SE461398B - Martensitiskt utskiljningshaerdbart rostfritt staal - Google Patents

Description

398 A' = 17 X (%C/%Ti) + 0,70 x (ggn) + 1 x (gmi) + 0,60 x (æcr) '+ 0,76 x (æcu) - 0,63 xJæAu + 20,871 är mindre än 42,0, och mängderna av Mn, Ni, Cu, Cr, Ti, Al och Si inställes så att värdet av Cr-ekvivalenten/Ni-ekvi- valenten definierad som '%Ti + %A1) + 1,5 x (ssi) Cr dan: 1 x (%Cr) + 3,5 X ( 0,3 x (%Cu) + 0,65 x (enn) Ni ekv. 1 x (%Ni) + är högst 2,7, och att värdet av AHV definierad som Aflv = 205 x [æfri .-_3 x (æc + sin] + 205 x (sAl - 2 x Hm] + 57,5 x (ssi) + 20,5 x men) + 20 ligger i intervallet 120-210, och stålet uppvisar i huvudsak martensitisk struktur i upplösningsbehandlat tillstånd eller i till högst 50% kallbearbetat tillstånd.

Detta tidigare utvecklade stål uppför sig utmärkt vid stansning och formning och det uppvisar tillfredsställande egenskaper som fjädermaterial då AHV (skillnaden i hårdhet före och efter åldring) ligger runt 200. Detta stål kan lätt framställas eftersom kraftig kallbearbetning icke erfordras.

I jämförelse med maråldringsstâl såsom maråldringsstål 18Ni är detta stål emellertid något underlägset med avseende på segheten då det används för fjädrar eller för konstruktioner inom de områden i vilka höghållfasthetsstål används (ca 190 kg/mmz i insnittsdraghållfasthet).

Vi har försökt förbättra segheten hos detta tidigare utvecklade stål och funnit att segheten hos stålet kan bibehållas vid hög hållfasthet genom tillsättning av Mo. D.v.s. vi har funnit att segheten hos materialet kan bibehållas med fram- gång genom tillsättning av Mo 'även om Al-Ivhâldringsgraden definierad enligt ovan), som var begränsad till högst 210 med tanke på segheten i det tidigare utvecklade stålet; nójs till mer än 210. Vi har även 3 461 ses funnit att ökningen av hållfastheten kan bibehållas genom tillsättning av Mo utan beroende av utskiljningshärdnings-' effekten av Cu, utom då Cu är nödvändig för förbättring av korrosionsbeständighete~ mot svavelhaltig atmosfär.

Genom föreliggande uppfinning âstadkommes ett utskiljnings- härdbart rostfritt stål med utmärkt seghet som utmärker sig av att det i viktprocent innehåller högst 0,08% C, 1,0-3,5% si, högst 4,o% nn, 5,0-9,o%»u, 10,0-17,oscr,ner än o,3s och högst 2,s% ng, 0,15-1,os mi, högst 1,os A1, högst o,o3s N, varvid resten utgöres av Fe och oundvikliga åtföljande föro- reningar, och ett stål_som innehåller 0,3-2,5% Cu förutom de ovan angivna beståndsdelarna.

Vid olika föredragna utföringsformer innehåller stålet högst 0,06% c, 1,0-3,5% si, högst 1,o% mh, 6,0-8,o% Ni, 11,0-1s,o% cr, 0,4-2,o% Mo, 0,2-o,8% Ti, högst 0,5% A1 och högst o,o25N.

Vid ytterligare andra föredragna utföringsformer innehåller stålet högst 0,05% C, 1,0-2,5% Si, högst 0,5% Mn, 6,0-7,S% Ni, 12,0-14,5% Cr, 0,5-1,5% Mo, 0,2-0,6% Ti, högst O,1% Al och högst 0,020% N.

En föredragen Cu-halt är 0,3-2,00% och en mer föredragen ch-halt är 0,3-1,ss cu.

