WO2011023326A1 - Rostfreier martensitischer chromstahl - Google Patents

Rostfreier martensitischer chromstahl Download PDF

Info

Publication number
WO2011023326A1
WO2011023326A1 PCT/EP2010/005067 EP2010005067W WO2011023326A1 WO 2011023326 A1 WO2011023326 A1 WO 2011023326A1 EP 2010005067 W EP2010005067 W EP 2010005067W WO 2011023326 A1 WO2011023326 A1 WO 2011023326A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chromium
steel according
steel
tungsten
chrome steel
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/005067
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gisbert Kloss-Ulitzka
Oskar Pacher
Günter Schnabel
Vera Zeitz
Original Assignee
Stahlwerk Ergste Westig Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stahlwerk Ergste Westig Gmbh filed Critical Stahlwerk Ergste Westig Gmbh
Priority to PL10751807T priority Critical patent/PL2470681T3/pl
Priority to EP10751807.8A priority patent/EP2470681B1/de
Priority to ES10751807.8T priority patent/ES2446716T3/es
Publication of WO2011023326A1 publication Critical patent/WO2011023326A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten

Definitions

  • the invention relates to a stainless martensitic chromium steel and its use.
  • Such steels are known in large numbers and, depending on their composition, are suitable for a very different range of uses
  • German Patent 100 27 049 B4 describes a martensitic chromium steel with 0.4 to 0.75% carbon, up to 0.7% silicon, up to 0.2% nickel, 0.4 to 1.6% manganese, 0, 02 to 0.15% sulfur, 12 to 19% chromium, 0.5 to 1, 5%
  • Molybdenum up to 1, 5% tungsten, up to 0.1% nitrogen and 0.05 to 0.3% vanadium, titanium and niobium alone or next to each other and up to 0.008% boron.
  • This steel has good processability, corrosion resistance and low plastic deformability a high wear and abrasion resistance, it is therefore suitable without a galvanic coating as a material for industrial needles and in particular allows a high Nah york
  • the material is unsuitable for a use whose characteristic feature is a rubbing or sliding contact metal / metal in the presence of a lubricant film.
  • BESTATIGUNGSKOPIE Of valve and dispensing needles and scraper rings of compressors is very important.
  • Hydrocarbon compounds but the parts can also be lubricated as in injection systems or oil scraper rings of the resource itself, such as fuel.
  • the decisive factor is always the emergence of an anti-slip film.
  • the practice uses a number of partly expensive, partly ecologically questionable additives such as EP additives, detergents, HD additives,
  • Lead compounds and chlorinated diphenyls for influencing, in particular for stabilizing and for fixing the wear-inhibiting layer.
  • Dosing or valve needles also for chemical or pharmaceutical mixtures the stability and the adhesion of the wear-reducing surface layer.
  • stabilization is not possible in various systems, such as with new methanol and ethanol containing fuels.
  • the invention is therefore based on the problem of a martensitic stainless
  • Chromium steel which due to its chemical affinity and strong adhesion forces has better wettability and forms a stable lubricant film, which is much more difficult to disturb or displace than conventional steels of this type and consequently causes less wear
  • the steel contains each individually or side by side
  • the carbon is austenite-forming and therefore stabilizes the austenitic crystal lattice At the same time, however, the carbon also contributes, together with the carbide formers, to precipitates which increase the hardness and abrasion resistance of the steel To prevent coarse and cellular precipitation of chromium carbides, it is advisable to precede other carbides in the austenitic Therefore, the steel contains 0.40 to 0.80%, preferably 0.55 to 0.75% of carbon
  • Silicon acts as a deoxidizer Higher levels may, however, lead to the formation of intermetallic phases. On the other hand, silicon is also a telematic agent
  • the steel therefore contains 0.2 to 1.5% silicon, preferably up to 0.65% silicon
  • Manganese stabilizes the austenite and advantageously shifts the formation of martensite to lower temperatures.
  • the maximum manganese content is therefore 1%, but should not fall below a minimum level of 0.30%, because manganese simultaneously alters the c / a ratio of the freshly formed martensite and In the austenitic range, the precipitation behavior of the fine precipitates is favorably influenced.
  • the sulfur content is limited to a maximum of 0.035%, since at higher sulfur contents disturbing sulfidic precipitates may occur
  • Chromium is required to ensure the corrosion resistance of the steel in combination with its molybdenum content of 1, 25 to 1, 50%, in particular a sufficient resistance to pitting.
  • the chromium content is therefore at least 16% in view of the femtizing effect of the chromium however, its content is limited to 18%
  • the synergistic effect of chromium and molybdenum on pitting resistance is particularly ensured when the contents of chromium, molybdenum and tungsten satisfy the following equation
  • the steel contains from 0.001 to 0.8% tungsten, preferably at least 0.001% tungsten, which, together with the iron and molybdenum, forms mixed carbides which contribute significantly to the hot strength of the steel and to the emergence of tempering in the case of tempering
  • the steel contains vanadium, niobium and titanium as carbide formers with the advantage that, given their high affinity for carbon, they form precipitating nuclei for the formation of chromium carbides even at very high temperatures.
  • the vanadium content therefore amounts to 0.15 to 0.20% Titanium and niobium contents of up to 0.05% in each case
  • the following effective sum of the carbide formers is particularly advantageous
  • K 1 (% Nb) + (% Ti) + (% V)
  • the steel further contains 0.001 to 0.03% of aluminum as a deoxidizer, but not more, because higher aluminum contents act provoking
  • the copper content amounts to a maximum of 0.5% and, in particular during tempering, leads to fine-grained secondary precipitates which, together with other precipitations, improve the wettability of the steel for oils or hydrocarbons
  • cobalt requires the formation of ⁇ -carbides and other fine precipitates, thus improving the heat resistance of the steel. For cost reasons, however, a cobalt content of 0.5% should not be exceeded
  • the cooling rate here should not exceed 50 ° C / sec (heat treatment A), in order not to carbide formation
  • martensite spontaneously forms below the MS temperature from the cubic body-centered crystal lattice, with the result that the previously formed carbides are incorporated in the martensite
  • the stress state of the matrix is the lower, the finer distributed the carbides are present This condition requires very much the lubricant or oil wetting of the surface of the steel
  • the martensite from the austenite transformation has a tetragonal distorted cage lattice with a ratio of the crystal axes a / c above 1
  • the heat treatment B consists in a Anlenfingluhen at 100 to 550 0 C, preferably at least 200 "C instead, and leads to the formation of Feinausscheidun- gene in the stabilized in the previous heat treatment A in the temperature range from 1100 to 900 0 C martensite In solution contained Atoms like the one of
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an oil drop on a steel surface
  • FIG. 3 shows the track width R of a ball grinding track according to FIG. 2 as a measure of the wear resistance
  • Table I below shows the analyzes of five conventional comparative steels V1 to V5 and three steels E1 to E3 which fall under the invention.
  • Table II shows the cumulative values for K1 to K3 resulting from the analyzes
  • Austenitizing annealing labeled A in Table III took place at 1020 ° C. or 1050 ° C., followed by rapid cooling at a cooling rate of at least 50 ° C./sec to 800 ° C. and subsequent cooling to 300 within 5 minutes 0 C and a slow cooling to room temperature-the samples were also completed according to the test series B on a
  • the samples were then ground and polished, cleaned in an aqueous ultrasonic bath at 50 0 C, with hot distilled water under the action of ultrasound for another 20 min. freed of detergent residues and then dried.
  • the wettability index B 10 ⁇ l of paraffin oil were then applied to each sample by means of microdosing and the oil droplets then forming were measured with respect to their width B, as shown schematically in the illustration in FIG. The results of the measurements are listed together with the respective austenitizing temperature in the following table IM.
  • the abrasion or wear resistance was determined by means of a modified "Pm on disk experiment".
  • the cylindrical samples were first plane-steered, then cleaned, clamped in a holder and then under Fig. 2 under a rotating steel shaft with an eccentric carbide ball under pressure and spring preload dynamically loaded During the experiment, the contact zone between the sliding hard metal ball and the sample surface was steadily lubricated by the dripping of lubricating oil.
  • the factors K1 and K3 also show that the favorable test results are based on a more favorable precipitation of the carbides and other phases as well as the basic structure.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

