WO2018197554A1 - Martensitischer chromstahl, stahlfolie, perforierte und/oder gelochte komponente aus einer stahlfolie, draht, wälzkörper eines nadellagers,verfahren zum herstellen einer stahlfolie, eines draht oder eines wälzkörper eines nadellagers - Google Patents

Martensitischer chromstahl, stahlfolie, perforierte und/oder gelochte komponente aus einer stahlfolie, draht, wälzkörper eines nadellagers,verfahren zum herstellen einer stahlfolie, eines draht oder eines wälzkörper eines nadellagers Download PDF

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Oskar Pacher
Günter Schnabel
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Definitions

  • the invention relates to a martensitic chromium steel, a steel foil, a perforated and / or perforated component made of a steel foil, a wire, a rolling element of a needle roller bearing, a use of a chromium steel, a method for producing a steel foil and a method for producing a shearing foil, grid foil, a filter cartridge or a separating screen and a method for producing a wire, and a method for producing a rolling element of a needle bearing.
  • a shaving foil is understood to mean a perforated and / or perforated foil, which as a rule is part of an electrical device, in particular in a shaver for separating hair as close as possible to the skin surface.
  • the shaving foil preferably allows hair protruding from the skin surface to pass through the perforation and to subsequently separate the hair by knives on the other side of the shaving foil.
  • a shear foil thus a spatial separation of knives and skin surface or its protection is realized.
  • shear films are known in various embodiments and are used in particular for razors with eccentric drive or rotating blades.
  • a shaving foil with associated razor is described for example in CH 538 335 A.
  • a hot strip is first produced from a corrosion-resistant chromium steel for the production of thin shear blades, filter cartridges, separating sieves or filtration drums. After several working steps, this is processed by cold rolling into a strip foil having a thickness of ⁇ 0.8 mm.
  • a hot strip typically refers to a steel strip made by hot rolling and is an intermediate of steelmaking.
  • a perforated grid film is produced in further steps usually by a combined punching and etching, which is cut to size, bent into individual components and optionally welded or further processed.
  • Fig. 1 shows a photograph of a part of such a mesh sheet.
  • grid films Preferably, grid films have circular, oval or hexagonal perforations, but also combinations of different hole patterns.
  • the rounding of the recesses is of crucial importance for the further mode of operation and for the lifetime of the grid film.
  • FIG. 2 shows a photograph of a hole in a mesh foil according to FIG. 1.
  • FIG. The rolling direction dependent roughness is a result of an electrochemical anisotropy which is pronounced in the direction A, A 'and does not occur transversely thereto - in the direction B, B'.
  • FIG. 3 shows an enlargement of a portion of the photograph shown in FIG. 2.
  • the roughness created by etching may be the starting point of microcracks.
  • a strong groove can also lead to increased hydrogen embrittlement.
  • anisotropy can show an etching rate which depends on the rolling direction, which can have a particularly pronounced and unfavorable effect on etched or electropolished thin grid films.
  • the etch depth or the removal per unit time that is to say the etch depth or the removal, is divided by "etch rate" as used to achieve this Etching depth or this removal time necessary understood.
  • electrochemical anisotropy This electrochemical solubility or direction-dependent chemical etchability, which depends on the rolling direction, is referred to below as electrochemical anisotropy.
  • an electrochemical anisotropy is often difficult to detect, however, it can occur in thin perforated films in the area of the punching edges, especially at small hole intervals, amplified and can then be the starting point of microcracks, which can occur especially when a Etching hydrogen is formed, which can additionally cause embrittlement of the edges.
  • Particularly problematic and disadvantageous are densely placed perforations or perforations, when the hole spacing is less than twice the strip thickness and thus the following relationship:
  • K 2 * D, where K is the hole spacing and D is the tape thickness.
  • hole spacing is understood to mean the smallest distance from the edge of one hole to the edge of the adjacent hole, that is to say the thickness of the web between two holes.
  • the achievable fillet radius or edge radius of etched or electropolished holes also depends on the etching conditions, such as the concentration of the acids used, the etching temperature, the duration of the action and the current intensity during electropolishing. These parameters are generally matched to the etching behavior of the foil strip steel. However, they can not compensate for or even eliminate the electrochemical anisotropy produced by the rolling process under high roller pressure.
  • the electrochemical anisotropy of thin apertured films may have the effect of forming a directional groove structure on perforations or edges by electropolishing or etching which is absent in the transverse direction.
  • This groove structure formed by etching or by an electropic process may typically be the starting point of cracks in the groove bottom, and it should therefore be avoided. Of considerable disadvantage is also a hydrogen uptake, which can occur during etching and promotes cracking by embrittlement in combination with a groove structure.
  • the object of the invention is to propose a corrosion-resistant, martensitic chromium steel having a high resistance to wear and abrasion, which has a more homogeneous etchability, in particular a low electrochemical anisotropy, and for the production of foil strip steel with a thickness ⁇ 0.8 mm or a wire with a thickness of ⁇ 6mm is particularly suitable.
  • a method for producing a shearing foil, grid foil, a filter insert or a separating sieve from such a steel foil and a method for producing a wire and a method for producing a rolling body of a needle bearing can be proposed.
  • the chromium steel according to the invention in its embodiment with the least number of alloying elements, has the following composition:
  • Ni nickel
  • Ni niobium
  • the chromium steel of the present invention may contain, singly or side by side, sulfur, titanium, rare earth metals, zirconium, boron and / or phosphorus, these additional alloying elements not occurring in amounts greater than or equal to: 0.03 wt% sulfur
  • Carbon (C) stabilizes the cubic body-centered crystal lattice and forms carbide precipitates with carbide-forming elements, which can increase hardness and abrasion resistance. Since a lower limit of the carbide density is necessary for the abrasion resistance, according to the invention, the lower value for carbon is set at 0.3%. Furthermore, since coarse-grained carbides form from 0.55% C, which can also lead to a local Cr depletion, this value should not be exceeded.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.35% by weight of carbon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.40 wt.% Carbon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.41% by weight of carbon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.42 wt.% Carbon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.48% by weight of carbon. In a particularly preferred embodiment chromium steel according to the invention equal to or less than 0.35 wt.% Carbon on.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.40% by weight of carbon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.41% by weight of carbon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.42
  • the chrome steel according to the invention has equal to or less than 0.48 wt.% Carbon.
  • the chromium steel according to the invention has between 0.35 and 0.48% by weight of carbon.
  • the chromium steel according to the invention has between 0.40 and 0.42 wt.% Carbon.
  • Nitrogen (N) is a nitride generator which, like carbon, stabilizes the cubic body-centered crystal lattice. Nitrogen is used according to the invention in low concentration and should act on the one hand as a nucleating element, on the other hand, it should also remain dissolved in the Matix. With the elements Ti, V, Nb nitrogen forms nitrides and
  • Carbonitrides which at low concentration of these elements leads to fine advantageous precipitates.
  • nitrogen and carbon should be present in a coordinated ratio in the steel matrix with the elements V, Nb and Ti, which is optimally given on the one hand with a numerical value of K2 between 0.3 and 0.5, on the other hand but also by the relationship formula K3 is set.
  • a particularly favorable effect of nitrogen to form wear-resistant precipitates is given in a range of 0.04 to 0.25%.
  • An N content above 0.25% should be avoided as this leads to excessive stabilization of the cubic body-centered crystal lattice and to undesirable precipitates.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.09% by weight of nitrogen. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.14% by weight of nitrogen. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.15% by weight of nitrogen. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.20% by weight of nitrogen. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.09% by weight of nitrogen. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.14% by weight of nitrogen.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.15% by weight of nitrogen. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.20% by weight of nitrogen. In a preferred embodiment, the invention chromium steel according to the invention between 0.09 and 0.20% by weight of nitrogen. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.14 and 0.15 wt.% Of nitrogen.
  • Silicon (Si) is provided at levels of 0.2 to 0.9%. It serves as a deoxidizer for the binding of oxygen in the Stahlher- position. Since silicon is a ferrite former, a content of 0.9% should not be exceeded,
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.45% by weight of silicon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention is equal to or more than 0.52
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.75% by weight of silicon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.86% by weight of silicon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention is equal to or less than 0.45
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.52% by weight of silicon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.75% by weight of silicon. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention is equal to or less than 0.86
  • the chromium steel according to the invention has between 0.45 and 0.86% by weight of silicon. In a preferred embodiment, the chrome steel according to the invention has between 0.52 and 0.75 wt.% Silicon.
  • Nickel (Ni) is an austenite former and stabilizes the cubic body-centered crystal lattice. With the elements Ti, Nb, V and AI - hereinafter referred to as Me - Ni can form ultrafine precipitates of the type Ni 3 Me, which is for the matrix hardness and wear resistance of advantage. Below 0.1%, the effectiveness of Ni is undetectable, which is why this value should be considered as the lower limit. Since above
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.30% by weight of nickel. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.30% by weight of nickel. In a particularly preferred
  • the chromium steel according to the invention equal to or more than 0.32 wt.% Nickel on. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.45 wt.% Nickel. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.48 wt.% Nickel. In a particularly preferred embodiment The chromium steel according to the invention has the same or more than 0.65% by weight.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.30 wt.% Nickel. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.32% by weight nickel. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.45 wt.% Nickel. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.48 wt.% Nickel. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.65% by weight nickel. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.30 and 0.65% by weight of nickel. In a preferred embodiment, the chrome steel according to the invention has between 0.32 and 0.48 wt.% Nickel.
