NO309045B1 - Korrosjonsbestandig legering og fremgangsmÕte for fremstilling av korrosjonsbestandige materialer for skjæreinnretninger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en korrosjonsbestandig legering ifølge ingressen til krav 1. Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av skjærematerialer med høy hardhet og høy bøyeseighet ifølge ingressen til krav 4.

Innenfor nærings- og riytelsesmiddelindustrien er korrosjonsbestandige legering påkrevet, spesielt for skjærematerialer, som spesielt godt må motstå kjemiske angrep og ikke får bevirke noen smaksforandringer og forkortelse av holdbarheten for næringsmidler og lignende. Også for medisinske instrumenter er en høyest mulig korrosjonsbestandighet og god poleringsevne av det for formålet anvendte materialet påkrevet. Ved begge anvendelsestypene forlanges også en høy materialseighet samt hardhet og gradfri god skjerpbarhet, hvorved det imidlertid ikke stilles spesielle høye krav til slitasjefastheten for materialet.

Ikke-rustende stål, dvs. jernbasislegeringer med et Cr-innhold på ca. 13$, for eksempel DIN materiale nr. 1.4110, anvendes med hell for skjæreinnretninger. Fordi imidlertid korrosjonsbestandigheten av slike materialer, spesielt i klorionholdige omgivelser, ikke alltid er tilstrekkelig, kommer også legeringer med ca. 18$ Cr-innhold til anvendelse, for eksempel materiale nr. 1.4112, som på grunn av en høyere Cr-konsentrasjon viser en forøket bestandighet overfor kjemiske angrep. Legeringer med ca. 18$ Cr og over 0,85$ C har imidlertid den ulempen at ved grove karbidutfellinger, riktignok ved forhøyet slitasjemotstand og hardhet for materialet, kan bøyeseigheten og polerbarheten være forrin-get. Det er allerede forsøkt å anvende et stål med ca. 15$ Cr samt 0,3$ C som er legert med 0,3$ N som materialer for skjæreinnretninger. Ved fremstillingen av disse stålene må det imidlertid på den ene siden anvendes dyre trykksmelte-fremgangsmåter, hvilket medfører økonomiske ulemper, på den annen side kan korrosjonsbestandigheten og slipbarheten samt bøyeseigheten for materialet ikke alltid gi tilstrekkelig gode verdier.

Det er også funnet at på tross av de høye Cr-innholdene av korrosjonsbestandige legeringer og det derved på overflaten av delene dannede passivsjiktet av disse, ved en for høy konsentrasjon av Ni og/eller Co og/eller Cu eventuelt kan fremkalles allergiske reaksjoner ved kontakt med huden til levende vesener.

Oppgaven ved oppfinnelsen er nå å tilveiebringe en spesielt korrosjonsbestandig, samt for hudkontakt godtagbar legering med høy hardhet, god poleringsevne og spesielt høy bøyeseig-het ved høy bruddsikkerhet, som også er anvendbar i klorionholdige medier. Videre setter oppfinnelsen seg som mål å angi en fremgangsmåte for fremstilling av korrosjonsbestandige skjærematerialer for næringsmiddelindustrien og for medisinske instrumenter, hvormed ulempene ifølge teknikkens stand kan overvinnes.

Oppgaven løses ved et materiale ifølge de kjennetegnende trekkene av krav 1. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i underkravene.

De ytterligere målene løses ved en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte typen med de kjennetegnende trekkene i krav 4, hvorved ytterligere utførelsesformer er angitt i underkravene.

De fordelene som oppnås med oppfinnelsen består spesielt i at sammensetningen av legeringen sikres ved en lav samlet karbidandel av lav karbidkornstørrelse samt en høy matriks-hardhet og derved en god skjærbarhet og polerbarhet og spesielt en god bøyeseighet. Derved er det viktig at i konsentrasjonsgrensene summen av innholdene av karbon og nitrogen ligger~ i et bestemt område. Det ble overraskende funnet at ved et stål med et krominnhold på ca. 17,5$ forhøyes kromkonsentrasjonen i matriksen ved tillegering av nitrogen og dermed kan korrosjonsbestandigheten forbedres, hvorved karbonkonsentrasjonen kan reduseres uten at man må godta redusert hardhet. Årsakene til dette er fremdeles ikke fullstendig vitenskaplig klarlagt, det antas imidlertid av oppfinnerene at ved et nitrogeninnhold på større enn 0,1, spesielt større enn 0,12, dannes det fine nitrider og/eller karbonitrider fortrinnsvis av elementene fra gruppe IV og V i det periodiske systemet, for eksempel vanadium, hvilket bevirker en vesentlig reduksjon av karbidkornstørrelsen. Ved en finkornstruktur med de hardhetsøkende elementene karbon og nitrogen i kombinasjon forhøyes så vel matrikshardheten og matriksseigheten som også deres Cr-konsentrasjon og en dannelse av grove, skarpkantede karbider unngåes.

Dersom det imidlertid innstilles høyere nitrogeninnhold enn ca. 0,29 vekt-# i legeringen, kan det oppstå grove, nåleform-ede nitrider og en omvandling av austenitt til martensitt forhindres, hvilket virker meget uheldig på bruksegenskapene for materialet. Den høyeste korrosjonsbestandigheten ved de beste materialegenskapene ble funnet i området for de ovenfor angitte nitrogeninnholdene ved karbonkonsentrasjoner mellom 0,4 og 0,85 vekt-#, når summen av karbon- og nitrogeninnhold ligger i området fra 0,61 til 0,95.

