WO2010046475A1 - Einsatzstahl - Google Patents

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WO2010046475A1
WO2010046475A1 PCT/EP2009/063995 EP2009063995W WO2010046475A1 WO 2010046475 A1 WO2010046475 A1 WO 2010046475A1 EP 2009063995 W EP2009063995 W EP 2009063995W WO 2010046475 A1 WO2010046475 A1 WO 2010046475A1
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steel
case
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PCT/EP2009/063995
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Gerhard Bäumner
Karola Klenke
Rainer Kohlmann
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Deutsche Edelstahlwerke Gmbh
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
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    • C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
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    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium

Definitions

  • the invention relates to a case hardening steel, as used in particular for the production of components with high hardness in the edge region and high toughness in the core area.
  • components include gears, racks or the like.
  • insert steels have too little carbon to achieve appreciable increases in strength due to martensite formation
  • the components made from them are usually subjected to a carburization treatment to increase their hardness in a surface layer close to the surface.
  • the components in question are "used” in a carbon-containing atmosphere under which they are then heat treated at temperatures which are usually in the range of 880 0 C and 980 0 C.
  • the component made from the case-hardened steel then has a high hardness with compressive residual stresses in this surface layer, while its core region has a lower hardness, ie comparably soft.
  • the compressive stresses generated by the hardening process increase the resistance to breakage of, for example, gear teeth by the constantly changing stress during operation.
  • a case hardening steel according to the invention contains, in addition to the other constituents specified in claim 1, iron and unavoidable impurities as essential elements (in% by weight) 0.18-0.24% C, up to 0.3% Si, 0.9-1 , 5% Mn, up to 0.035% P, up to 0.030% S, 0.9-1.4% Cr, 0.12-0.3% Mo, 0.02-0.05% Al, 0.008-0 , 02% N, and at least one transition element from Group IV and V of the Periodic Table of the Elements, with the following proviso:
  • V up to 0.2%
  • Nb 0.01 - 0.1%
  • Ta up to 0.4%.
  • the invention is based on the fact that in a steel according to the invention at a given C content, the Contents of Al, Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta according to the invention are matched to the nitride N so that are formed by the above-mentioned subgroup elements in combination with Al precipitates, which ensure high Feinkorn beau für für für für für für für für für für für für für für für für für für für aspiruvsuvity, tungsten, titanium, titanium, Zr, Hf, V, Nb and Ta according to the invention are matched to the nitride N so that are formed by the above-mentioned subgroup elements in combination with Al precipitates, which ensure high Feinkorn beau für .
  • the steel according to the invention owing to its respective contents of Si, Mn, Cr and Mo, achieves a hardability which also satisfies high requirements.
  • the N content of a steel according to the invention amounts to 0.008-0.02% by weight, in particular 0.011-0.02% by weight, for the abovementioned reasons, with the possible negative influences of N being able to be avoided particularly reliably in that the N Content is limited to 0.017 wt .-%.
  • a particularly positive effect of Al and N with respect to the fine grain stability of a steel according to the invention results when its Al content is at least twice, in particular two to four times, its N content, the addition of Al and N im Ratio of> 2: 1, especially 2.5: 1 to 3.5: 1, has yielded in practice particularly good result.
  • the presence of niobium, in combination with the nitrogen present in the steel of the invention, also causes the formation of precipitates which stabilize the grain boundaries and thus require fine grain stability.
  • the steel according to the invention contains at least 0.01% by weight of Nb, whereby the effect of Nb used according to the invention can be used with particular certainty if the Nb content is at least 0.025% by weight.
  • the upper limit of the Nb content is set to 0.1% by weight, whereby such negative effects can then be excluded with particular certainty, when the Nb content is at most 0.040% by weight.
  • Titanium which may be present in amounts of up to 0.1% by weight, has a high affinity for the nitrogen present in the steel of the invention.
  • Ti stabilizes the grain boundaries in the steel according to the invention and thus increases the grain size
  • the positive effect of titanium on the fine grain stability of a steel according to the invention occurs particularly reliably at contents of 0.005-0.1% by weight, in particular 0.008-0.1% by weight, whereby this effect can be used with particular advantage while avoiding possible negative influences, if the maximum Ti content is limited to 0.02 wt .-%.