  • Manganese (Mn) stabilizes the austenite structure like Ni and shifts the formation of martensite to lower temperatures, which is why an upper limit of 0.9% should not be exceeded. Since Mn also influences the precipitation behavior of fine precipitates in combination with Cr and Ni, a content of 0.3% should not be undercut. With sulfur, Mn forms sulfide precipitates, which deteriorates corrosion resistance. Therefore, a content above 1% is unfavorable.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.42% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.45% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.58% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.68% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.72% by weight of manganese.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.42% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.45% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.58% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.68% by weight of manganese. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.72% by weight of manganese.
  • the chromium steel according to the invention has between 0.42 and 0.72% by weight of manganese. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.45 and 0.68% by weight of manganese.
  • Oxygen can be bound advantageously by SE elements, which improves the corrosion resistance.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.008% by weight of sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.008% by weight of sulfur. In a particularly preferred
  • the chromium steel according to the invention equal to or more than 0.01 wt.% Sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.012% by weight of sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.015% by weight of sulfur. In a particularly preferred
  • the chromium steel according to the invention equal to or more than 0.02 wt.% Sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.008 wt.% Sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.01% by weight of sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.012% by weight of sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.015% by weight of sulfur. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.02% by weight of sulfur.
  • the chromium steel according to the invention has between 0.008 and 0.02% by weight of sulfur. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention contains between 0.01 and 0.015% by weight of sulfur.
  • Chromium (Cr) is provided according to the invention in amounts of 15 to 18% in order to achieve a sufficient corrosion resistance. In association with Mo, it improves the resistance to pitting in the presence of chloride ions. Since chromium forms chromium carbides with carbon, chromium is depleted in the near vicinity of carbide precipitates, so that a lower limit of 15% should not be undercut. At Cr levels above 17%, ductility may decrease, degrading punchability.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 15.72% by weight of chromium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention is equal to or more than 16.85 Wt.% Chromium on. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 17.06% by weight of chromium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 17.20% by weight of chromium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 17.34 wt.% Chromium.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 15.72% by weight of chromium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 16.85% by weight of chromium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 17.06% by weight of chromium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 17.20% by weight of chromium. In a particularly preferred embodiment, the chrome steel according to the invention has the same or less than 17.34 wt.% Chromium. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 15.72 and 17.34% by weight of chromium. In a preferred embodiment, the chrome steel according to the invention between 15.72 and 17.34% by weight of chromium. In a preferred embodiment, the chrome steel according to the invention between 15.72 and 17.34% by weight of chromium. In a preferred embodiment, the
  • Vanadium (V), niobium (Nb) and titanium (Ti) are strong carbide and nitride formers and increase the abrasion resistance through fine precipitates, resulting in an improvement in the strength of the matrix. With Ni, they can form precipitates of the type Ni 3 Me, which should be avoided by a low Ni content. Vanadium, niobium and titanium in combination with tungsten and nitrogen can improve the electrochemical anisotropy, which offers advantages in etching treatments.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.12% by weight of vanadium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.15% by weight of vanadium.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.2% by weight of vanadium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.26% by weight of vanadium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.12% by weight of vanadium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.15% by weight of vanadium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.2% by weight of vanadium.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.26% by weight of vanadium. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.12 and 0.26% by weight of vanadium. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention between 0.15 and 0.2 wt.% Vanadium.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.01% by weight of niobium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention is equal to or more than 0.03
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.05% by weight of niobium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.08% by weight of niobium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.01% by weight of niobium.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.03% by weight of niobium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.05% by weight of niobium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.08% by weight of niobium. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention comprises between 0.01 and 0.08 wt.% Of niobium. In a preferred embodiment, the chrome steel according to the invention has between 0.03 and 0.05 wt.% Of niobium.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.02% by weight of titanium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.03% by weight of titanium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.05% by weight of titanium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.02% by weight of titanium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.03% by weight of titanium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.05% by weight of titanium. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.02 and 0.05
  • Tungsten improves wear and abrasion resistance and solidifies the steel matrix. Like nitrogen, this element reduces electrochemical anisotropy. Since a content of more than 0.5% during cold rolling can lead to solidification problems, this value should not be exceeded.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.15% by weight of tungsten.
  • the chrome steel according to the invention is equal to or more than 0.20 Wt.% Tungsten on.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.21 wt.% Tungsten.
  • the chrome steel according to the invention has the same or more than 0.35 wt.% Tungsten.
  • the chromium steel according to the invention has tungsten equal to or less than 0.15% by weight.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.20% by weight of tungsten. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.21 wt.% Tungsten. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.35 wt.% Tungsten. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0, 15 and 0.35 wt.% Tungsten. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.20 and 0.21 wt.% Tungsten.
  • SE Rare earth metals
  • SE metals cause an improvement in the hot workability of the steel according to the invention, while simultaneously binding and reducing the content of sulfur and oxygen in the steel matrix. This has beneficial effects on corrosion resistance.
  • SE metals the sensitivity to atomic hydrogen is also particularly advantageous reduced, which is favorable for the etching behavior.
  • SE metals have been found to reduce the risk of cracking during etching, which is attributed to the fact that SE metals chemically bond atomic hydrogen, thereby avoiding hydrogen embrittlement.
  • a better etchability, in particular electropolishing can be achieved, which is particularly advantageous for grid films and for thin sheets.
  • alloying elements preferably not the pure metals of the rare earth elements are used, but so-called mixed alloys, which are also referred to as mischmetal and often from about 50% cerium, 30% lanthanum and the remainder from other elements of the 6th period of the Periodic Table of the Elements consist.
  • mixed alloys which are also referred to as mischmetal and often from about 50% cerium, 30% lanthanum and the remainder from other elements of the 6th period of the Periodic Table of the Elements consist.
  • a beneficial effect occurs between 0.1 and 0.4% by weight, with an effect below 0.1% by weight appearing possible.
  • the chromium steel according to the invention has in total equal to or less than 0.4% by weight of rare earth metals (SE).
  • SE rare earth metals
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.09 wt.% Copper. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.10% by weight of copper.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.22% by weight of copper. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.35% by weight of copper. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.45% by weight of copper. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.09 wt.% Copper. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.10% by weight of copper. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.22% by weight of copper.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.35% by weight of copper. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.45% by weight of copper. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.09 and 0.45% by weight of copper. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention comprises between 0.01 and 0.35 wt.% Copper.
  • aluminum is a well-known deoxidizer, which chemically binds oxygen in the steel via the formation of aluminum oxide. Since it exerts this effect according to the invention simultaneously with silicon and zirconium, the content of aluminum can be limited to 0.03%. Since AI would also bind nitrogen to form AIN, higher AI content would result in undesirable precipitates.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.006 wt.% Aluminum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention is equal to or more than 0.008 wt.% Aluminum on. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.01% by weight of aluminum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.02% by weight of aluminum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.025% by weight of aluminum.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.006 wt.% Aluminum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.008 wt.% Aluminum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.01% by weight of aluminum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.02 wt.% Aluminum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.025% by weight of aluminum. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention comprises between 0.006 and 0.025% by weight of aluminum. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention comprises between 0.008 and 0.02% by weight of aluminum.
  • Zirconium acts as a favorable deoxidizer and binds oxygen, which advantageously improves the effect of aluminum and silicon. As it is also at the same time
  • S Sulfur
  • Oxysulfide can cause corrosion in the transition to the steel matrix, which is why the content of sulfur according to the invention should be set to ⁇ 0.03%.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.05% by weight of zirconium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention is equal to or more than 0.06
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.12% by weight of zirconium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.05% by weight of zirconium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.06% by weight of zirconium. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.12% by weight of zirconium. In a preferred embodiment, the chrome steel according to the invention comprises between 0.05 and 0, 12 wt.% Zirconium. Phosphorus (P):
  • Phosphorus increases the strength and, in combination with copper and molybdenum, increases the resistance to atmospheric corrosion, which is advantageous for thin sheets and foils. Since P can also adversely affect the segregation tendency in steel at higher concentrations, an upper value of 0.035% should not be exceeded.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.015% by weight of phosphorus. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.018% by weight of phosphorus. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.02% by weight of phosphorus. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.03% by weight of phosphorus. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.015% by weight of phosphorus.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.018% by weight of phosphorus. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.02% by weight of phosphorus. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.03% by weight of phosphorus. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.015 and 0.03 wt.% Phosphorus. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.018 and 0.02 wt.% Phosphorus. Boron (B):
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.0005% by weight of boron. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.0008% by weight of boron. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.003% by weight of boron. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.0005% by weight of boron. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.0008% by weight of boron. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has boron equal to or less than 0.003% by weight. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention in between
  • Molybdenum in combination with Mn improves fine grain formation and, in combination with Cr, also improves corrosion resistance in the grain boundary area.
  • Mo should be alloyed to 2% to achieve this effect. At a content ⁇ 0.5%, no effect is given.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.78% by weight of molybdenum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or more than 0.78% by weight of molybdenum. In a particularly preferred
  • the chromium steel according to the invention equal to or more than 0.98 wt.% Molybdenum.
  • the chrome steel according to the invention has the same or more than 1, 02 wt.% Molybdenum.