Ein rostfreier martensitischer Chromstahl mit 0,40 bis 0,80% Kohlenstoff, 0,20 bis 1,50% Silizium, 0,15 bis 1,00% Nickel, 0,30 bis 1,00% Mangan, 0,015 bis 0,035% Schwefel, 16 bis 18% Chrom, 1,25 bis 1,50% Molybdän, höchstens 0,8% Wolfram, 0,04 bis 0,08% Stickstoff, 0,15 bis 0,20% Vanadium, jeweils bis 0,05% Titan und Niob, 0,001 bis 0,03% Aluminium, 0,02 bis 0,5% Kupfer, höchstens 0,5% Kobalt und höchstens 0,004% Bor, Rest Eisen einschliesslich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen eignet sich in Folge seiner Benetzbarkeit für Schmiermittel in besonderem Masse als Korrosions-, insbesondere lochfrassbeständiger Werkstoff für durch Reibungsverschleiss beanspruchte Gegenstände.

Description

"Rostfreier martensitischer Chromstahl"
Die Erfindung betrifft einen rostfreien martensitischen Chromstahl und dessen Verwendung Derartige Stahle sind in großer Zahl bekannt und eignen sich je nach ihrer Zusammensetzung für ein sehr unterschiedliches Verwendungsspektrum
So beschreibt beispielsweise die deutsche Patentschrift 100 27 049 B4 einen martensitischen Chromstahl mit 0,4 bis 0,75% Kohlenstoff, bis 0,7% Silizium, bis 0,2% Nickel, 0,4 bis 1 ,6% Mangan, 0,02 bis 0,15% Schwefel, 12 bis 19% Chrom, 0,5 bis 1 ,5%
Molybdän, bis 1 ,5% Wolfram, bis 0,1% Stickstoff und 0,05 bis 0,3% Vanadium, Titan und Niob einzeln oder nebeneinander sowie bis 0,008% Bor Dieser Stahl besitzt eine gute Verarbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringe plastische Verformbarkeit sowie eine hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit, er eignet sich daher ohne eine gal- vanische Beschichtung als Werkstoff für Industrienadeln und erlaubt insbesondere eine hohe Nahgeschwindigkeit
Wenig geeignet ist der Werkstoff jedoch für eine Verwendung deren kennzeichnendes Merkmal ein reibender bzw gleitender Kontakt Metall/Metall in Anwesenheit eines Schmiermittelfilms ist Dies gilt insbesondere für Bauteile, die mit Treibstoffen, insbesondere Biokraftstoffen, bei denen es neben anderen Werkstoffeigenschaften sehr wesentlich auf eine gute Schmierfilmbildung bzw -haftung ankommt, deren Lebensdauer mithin von dem Werkstoffabrieb bei einem Metall/Metall-Reibkontakt wie im Falle
BESTATIGUNGSKOPIE von Ventil- und Dosiernadeln sowie Abstreifringen von Kompressoren sehr wesentlich ankommt.
Ein derartiger, den Reibungsverschleiß herabsetzender Film erfordert jedoch nicht bei allen Verwendungsfällen ein Schmiermittel wie öl und Fett, d.h. höhere molekulare
Kohlenwasserstoffverbindungen, sondern die Teile können auch wie bei Einspritzsystemen oder Ölabstreifringen von dem Betriebsmittel selbst, beispielsweise Treibstoff, geschmiert werden. Entscheidend ist dabei immer das Entstehen eines verschieiß- hemmenden Films. Die Praxis verwendet jedenfalls eine Reihe von teils teuren, teils ökologisch bedenklichen Zusatzstoffen wie EP-Additive, Detergenzien, HD-Zusätze,
Bleiverbindungen und chlorierte Diphenyle zur Beeinflussung, insbesondere zur Stabilisierung und zum Fixieren der verschleißhemmenden Schicht.
Entscheidend dabei ist insbesondere im Falle von Systemen zum Fördern oder Ver- dichten von Kraftstoffen oder auch bei Kolbenringen und Abstreifdichtungen sowie
Dosier- oder Ventilnadeln auch für chemische oder pharmazeutische Gemische die Stabilität und das Haftvermögen der verschleißmindernden Oberflächenschicht. Eine Stabilisierung ist jedoch in verschiedenen Systemen nicht möglich, so beispielsweise bei neuen, Methanol und Äthanol enthaltenden Kraftstoffen.