  • Carbon contents of 0.18 to 0.24 wt .-% contribute to a steel according to the invention to increase its hardness and the hardness and strength thereby achievable. At carbon contents below 0.18% by weight, this effect does not occur to the required extent. At over 0.24 wt.% C contents, the toughness of the steel decreases too much.
  • the positive effect of the carbon on the properties of the steel according to the invention can be used particularly reliably if its C content is at least 0.19% by weight. On the other hand, the negative effects of high C contents are avoided with particular certainty if the C content of a steel according to the invention is at most 0.23% by weight.
  • the hardness of a steel according to the invention is influenced by the contents of Si, Mn, Mo and Cr.
  • the addition of up to 0.3% silicon contributes to an improvement in the hardness of the inventive steel.
  • the positive effects of Si on the properties of a steel according to the invention can be achieved with high certainty if the Si content amounts to at least 0.1% by weight.
  • the Si content may be limited to 0.25% by weight in order to avoid deterioration of the deformation behavior during cold or hot deformation of the steel of the present invention.
  • the addition of manganese to steel according to the invention serves to adjust its strength and hardness.
  • a minimum content of 0.90% by weight is provided according to the invention. Since manganese at high levels leads to an irreproducible increase in hardness, the manganese content of steel according to the invention is limited to 1.5% by weight.
  • the positive effects of Mn in steel according to the invention can be used particularly reliably if the Mn content is at least 0.95% by weight and at most 1.3% by weight, with an optimum effect of Mn if the Mn Content is at least 1.00% by weight and / or at most 1.25% by weight.
  • Molybdenum in tempered steel improves temperability, wear resistance after case hardening, and hardability. This is in molybdenum present in levels of 0.12 to 0.3%, wherein the effect of Mo can be used with particular certainty, if at least 0.15 wt .-%, in particular at least 0.18 wt .-%, Mo are present , A particularly effective use of molybdenum from a cost point of view arises when the Mo content is at most 0.25% by weight, in particular limited to 0.24% by weight.
  • the Hartiana of the inventive steel is likewise supported.
  • Cr improves the wear resistance of case-hardened components made of steel according to the invention. Too high a chromium content leads to undesirable coarse chromium-carbide precipitations, which reduce the overrunning life. Therefore, the Cr content is advantageously limited to 1.30 wt%, especially 1.25 wt%.
  • the upper limit of the phosphorus content is set to a maximum of 0.035 wt .-% in accordance with the invention steel, to negative effects of P on the toughness and
  • the S content of a steel according to the invention is limited to not more than 0.03% by weight, in particular not more than 0.025% by weight. Low sulfur contents have a favorable effect on the service life of components made of steel according to the invention. In application cases where a good machinability is required, it can Nevertheless, it would be useful to add 0.03% by weight, in particular 0.015% by weight, to a steel according to the invention for improving the chip breakage.
  • Nickel can be present in a steel according to the invention in amounts of up to 0.25% by weight in order to improve the toughness of the steel according to the invention.
  • Levels of Cu, As, Sb, Bi, Sn and Pb are undesirable in steel according to the invention, but, like other impurities, can pass into steel according to the invention as a result of melting.
  • its Cu content is limited to max. 0.25 wt .-%, its B content to max. 0.0050 wt .-%, in particular 0.0005 wt .-%, its V content to max. 0.200 wt .-%, its As content to max.
  • steels composed according to the invention can be heat-treated in the manner already explained and in the manner already known in the case of known insert steels belonging to the type of steel according to the invention.
  • samples produced from the steels El, E2 were subjected to a carburizing treatment in which they were exposed to a carburizing atmosphere at a temperature of at least 1050 ° C. for a time sufficient for a carburizing depth of at least 1 mm. It was found that the fine-grained structure of the samples obtained after the carburizing treatment was largely unchanged from the condition before the treatment. The proportion of coarser grain in the structure of the carburized samples was well below 10%.