  • the chromium steel according to the invention has the same or more than 1.05% by weight of molybdenum. In a particularly preferred
  • the chromium steel according to the invention equal to or more than 1, 26 wt.% Molybdenum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.78% by weight of molybdenum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 0.98% by weight of molybdenum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 1.02% by weight of molybdenum. In a particularly preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has the same or less than 1.05% by weight of molybdenum.
  • the chromium steel according to the invention has the same or less than 1.26% by weight of molybdenum. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.78 and 1.26% by weight of molybdenum. In a preferred embodiment, the chromium steel according to the invention has between 0.98 and 1.05% by weight of molybdenum. As melting-related impurities are particularly preferred
  • impurities due to melting are all elements except carbon, nitrogen, silicon, manganese, sulfur, chromium, molybdenum, tungsten, nickel, vanadium, niobium, titanium, copper, rare earth metals, zirconium, boron, phosphorus, iron.
  • the sum of the impurities resulting from the melting in the chromium steel according to the invention is less than 0.1% by weight, in particular more preferably less than 0.05% by weight, and more preferably less than 0.02% by weight.
  • the chromium steel according to the invention contains between 10 and 30% by weight of iron, more preferably between 15 and 25% by weight of iron, particularly preferably between 19 and 22% by weight of iron.
  • the proportion K1 of vanadium (V) and tungsten (W) in the chromium steel according to the invention can be described by the following relationships:
  • K1 from 0.43 to 1.73, more preferably from 0.57 to 1.0.
  • the ratio (K2) of vanadium (V), niobium (Nb), titanium (Ti), carbon (C) and nitrogen (N) in the chromium steel according to the invention can be described by the following relationship:
  • this formula means, at sufficiently high levels, that the carbon is bound by specialty carbides.
  • K 2 is from 0.35 to 0.63, more preferably from 0.38 to 0.48.
  • the ratio (K3) of vanadium (V) and nitrogen (N) in the chromium steel according to the invention can be described by the following relationship:
  • K3 from 0.39 to 0.8, more preferably from 0.6 to 0.75.
  • the chromium steel according to the invention may in particular have a strength of> 1,500N / mm 2 .
  • the chromium steel according to the invention may, due to its special alloy shutdown when exposed to etching processes, have a reduced creasing or electrochemical anisotropy, the main direction of which is formed being influenced in particular by the rolling direction.
  • the combination of the properties of the invention According chromium steel is particularly advantageous for the life and quality of a steel foil.
  • the chrome steel according to the invention shows a more or less martensitic structure.
  • the steel foil according to the invention is produced from the chromium steel according to the invention, the steel foil preferably having a thickness of less than 0.8 mm, in particular less than 0.3 mm.
  • the steel foil according to the invention has an etching rate which is substantially independent of the direction, in particular measured in two directions which are different by 90 degrees.
  • This feature enables uniform fillet and / or punched fillets by chemical and / or electrochemical etch and thus a reduction in grooves which preferably form along the rolling direction and typically represent a point of departure for cracks. Furthermore, homogeneous edges with uniform fillets without grooves counteract embrittlement at the edges or perforations.
  • the steel foil according to the invention is therefore particularly suitable for perforated and / or perforated components.
  • the steel foil according to the invention is designed as a shear foil with preferably round or oval recesses or perforations. Also conceivable are more or less asymmetrical forms of the recesses.
  • the component has circular, oval or hexagonal holes, or else combinations of different hole patterns.
  • the steel foil is designed in particular as perforated foil and / or shearing foil and / or mesh foil and / or filter insert and / or separating sieve and / or filtration drum.
  • the corrosion and abrasion resistance is of particular advantage.
  • the steel foil forms a thin sheet, which may be constructed in particular of superimposed steel foils, which are preferably held together by welding or adhesive.
  • the wire according to the invention consists of the chromium steel according to the invention, be it from the chromium steel according to the invention in its embodiment with the least number of alloying elements, as described in claim 1, or be it from the chromium steel according to the invention in one of its preferred, in the dependent claims 1 to 4, or the description described embodiments.
  • the wire according to the invention under the formulation that the wire according to the invention "consists” of the chromium steel according to the invention, it is understood that the wire according to the invention over its entire extent, both in the radial direction from the longitudinal axis of the wire, as well as longitudinally along the longitudinal axis of the inventive
  • the area occupied by the core in a cross-section perpendicular to the longitudinal axis is greater than the area occupied by the other components of the wire surrounding the core in this cross-section.
  • the area occupied by the core in a cross section perpendicular to the longitudinal axis is at least 60%, more preferably at least 70%, most preferably at least 80%, most preferably at least 90%, most preferably at least 95% of the total area of the wire in this cross section.
  • at least the majority of the cross sections of the wire are formed the same along the longitudinal axis of the wire.
  • the diameter of the wire is ⁇ 10mm, more preferably ⁇ 6mm, most preferably ⁇ 4mm, most preferably ⁇ 3mm.
  • the rolling element according to the invention of a needle bearing consists of the chromium steel according to the invention.
  • the rolling element according to the invention can be made according to one aspect of the invention of a wire according to the invention, so that the above, given in the context of the wire according to the invention instructions for the interpretation of the term "exists" also apply to the rolling element according to the invention and allow, for example, that the rolling element consists exclusively of the chromium steel according to the invention, but also allow the rolling element has only one core of chromium steel according to the invention, which may be coated or coated in a preferred embodiment.
  • needle roller bearings In mechanical engineering, especially for gear and engine components so-called needle roller bearings are used.
  • needle bearing describes a particular embodiment of a bearing in which often cylindrical (possibly crowned) rolling elements are used. These rolling elements are often steel parts, which at low cross-sectional height or small diameter have a very high load capacity and depending on the application have a predetermined length.
  • the rolling elements of a needle bearing are often made in the prior art by a grinding and polishing treatment and must correspond to very narrow diameter tolerances.
  • a wire can be created with the alloy according to the invention, from the sections of which rolling elements for a needle bearing can be produced.
  • the wire section may also be adjusted to the exact final diameter after removal from the wire by an etching and / or electropolishing treatment, which offers a significant advantage over mechanical grinding and polishing treatment.
  • the method according to the invention for producing a steel foil according to the invention provides the following steps:
  • the inventive method for producing a shearing foil, a grid foil, a filter insert or a separating sieve provides that the method according to the invention for producing a steel foil is carried out and the thus produced
  • Steel foil is processed by punching or etching in a shaving foil, a grid foil, a filter insert or a separating sieve.
  • the inventive method for producing a wire which is suitable for producing a roller body of a needle bearing, provides the following steps:
  • the inventive method for producing a rolling element of a needle bearing provides that the above-described method for producing a wire is performed and the rolling elements by separating a piece of the wire whose length corresponds to the length of the rolling element to be produced, is made.
  • the piece (wire portion) separated from the wire is subsequently etched or subjected to an electropolishing treatment.
  • the section at the time of separation from the wire has a greater length than the length which has the rolling element to be produced, for example one to 20% longer in length, so that the section has a surplus of material that can be removed in a further processing step, which follows the separation, for example, the etching or electropolishing.
  • Table 1 which is copied in below, shows the composition of 8 chromium steels with the associated ratios K1, K2 and K3.
  • the chromium steels V4 to V8 have a composition according to the invention.
  • the chromium steels V1 to V3 are not according to the invention.
  • the comparative sample V1 is above the value for K1, whereas the samples V2 and V3 contain no vanadium and thus are below the ratio for the chromium steel according to the invention.
  • samples V1 and V3 are above and V2 below the range intended for the invention.
  • all comparative samples V1 to V3 have values below the range intended for the invention.
  • content denotes a content of ⁇ 0.1% by weight and "n.n.” an alloying constituent which may be present in an amount which was below the detection limit of the analyzers used to carry out the experiments.
  • the determination of the tensile strength R m was determined in a known manner using a sheet metal tensile testing machine.
  • FIG. 4 shows the principle of wear measurement in which the sample 1 to a
  • the electrochemical anisotropy was performed on sharp-edged, rectangular-cut sample strips to avoid the production of expensive perforations with expensive punching tools - as shown in Fig. 1 - to avoid.
  • the dimensions of the samples or sample strips were uniformly 60 ⁇ 20 mm.
  • the samples were cut so that the longitudinal side of the samples corresponded to the rolling direction.
  • Etching experiments were carried out in an electrolyte solution with phosphoric acid using an auxiliary electrode at a voltage of 30 volts DC.
  • an auxiliary electrode was connected to the negative terminal of the DC power source in an etching tank and the sample or the sample strip to be etched was connected to the positive pole and immersed in the electrolyte. After a short etching, hydrogen evolution occurred with simultaneous removal of the cut edges.
  • edge removal or the rounding of the edges was measured by means of a MicroCAD 3-D laser-optical test apparatus after an etching treatment of 2 minutes.
  • the edge radius or etching radius is obtained in microns, as an average of a 2mm long measurement line, as well as a 3-D image, which is exemplified in FIG.
  • the groove T has been found to be difficult to measure and is subject to significantly larger errors compared to the Ea value. T values are therefore not included in the list of results of Table 2.
  • the test specimens V1 to V3 show a roughness T in the range 15 ⁇ to 40 microns, the samples V4 to V8, however, lie between "not determinable" and about 5 microns ⁇ Wm ie from Table 2 shows the test samples of the invention only one very low and significantly improved electrochemical anisotropy with values close to 1, which is attributed to the steel composition according to the invention.