Hinzu kommt, dass der Gesetzgeber in zahlreichen Fällen die Verwendung von Hilfs- stoffen und Zusätzen wie beispielsweise bleihaltige Verbindungen aus ökologischen Gründen untersagt. Bei eingehenden Untersuchungen hat sich nun gezeigt, dass der Abrieb bei martensiti- schen Chromstählen sehr stark von der Benetzbarkeit der Oberfläche beeinflusst wird. So unterliegt ein derartiger Stahl auch bei hoher Festigkeit einem erhöhten Verschleiß, der sich auf eine unzureichende Benetzung der Stahloberfläche durch das Schmiermittel zurückführen lässt. Unter Krafteinwirkung kann es nämlich zu einem örtlichen Verdrängen des Schmiermittels kommen, diese Gefahr ist insbesondere dort sehr groß, wo mikroskopisch kleine Oberflächenerhebungen unter entsprechend hohem spezifischem Druck stehen. Ursache dafür ist ein Verdrängen der Schmiermittelmoleküle an solchen Erhebungen und Spitzen, die infolge der dynamischen Beanspruchung getrennt und aufgerissen werden. Die Folge eines solchen Adhäsionsverschleißes ist eine erhöhte Rauhigkeit der Metalloberfläche und ein dadurch wiederum erhöhter Verschleiß.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen rostfreien martensitischen
Chromstahl zu finden, der aufgrund seiner chemischen Affinität und starker Adhäsions- kräfte eine bessere Benetzbarkeit besitzt und einen stabilen Schmiermittelfilm bildet, der sich weitaus schwieriger stören bzw verdrangen lasst als bei herkömmlichen Stahlen dieser Art und demzufolge einen geringeren Verschleiß bewirkt
Die Losung dieses Problems besteht in einem martensitischen Chromstahl mit
0,40 bis 0,80% Kohlenstoff
0,20 bis 1 ,50% Silizium
0.15 bis 1 00% N'cke1
0,30 bis 1 ,00% Mangan
0,015 bis 0,035% Schwefel
16 bis 18% Chrom,
1 ,25 bis 1 ,50% Molybdän
bis 0,8% Wolfram
0,04 bis 0,08% Stickstoff
0, 15 bis 0,20% Vanadium,
bis 0,05% Titan
bis 0,05% Niob
0,001 bis 0,03% Aluminium
0,02 bis 0,5% Kupfer
bis 0,5% Kobalt
bis 0,004% Bor,
Rest Eisen einschließlich erschmeizuπgsbeαingter Verunreinigungen
Vorzugsweise enthalt der Stahl jeweils einzeln oder auch nebeneinander
0 55 bis 0,75% Kohlenstoff,
bis 0,65% Silizium,
bis 0,8% Mangan
mindestens 0,001% Wolfram
Die Praxis hat sich bisher an Trockenverschleißversuchen, d h an den Ergebnissen von schmiermittelfreien Versuchen orientiert Es hat sich daher gezeigt, dass der Reib- verschleiß bei einem Kontakt auch unter Verwendung eines Schmiermittels erheblich war
Der Kohlenstoff ist Austenitbildner und stabilisiert daher das austenitische Kristallgitter Gleichzeitig tragt der Kohlenstoff aber auch zusammen mit den Karbidbildnern zu kar- bidischen Ausscheidungen bei, die eine Steigerung der Harte und Abriebfestigkeit des Stahls bewirken Um ein grobkörniges und zellenförmiges Ausscheiden von Chromka- biden zu vermeiden, empfiehlt sich ein Vorabausscheiden anderer Karbide im austeni- tischen Zustand, die eine bessere Karbidhomogenitat bewirken Der Stahl enthalt daher 0,40 bis 0,80%, vorzugsweise 0,55 bis 0,75% Kohlenstoff
Silizium dient als Desoxidationsmittel Höhere Gehalte können jedoch zum Entstehen intermetallischer Phasen fuhren Andererseits ist Silizium jedoch auch ein Ferntbildner
Der Stahl enthalt daher 0,2 bis 1 ,5% Silizium, vorzugsweise bis 0,65% Silizium
NicKei genorτ zu den Austenitbiidriern, jedoch bnngt der Austenitanteii im Gefuge die Gefahr einer Verschlechterung der Verschleißeigenschaften mit sich Andererseits ist das Nickel jedoch auch als Bestandteil des Kristallgitters mit seinem Einfluss auf das c/a-Verhaltnιs des Martensits von Vorteil Der Stahl enthalt daher 0,15 bis 1 % Nickel
Mangan stabilisiert den Austenit und verschiebt vorteilhafterweise die Martensitbildung zu tieferen Temperaturen Der Höchstgehalt an Mangan betragt daher 1%, jedoch sollte ein Mindestgehalt von 0,30% nicht unterschritten werden, weil Mangan gleichzeitig auch das c/a-Verhaltnιs des frisch entstandenen Martensits verändert und im auste- nitischen Bereich das Ausscheidungsverhalten der Feinausscheidungen vorteilhaft beeinflusst Der Schwefelgehalt ist auf höchstens 0,035% begrenzt, da bei höheren Schwefelgehalten störende sulfidische Ausscheidungen entstehen können
Chrom ist erforderlich, um die Korrosionsbeständigkeit des Stahls in Kombination mit dessen Molybdangehalt von 1 ,25 bis 1 ,50% zu gewährleisten, insbesondere eine hin- reichende Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion Der Chromgehalt betragt daher mindestens 16% Im Hinblick auf die femtisierende Wirkung des Chroms ist dessen Gehalt jedoch auf 18% begrenzt Die synergistische Wirkung von Chrom und Molybdän im Hinblick auf die Lochfraßbestandigkeit ist insbesondere dann gewahrleistet, wenn die Gehalte an Chrom, Molybdän und Wolfram der folgenden Gleichung genügen
