugzeugbau, in Kälteanlagen, für crashbeanspruchten Bauteile und in der chemischen Industrie angewendet werden.
  • Im Fahrzeugbau können die erfindungsgemässen Stahlgussbauteile beispielsweise in der Karosserie verarbeitet werden. Das ermöglicht die Herstellung leichter Karosserien, was den Kraftstoffverbrauch verringert und die Abgasemission senkt. Gleichzeitig sind die Insassen aufgrund der Stabilität und der Starrheit im Fall eines Unfalls gut geschützt. Die Aufprallenergie kann durch solche Stähle zum Teil besser abgefangen werden. Die Karosseriebauteile geben weniger nach. Die Sicherheit in Fahrzeugen wird erhöht. In der chemischen Industrie können korrosionsbeständige Stähle für die grosstechnische Realisierung und Optimierung chemischer Prozesse verwendet werden, beispielsweise für die Herstellung von chemischen Reaktoren.
  • Die Erfindung wird anhand des folgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
    • Figur 1:
    Funktion eines erfindungsgemässen Stahlgussbauteils in einer Crashsituation.
  • Figur 1 zeigt die Funktion eines erfindungsgemässen dünnwandigen Stahlgussbauteils 2 bei einem Frontalaufprall 5. Für die Herstellung dieses dünnwandigen Stahlgussbauteils 2 einer Fahrzeugkarosserie 1, das als Anbindungspunkt A zwischen der A-Säule 3 und dem Motorträger 4 konzipiert ist, wurde eine Stahl-Legierung mit einem austenitischen Grundgefüge und einem Anteil von 0.8 % Si, 0.7 % Mn, 19.0 % Cr, 10.0 % Ni, 2.2 % Mo und maximal 0.07 % C (Werkstoff 1.4408) verwendet. Die Figur zeigt die Situation eines Crashfalles mit einem teilweisen Frontalaufprall 5. Aufgrund der Gestaltung des Anbindungspunktes A zwischen der A-säule 3 und dem Motorträger 4 kann die Aufprallenergie ohne Bauteilversagen aufgenommen und weitergeleitet werden (durch Pfeile dargestellt).

Claims (6)

  1. Nicht kaltumgeformtes, dünnwandiges Stahlgussbauteil mit austenitischem Grundgefüge, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlgussbauteil in Massenprozent maximal 1.5 % Mangan und maximal 0.04 % Phosphor enthält.
  2. Stahlgussbauteil gemäss Anspruch 1, wobei das Stahlgussbauteil folgende Elemente in Massenprozent aufweist:
    - einen Mangananteil von 0.6 bis 1.5 %
    - einen Chromanteil von 18 bis 20.0 %
    - einen Nickelanteil von 9 bis 12 %
    - einen Molybdänanteil von 1.8 bis 2.5 %
    - einen Kohlenstoffanteil von 0.01 bis 0.07 %
    - einen Siliziumanteil von 0.6 bis 1.5 %
    - einen Phosphoranteil von 0 bis 0.04 %
    - einen Schwefelanteil von 0 bis 0.03 %
    - Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente.
  3. Stahlgussbauteil gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Stahlgussbauteil in Massenprozent maximal 15 % δ-Ferrit aufweist.
  4. Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen Stahlgussbauteils mit austenitischem Grundgefüge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend die Schritte:
    - Bereitstellen einer Legierung, wobei die Legierung in Massenprozent maximal 1.5 % Mangan und 0.04 % Phosphor enthält,
    - Giessen der Legierung in eine Gussform
    - Abkühlen des Stahlgussbauteils
    wobei das Stahlgussbauteil nicht kaltumgeformt wird.
  5. Verfahren gemäss Anspruch 4, wobei die Legierung folgende Elemente in Massenprozent umfasst:
    - einen Mangananteil von 0.6 bis 1.5 %
    - einen Chromanteil von 18 bis 20.0 %
    - einen Nickelanteil von 9 bis 12 %
    - einen Molybdänanteil von 1.8 bis 2.5 %
    - einen Kohlenstoffanteil von 0.01 bis 0.07 %
    - einen Siliziumanteil von 0.6 bis 1.5 %
    - einen Phosphoranteil von 0 bis 0.04 %
    - einen Schwefelanteil von 0 bis 0.03 %
    - Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente.
  6. Verwendung eines dünnwandigen Stahlgussbauteils, insbesondere eines Stahlgussbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für Anwendungen im Fahrzeug- und Flugzeugbau, in Kälteanlagen, für crashbeanspruchten Bauteile und für Anwendungen in der chemischen Industrie.
EP16198488.5A 2016-11-11 2016-11-11 Dünnwandiges stahlgussbauteil mit austenitischem grundgefüge Withdrawn EP3321386A1 (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0530675A2 (de) * 1991-08-28 1993-03-10 Nippon Steel Corporation Verfahren zum Herstellen von dünnen Blechern aus Cr-Ni-Basis rostfreiem Stahl mit ausgezeichneter Oberflächenqualität und Verformbarkeit
WO1999006602A1 (en) * 1997-08-01 1999-02-11 Acciai Speciali Terni S.P.A. Austenitic stainless steel strips having good weldability as cast
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DE102008005806A1 (de) 2008-01-17 2009-09-10 Technische Universität Bergakademie Freiberg Bauteile aus hochmanganhaltigem, festem und zähem Stahlformguss, Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung
DE102010026808B4 (de) 2010-07-10 2013-02-07 Technische Universität Bergakademie Freiberg Korrosionsbeständiger austenithaltiger phosphorlegierter Stahlguss mit TRIP- bzw. TWIP-Eigenschaften und seine Verwendung

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