  • the above tables show that the electrochemical

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Abstract

Chromstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Verschleißfestigkeit bei verbesserter elektrochemischer Anisotropie und Bearbeitbarkeit bestehend aus 0,3 bis 10 0,55% Kohlenstoff, 0,04 bis 0,25% Stickstoff, 0,20 bis 0,90% Silizium, 0,30 bis 0,90% Mangan, bis 0,03% Schwefel, 15 bis 18% Chrom, 0,5 bis 2% Molybdän, 0,10 bis 0,40% Wolfram, 0,50 bis 1,00% Nickel, 0,10 bis 0,45% Vanadium, 0,01 bis 0,15% Niob, bis 0,05% Titan, 0,05 bis 0,50% Kupfer, bis 0,40% Seltene Erdmetalle, 0,005 bis 0,030% Aluminium, bis 0,15% Zirconium, bis 0,02% Bor und bis 0,035% Phosphor, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen. Der Chromstahl weist eine besondere Eignung, insbesondere für die Herstellung von Scherfolien oder Dünnblechen auf, im Besonderen für perforierte Folien, Gitterfolien, Filtereinsätze, Trennsiebe und Filtrationstrommeln.

Description

"Martensitischer Chromstahl, Stahlfolie, perforierte und/oder gelochte Komponente aus einer Stahlfolie, Draht, Wälzkörper eines Nadellagers,Verfahren zum Herstellen einer
Stahlfolie, eines Draht oder eines Wälzkörper eines Nadellagers"
Die Erfindung betrifft einen martensitischen Chromstahl, eine Stahlfolie, eine perforierte und/oder gelochte Komponente aus einer Stahlfolie, einen Draht, einen Wälzkörper eines Nadellagers, eine Verwendung eines Chromstahls, ein Verfahren zum Herstellen einer Stahlfolie und ein Verfahren zum Herstellen einer Scherfolie, Gitterfolie, eines Filtereinsatzes oder eines Trennsiebs und ein Verfahren zum Herstellen eines Draht, und eine Verfahren zum Herstellen eines Wälzkörper eines Nadellagers.
Unter einer Scherfolie versteht man eine gelochte und/oder perforierte Folie, welche in der Regel Teil eines elektrischen Gerätes ist, insbesondere in einem Rasierapparat zur Abtrennung von Haaren in möglichst kurzer Distanz zur Hautoberfläche. Die Scherfolie erlaubt vorzugsweise von der Hautoberfläche abstehende Haare einen Durchtritt durch die Lochung und eine anschließende Abtrennung der Haare durch Messer auf der anderen Seite der Scherfolie. Mittels einer Scherfolie wird somit eine räumliche Trennung von Messern und Hautoberfläche bzw. dessen Schutz realisiert. Derartige Scherfolien sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und werden insbesondere für Rasierapparate mit Exzenterantrieb oder rotierenden Messern eingesetzt. Eine Scherfolie mit zugeordnetem Rasierapparat ist beispielsweise in CH 538 335 A beschrieben.
Aus der DE 10 2004 051 629 A1 ist ein martensitischer Chromstahl bekannt, der eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine verbesserte Schweißbarkeit, vorzugsweise für das Punkt- oder Laserstrahlschweißen, aufweist.
Für perforierte Folien und daraus hergestellte Komponenten wie Scherblätter, Scherfolien, Filtereinsätze, Trennsiebe und Filtrationstrommeln, welche durch einen Stanz- und anschließenden Ätzvorgang zur Kantenverrundung hergestellt werden, zeigt dieser
Stahl jedoch Nachteile bei der Ätzbehandlung von geschnittenen oder gestanzten Kanten.
In der Praxis wird für die Herstellung von dünnen Scherblättern, Filtereinsätzen, Trenn- sieben oder Filtrationstrommeln zunächst aus einem korrosionsbeständigen Chromstahl ein Warmband erzeugt, welches nach mehreren Arbeitsschritten durch Kaltwal- zung zu einer Bandfolie mit einer Dicke <0,8mm verarbeitet wird. Ein Warmband bezeichnet typischerweise ein Stahlband, welches durch Warmwalzen hergestellt wird und stellt ein Zwischenprodukt der Stahlerzeugung dar.
Aus dieser Bandfolie wird in weiteren Arbeitsschritten in der Regel durch einen kombinierten Stanz- und Ätzvorgang eine gelochte Gitterfolie hergestellt, welche zugeschnitten, zu Einzelkomponenten gebogen und gegebenenfalls verschweißt bzw. weiter verarbeitet wird. Fig. 1 zeigt ein Foto eines Teils einer solchen Gitterfolie. Vorzugs- weise weisen Gitterfolien kreisrunde, ovale oder sechskantige Lochungen auf, aber auch Kombinationen verschiedener Lochmusterungen.
Von entscheidender Bedeutung für die weitere Funktionsweise und für die Lebensdauer der Gitterfolie ist insbesondere die Verrundung der Ausnehmungen, typischer- weise in Form von Lochungen. Signifikant ist, dass der Radius der Verrundung an allen
Stellen einer Lochung möglichst einheitlich bzw. homogen vorliegen soll, bei möglichst geringer Rilligkeit, was häufig nicht hinreichend gelingt.
Aus der Praxis ist bekannt, dass die Verrundung bei geätzten Lochungen oftmals stark von der Richtung abhängig ist, wobei sich auch Ätzrillen ausbilden können. Fig. 2 zeigt ein Foto eines Lochs in einer Gitterfolie nach Fig. 1 . Die von der Walzrichtung abhängige Rilligkeit ist ein Ergebnis einer elektrochemischen Anisotropie, die in Richtung A, A' stark ausgeprägt ist und quer dazu - in Richtung B, B' - nicht auftritt. Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung eines Bereichs des in Fig. 2 gezeigten Fotos. Die durch Ätzung ent- standene Rilligkeit kann Ausgangspunkt von Mikrorissen sein. Eine starke Rilligkeit kann auch zu einer verstärkten Wasserstoffversprödung führen. Diese Mängel sind oft der Ausgangspunkt von Rissen. Es ist auch bekannt, dass das Kaltwalzen die Stahloberfläche so verändert, dass anisotrope Eigenschaften auftreten. Dies bedeutet, dass bestimmte Eigenschaften in Walzrichtung anders ausgeprägt sind als quer dazu. Die Zusammensetzung der Stahllegierung hat auf die Anisotropie in der Regel einen sehr großen Einfluss. Bei dünnen Stanzteilen mit kleinen Ausnehmungen und/oder Lochungen kann sich eine Anisotropie in einer von der Walzrichtung abhängigen Ätzrate zeigen, was sich bei geätzten oder elektropolierten dünnen Gitterfolien besonders stark und ungünstig auswirken kann. Als„Ätzrate" wird dabei die Ätztiefe bzw. der Abtrag pro Zeiteinheit, also die Ätztiefe bzw. der Abtrag dividiert durch die zum Erreichen dieser Ätztiefe bzw. dieses Abtrags notwendige Zeit verstanden. Die Ursache dafür liegt in einer flächig ausgebildeten Walztextur und/oder Verfestigungszone, welche beim Kaltwalzen von Folien und dünnen Bändern wegen des zwangsläufig notwendigen hohen Walzendrucks zu gereckten Kristallen im Gefüge führt, welche dann eine von der Richtung abhängige elektrochemische Löslichkeit aufweisen. Grundsätzlich ist bekannt, dass Ätzraten von der Kristallorientierung abhängen können, was in der
Fachliteratur als„Effect of grain orientation on chemical etching" bezeichnet wird.
Diese von der Walzrichtung abhängige elektrochemische Löslichkeit oder richtungsabhängige chemische Ätzbarkeit wird nachfolgend als elektrochemische Anisotropie bezeichnet.
Bei glatten und ebenen Flächen ist eine elektrochemische Anisotropie oft kaum feststellbar, hingegen kann sie bei dünnen gelochten Folien im Bereich der Stanzkanten, insbesondere bei kleinen Lochabständen, verstärkt auftreten und kann dann auch Ausgangspunkt von Mikrorissen sein, die besonders dann auftreten können, wenn bei einem Ätzvorgang Wasserstoff gebildet wird, welcher zusätzlich eine Versprödung der Kanten bewirken kann. Besonders problematisch und nachteilig sind dicht gesetzte Lochungen oder Perforierungen, wenn der Lochabstand die doppelte Banddicke und damit die folgende Beziehung unterschreitet:
K= 2*D, wobei K den Lochabstand bezeichnet und D die Banddicke. Als „Lochabstand" wird dabei der kleinste Abstand vom Rand des einen Lochs zum Rand des benachbarten Lochs, also die Stärke des Stegs zwischen zwei Löchern, verstanden.