Skälen för definiering av sammansättningen såsom ovan är såsom följer: (1) C VE det tidigare utvecklade stålet är C-halten angiven till mer än 0,03% och högst 0,08%.Vüd fiàeliggande uppfinning är den helt enkelt angiven till högst 0,08%. Vid*denitidigare utvecklade uppfinningen berodde segheten efter utskiljnings- härdningen på graden av utskiljningshärdning ÅHV, och mer än 0,03% C erfordrades för säkerställande av hög hårdhet före åldring i och för uppnående av hög hâllfasthet efter åldring. Men vid föreliggande uppfinning erfordras detta 461 398 icke längre på grund av tillsatsen av Mo. God seghet kan bibehållas efter åldring i AAHV-intervallet av_minst 210, i vilket segheten försämras i tidigare utvecklade stål. Den övre gränsen för C-halten är 0,08% på samma sätt som vid det tidigare utvecklade stålet, eftersom i intervallet över- stigande 0,08% C den härdade martensitiska fasen i grund- massan blir hård och en stor mängd Ti erfordras för fixering av C, vilket är oekonomiskt. (2) Si Såväl som i fallet med det tidigare utvecklade stålet härdas stålet genom en fin utskiljning av en intermetallisk förening bestående av Ni, Ti and Si. Med en Si-halt mindre än 0,5% blir effekten därav svag. Om Si ingår i en mängd överstigande ca 4,0% erhålls ingen signifikant effekt i jämförelse med en tillsats av 4,0% och gynnar det bildning av S-ferrit. Si- halten är därför angiven till 0,5-470%. (3) Mn Mn bidrar till att undertrycka bildningen av emellertid Mn tillsättes i en stor mängd bibehålles en stor mängd austenit. Som en kompromiss har Mn-halten därför an- givits till högst 4,0%. I förbigâende sagt hämmar Mn bildning av Å-ferrit liksom Ni och därför kan Mn ersätta en del av Ni. (4) Ni Ni gynnar utskiljningshärdning och hämmar bildning av 8-ferrit.

Tillsättning av en större mängd därav ökar emellertid mängden restaustenit. Vid föreliggande uppfinning är minst 5,0% Ni nödvändigt för säkerställande av utskiljningshärdningen, men det får icke överstiga ca 9,0% om mängden restaustenit skall kunna hållas låg.

(S) Cr Minst ca 10,0% Cr erfordras vanligtvis för uppnående av korro- sionsbeständighet. Tillsättning av en stor mängd Cr ökar 5 461 398 emellertid mängden 8-ferrit och restaustenit och därför är den övre gränsen angiven till 17,0%. ' (6) Mo Mo tillsättes för förbättring av segheten, varvid mer än 0,3% Mo erfordras därför. Tillsättning av mer än 2,5% ger emellertid icke motsvarande effekt i jämförelse med till- P_n sättning av 2,5% och ökar stålpriset. Tillsättning av Mo i en mängd större än 2,5% ökar dessutom bildningen av Û-ferrit. Sålunda är den övre gränsen angiven till 2,5%. (7) Ti Ti tillsättes för framkallande av utskiljningshärdning.

Effekten därav är icke tillräcklig vid tillsättníng av mindre än 0,15% Ti, medan tillsättning av mer än ca 1,0% Ti gör stålet hårt och sprött. Ti-halten är sålunda angiven till 0,15-1,o%. (8) Al Liksom Ti, tillsättes Al för framkallande av utskiljnings- härdning. Tillsättning i en mängd över ca 1,0% minskar seg- heten och sålunda är den övre gränsen angiven till 1,0%.

Al kan även ersätta en del av Ti. (9) N N har stor affinitet till Ti och Al, vilka framkallar ut- skiljningshärdning, och försämrar sålunda effekten av till- sättning av Ti och Al. En hög halt av N framkallar även bildning av stora inneslutningar av TiN och minskar seg- heten. Sålunda föredras en lägre halt av N och övre halten är angiven till högst 0,03%. 461 398 (10) Cu n Vid föreliggande uppfinning kan avsevärd hâllfasthet säker- ställas även utan att lita till utskiljningseffekten av Cu.

I korrosiva miljöer av svaveldioxidtyp kan emellertid till- räcklig korrosionsbeständighet icke uppnås med hjälp av Cr och sålunda tillsättes Cu. Tillsättning av minst O,3% Cu är nödvändigt för att säkerställa korrosionsbeständighet mot gaser av svaveldioxidtyp. Den övre gränsen är angiven till 215%, eftersom en större mängd Cu förorsakar rödskör- het och sålunda försämrar varmbearbetbarheten och framkallar o ytsprickor.

Stålet enligt föreliggande uppfinning som är sammansatt såsom beskrivits ovan uppvisar i huvudsak martensitstruktur vid upp till 50% kallbearbetat tillstånd.