Ved en fremgangsmåte for fremstilling av korrosjonsbestandige skjaerevarer er de ved oppfinnelsen oppnådde fordelene i det vesentlige at legeringene kan fremstilles på økonomisk måte og ved varmebehandling av den derav fremstilte kniven og instrumentene oppnås de beste bruksegenskapene for delene. Derved er det viktig at de legeringstekniske forutsetningene foreligger og at det ved en oppløsningsglødebehandling bevirkes en homogen glødestruktur. Av spesiell viktighet er videre en mykglødning av materialet rundt Å3-punktet for legeringen før en austenittisering, for med forhøyet intensitet å utjevne utskillelses- og omvandlingskinetikken ved etterfølgende avkjøling. En etterfølgende anløpingsbe-handling gjennomføres ved forholdsvis lav temperatur og tjener spesielt til avspenning av materialet.

For å oppnå en jevn varmebortførelse fra overflaten av delene ved intensivert avkjøling fra austenittiseringstemperaturen og å unngå en termisk betinget deformasjon av materialet ved inhomogene spenninger, kan det være fordelaktig at avkjøl-ingen foregår mellom to stabiliserende plater. Denne avkjølings- henholdsvis "Quetten"-fremgangsmåten har vist seg spesielt gunstig for fremstillingen av kniver med stor flate med komplisert skjæreform.

Ved en ytterligere foretrukket utførelsesform av fremgangs-måten gjennomføres etter herdingen minst en avkjølingsbehand-ling av materialet, for likeledes å omdanne en eventuelt i strukturen gjenværende andel av restaustenitt til martensitt.

Ved kliniske undersøkelser er det fastslått at ved et innhold på under 0,25 vekt-# Ni, under 0,20 vekt-# Co og under 0,25 vekt-# Cu, spesielt ved et samlet innhold av Ni+Co+Cu på under 0,48$ i legeringen opptrer praktisk talt ingen allergiske reaksjoner på huden hos levende vesener, hvorved imidlertid ved spesiell følsomhet noe lavere konsentrasjoner av de ovenfor nevnte elementene fullstendig utelukker overfølsomhetsreaksjoner.

Oppfinnelsen er nærmere belyst ved hjelp av noen eksempeler fra forsøksrekkene.

Her angis

tabell 1 en opplistning av forsøksmaterialene og tabell 2 er en sammenstilling av bruksegenskapene for de av materialene fremstilte skjærevarene ved anvendelse av forskjellige varmebehandlingsparametre.

Claims (8)

1. Korrosjonsbestandig legering egnet som skjaeredeler med en hardhet på større enn 54 HRC, god poleringsevne og høy bøyeseighet inneholdende i det vesentlige elementene karbon, silisium, mangan, krom, molybden, vanadium, nitrogen samt jern og fremstillingsbetingede forurensninger, karakterisert ved en andel i vekt-# på under den forutsetningen at innholdene av Ni maksimalt utgjør 0,25 Co maksimalt utgjør 0,20 Cu maksimalt utgjør 0,25 Ni + Co + Cu maksimalt utgjør 0,48 og summen av konsentrasjonene av karbon og nitrogen gir en verdi på minst 0,61, og høyst 0,95.

2. Legering ifølge krav 1, karakterisert ved at innholdene i vekt-# utgjør Ni maksimalt 0,15 Cu maksimalt 0,15 Ni + Co + Cu maksimalt 0,24.

3. Legering ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at summen av konsentrasjonen av karbon og nitrogen gir en verdi på minst 0,66 og høyst 0,84.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av korrosjonsbestandige skjaeredeler med en hardhet på 54 til 61 HRC og høy bøyeseig-het spesielt for næringsmiddelindustrien og for medisinske instrumenter av en legering inneholdende i det vesentlige elementene karbon, silisium, mangan, krom, molybden, vanadium, nitrogen samt jern og fremstillingsbetingede forurensninger, karakterisert ved at det fremstilles en legering med andeler i vekt-# på under den forutsetningen at innholdene av Ni maksimalt utgjør 0,25 Co maksimalt utgjør 0,20 Cu maksimalt utgjør 0,25 Ni + Co + Cu maksimalt utgjør 0,48 og summen av konsentrasjonene av karbon og nitrogen gir en verdi på minst 0,61 og høyst 0,95, og materialet underkastes fortrinnsvis under en deformering, minst en oppløsningsgløde-behandling ved en temperatur på høyere enn 1065°C, hvoretter den fra legeringen fremstilte delen henholdsvis verktøyet, spesielt skjærevarene i rå tilstand, mykglødes i området for A3-punktet for legeringen, fortrinnsvis ved en temperatur mellom 800 og 880°C, deretter avkjøles med lav intensitet, oppvarmes igjen og austenittiseres i et temperaturområde fra 940 til 1060°C og deretter avkjøles med forhøyet intensitet, hvorpå det gjennomføres minst en anløpningsbehandling ved en temperatur mellom 165 og385°C og en ferdigbearbeidelse av skjæredelen gjennomføres.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at legeringen fremstilles med innhold i vekt-# på Ni maksimalt 0,15 Cu maksimalt 0,15 Ni + Co + Cu maksimalt 0,24 og/eller en sumverdi for konsentrasjonen av C+N på 0,66 til 0 ,84 .

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 4 eller 5, karakterisert ved at avkjølingen av delene gjennom-føres med forhøyet intensitet i "Quetten"-fremgangsmåten, eventuelt med vann, fortrinnsvis med trykkluft, spesielt med olje.

7. Fremgangsmåte Ifølge et av kravene 4 til 6, karakterisert ved at austenittiseringen av delene gjennomføres i et temperaturområde mellom 960 og 1050°C, fortrinnsvis ved 980 til 1030°C.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 4 til 7, karakterisert ved at etter avkjølingen med forhøyet intensitet av austenittiseringstemperaturen underkastes delen en dypfrysningsbehandling ved en temperatur på under minus 55°C, fortrinnsvis under minus 70°C.