Der erzielbare Verrundungs- oder Kantenradius von geätzten oder elektropolierten Lochungen hängt auch von den Ätzbedingungen ab, wie z.B. von der Konzentration der verwendeten Säuren, der Ätztemperatur, der Dauer der Einwirkung und der Strom- stärke beim Elektropolieren. Diese Parameter werden allgemein auf das Ätzverhalten des Folienbandstahls abgestimmt. Sie können aber nicht die durch den Walzvorgang unter hohem Walzendruck entstehende elektrochemische Anisotropie ausgleichen oder gar beseitigen. In der Praxis kann sich die elektrochemische Anisotropie bei dünnen gelochten Folien so auswirken, dass an Lochungen oder Kanten durch das Elektropolieren oder Ätzen eine richtungsabhängige Rillenstruktur gebildet wird, welche in Querrichtung nicht vorhanden ist. Diese durch Ätzung oder durch einen Elektropo- liervorgang gebildete Rillenstruktur kann im Rillengrund typischerweise Ausgangspunkt von Rissen sein, weshalb sie vermieden werden soll. Von erheblichem Nachteil ist auch eine Wasserstoffaufnahme, die beim Ätzen auftreten kann und in Kombination mit einer Rillenstruktur die Rissbildung durch Versprödung fördert.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen korrosionsbeständigen, martensitischen Chromstahl mit einer hoher Verschleiß- und Abriebbestän- digkeit vorzuschlagen, welcher eine homogenere Ätzbarkeit, insbesondere eine geringe elektrochemische Anisotropie aufweist und für die Herstellung von Folienbandstahl mit einer Dicke <0,8mm oder eines Draht mit einer Dicke von <6mm besonders geeignet ist. Ferner soll eine Stahlfolie aus einem solchen Chromstahl, ein Draht, und ein Wälzkörper eines Nadellagers, bzw. eine Verwendung für einen solchen Chromstahl und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Stahlfolie und ein
Verfahren zum Herstellen einer Scherfolie, Gitterfolie, eines Filtereinsatzes oder eines Trennsiebs aus einer solchen Stahlfolie und ein Verfahren zum Herstellen eines Draht und ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzkörper eines Nadellagers vorgeschlagen werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Chromstahl gemäß der Ansprüche 1 , die Stahlfolie gemäß Anspruch 5, die Komponente gemäß Anspruch 9, den Draht oder den Wälzkörper gemäß Anspruch 10, die Verwendung gemäß Anspruch 12, das Verfahren zum Herstellen einer Stahlfolie nach Anspruch 13 und das Verfahren zum Herstellen einer Scherfolie, Gitterfolie, eines Filtereinsatzes oder eines Trennsiebs nach Anspruch
14 und das Verfahren zum Herstellen eines Draht gemäß Anspruch 15 und das Verfahren zum Herstellen eines Wälzkörpers eines Nadellagers gemäß Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hier nachfolgenden Beschreibung wiedergegeben.
Es wurde erkannt, dass die zuvor geschilderten Mängel auf die Werkstoffeigenschaft „elektrochemische Anisotropie" zurückzuführen ist. Diese intrinsische, dem Gitterfolienstahl eingeprägte Eigenschaft kann durch eine Variation der Ätz- oder Polierparameter nicht beseitigt werden. Zur Minimierung dieses Effektes, der derzeit noch unvollständig erforscht ist, verbleibt somit nur eine Anpassung der chemischen Zusammensetzung des Folienstahls. Diese Anpassung der Zusammensetzung hat aus derzeitiger Sicht derart zu erfolgen, dass eine elektrochemische Anisotropie möglichst klein gehalten werden soll bei einer gleichzeitig geringen Empfindlichkeit gegen eine Versprödung durch Wasserstoff.
Der erfindungsgemäße Chromstahl weist in seiner Ausführungsform mit der geringsten Anzahl von Legierungselementen die folgende Zusammensetzung auf:
0,3 bis 0,55 Gew.% Kohlenstoff (C)
0,04 bis 0,25 Gew.% Stickstoff (N) 0,20 bis 1 ,00 Gew.% Silizium (Si)
0,30 bis 1 ,00 Gew.% Mangan (Mn)
15 bis 18 Gew.% Chrom (Cr)
0,5 bis 2 Gew.% Molybdän (Mo)
0,10 bis 0,40 Gew.% Wolfram (Wo)
0,30 bis 1 ,00 Gew.% Nickel (Ni)
0,10 bis 0,45 Gew.% Vanadium (Va)
0,01 bis 0, 15 Gew.% Niob (Ni)
0,05 bis 0,50 Gew.% Kupfer (Cu)
0,005 bis 0,030 Gew.% Aluminium (AI)
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Chromstahl einzeln oder nebeneinander Schwefel, Titan, Seltene Erdmetalle, Zirconium, Bor und/oder Phosphor enthalten, wobei diese zusätzlichen Legierungselemente nicht in mehr als den nachstehend wiedergegebenen Mengen auftreten: bis 0,03 Gew.% Schwefel
bis 0,05 Gew.% Titan
bis 0,40 Gew.% Seltene Erdmetalle
bis 0, 15 Gew.% Zirconium
bis 0,02 Gew.% Bor
bis 0,035 Gew.% Phosphor.
Kohlenstoff (C) stabilisiert das kubisch raumzentrierte Kristallgitter und bildet mit karbidbildenden Elementen Karbidausscheidungen, wodurch die Härte und Abriebfestigkeit gesteigert werden kann. Da für die Abriebfestigkeit eine untere Grenze der Karbiddichte notwendig ist, wird erfindungsgemäß der untere Wert für Kohlenstoff mit 0,3% festgelegt. Da sich ferner ab 0,55% C grobkörnige Karbide bilden, welche auch zu einer örtlichen Cr-Verarmung führen können, soll dieser Wert nicht überschritten werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,35 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,40 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,41 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,42 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,48 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,35 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,40 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,41 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausfüh- rungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,42
Gew.% Kohlenstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,48 Gew.% Kohlenstoff auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,35 und 0,48Gew.% Kohlenstoff auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,40 und 0,42 Gew.% Kohlenstoff auf.
Stickstoff (N) ist ein Nitridbildner der, wie auch Kohlenstoff, das kubisch raumzentrierte Kristallgitter stabilisiert. Stickstoff wird erfindungsgemäß in geringer Konzentration verwendet und soll einerseits als Keimbildungselement wirken, andererseits soll es in der Matix auch gelöst verbleiben. Mit den Elementen Ti, V, Nb bildet Stickstoff Nitride und
Karbonitride, was bei geringer Konzentration dieser Elemente zu feinen vorteilhaften Ausscheidungen führt. Um eine elektrochemische Anisotropie klein zu halten, sollen Stickstoff und Kohlenstoff in der Stahlmatrix mit den Elementen V, Nb und Ti in einem abgestimmten Verhältnis vorhanden sein, was einerseits bei einem Zahlenwert von K2 zwischen 0,3 und 0,5 optimal gegeben ist, andererseits aber auch durch die Beziehungsformel K3 eingestellt wird. Eine besonders günstige Wirkung von Stickstoff zur Bildung von verschleißfesten Ausscheidungen ist in einem Bereich von 0,04 bis 0,25% gegeben. Ein N-Gehalt oberhalb von 0,25% sollte vermieden werden, da dies zu einer zu starken Stabilisierung des kubisch raumzentrierten Kristallgitters und zu uner- wünschten Ausscheidungen führt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,09 Gew.% Stickstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,14 Gew.% Stickstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,15 Gew.% Stickstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,20 Gew.% Stickstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,09 Gew.% Stickstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,14 Gew.% Stickstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,15 Gew.% Stickstoff auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,20 Gew.% Stickstoff auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfin- dungsgemäße Chromstahl zwischen 0,09 und 0,20 Gew.% Stickstoff auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,14 und 0,15 Gew.% Stickstoff auf.
Silizium (Si) ist in Gehalten von 0,2 bis 0,9% vorgesehen. Es dient bei der Stahlher- Stellung als Desoxidationsmittel zur Bindung von Sauerstoff. Da Silizium ein Ferritbildner ist, soll ein Gehalt von 0,9% nicht überschritten werden,
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,45 Gew.% Silizium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,52
Gew.% Silizium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,75 Gew.% Silizium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,86 Gew.% Silizium auf. In einer besonders bevorzugten Ausfüh- rungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,45
Gew.% Silizium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,52 Gew.% Silizium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,75 Gew.% Silizium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,86
Gew.% Silizium auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,45 und 0,86 Gew.% Silizium auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,52 und 0,75 Gew.% Silizium auf.
Nickel (Ni) ist ein Austenitbildner und stabilisiert das kubisch raumzentrierte Kristallgitter. Mit den Elementen Ti, Nb, V und AI - nachfolgend als Me bezeichnet - kann Ni Feinstausscheidungen vom Typ Ni3Me bilden, was für die Matrixhärte und Verschleißfestigkeit von Vorteil ist. Unterhalb von 0,1 % ist eine Wirksamkeit von Ni nicht nach- weisbar, weshalb dieser Wert als unterer Grenzwert anzusehen ist. Da oberhalb von
1 % Ni die Bildung von Martensit beeinflusst wird, soll dieser Wert nicht überschritten werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder mehr als 0,30 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,32 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,45 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,48 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausfüh- rungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,65 Gew.%
Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,30 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,32 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,45 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,48 Gew.% Nickel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,65 Gew.% Nickel auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfin- dungsgemäße Chromstahl zwischen 0,30 und 0,65 Gew.% Nickel auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,32 und 0,48 Gew.% Nickel auf.