Uppfinningen-beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning på vilken fig. 1 visar sambandet mellan hårdhet och insnittsdraghâllfasthet hos ett stål enligt upp- finningen (prov nr 3) och ett jämförelsestål (prov nr 8) efter åldring vid ca 480°C under olika tider. Fig. 2 visar ett mikrofotografi av en brottyta hos ovannämnda prov av stålet enligt uppfinningen som utsatts för dragprovning efter åldring vid 480°C i en timme. Fig. 3 visar ett mikro- foto av en brottyta av ovannämnda prov av jämförelsestâlet som testats under samma betingelser och fig. 4 visar sam- bandet mellan graden av utskíljningshärdning AHV och för- hållandet av insnittsdraghållfastheten till draghâllfastheten vid stâlen enligt uppfinningen och jämförelsestâlen som anges 1 tabell 1. l Uppfinningen skall nu beskrivas genom exempel.

Den kemiska sammansättningen av de testade stålen är angiven i tabell 1. Prov nr 1-5 är stål enligt föreliggande uppfinning och prov nr 7 och 8 är jämförelsestål vilka icke innehåller 461 398 Mo som utmärker föreliggande uppfinning. Stàlen är inställda så att.Ä4HV är större än 210, vilket var den övre gränsen' vid det tidigare utvecklade stålet, och stålet uppvisar hög hållfasthet efter åldring. Prov nr 6.är även ett jämförelsestál eftersom det trots att det innehåller Mo har en lág halt av Si och därför är dess hårdhet något för låg.

I tabell 2 visas hårdheten, ökningen i hårdheten efter åldring och insfiittsaraghallfastneten (NTS) för de i.eabe11 1 angivna stälen vilka upplösningsbehandlades, kallvalsades till 1 mm tjocklek och äiaraaes vid 4sq°c 1 1 timme.

Av tabell 2 framgår att stålen enligt föreliggande uppfinning och jämförelsestålen har_likartad hårdhet efter åldring.

Stâlen enligt föreliggande uppfinning har emellertid mycket högre insnittsdraghållfasthet än jämförelsestålen (se t.ex. prov nr 5 och 7).

Pig. 1 visar sambandet mellan hårdhet och insnittsdraghåll- fasthet hos prov nr 3 (stål enligt uppfinningen) och prov nr 8 (jämförelsestål), vilka stål har nästan samma samman- sättning så när som på Mo. Vid stålet enligt föreliggande uppfinning ökar insnittsdraghâllfastheten då hârdheten ökar, d.v.s. segheten bibehålles väl vid hög hårdhet. I motsats därtill ökar vid jämförelsestålet insnittsdraghållfastheten tills hârdheten när en nivå av ca 520 HV men avtar brant vid högre hårdhet, d.v.s. stålet försprödas.

Fig. 2 resp. 3 visar brottytan vid det stål enligt uppfinningen och det jämförelsestål som används vid insnittsdragprovningen i fig. 1. Brottytan hos stålet enligt uppfinningen uppvisar små fördjupningar medan brottytan hos jämförelsestålet upp- visar intergranulära brott och klyvbrott. Dessa brottytor visar sålunda att det förra stålet har god formbarhet och det senare stålet är sprött. Vidare anses att Mo bidrar till att stärka korngränserna. a 4 61 598 Fig. 4 visar sambandet mellan graden av åldershärdning ¿3HV och förhållandet av inšnittsdraghållfastheten till draghâll- fastheten (NTS/TS) vid stålen 1-6 enligt uppfinningen och jämförelsestálen 7 och 8. Vid det tidigare utvecklade stålet faller värdet av NTS/TS till mindre än 1,0 vid HV 210 och högre. I motsats därtill bibehâlles vid stålet enligt före- liggande uppfinning på ett utmärkt sätt ett högt NTS/TS- förhållande större än 1,0 även vid AHV 240 eller högre.