(% Cr) + 3 (% Mo) + (% W) = 19,7 bis 23,3
Der Stahl enthalt 0,001 bis 0,8% Wolfram, vorzugsweise mindestens 0,001 % Wolfram, das zusammen mit dem Eisen und Molybdän Mischkarbide bildet, die zur Warmfestig- keit des Stahls erheblich beitragen und bei einem Anlassgluhen zum Entstehen von
Sekundarausscheidungen in Form höherer Karbide fuhren
Der Stickstoff bildet zusammen mit dem Kohlenstoff Karbonitπde, verschlechtert jedoch auch die Benetzbarkeit des Stahls für Kohlenwasserstoff-Schmiermittel, die obere Gehaltsgrenze für Stickstoff betragt daher 0,08% Der Stahl enthalt Vanadium, Niob und Titan als Karbidbildner mit dem Vorteil, dass diese in Anbetracht der hohen Affinitat zum Kohlenstoff bereits bei sehr hohen Temperaturen Kπstallisationskeime für das Entstehen von Chromkarbiden bilden Der Vana- diumgehalt betragt daher 0,15 bis 0,20% bei Titan- und Niobgehalten von jeweils bis 0,05% Besonders vorteilhaft ist dabei die folgende Wirksumme der Karbidbildner
K 1 = (% Nb) + (% Ti) + (% V)
= 0,15 bis 0,25 Der Stahl enthalt des weiteren 0,001 bis 0,03% Aluminium als Desoxidationsmittel, jedoch nicht mehr, weil höhere Aluminiumgehalte versprodend wirken
Der Kupfergehalt betragt maximal 0,5% und fuhrt insbesondere bei einem Anlassglu- hen zu feinstkornigen Sekundarausscheidungen, die zusammen mit anderen Aus- Scheidungen die Benetzbarkeit des Stahls für Öle bzw Kohlenwasserstoffe verbessern
Kobalt schließlich fordert das Entstehen von ε-Karbiden und anderen Feinausschei- dungen, es verbessert auf diese Weise die Warmfestigkeit des Stahls Aus Kosten- gründen sollte jedoch ein Kobaltgehalt von 0,5% nicht überschritten werden
Da sich die für die Werkstoffeigenschaften entscheidenden Chromkarbide beim Abkühlen unter dem Einfluss von Kπstallisationskeimen zu 90% im Temperaturbereich von 1 100 bis 900 0C bilden, sollte die Abkuhlungsgeschwindigkeit hier 50 °C/sec nicht übersteigen (Wärmebehandlung A), um die Karbidbildung nicht zu beeinträchtigen und zu verhindern, dass ein Teil der Reaktionspartner beim Entstehen der Karbide metastabil auf Zwischengitterplatzen verbleibt Bei der weiteren Abkühlung bildet sich unterhalb der MS-Temperatur spontan aus dem kubisch raumzentrierten Kristallgitter Mar- tensit mit der Folge, dass die zuvor entstandenen Karbide im Martensit eingelagert werden, der Spannungszustand der Matrix jedoch umso geringer ist, je feiner verteilt die Karbide vorliegen Dieser Zustand fordert sehr wesentlich die Schmiermittel- bzw Ölbenetzung der Oberflache des Stahls
Der Martensit aus der Austenit-Umwandlung besitzt ein tetragonal verzerrtes Knstall- gitter mit einem Verhältnis der Kristallachsen a/c über 1 Dabei lasst sich der bei der
Umwandlung entstandene Martensit durch eine der Martensitbidlung folgende Wärmebehandlung im Temperaturbereich unter 550 0C dahingehend beeinflussen, dass sich das Knstallachsenverhaltnis s/c verringert, was sich außerordentlich vorteilhaft auf die Werkstoffeigenschaften auswirkt Dieser Vorteil ergibt sich insbesondere, wenn der Gesamtgehalt an Niob, Titan und Vanadium folgender Bedingung genügt K1 = (% Nb) + (% Tι) + (% V)
= 0,15 bis 0,25
Unterhalb des Werts von 0,15 ist die Keimbildung weniger gunstig, so dass das Chromkarbid einer Kπstallisationshemmung unterliegen kann und spater auskπstalli- siert Damit verbunden ist ein groberkomiges Chromkarbid mit einer ungunstigen Verteilung in der Matrix Beim Überschreiten des oberen Grenzwerts können anstelle feiner Pnmarkarbide grobe MC-Karbide des Niobs, Tuans unα αes Vanadiums entstehen Damit geht die Wirkung der vorerwähnten Elemente als karbidische Kπstallisations- keime für die Chromkarbide verloren
Die Wärmebehandlung B besteht dabei in einem Anlaßgluhen bei 100 bis 550 0C, vorzugsweise bei mindestens 200 "C statt und fuhrt zum Entstehen von Feinausscheidun- gen in dem bei der vorausgegangenen Wärmebehandlung A im Temperaturbereich von 1100 bis 900 0C stabilisierten Martensit In Losung befindliche Atome wie die des