Mangan (Mn) stabilisiert wie Ni das Austenitgefüge und verschiebt die Bildung von Martensit zu tieferen Temperaturen, weshalb eine Obergrenze von 0,9% nicht überschritten werden soll. Da Mn auch das Ausscheidungsverhalten von Feinausscheidungen in Kombination mit Cr und Ni beeinflusst, soll ein Gehalt von 0,3% nicht unterschritten werden. Mit Schwefel bildet Mn Sulfidausscheidungen, was die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert. Daher ein Gehalt oberhalb von 1 % ungünstig ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,42 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,45 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfin- dungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,58 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,68 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,72 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungs- gemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,42 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,45 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,58 Gew.% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfin- dungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,68 Gew% Mangan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,72 Gew.% Mangan auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,42 und 0,72 Gew.% Mangan auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,45 und 0,68 Gew.% Mangan auf. Schwefel (S) soll erfindungsgemäß in geringer Konzentration vorliegen und soll bis maximal 0,03% vorhanden sein. Bei höheren Gehalten kommt es zu verstärkten Ausscheidungen von Sulfiden, insbesondere zu Ausscheidungen mit Mn und Ti, wodurch die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert wird. Da SE-Elemente (SE = Seltene Erden) besonders stabile Sulfide und Oxisulfide bilden, kann Schwefel, wie auch
Sauerstoff, durch SE-Elemente vorteilhaft gebunden werden, was die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder mehr als 0,008 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,01 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,012 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder mehr als 0,015 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,02 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,008 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder weniger als 0,01 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,012 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,015 Gew.% Schwefel auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder weniger als 0,02 Gew.% Schwefel auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,008 und 0,02 Gew.% Schwefel auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,01 und 0,015 Gew.% Schwefel auf. Chrom (Cr) ist erfindungsgemäß in Gehalten von 15 bis 18% vorgesehen, um eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. In Gemeinschaft mit Mo verbessert es die Beständigkeit gegen Lochfraß in Anwesenheit von Chloridionen. Da Chrom mit Kohlenstoff Chromkarbide bildet, kommt es im Nahbereich von Karbidausscheidungen zu einer Verarmung an Chrom, weshalb eine untere Grenze von 15% nicht unter- schritten werden soll. Bei Cr-Gehalten oberhalb von 17% kann die Duktilität abnehmen, was die Stanzbarkeit verschlechtert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 15,72 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 16,85 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 17,06 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 17,20 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 17,34 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 15,72 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 16,85 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 17,06 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 17,20 Gew.% Chrom auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 17,34 Gew.% Chrom auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 15,72 und 17,34 Gew.% Chrom auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen
16,85 und 17,20 Gew.% Chrom auf.
Vanadin (V), Niob (Nb) und Titan (Ti) sind starke Karbid- und Nitridbildner und steigern die Abriebfestigkeit durch feine Ausscheidungen, was zu einer Verbesserung der Festigkeit der Matrix führt. Mit Ni können sie Ausscheidungen vom Typ Ni3Me bilden, was durch einen geringen Ni-Gehalt vermieden werden soll. Vanadin, Niob und Titan kann in Kombination mit Wolfram und Stickstoff die elektrochemische Anisotropie verbessern, was Vorteile bei Ätzbehandlungen bringt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,12 Gew.% Vanadium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,15 Gew.% Vanadium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,2 Gew.% Vanadium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,26 Gew.% Vanadium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,12 Gew.% Vanadium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,15 Gew.% Vanadium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,2 Gew.% Vanadium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,26 Gew.% Vanadium auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,12 und 0,26 Gew.% Vanadium auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,15 und 0,2 Gew.% Vanadium auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,01 Gew.% Niob auf. In einer besonders bevorzugten Aus- führungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,03
Gew.% Niob auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,05 Gew.% Niob auf. I n einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,08 Gew.% Niob auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,01 Gew.% Niob auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,03 Gew.% Niob auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,05 Gew.% Niob auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfin- dungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,08 Gew.% Niob auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,01 und 0,08 Gew.% Niob auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,03 und 0,05 Gew.% Niob auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,02 Gew.% Titan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,03 Gew.% Titan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,05 Gew.% Titan auf. In einer beson- ders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,02 Gew.% Titan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,03 Gew.% Titan auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,05 Gew.% Titan auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,02 und 0,05
Gew.% Titan auf.
Wolfram (W) verbessert die Verschleiß- und Abriebfestigkeit und verfestigt die Stahlmatrix. Wie Stickstoff reduziert dieses Element die elektrochemische Anisotropie. Da ein Gehalt von mehr als 0,5% beim Kaltwalzen zu Verfestigungsproblemen führen kann, soll dieser Wert nicht überschritten werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0, 15 Gew.% Wolfram auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,20 Gew.% Wolfram auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,21 Gew.% Wolfram auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,35 Gew.% Wolfram auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0, 15 Gew.% Wolfram auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,20 Gew.% Wolfram auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,21 Gew.% Wolfram auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,35 Gew.% Wolfram auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0, 15 und 0,35 Gew.% Wolfram auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,20 und 0,21 Gew.% Wolfram auf. Seltene Erdmetalle (SE) bewirken beim erfindungsgemäßen Stahl eine Verbesserung der Warmverformbarkeit, bei gleichzeitiger Bindung und Herabsetzung des Gehalts von Schwefel und Sauerstoff in der Stahlmatrix. Dies hat vorteilhafte Auswirkungen auf die Korrosionsbeständigkeit. Durch SE-Metalle wird ferner besonders vorteilhaft die Empfindlichkeit gegen atomaren Wasserstoff herabgesetzt, was für das Ätzverhalten günstig ist. So wurde gefunden, dass SE-Metalle beim Ätzen die Gefahr der Rissbildung herabsetzen, was darauf zurückgeführt wird, dass SE-Metalle atomaren Wasserstoff chemisch binden, wodurch eine Versprödung durch Wasserstoff vermieden werden kann. Dadurch kann eine bessere Ätzbarkeit, insbesondere Elektropolierbarkeit erreicht werden, was für Gitterfolien und für Dünnbleche besonders vorteilhaft ist. Als Legierungselemente werden vorzugsweise nicht die reinen Metalle der Seltenen Erdelemente verwendet, sondern sogenannte Mischlegierungen, welche auch als Mischmetall bezeichnet werden und häufig aus ca. 50% Cer, 30% Lanthan und als Rest aus anderen Elementen der 6. Periode des Periodischen Systems der Elemente bestehen. Eine günstige Wirkung tritt zwischen 0,1 und 0,4 Gew.% auf, wobei eine Wirkung unterhalb von 0,1 Gew.% möglich erscheint.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl in der Summe gleich oder weniger als 0,4 Gew.% seltene Erdmetalle (SE) auf. Somit soll folgende Beziehung gelten: Gew.% Scandium (SC) + Gew.%Ytrium (Y) + Gew.% Lan- than (La) + Gew.% Cer (Ce) + Gew.% Praseodym (Pr) + Gew.% Neodym (Nd) +
Gew.% Promethium (Pm) + Gew.% Samarium (Sm) + Gew.% Europium (Eu) + Gew.% Gadolinium (Gd) + Gew.% Terbium (Tb) + Gew.% Dysprosium (Dy) + Gew.% Holmium (Ho) + Gew.% Erbium /Er) + Gew.% Thulium (Tm) + Gew.% Ytterbium (Yb) + Gew.% Lutetium (Lu) < 0,4 Gew.%. Kupfer (Cu):
Kupfer, als relativ edleres Element im Vergleich zu Eisen, löst sich bei der Stahlherstellung in der Matrix. Bei 850°C liegt die Löslichkeit bei 1 ,4%. In Wechselwirkung mit Molybdän verbessert Cu die Beständigkeit gegenüber Säuren und verändert den Ablauf von Ätzreaktionen. Ein günstiger Konzentrationsbereich zur Erzielung einer gleichmäßigen und von der Richtung unabhängigen Ätzrate, also zur Vermeidung einer elektrochemischen Anisotropie beim Ätzen, hat sich ein Cu-Gehalt zwischen 0,05 und 0,5% Cu, insbesondere bevorzugt auch in Kombination mit anderen Elementen, als günstig erwiesen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,09 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,10 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,22 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,35 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,45 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,09 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,10 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,22 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,35 Gew.% Kupfer auf. In einer besonders bevor- zugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,45 Gew.% Kupfer auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,09 und 0,45 Gew.% Kupfer auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,01 und 0,35 Gew.% Kupfer auf.
Aluminium (AI):
Aluminium ist neben Silizium ein bekanntes Desoxidationsmittel, welches Sauerstoff im Stahl über die Bildung von Aluminiumoxid chemisch bindet. Da es diese Wirkung erfindungsgemäß gleichzeitig mit Silizium und Zirkonium ausübt, kann der Gehalt an Alumi- nium auf 0,03% begrenzt werden. Da AI auch Stickstoff unter Bildung von AIN binden würde, würde ein höherer AI-Gehalt zu unerwünschten Ausscheidungen führen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,006 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzug- ten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,008 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,01 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,02 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,025 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,006 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,008 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,01 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,02 Gew.% Aluminium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,025 Gew.% Aluminium auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,006 und 0,025 Gew.% Aluminium auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,008 und 0,02 Gew.% Aluminium auf.