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Abstract

Die Erfindung stellt einen Einsatzstahl zur Verfügung, der nicht nur bei hohen Aufkohlungstemperaturen eine ausreichende Feinkornbeständigkeit aufweist, sondern bei dem auch eine hohe Härtbarkeit gegeben ist. Dazu weist ein erfindungsgemäßer Stahl folgende Zusammensetzung auf (in Gew.-%) : C: 0,18 - 0,24 %, Si: bis zu 0,3 %, Mn: 0,9 - 1,5 % P: bis zu 0,035 %, S: bis zu 0,030 %, Cr: 0,9 - 1,4 %, Mo: 0,12 - 0,3 %, Al: 0,02 - 0,05 %, N: 0,008 - 0,02 %, und mindestens einem Nebengruppenelement aus der Gruppe IVB und VB des Periodensystems der Elemente, wie z.B. "Nb, Ti" mit folgender Maßgabe: Nb: 0,01 - 0,1 %, Ti: bis zu 0,1 %, sowie Ni: bis zu 0,25 %, B: bis zu 0,0050 %, Cu: bis zu 0,25 %, As: bis zu 0,0300 %, Zr: bis zu 0,2 %, Hf : bis zu 0,4 %, Ta: bis zu 0,4 %, Sb: bis zu 0,010 Gew.-%, Bi: bis zu 0,005 Gew.-%, Pb: bis zu 0,003 Gew.-%, Sn: bis zu 0,0300 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Description

Einsatzstahl
Die Erfindung betrifft einen Einsatzstahl, wie er insbesondere für die Herstellung von Bauteilen mit hoher Harte im Randbereich und hoher Zähigkeit im Kernbereich zur Anwendung kommt. Als Beispiele für solche Bauteile zu nennen sind Zahnrader, Zahnstangen oder desgleichen.
Da Einsatzstahle zu wenig Kohlenstoff aufweisen, um durch Martensitbildung nennenswerte Steigerungen der Festigkeit zu erzielen, werden die aus ihnen gefertigten Bauteile zur Erhöhung ihrer Harte in einer oberflachennahen Randschicht üblicherweise einer Aufkohlungsbehandlung unterzogen. Dabei werden die betreffenden Bauteile in eine kohlenstoffhaltige Atmosphäre "eingesetzt", unter der sie dann bei Temperaturen warmebehandelt werden, die üblicherweise im Bereich von 880 0C und 980 0C liegen.
Bei diesen Temperaturen diffundiert Kohlenstoff der Atmosphäre, unter der die jeweilige Behandlung durchgeführt wird, von außen in die Randschicht des Stahls ein. Entsprechend ihres erhöhten Kohlenstoffanteils weist das aus dem Einsatzstahl gefertigte Bauteil daraufhin in dieser Randschicht eine hohe Harte mit Druckeigenspannungen auf, wahrend sein Kernbereich eine geringere Harte besitzt, also vergleichbar weich bleibt. Im Ergebnis lassen sich so Bauteile erzeugen, die im Inneren eine hohe Zähigkeit und auf der Oberflache eine hohe Harte und somit eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß aufweisen. Die durch den Hartevorgang erzeugten Druckspannungen erhohen den Widerstand gegen den Bruch z.B. von Zahnradzahnen durch die dauernd wechselnde Beanspruchung im Betrieb.
Ihr nach der Aufkohlungsbehandlung erhaltenes Eigenschaftsprofil macht Einsatzstahle besonders geeignet für die Herstellung von Zahnradern und anderen Bauteilen, die in der Praxis in einem oberflachennahen Bereich eine hohe Verschleißbestandigkeit besitzen, gleichzeitig aber auch ausreichend zah sein müssen, um die im praktischen Einsatz auftretenden Belastungen mit der notwendigen Bruchbestandigkeit aufnehmen zu können.