Kupfers und des Kobalts sowie die karbidbildenden Elemente spielen hierbei eine wesentliche Rolle, da sie in die Feinausscheidungen eingehen, die insbesondere mit der gemäß K2 = 100 x (%N - 0,03) x (%N)/C
= 0,053 bis 0,730 abgestimmten Matrix die Schmierstoffbenetzung vorteilhaft beeinflussen Von weiterem Vorteil ist die Einhaltung der Bedingung
K3 = (%N0 + (%Co)
(%Mn) = 0,40 bis 3,33
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen und der Zeichnungen des näheren erläutert In der Zeichnung zeigen Fiq 1 in schematischer Darstellung einen Öltropfen auf einer Stahloberflache,
Fig 2 eine Vorrichtung zum Bestimmen des Abriebverschleißes in schematischer
Darstellung und
Fig 3 die Spurbreite R einer Kugelschleifbahn nach Fig 2 als Maß für die Ver- schleißfestigkeit Aus der nachfolgenden Tabelle I sind die Analysen von fünf herkömmlichen Vergleichsstählen V1 bis V5 und dreier unter die Erfindung fallender Stähle E1 bis E3 ersichtlich.
Tabelle I
Figure imgf000009_0001
n.n. nicht nachweisbar
Die nachfolgende Tabelle Il gibt die sich aus den Analysen ergebenden Summenwerte für K1 bis K3 wieder
Tabelle Il
Figure imgf000009_0002
Acht den Stand der Technik betreffende Proben 1 bis 8 und neun unter die Erfindung fallende Proben 9 bis 17 mit den sich aus Tabelle I ergebenden Zusammensetzungen wurden in einem Mittelfrequenzofen unter Schutzgas erschmolzen und in einer Kokille zu Probestäben vergossen sowie 30 min. bei 1200 0C ausgelagert. Danach wurden die Proben zu Stäben geschmiedet, von ihrer Zunderschicht befreit und mittels Hartmetallschneidplatten zu zylindrischen Probestäben abgedreht. Die Probestäbe besaßen einen Durchmesser von 15 mm und wurden verschiedenen Austenitisierungstempera- turen (A) und Anlaßtemperaturen (B) unterworfen, um schließlich die Qualität einer Ölbenetzung und den Abriebverschleiß zu bestimmen.
Das in der Tabelle III mit A gekennzeichnete Austenitisierungsglühen fand bei 1020 0C oder 1050 0C statt, gefolgt von einem Schnellabkühlen mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 50 "C/sec auf 800 0C und einem sich anschließenden Abkühlen innerhalb von 5 min. auf 300 0C sowie einem langsamen Abkühlen auf Raumtempera- Die Proben wurden zudem abschließend entsprechend der Versuchsreihe B auf eine
Temperatur von 100 bis 530 0C erwärmt und mit einer Geschwindigkeit von 100 GC/h auf Raumtemperatur abgekühlt.
Zur Bestimmung der Benetzbarkeit wurden die Proben sodann geschliffen und poliert, in einem wässrigen Ultraschallbad bei 50 0C gereinigt, mit heißem destillierten Wasser unter Einwirkung von Ultraschall weitere 20 min. von Reinigungsmittelresten befreit und danach getrocknet. Zur Bestimmung der Benetzbarkeitskennzahl B wurden sodann mithilfe einer Mikrodosierung auf jede Probe 10 μl Parafinöl aufgetragen und der sich sodann bildende Öltropfen hinsichtlich seiner Breite B vermessen, wie sich das schematisch aus der Darstellung in Fig. 1 ergibt. Die dabei festgestellten Messergebnisse sind zusammen mit der jeweiligen Austenitisierungstemperatur in der nachfolgenden Tabelle IM verzeichnet.
Tabelle
vβ
Figure imgf000011_0001
Die Abrieb- bzw Verschleißfestigkeit wurde mit Hilfe eines modifizierten "Pm on Disk- Versuchs" bestimmt Dabei wurden die zylindrischen Proben zunächst plangeschhffen, danach gereinigt, in eine Halterung eingespannt und sodann entsprechend Fig 2 unter einer rotierenden Stahlwelle mit einer exzentrischen Hartmetallkugel unter Druck und Federvorspannung dynamisch belastet Wahrend des Versuchs wurde die Kontaktzone zwischen der gleitenden Hartmetallkugel und der Probenoberflache durch Auftropfen von Schmieröl stetig geschmiert Nach Beendigung der Versuchszeit wurde sodann die mittlere Breite R der G'e't- bzw Verschleißspur unter einem Mikroskop an jeweils vier um neunzig Grad gegeneinander versetzten Stellen ausgemessen und aus diesen vier Messwerten jeweils der aus der Tabelle IV ersichtliche Mittelwert R (Fig 3) gebildet Dabei gibt eine breite Verschleißspur bzw ein großer R-Wert einen Hinweis darauf, dass sich die Stahlkugel tiefer und demgemäß mit größerer Breite in die Proben eingefressen hat und das Probenmatenal demgemäß eine geringere Verschheßfestigkeit besitzt als bei jenen Proben mit kleiner Verschleißspurbreite R