Zirkonium (Zr):
Zirkonium wirkt als günstiges Desoxidationsmittel und bindet Sauerstoff, wodurch es vorteilhaft die Wirkung von Aluminium und Silizium verbessert. Da es gleichzeitig auch
Schwefel (S) bindet, bilden sich mit Schwefel Oxysulfide, welche eine vom S-Gehalt abhängige Zusammensetzung aufweisen können. Derartige Oxysulfide können im Übergang zur Stahlmatrix Korrosion auslösen, weshalb erfindungsgemäß der Gehalt an Schwefel auf < 0,03% eingestellt werden soll. In der Stahlmatrix gelöstes Zirkonium verbessert in Wechselwirkung mit Mo, Cu und SE-Elementen die Gleichmäßigkeit von
Ätzungen, was bereits mit einem Gehalt < 0,15% Zr gelingt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,05 Gew.% Zirkonium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,06
Gew.% Zirkonium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0, 12 Gew.% Zirkonium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,05 Gew.% Zirkonium auf. In einer besonders bevor- zugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,06 Gew.% Zirkonium auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0, 12 Gew.% Zirkonium auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,05 und 0, 12 Gew.% Zirkonium auf. Phosphor (P):
Phosphor erhöht die Festigkeit und erhöht in Kombination mit Kupfer und Molybdän die Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion, was für dünne Bleche und Folien vorteilhaft ist. Da P bei höheren Konzentrationen auch die Seigerungsneigung im Stahl nachteilig beeinflussen kann, soll ein oberer Wert von 0,035% nicht überschritten wer- den.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,015 Gew.% Phosphor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,018 Gew.% Phosphor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,02 Gew.% Phosphor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,03 Gew.% Phosphor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,015 Gew.% Phosphor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,018 Gew.% Phosphor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,02 Gew.% Phosphor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,03 Gew.% Phosphor auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,015 und 0,03 Gew.% Phosphor auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,018 und 0,02 Gew.% Phosphor auf. Bor (B):
Bor erhöht in geringer Konzentration die Festigkeit und bildet mit vielen Elementen feinst verteilte Ausscheidungen von Boriden. Bei höheren Gehalten bilden sich Ver- sprödungen, weshalb erfindungsgemäß ein oberer Grenzwert von 0,02% nicht überschritten werden soll.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,0005 Gew.% Bor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,0008 Gew.% Bor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfin- dungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,003 Gew.% Bor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,0005 Gew.% Bor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,0008 Gew.% Bor auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfin- dungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,003 Gew.% Bor auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen
0,0005 und 0,003 Gew.% Bor auf.
Molybdän (Mo):
Molybdän verbessert in Kombination mit Mn die Feinkornbildung und in Kombination mit Cr auch die Korrosionsbeständigkeit im Bereich der Korngrenzen. Erfindungsgemäß soll Mo bis 2% zulegiert werden, um diese Wirkung zu erzielen. Bei einem Gehalt < 0,5% ist keine Wirkung gegeben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder mehr als 0,78 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 0,98 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 1 ,02 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder mehr als 1 ,05 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder mehr als 1 ,26 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 0,78 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder weniger als 0,98 Gew% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 1 ,02 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl gleich oder weniger als 1 ,05 Gew.% Molybdän auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chrom- stahl gleich oder weniger als 1 ,26 Gew.% Molybdän auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,78 und 1 ,26 Gew.% Molybdän auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 0,98 und 1 ,05 Gew.% Molybdän auf. Als erschmelzungsbedingte Verunreinigungen werden insbesondere bevorzugt solche
Verunreinigungen verstanden, die sich im Herstellungsprozess der Legierung nicht vermeiden lassen, die sich beispielsweise durch Kontakt der Schmelze mit anderen, für die Herstellung benötigten Bauteile, wie beispielsweise Tiegeln oder Lanzen, ergeben oder die sich ergeben, weil einzelne Legierungsbestandteile, beispielsweise Eisen, nicht in 100%ige Reinheit verfügbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind erschmelzungsbedingte Verunreinigungen alle Elemente, außer Kohlenstoff, Stickstoff, Silizium, Mangan, Schwefel, Chrom, Molybdän, Wolfram, Nickel, Vanadium, Niob, Titan, Kupfer, Seltene Erdmetalle, Zirconium, Bor, Phosphor, Eisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Summe der in dem erfindungsgemäßen Chromstahl vorhandenen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen weniger als 0,1 Gew.%, ins- besondere bevorzugte weniger als 0,05 Gew.% und besonders bevorzugt weniger als 0,02 Gew.%.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Chromstahl zwischen 10 und 30 Gew.% Eisen, insbesondere bevorzugt zwischen 15 und 25 Gew.% Eisen, besonders bevorzugt zwischen 19 und 22 Gew. % Eisen.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt:
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ln einer bevorzugten Ausführungsform lässt sich der Anteil K1 von Vanadium (V) und Wolfram (W) in dem erfindungsgemäßen Chromstahl durch folgende Beziehungen beschreiben:
Gew.% V / Gew.% W = K1 mit K1 = 0,4 bis 2,0
Insbesondere bevorzugt ist K1 von 0,43 bis 1 ,73, besonders bevorzugt von 0,57 bis 1 ,0.
In einer bevorzugten Ausführungsform lässt sich das Verhältnis (K2) von Vanadium (V), Niob (Nb), Titan (Ti), Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) in dem erfindungsgemäßen Chromstahl durch folgende Beziehung beschreiben:
Gew.% (V+Nb+Ti) / Gew.% (C+N) = K2 mit K2 = 0,3 bis 0,8
Diese Formel bedeutet bei ausreichend hohen Werten metallurgisch, dass der Kohlenstoff durch Sonderkarbide gebunden wird.
Insbesondere bevorzugt ist K2 von 0,35 bis 0,63, besonders bevorzugt von 0,38 bis 0,48.
In einer bevorzugten Ausführungsform lässt sich das Verhältnis (K3) von Vanadium (V) und Stickstoff (N) in dem erfindungsgemäßen Chromstahl durch folgende Beziehung beschreiben:
Gew.% (3N+V) = K3 mit K3 = 0,30 bis 1 ,15
Insbesondere bevorzugt ist K3 von 0,39 bis 0,8, besonders bevorzugt von 0,6 bis 0,75.
Es wurde erkannt, dass die Nachteile bisheriger Chromstahllegierungen durch das Vorsehen von Kobalt, Molybdän, Kupfer sowie Kohlenstoff und Stickstoff in einer speziellen Abstimmung dieser Elemente erheblich vermindert werden können.
Der erfindungsgemäße Chromstahl kann insbesondere eine Festigkeit von >1.500N/mm2 aufweisen.
Der erfindungsgemäße Chromstahl kann aufgrund seiner speziellen Legierungsabstellung bei Einwirkung von Ätzverfahren eine verminderte Rilligkeit bzw. elektrochemische Anisotropie aufweisen, deren ausgebildete Hauptrichtung insbesondere durch die Walzrichtung beeinflusst wird. Die Kombination der Eigenschaften des erfindungsge- mäßen Chromstahls ist für die Lebensdauer und Güte einer Stahlfolie besonders vorteilhaft.
Der erfindungsgemäße Chromstahl zeigt ein mehr oder weniger martensitisches Gefüge.
Die erfindungsgemäße Stahlfolie ist aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl hergestellt, wobei die Stahlfolie vorzugsweise eine Dicke kleiner als 0,8 mm, im Besonderen kleiner als 0,3 mm aufweist.
Die erfindungsgemäße Stahlfolie weist eine weitgehend von der Richtung unabhängige Ätzrate auf, insbesondere gemessen in zwei um 90 Grad unterschiedlichen Richtungen. Diese Eigenschaft ermöglicht einheitliche Verrundungen bei Lochungen und/oder Ausstanzungen durch eine chemische und/oder elektrochemische Ätzung und somit eine Reduzierung von Rillen, welche sich vorzugsweise entlang der Walzrichtung ausbilden und typischerweise einen Ausgangspunkt für Risse darstellen. Ferner wirken homogene Kanten mit einheitlichen Verrundungen ohne Rillen einer Versprödung an den Kanten oder Lochungen entgegen.
Die erfindungsgemäße Stahlfolie ist daher besonders geeignet für perforierte und/oder gelochte Komponenten. Insbesondere bevorzugt ist die erfindungsgemäße Stahlfolie als Scherfolie ausgebildet mit vorzugsweise runden oder ovalen Ausnehmungen bzw. Lochungen. Denkbar sind ferner mehr oder weniger unsymmetrische Formen der Ausnehmungen. Vorzugsweise weist die Komponente kreisrunde, ovale oder sechskantige Lochungen auf, oder aber auch Kombinationen verschiedener Lochmusterungen.
In erfindungsgemäßen alternativen Ausführungsformen ist die Stahlfolie insbesondere als perforierte Folie und/oder Scherfolie und/oder Gitterfolie und/oder Filtereinsatz und/oder Trennsieb und/oder Filtrationstrommel ausgebildet. Bei diesen Anwendungen ist die Korrosions- und Abriebbeständigkeit von besonderem Vorteil.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bildet die Stahlfolie ein Dünnblech, welches im Besonderen aus übereinanderliegenden Stahlfolien aufgebaut sein kann, welche vorzugsweise schweißend oder klebend zusammen gehalten werden.
Es wurde ferner erkannt, dass die zuvor beschriebenen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Chromstahl auch bei einem Draht, insbesondere bei einem Draht, der zur Herstellung eines Wälzkörpers eines Nadellagers verwendet wird, Vorteile bietet. Der erfindungsgemäße Draht besteht aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl, sei es aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl in seiner Ausführungsform mit der geringsten Anzahl von Legierungselementen, wie sie im Anspruch 1 beschrieben wird, oder sei es aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl in einer seiner bevorzugten, in den Unteransprüchen 1 bis 4, bzw. der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen.