Der Ablauf des Aufkohlungsprozesses ist stark abhangig von der Aufkohlungstemperatur, bei der er durchgeführt wird. Grundsatzlich gilt, dass eine kurze Aufkohlungsdauer mit einer hohen Aufkohlungstemperatur einhergeht. So haben praktische Untersuchungen ergeben, dass durch eine Erhöhung der Aufkohlungstemperatur von 950 0C auf 1050 0C die für eine Einsatzhartetiefe von 1 mm benotigte Aufkohlungsdauer um 50 % reduziert werden kann .
Diesem im Hinblick auf eine Zeit- und Energieeinsparung deutlichen Vorteil steht in der Praxis allerdings der Nachteil gegenüber, dass konventionelle Stahle der hier in Rede stehenden Art, z. B. der Stahlwerkstoff 20CrMo2 (Werkstoffnummer 1.7264), bei derart hohen Warmebehandlungstemperaturen keine ausreichende Feinkornbestandigkeit mehr aufweisen. In einem feinkornigen Gefuge müssen alle Korner der Korngrößen- Kennzahl 5 und feiner entsprechen. Einzelne Korner der Korngrößen-Kennzahl 3 und 4 mit einem Kornflachenanteil von bis zu 10 % werden dabei toleriert.
Die mangelhafte Feinkornbestandigkeit der voranstehend genannten bekannten Stahle hat zur Folge, dass bei solchen Stahlen bei einer unter hohen Temperaturen durchgeführten Aufkohlungsbehandlung durch Kornwachstum ein Verlust an Zähigkeit und Festigkeit eintritt . Daher werden bei einer Aufkohlungsbehandlung solcher Stahle in der Praxis die Aufkohlungstemperaturen üblicherweise auf 1.000 0C beschrankt (K. Klenke, R. Kohlmann "Einsatzstahle in ihrer Feinkornbestandigkeit heute und morgen", HTM Z. Werkst. Warmebeh. Fertigung 60 (2005) 5, Carl Hanser Verlag, München, Seiten 260 - 270) .
Bei einem Einsatzstahl 21NiCrMoCr6-5 (Werkstoffnummer 1.6757) konnte demgegenüber eine Steigerung der Aufkohlungstemperatur auf 1050 0C durch Zulegierung von Niob ermöglicht werden (K. Klenke, R. Kohlmann P. Reinhold, W. Schweinebraten "Kornwachstumsverhalten des Einsatzstahls 20 NiMoCr6-5 + Nb (VW 4521+Nb) für Getriebeteile beim Hochtemperaturaufkohlen", HTM J. Heat Treatm. Mat . 63 (2008) ) .
Um jedoch Einsatzstahle auch bei Anwendungen im Bereich des Nutzfahrzeugsektors kostengünstig einsetzen zu können, hat die Anforderung ergeben, den Aufwand für die Wärmebehandlung, insbesondere die erforderliche Dauer der Wärmebehandlung, deutlich zu reduzieren. Daraus folgte der Wunsch nach einem Stahl, der im Hinblick auf die Größe der zu fertigenden Bauteile eine höhere Härtbarkeit bei gleichzeitig guter Zähigkeit aufweist und im Hinblick auf die geforderte zunehmende Einhärtungstiefe gleichzeitig eine noch höhere Feinkornbeständigkeit besitzt .
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Stahl mit den in Anspruch 1 angegebenen Legierungsbestandteilen gelöst worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen angegeben .
Ein erfindungsgemäßer Einsatzstahl enthält neben den in Anspruch 1 angegebenen anderen Bestandteilen, Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen als wesentliche Elemente (in Gew.-%) 0,18 - 0,24 % C, bis zu 0,3 % Si, 0,9 - 1,5 % Mn, bis zu 0,035 % P, bis zu 0,030 % S, 0,9 - 1,4 % Cr, 0,12 - 0,3 % Mo, 0,02 - 0,05 % Al, 0,008 - 0,02 % N, und mindestens ein Übergangselement aus der Gruppe IV und V des Perioden Systems der Elemente mit folgender Maßgabe:
Ti: bis zu 0,1 %, Zr: bis zu 0,2 %,
Hf: bis zu 0,4 %
V: bis zu 0,2 %, Nb: 0,01 - 0,1 %, Ta: bis zu 0,4 %.