Die Ergebnisse sind eindeutig, die unter die Erfindung fallenden Proben 9 bis 17 besitzen eine deutlich bessere Verschleißfestigkeit als die Proben 1 bis 8 aus herkömmlichen Stahlen Die Bedeutung des K2-Wertes für eine weitere Verbesserung der Verschleißfestigkeit ergibt sich dabei aus einem Vergleich der Daten aus der nachfolgenden Tabelle IV mit den entsprechenden Daten der Spalte 6 von Tabelle IM i abeiie IV
Figure imgf000012_0001
0,43
Da viele kleine Chromkarbidausscheidungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit wirkungsvoller sind als wenige grobe Ausscheidungen, kann das Ergebnis eines SaIz- spruhtests als Indikator für die Große und die Verteilung der Chromkarbidausschei- düngen dienen Die Proben wurden daher 120 Stunden einem Korrosionsversuch im
Rahmen eines modifizierten Salzspruhtests mit einer 3%-NaCI-Losung und 5% Alkohol unterworfen
Die Versuchsergebnisse sind in Spalte 7 der Tabelle IM zusammengestellt
Es ist allgemein bekannt, dass martensitische Chromstahle je nach der Große und Dichte der Chromkarbidausscheidungen in chlondische Losungen einer starken Loch- fraßkorrosion unterliegen Die Daten der Spalte 7 der Tabelle III bestätigen das für die herkömmlichen Vergleichsstahle 1 bis 8 im Vergleich mit den unter die Erfindung fallenden Stahlen 9 bis 17
Je nach Breite der Zone einer Chromverarmung kommt es zum Entstehen von Loch- fraßkorrosion, woraus sich die Erkenntnis gibt, dass eine Vielzahl kleiner Chromkarbidausscheidungen hinsichtlich der Lochfraßkorrosion gunstiger ist als eine geringere Anzahl großer Ausscheidungen Insofern eignen sich die Ergebnisse des Salzspruhtest als Indikator für die Große und die Verteilung der Chromkarbidausscheidungen
Die Ergebnisse der Korrosionsversuche gemäß Tabelle IM letzte Spalte wurden nach einer Guteskala von 0 bis 5 bewertet, wobei 0 für keinerlei Roststellen steht und 5 min- destens fünf Roststellen indiziert Die Ergebnisse des Salzspruhtests sind in Tabelle III, letzte Spalte zusammengestellt
Insgesamt zeigen die Versuchsergebnisse, dass sich das Benetzungsverhalten der erfindungsgemaßen martensitischen Chromstahle für Schmiermittel deutlich besser ist als das der Vergleichsstahle Die gute Benetzbarkeit fuhrt zu einem geringeren Adha- sionsverschleiß in Anwesenheit einer Schmierung Dabei ist nicht nur die chemische Zusammensetzung des Stahls von entscheidender Bedeutung Einen wesentlichen Einfluss auf die Benetzbarkeit übt auch eine Wärmebehandlung der Proben aus Dies zeigt sich an den größeren C-Werten und den kleineren R-Werten der erfindungsge- maßen Proben der Versuche 9 bis 17
Maßgebend für die bessere Verschleißbestandigkeit R der erfindungsgemaßen Proben durfte in erster Linie die Zusammensetzung des Stahls sein, wohin zu die zweistufige
Wärmebehandlung zur Beeinflussung der Ausscheidungen kommt Insoweit bedingt nicht nur die spezielle Zusammensetzung des Stahls, sondern auch dessen Ausschei- düngen im Gefüge die Materialeigenschaften. Dabei ist zu beachten, dass sich die Benetzbarkeit des Stahls für ein Schmiermittel besonders durch die Wärmebehandlungen A und B verbessern lässt. Das lässt den Schluss zu, dass die kohlenstoffhaltigen Feinausscheidungen im Martensit für die Schmiermittelbenetzung günstiger sind als stickstoffmodifizierte Karbonitride und eine stickstoffhaltige Matrix. Maßgebend ist somit der niedrige Stickstoffgehalt der Legierung ebenso wie der Faktor K2. Das belegen insbesondere die Vergleichsstähle V3 mit 0,25% Stickstoff und auch V5 mit 0,22% Stickstoff im Gegensatz zu den unter die Erfindung fallenden Stähle El bis E3 mit nur 0,05 bis 0,07% Stickstoff.
Schließlich zeigen auch die Faktoren K1 und K3, dass die günstigen Versuchsergebnisse auf einer günstigeren Ausscheidung der Karbide und anderer Phasen sowie dem Grundgefüge basieren.