Såsom framgått av det ovanstående uppvisar stålet enligt föreliggande uppfinning låg hårdhet och en utmärkt bearbet- barhet med avseende på formning och stansning före åldring samt har det även en utmärkt seghet även då stålet blivit härdat genom åldring. Stålet används som material icke endast för fjädrar för vilka sådana egenskaper som ett utmärkt elasticitetsgränsvärde, utmattningsbrottgränsvärde, o.s.v. erfordras, utan används även för tjocka plattor av vilka en hög seghet erfordras. 461 398 mOo.@ 0~o_ø >m_o 1 @°_F «m_«~ «v_> ~m_o m«._ wmQ.° Q Hwuw ~fo_@ «~@_o Qß_o 1 mm.o o>_«F oP_> ~m.o om_~ mmQ_o ß .wmfiwumuewn mfo_@ -o~o .w.o __\~ wo_o ~m.«F of_> ~m.o mm.o ~mo_° W W-0.0 o~°_@ §ß\o mo__ «o.c o~.«~ m>.m -.o v@.- mvo.° m «FQ.o om°.o mm.o ~m.° mo.~ mw.«P om_w «m.o om., moo.Q V cwwcfic . . Icflwmmn m~°.o wPQ.Q mm.o ~o__ m°.o @ß.~_ ~o_>. -.° m@_P mo°.o M .acw Hwuw «_o.o m~o_o _~_o mo.. @o.o m~.- «@_> m~.° m_.m °P°.° N @fQ_Q -°~o m«.o Fm_o Fo_P oß_<_ .@~_> @~.o ««.P °vo_o P . _ uz z H< fla oz nu nu Hz :z Am u W >øum .u:wu0nmuxfl>v P Aflwnmfi W f. --._ .-._._'.-.-.....-....-.... .-__,_ 10 461 398 Tabell 2 _- - Prov Hârdhet Härdhetsökning Insnittsdrag- Nr efter âld- genom åldring hâllfasthet ring (HV30) (Afflfl efter åldring _(kg/mm2) 1 545_ 193 199 2 S54 186 208 Stål enl. 3 550 207 196 uppfin- - ningen 4 547 222 201 5 587 235 198 6 542 203 195 Jämförelse_ 7 590 232 115 Stal a ses 217 160 U

Claims (6)

H 461 598 P a t e n t k r a v

1. Martensitiskt utskíljníngshärdbart rostfritt stál med utmärkt seghet, k ä n n e t e c k n a t a v att det i vikt- pmcent består av högst 0,08% c, 1,o-3,s% si, högst 4,0% Mn, 5,0~9,0% Ni, 10,0-17,0% Cr, mer än 0,3% och upp till 2,5% Mo, 0,15-1,0% Ti, högst 1,0% Al och högst 0,03% N, varvid ? resten utgörs av Fe och oundvikliga åtföljande föroreningar.

2. Stål enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att det i viktprocent innehåller högst 0,06% C, 1,0-3,5% Si, högst 1,0% Mn, 6,0-8,0% Ni, 11,0-15,0% Cr, 0,4-2,0% Mo, 0,2-0,8% Ti, högst 0,5% Al och högst 0,025% N.

3. Stål enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t a v att det i viktprocent innehåller högst 0,045% C, 1,0-2,5% Si, högst 0,5% Mn, 6,0~7,5% Ni, 12,0-14,5% Cr, 0,5-1,5% MO, 0,2-0,6% Ti, högst 0,1% Al och högst 0,020% N.

4. Martensitiskt utskiljningshärdbart rostfritt stál med ut- märkt seghet, k ä n n e t e c k n a t a v att det i viktprocent _består av högst 0,08% C, 1,0-3,5% Si, högst 4,0% Mn, 5,0-9,0% Ni, 10,0-17,0% Cr, 0,3-2,5% Cu, mer än 0,3% och upp till 2,5% Mo, 0,15-1,0% Ti, högst 1,0% A1 och högst 0,03% N, varvid resten utgöres av Fe och oundvikliga åtföljande föroreningar.

5. Stål enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t a v att det i viktprocent innehåller högst 0,06% C, 1,0-3,5% Si, högst 1,0% Mn, 6,0-8,0% Ni, 11,0-15,0 % Cr, 0,3-2,00% Cu, 0,4-2,0% Mo, 0,2-0,8% Ti, högst 0,5% Al och högst 0,025% N.

6. Stål enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a t a v att det i viktprocent innehåller högst 0,05% C, 1,0-2,5% Si, högst O,5% Mn, 6,0-7,5% Ni, 12,0-14,5% Cr, 0,3-1,5% Cu, 0,5-l,5% Mo, 0,20-0,6% Ti, högst 0,1% Al och högst 0,020% N.