Die Erfindung basiert dabei darauf, dass bei einem erfindungsgemäßen Stahl bei einem gegebenen C-Gehalt die Gehalte an Al, Ti, Zr, Hf, V, Nb und Ta erfindungsgemaß mit dem Nitridbildner N so aufeinander abgestimmt sind, dass durch die o. g. Nebengruppenelemente in Kombination mit Al Ausscheidungen gebildet werden, die auch bei hohen Aufkohlungstemperaturen eine hohe Feinkornbestandigkeit gewahrleisten. Zudem erreicht der erfindungsgemaße Stahl durch seine jeweiligen Gehalte an Si, Mn, Cr und Mo eine Hartbarkeit, die auch hohen Anforderungen genügt.
Die insbesondere von Aluminium mit dem im erfindungsgemaßen Stahl vorhandenen Stickstoff gebildeten AlN-Ausscheidungen behindern wahrend des Aufkohlungsprozesses ein Kornwachstum und sichern so generell die Feinkornbestandigkeit. Bei zu geringen Gehalten an Al und N tritt dieser Effekt nicht ein. Zu hohe Gehalte an Al und N wurden jedoch beispielsweise die Vergießbarkeit des erfindungsgemaßen Stahls verschlechtern. Daher ist der Al-Gehalt eines erfindungsgemaßen Stahls auf 0,02 - 0,05 Gew.-%, insbesondere 0,02 - 0,04 Gew.-%, festgelegt. Dagegen betragt der N-Gehalt eines erfindungsgemaßen Stahls aus den genannten Gründen 0,008 - 0,02 Gew.-%, insbesondere 0,011 - 0,02 Gew.-%, wobei mögliche negative Einflüsse von N besonders sicher dadurch vermieden werden können, dass der N-Gehalt auf 0,017 Gew.-% beschrankt wird.
Eine besonders positive Wirkung von Al und N hinsichtlich der Feinkornbestandigkeit eines erfindungsgemaßen Stahls ergibt sich dann, wenn sein Al-Gehalt mindestens dem Zweifachen, insbesondere dem Zwei- bis Vierfachen, seines N-Gehalts entspricht, wobei die Zugabe von Al und N im Verhältnis von > 2:1, insbesondere 2,5:1 bis 3,5:1, in der Praxis besonders gute Ergebnis erbracht hat.
Beispielhaft für den Einfluss, den die Elemente der in einem erfindungsgemaßen Stahl vorhandenen Ubergangselement auf die Feinkornbestandigkeit haben, wird nachfolgend die Wirkung von Ti (Gruppe IV) und Niob (Gruppe V) erläutert.
Die Anwesenheit von Niob bewirkt in Kombination mit dem im erfindungsgemaßen Stahl vorhandenen Stickstoff ebenfalls die Bildung von Ausscheidungen, die die Korngrenzen stabilisieren und so die Feinkornbestandigkeit fordern. Damit sich eine ausreichende Menge an solchen Ausscheidungen einstellt, enthalt erfindungsgemaßer Stahl mindestens 0,01 Gew.-% Nb, wobei die erfindungsgemaß genutzte Wirkung von Nb dann besonders sicher genutzt werden kann, wenn der Nb- Gehalt mindestens 0,025 Gew.-% betragt. Um negative Auswirkungen, die hohe Nb-Gehalte beispielsweise auf die Vergießbarkeit haben konnten, zu vermeiden, ist bei erfindungsgemaßem Stahl die Obergrenze des Nb-Gehalts auf 0,1 Gew.-% gesetzt, wobei sich solche negativen Effekte dann besonders sicher ausschließen lassen, wenn der Nb- Gehalt höchstens 0,040 Gew.-% betragt.