Claims

Patentansprüche: 1. Rostfreier martensitischer Chromstahl mit
0,4 bis 0,8% Kohlenstoff
0,2 bis 1 ,5% Silizium
0,15 bis 1 ,0% Nickel
0,3 bis 1 00%
0,015 bis 0,035% Schwefel
16 bis 18% Chrom
1 ,25 bis 1 ,50% Molybdän
bis 0,8% Wolfram
0,04 bis 0,08% Stickstoff
0,15 bis 0,20% Vanadium
bis 0,05% Titan
bis 0,05% Niob
0,001 bis 0,03% Aluminium
0,02 bis 0,5% Kupfer
bis 0,5% Kobalt
bis 0,040% Bor,
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
2. Chromstahl nach Anspruch 1 , der einzeln oder nebeneinander 0,55 bis 0,75% Kohlenstoff
bis 0,65% Silizium
bis 0,8% Mangan
mindestens 0,001% Wolfram enthält.
3. Chromstahl nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Gesamtgehalt an Chrom, Molybdän und Wolfram von (%Cr) + 3 (%Mo) + (%W) = 19,7 bis 23,3.
4. Chromstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der der Abstimmungsregel
K1 = (%Nb) + (%Ti) + (%V)
= 0,15 bis 0,25% genügt.
5. Chromstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er der Abstimmungsregel
K2 = 10O X (0ZON - O1OS)0ZO X (0ZO)NZ(0ZOC)
= 0,053 bis 0,730 genügt.
6. Chromstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er der Abstimmungsregel
K3 = [(0ZoNi) + (0ZoCo)] / (%Mn)
= 0,40 bis 3,33% genügt.
7. Chromstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er bei 1020 bis 10500C austenitisierend geglüht, anschießend mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von mindestens 50 cC/sec. auf 800 0C schnell abgekühlt sowie alsdann einem fünfminütigem Abkühlen auf 300 5C mit anschließendem Luftabkühlen bei Raumtemperatur unterworfen worden ist.
8. Chromstahl nach Anspruch 7, der auf 100 bis 530 0C wiedererwärmt sowie anschließend mit einer Geschwindigkeit von 100 °C/h auf Raumtemperatur langsam abgekühlt worden ist.
9. Verwendung eines Chromstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als lochfraßbe- ständiger Werkstoff.
10. Verwendung eines Chromstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als gegen Reibungsverschleiß beständiger Werkstoff.
11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10 mit einem Schmiermittelfilm.
12. Verwendung nach Anspruch 11 oder 12 in einem Gleitkontakt Metall/Metall mit einer Schmiermittel-Zwischenschicht.
13. Verwendung eines Chromstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Werkstoff zum Herstellen von Ventilstiften, Steuer- und Dosiernadeln, Führungshülsen, Funktionskomponenten von Kraftstoff-Einspritzsystemen, Kolbenringe für Plunger und Motoren sowie Dicht- und Abstreifringe für Kompressoren.
PCT/EP2010/005067 2009-08-24 2010-08-18 Rostfreier martensitischer chromstahl WO2011023326A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL10751807T PL2470681T3 (pl) 2009-08-24 2010-08-18 Nierdzewna martenzytyczna stal chromowa
EP10751807.8A EP2470681B1 (de) 2009-08-24 2010-08-18 Rostfreier martensitischer chromstahl
ES10751807.8T ES2446716T3 (es) 2009-08-24 2010-08-18 Acero al cromo inoxidable martensítico

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009038382.4 2009-08-24
DE102009038382A DE102009038382A1 (de) 2009-08-24 2009-08-24 Rostfreier martensitischer Chromstahl

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011023326A1 true WO2011023326A1 (de) 2011-03-03

Family

ID=42937637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/005067 WO2011023326A1 (de) 2009-08-24 2010-08-18 Rostfreier martensitischer chromstahl

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2470681B1 (de)
DE (1) DE102009038382A1 (de)
ES (1) ES2446716T3 (de)
PL (1) PL2470681T3 (de)
WO (1) WO2011023326A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115109891A (zh) * 2022-07-14 2022-09-27 中北大学 一种高碳高铬含氮马氏体不锈钢及其碳化物细化方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011102293A1 (de) 2011-02-24 2012-08-30 Stahlwerk Ergste Westig Gmbh Verwendung eines Chromstahls mit martensitischem Gefüge und karbidischen Einschlüssen
DE102017003965B4 (de) * 2017-04-25 2019-12-12 Zapp Precision Metals Gmbh Martensitischer Chromstahl, Stahlfolie, perforierte und/oder gelochte Komponente aus einer Stahlfolie, Verfahren zum Herstellen einer Stahlfolie