Titan, das in Gehalten von bis zu 0,1 Gew.-% vorhanden sein kann, hat eine hohe Affinitat zum im erfindungsgemaßen Stahl vorhandenen Stickstoff. Als starker Nitridbildner stabilisiert Ti im erfindungsgemaßen Stahl die Korngrenzen und erhöht so die
Feinkornbestandigkeit. Der positive Effekt von Titan auf die Feinkornbestandigkeit eines erfindungsgemaßen Stahls tritt besonders sicher bei Gehalten von 0,005 - 0,1 Gew.- %, insbesondere von 0,008 - 0,1 Gew.-%, ein, wobei sich dieser Effekt unter Vermeidung möglicher negativer Einflüsse dann besonders sicher nutzen lasst, wenn der maximale Ti-Gehalt auf 0,02 Gew.-% beschrankt ist.
Die feinkornstabilisierende Wirkung der Ubergangselemente, insbesondere von Nb und Ti, tritt bereits ein, wenn in erfindungsgemaßem Stahl ergänzend zu Al und N jeweils nur eines dieser Elemente in den erfindungsgemaß vorgegebenen Gehalten vorhanden ist. Eine besonders hohe Feinkornbestandigkeit wird dabei allerdings dann erreicht, wenn zwei Ubergangselemente, insbesondere Nb und Ti, gleichzeitig vorhanden sind.
Kohlenstoff-Gehalte von 0,18 bis 0,24 Gew.-% tragen bei einem erfindungsgemaßen Stahl zur Steigerung seiner Hartbarkeit und der dadurch erzielbaren Harte und Festigkeit bei. Bei Kohlenstoffgehalten unter 0,18 Gew.-% tritt dieser Effekt nicht im erforderlichen Maße ein. Bei über 0,24 Gew.-% liegenden C-Gehalten vermindert sich die Zähigkeit des Stahls in zu großem Maße. Besonders sicher lasst sich die positive Wirkung des Kohlenstoffs auf die Eigenschaften des erfindungsgemaßen Stahls nutzen, wenn sein C-Gehalt mindestens 0,19 Gew.-% betragt. Andererseits werden die negativen Einflüsse zu hoher C- Gehalte dann besonders sicher vermieden, wenn der C- Gehalt eines erfindungsgemaßen Stahls höchstens 0,23 Gew.-% betragt. Über die Gehalte an Si, Mn, Mo und Cr wird die Hartbarkeit eines erfindungsgemaßen Stahls beeinflusst.
Die Zugabe von bis zu 0,3 % Silizium tragt zu einer Verbesserung der Hartbarkeit des erfindungsgemaßen Stahls bei. Die positiven Einflüsse von Si auf die Eigenschaften eines erfindungsgemaßen Stahls lassen sich dabei mit hoher Sicherheit erreichen, wenn der Si-Gehalt mindestens 0,1 Gew.-% betragt. Gleichzeitig kann der Si-Gehalt auf 0,25 Gew.-% beschrankt sein, um eine Verschlechterung des Verformungsverhaltens bei einer Kalt- oder Warmverformung des erfindungsgemaßen Stahls zu vermeiden.
Neben seiner desoxidierenden Wirkung bei der Stahlerschmelzung dient die Zugabe von Mangan zu erfindungsgemaßem Stahl der Einstellung seiner Festigkeit und Hartbarkeit. Um das für einen erfindungsgemaßen Stahl gewünschte Hartbarkeitsniveau sicher zu erreichen, ist erfindungsgemaß ein Mindestgehalt von 0,90 Gew.-% vorgesehen. Da Mangan bei höheren Gehalten zu einer nicht reproduzierbaren Hartbarkeitssteigerung fuhrt, ist der Mangangehalt von erfindungsgemaßem Stahl auf 1,5 Gew.-% beschrankt. Besonders sicher lassen sich die positiven Wirkungen von Mn in erfindungsgemaßem Stahl nutzen, wenn der Mn-Gehalt mindestens 0,95 Gew.-% und höchstens 1,3 Gew.-% betragt, wobei sich ein optimaler Einfluss von Mn ergibt, wenn der Mn-Gehalt mindestens 1,00 Gew.-% und/oder höchstens 1,25 Gew.-% betragt.