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0694622A1 (de) * 1994-06-29 1996-01-31 BÖHLER YBBSTALWERKE Ges.m.b.H. Korrosionbeständige Legierung und Verfahren zur Herstellung korrosionsbeständiger Schneidwaren
DE19808276A1 (de) * 1998-02-27 1999-09-09 Stahlwerk Ergste Westig Gmbh Stahllegierung für Gleitelemente
DE10027049A1 (de) * 2000-01-17 2001-08-16 Stahlwerk Ergste Gmbh & Co Kg Chrom-Stahllegierung
DE102004051629A1 (de) * 2004-10-23 2006-04-27 Stahlwerk Ergste Westig Gmbh Rostfreier martensitischer Chromstahl
JP2008291307A (ja) * 2007-05-24 2008-12-04 Daido Steel Co Ltd 金型の製造方法、金型用鋼材の製造方法、及び、金型用鋼材を用いた金型の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE404029B (sv) * 1968-05-31 1978-09-18 Uddeholms Ab Forfarande for framstellning av emnen for tunna eggverktyg av herdat stal
US3990892A (en) * 1972-03-28 1976-11-09 Kabushiki Kaisha Fujikoshi Wear resistant and heat resistant alloy steels
JP2000337389A (ja) * 1999-03-19 2000-12-05 Nsk Ltd 転がり軸受
DE102007025758A1 (de) * 2007-06-01 2008-12-04 Mahle International Gmbh Dichtring

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0694622A1 (de) * 1994-06-29 1996-01-31 BÖHLER YBBSTALWERKE Ges.m.b.H. Korrosionbeständige Legierung und Verfahren zur Herstellung korrosionsbeständiger Schneidwaren
DE19808276A1 (de) * 1998-02-27 1999-09-09 Stahlwerk Ergste Westig Gmbh Stahllegierung für Gleitelemente
DE10027049A1 (de) * 2000-01-17 2001-08-16 Stahlwerk Ergste Gmbh & Co Kg Chrom-Stahllegierung
DE10027049B4 (de) 2000-01-17 2004-09-16 Stahlwerk Ergste Westig Gmbh Verwendung einer Chrom-Stahllegierung
DE102004051629A1 (de) * 2004-10-23 2006-04-27 Stahlwerk Ergste Westig Gmbh Rostfreier martensitischer Chromstahl
JP2008291307A (ja) * 2007-05-24 2008-12-04 Daido Steel Co Ltd 金型の製造方法、金型用鋼材の製造方法、及び、金型用鋼材を用いた金型の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115109891A (zh) * 2022-07-14 2022-09-27 中北大学 一种高碳高铬含氮马氏体不锈钢及其碳化物细化方法

Also Published As

Publication number Publication date
PL2470681T3 (pl) 2014-05-30
EP2470681A1 (de) 2012-07-04
EP2470681B1 (de) 2013-11-20
DE102009038382A8 (de) 2011-06-01
DE102009038382A1 (de) 2011-03-03
ES2446716T3 (es) 2014-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT502397B1 (de) Legierung für wälzlager
DE60214456T2 (de) Martensitischer rostfreier Stahl mit hoher Härte und guter Korrosionsbeständigkeit
EP3102713B1 (de) Schmierstoffverträgliche kupferlegierung
DE60215655T2 (de) Martensitischer nichtrostender stahl
EP2664684B1 (de) Verwendung eines Chromstahls mit hoher Härte und Korrosionsbeständigkeit zum Beschichten metallischer Substrate
EP1249512A1 (de) Kaltarbeitsstahllegierung zur pulvermetallurgischen Herstellung von Teilen
DE2040308A1 (de) Austenitischer rostfreier Stahl
DE112019006482T5 (de) Karbonitrierte lagerkomponente
AT393642B (de) Verwendung einer eisenbasislegierung zur pulvermetallurgischen herstellung von teilen mit hoher korrosionsbestaendigkeit, hoher verschleissfestigkeit sowie hoher zaehigkeit und druckfestigkeit, insbesondere fuer die kunststoffverarbeitung
EP2470681B1 (de) Rostfreier martensitischer chromstahl
DE60030175T2 (de) Automatenlegierung
DE112019006504T5 (de) Stahlmaterial als ausgangsmaterial für karbonitrierte lagerkomponente
AT410550B (de) Reaktionsträger werkstoff mit erhöhter härte für thermisch beanspruchte bauteile
EP3412790A1 (de) Ausscheidungshärtender stahl und verwendung eines solchen stahls für warmumformwerkzeuge
DE112008003146T5 (de) Stahl für eine Induktionshärtung mit einer hervorragenden Kaltverarbeitungsfähigkeit, Rollglied, das aus einem derartigen Stahl ausgebildet ist, und Bewegungsführungsvorrichtung, die ein derartiges Rollglied verwendet
DE60011115T2 (de) Stahlmaterial, dessen verwendung und herstellung
EP1586671B1 (de) Kaltverformbarer Chromstahl
EP2678459B1 (de) "verwendung eines chromstahls mit martensitischem gefüge und karbidischen einschlüssen"
DE19928562B4 (de) Magnetisches Verbundelement mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung
EP3061838B1 (de) Blankes bainitisches langprodukt und verfahren zu dessen herstellung
DE69909940T2 (de) Teile aus martensitischem rostfreiem Stahl und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE60100730T2 (de) Austenitischer stahl
EP1445339B1 (de) Legierung und Gegenstand mit hoher Warmfestigkeit und hoher thermischer Stabilität
EP1471160A1 (de) Kaltarbeitsstahl-Gegenstand
DE10027049B4 (de) Verwendung einer Chrom-Stahllegierung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10751807

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010751807

Country of ref document: EP