Molybdän verbessert in erfindungsgemaßem Stahl die Anlassbestandigkeit , das Verschleißverhalten nach dem Einsatzharten und die Hartbarkeit. Dazu ist in erfindungsgemaßem Stahl Molybdän in Gehalten von 0,12 - 0,3 % vorhanden, wobei sich die Wirkung von Mo besonders sicher nutzen lasst, wenn mindestens 0,15 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,18 Gew.-%, Mo vorhanden sind. Eine auch unter Kostengesichtspunkten besonders effektive Nutzung von Molybdän ergibt sich dann, wenn der Mo-Gehalt höchstens 0,25 Gew.-% betragt, insbesondere auf 0,24 Gew.-% beschrankt ist.
Durch die Anwesenheit von Chrom in Gehalten von 0,9 - 1,4 Gew.-%, insbesondere 1,0 - 1,4 Gew.-%, wird die Hartbarkeit des erfindungsgemaßen Stahls ebenfalls unterstutzt. Zusatzlich verbessert Cr die Verschleißbestandigkeit von aus erfindungsgemaßem Stahl gefertigten, einsatzgeharteten Bauteilen. Ein zu hoher Chromgehalt fuhrt zu unerwünschten groben Chrom-Carbid- Ausscheidungen, welche die Uberrollungslebensdauer herabsetzen. Daher ist der Cr-Gehalt vorteilhafterweise auf 1,30 Gew.-%, insbesondere 1,25 Gew.-%, beschrankt.
Die Obergrenze des Phosphor-Gehalts ist bei erfindungsgemaßem Stahl auf maximal 0,035 Gew.-% gesetzt, um negative Auswirkungen von P auf die Zähigkeit und
Beständigkeit eines erfindungsgemaßen Einsatzstahles zu vermeiden.
Der S-Gehalt eines erfindungsgemaßen Stahls ist auf maximal 0,03 Gew.-%, insbesondere höchstens 0,025 Gew.-%, beschrankt. Geringe Schwefelgehalte wirken sich gunstig auf die Lebensdauer von aus erfindungsgemaßem Stahl gefertigten Bauteilen aus. Bei Anwendungsfallen, bei denen eine gute Zerspanbarkeit gefordert wird, kann es dennoch sinnvoll sein, einem erfindungsgemaßen Stahl zur Verbesserung des Spanbruchs 0,03 Gew.-%, insbesondere 0,015 Gew.-%, S zuzugeben.
Nickel kann in einem erfindungsgemaßen Stahl in Gehalten von bis zu 0,25 Gew.-% vorhanden sein, um die Zähigkeit des erfindungsgemaßen Stahls zu verbessern.
Gehalte an Cu, As, Sb, Bi, Sn und Pb sind in erfindungsgenaaßem Stahl an sich unerwünscht, können aber wie andere Verunreinigungen erschmelzungsbedingt in erfindungsgemaßen Stahl gelangen. Um ungunstige Auswirkungen dieser Elemente auf die Eigenschaften des erfindungsgemaßen Stahls auszuschließen, ist sein Cu-Gehalt auf max . 0,25 Gew.-%, sein B-Gehalt auf max . 0,0050 Gew.-%, insbesondere 0,0005 Gew.-%, sein V-Gehalt auf max. 0,200 Gew.-%, sein As-Gehalt auf max. 0,0300 Gew.-%, sein Sb-Gehalt auf bis zu 0,010 Gew.-%, sein Bi- Gehalt auf bis zu 0,005 Gew.-%, sein Pb-Gehalt auf bis zu 0,003 Gew.-% und sein Sn-Gehalt auf max. 0,0300 Gew.-% beschrankt .
Zur Einstellung ihrer Eigenschaften können erfindungsgemaß zusammengesetzte Stahle in der eingangs erläuterten, bei bekannten, zur Gattung des erfindungsgemaßen Stahls gehörenden Einsatzstahlen bereits angewendeten Art und Weise wärmebehandelt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausfuhrungsbeispielen erläutert. Aus zwei erfindungsgemäßen Stählen E1,E2, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist, sind jeweils fünf Proben erzeugt worden.
Die Härtbarkeit der betreffenden Proben ist im Stirnabschreckversuch, auch " Jominyversuch" genannt (s. DIN EN ISO 642), ermittelt worden.
Die Mittelwerte der dabei in einem Abstand von 1,5, 3, 5, 7, 9, 11, 15 und 30 mm für die jeweils aus den Stählen E1,E2 ermittelten HRc-Härtewerte Jl, 5 - J30 sind in Tabelle 2 angegeben.
Anschließend sind aus den Stählen El,E2 erzeugte Proben einer Aufkohlungsbehandlung unterzogen worden, bei der sie bei einer Temperatur von mindestens 1050 0C über eine für eine Aufkohlungstiefe von mindestens 1 mm ausreichende Zeit einer aufkohlenden Atmosphäre ausgesetzt worden sind. Es zeigte sich, dass das feinkörnige Gefüge der erhaltenen Proben nach der Aufkohlungsbehandlung weitestgehend unverändert dem Zustand vor der Behandlung entsprach. Der Anteil an gröberem Korn im Gefüge der aufgekohlten Proben lag deutlich unter 10 %.
Stahl C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu Al Sn N Nb As
El O, 2 0, 2 1, 05 0, 011 0, 016 1, 04 o, 22 o, 12 0, 13 0, 028 0, 0082 0, 0116 o, 032 0, 00067
E2 0, 192 o, 17 1, 08 0, 012 0, 017 1, 07 o, 20 0, 14 0, 12 0, 032 o, 0064 0, 0129 0, 029 0, 0050
Tabelle 1, Angaben in Gew.-'
Figure imgf000013_0001
Tabelle 2, Härtewerte HRc

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Einsatzstahl, enthaltend (in Gew.-%) :
C: 0,18 - 0,24 %,
Si: bis zu 0,3 %,
Mn: 0,9 - 1,5 %
P: bis zu 0,035 %,
S: bis zu 0,03 %,
Cr: 0,9 - 1,4 %,
Mo: 0,12 - 0,3 %,
Al: 0,02 - 0,05 %,
N: 0,008 - 0,02 %, und mindestens ein Übergangselement aus der Gruppe
IV und V des Periodensystems der Elemente mit folgender Maßgabe:
Nb: 0,01 - 0,1 %,
Ti: bis zu 0,1 %Ό,,
V: bis zu 0,2 %, Zr: bis zu 0,2 %, Hf: bis zu 0,4 %, Ta: bis zu 0, 4 %,
sowie
Ni: bis zu 0,25 %,
B: bis zu 0,0050 %,
Cu: bis zu 0,25 %, As: bis zu 0,03 %,
Sn: bis zu 0,03 %,
Sb: bis zu 0,010 %,
Bi: bis zu 0,005 %,
Pb: bis zu 0,003 %,
Rest Eisen und sonstige unvermeidbare Verunreinigungen .
2. Einsatzstahl nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein C-Gehalt 0, 19 - 0, 23 Gew.-% beträgt.
3. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Si-Gehalt 0, 1 - 0,25 Gew.-% beträgt.
4. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Mn-Gehalt 0, 95 - 1, 3 Gew.-% beträgt.
5. Einsatzstahl nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Mn-Gehalt 1, 0 - 1, 25 Gew.-% beträgt.
6. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein S-Gehalt 0, 015 - 0, 025 Gew.-% betragt.
7. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Cr-Gehalt 1,0 - 1,3 Gew.-% betragt.
8. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Cr- Gehalt höchstens 1,25 Gew.-% betragt.
9. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Mo-Gehalt 0, 15 - 0,25 Gew. -% betragt.
10. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Al-Gehalt höchstens 0, 04 Gew. -% betragt.
11. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein N-Gehalt 0, 011 - 0, 017 Gew.-% betragt.
12. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Nb-Gehalt 0, 025 - 0, 04 Gew.-% beträgt.
13. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Ti-Gehalt höchstens 0, 02 Gew.-% beträgt.
14. Einsatzstahl nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Al-Gehalt mindestens dem 2,0-fachen seines N- Gehaltes entspricht .
15. Einsatzstahl nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sein Al- Gehalt mindestens dem 2,5- bis 3,5-fachen seines N- Gehalts entspricht.
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