Unter der Formulierung, dass der erfindungsgemäße Draht aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl „besteht", wird zum einen verstanden, dass der erfindungsgemäße Draht über seine gesamte Erstreckung, sowohl in radialer Richtung von der Längsachse des Drahts, wie auch in Längsrichtung entlang der Längsachse aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl besteht und der Draht insbesondere bevorzugt an keiner Stelle ein anderes Material aufweist. Unter der Formulierung, dass der erfindungsgemäße Draht aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl„besteht", wird zum anderen aber auch verstanden, dass der Draht einen Kern hat, der das innerste Elemente des Drahts bildet und durch den vorzugsweise die Längsachse des Drahts verläuft, wobei der Kern sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Drahts erstreckt, wobei die Formulierung, dass der erfindungsgemäße Draht aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl„besteht", aber auch zulassen soll, dass dieser Kern mit einem Mantel oder einem Bezug aus einem anderen Material umgeben, bzw. beschichtet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fläche, die der Kern in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse einnimmt, größer als die Fläche, die die sonstigen, den Kern umgebenden Bestandteile des Drahts in diesem Querschnitt einnehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Fläche, die der Kern in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse einnimmt, mindestens 60%, insbesondere bevorzugt mindestens 70%, insbesondere bevorzugt mindestens 80%, insbesondere bevorzugt mindestens 90%, insbesondere bevorzugt mindestens 95% der Gesamtfläche des Draht in diesem Querschnitt ein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die Mehrzahl der Querschnitte des Drahts entlang der Längsachse des Drahts gleich ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser des Draht <10mm, insbesondere bevorzugt <6mm, insbesondere bevorzugt <4mm, insbesondere bevorzugt <3mm.
Der erfindungsgemäße Wälzkörper eines Nadellagers besteht aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl.
Der erfindungsgemäße Wälzkörper kann gemäß einem Aspekt der Erfindung aus einem erfindungsgemäßen Draht hergestellt sein, so dass die vorstehenden, im Kontext des erfindungsgemäßen Draht gegebenen Hinweise zur Auslegung des Begriffs „besteht" auch für den erfindungsgemäßen Wälzkörper gelten und beispielsweise zulassen, dass der Wälzkörper ausschließlich aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl besteht, aber auch zulassen, dass der Wälzkörper nur einen Kern aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl aufweist, der in einer bevorzugten Ausführungsform ummantelt oder beschichtet sein kann.
Im Maschinenbau, insbesondere für Getriebe- und Motorenkomponenten werden sogenannte Nadellager verwendet. Der Begriff Nadellager beschreibt eine besondere Ausführungsform eines Lagers, bei welchem häufig zylindrische (ggf. auch ballige) Wälzkörper verwendet werden. Diese Wälzkörper sind häufig Stahlteile, welche bei geringer Querschnittshöhe oder geringem Durchmesser eine sehr hohe Tragfähigkeit haben und je nach Anwendung eine vorbestimmte Länge aufweisen.
Die Wälzkörper eines Nadellager werden im Stand der Technik häufig durch eine Schleif- und Polierbehandlung hergestellt und müssen sehr engen Durchmessertoleranzen entsprechen.
Es wurde nun im Kontext der Erfindung erkannt, dass mit der erfindungsgemäßen Legierung ein Draht geschaffen werden kann, aus dessen Abschnitten Wälzkörper für ein Nadellager hergestellt werden können. Der Drahtabschnitt kann nach dem Abtrennen vom Draht ferner durch eine Ätz- und/oder Elektropolierbehandlung auf den genauen Enddurchmesser eingestellt werden, was gegenüber einer mechanischen Schleif- und Polierbehandlung einen erheblichen Vorteil bietet.
Es wurde erkannt, dass die vorstehend im Kontext der ebenen Oberfläche, der gestanzten Flächen und Kanten beschriebenen Vorzüge des erfindungsgemäßen Chromstahls, insbesondere hinsichtlich der isotropen Ätzbarkeit, auch für Zylinderflächen von Drahtabschnitten sowie für die beim Trennen oder Abschneiden gebildeten Kanten und Trennfläche gleichartige Vorteile bieten. Dadurch kann auch die Beibehaltung der Rundheit durch und nach der Ätzung oder Elektropolierbehandlung von Drahtabschnitten gesichert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Stahlfolie sieht die folgenden Schritte vor:
• Herstellung eines Warmbandes aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl.
• Herstellung eines Kaltbandes durch mehrfaches Walzen des Warmbandes bis zu einer Dicke <0,8mm, insbesondere < 0,3 mm.
• Durchführung einer Wärmebehandlung, bei der das Kaltband in einen Durchlaufofen unter Schutzgas aus Wasserstoff und/oder Argon in einem ersten Ofenabschnitt auf eine Temperatur T1 zwischen 600°C und 680°C erwärmt und für eine Einwirkungsdauer zwischen 2 und 3,5 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wird, wobei das Kaltband danach in einem zweiten Ofenabschnitt auf eine Temperatur zwischen 1 .030°C und 1 .080°C erhitzt und mit einer Einwirkungsdauer zwischen 3 und 7 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wird.
• Abkühlung des Kaltbands auf Raumtemperatur unter Verwendung eines Abschreckmittels wie beispielsweise Öl oder Wasser. · Erwärmung und Entspannung des Kaltbands in einem Anlassofen bei einer
Temperatur zwischen 320°C und 400°C zum Bilden der Stahlfolie.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Scherfolie, einer Gitterfolie, eines Filtereinsatzes oder eines Trennsiebs, sieht vor, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Stahlfolie durchgeführt wird und die so hergestellte
Stahlfolie durch Stanzung oder Ätzung in eine Scherfolie, eine Gitterfolie, einen Filtereinsatz oder ein Trennsieb verarbeitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Draht, der zur Herstellung eines Wälzkörpers eines Nadellagers geeignet ist, sieht die folgenden Schritte vor:
• Herstellung eines Zwischenprodukts aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl;
• Weiterbearbeitung des Zwischenprodukts zu einem Draht durch mehrfaches Walzen und/oder Ziehen des Zwichenprodukts bis auf einen Durchmesser von <6mm, insbesondere < 3mm;
· Durchführung einer Wärmebehandlung, bei der der Draht in einen Durchlaufofen unter Schutzgas aus Wasserstoff und/oder Argon in einem ersten Ofenabschnitt auf eine Temperatur T1 zwischen 600°C und 680°C erwärmt und für eine Einwirkungsdauer zwischen 2 und 3,5 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wird, wobei der Draht danach in einem zweiten Ofenabschnitt auf eine Temperatur zwischen 1.030°C und 1 .080°C erhitzt und mit einer Einwirkungsdauer zwischen 3 und 7 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wird;
• Abkühlung des Draht auf Raumtemperatur unter Verwendung eines Abschreckmittels wie beispielsweise Öl oder Wasser und
• Erwärmung und Entspannung des Draht in einem Anlassofen bei einer Temperatur zwischen 320°C und 400°C zum Bilden der Stahlfolie.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Wälzkörpers eines Nadellagers sieht vor, dass das vorbeschriebene Verfahren zum Herstellen eines Draht durchgeführt wird und der Wälzkörper durch Abtrennen eines Stücks des Drahts, dessen Länge der Länge des herzustellenden Wälzkörpers entspricht, hergestellt wird. ln einer bevorzugten Ausführungsform wird das vom Draht abgetrennte Stück (der Drahtabschnitt) anschließend geätzt oder einer Elektropolierbehandlung unterzogen.
Unter der Formulierung, dass die Länge des Abschnitts „der Länge des herzustellenden Wälzkörpers entspricht" wird auch verstanden, dass der Abschnitt im Zeitpunkt des Abtrennens von dem Draht eine größere Länger aufweist, als die Länge, die der herzustellenden Wälzkörper hat, beispielsweise eine um bis zu 20% längere Länge, damit der Abschnitt einen Materialüberschuss hat, der bei einem weitere Bearbeitungsschritt, der dem Abtrennen folgt, beispielsweise dem Ätzen oder Elektropolieren, abgetragen werden kann.
Es wurden die folgenden Versuche durchgeführt:
Die nachstehend einkopierte Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung von 8 Chromstählen auf mit den zugeordneten Verhältniszahlen K1 , K2 und K3. Dabei weisen die Chromstähle V4 bis V8 eine erfindungsgemäße Zusammensetzung auf. Die Chromstähle V1 bis V3 sind nicht erfindungsgemäß. Die Vergleichsprobe V1 liegt über dem Wert für K1 , wohingegen die Proben V2 und V3 kein Vanadium enthalten und somit unterhalb der Verhältniszahl für den erfindungsgemäßen Chromstahl liegen. Für die Verhältniszahl K2 liegen die Proben V1 und V3 oberhalb und V2 unterhalb des für die Erfindung vorgesehenen Bereichs. Bezüglich der Verhältniszahl K3 weisen alle Vergleichsproben V1 bis V3 Werte unterhalb des für die Erfindung vorgesehenen Bereichs auf.
Tabelle 1
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In der vorgenannten Tabelle wird mit„Spuren" ein Gehalt von <0,1 Gew.% bezeichnet und mit„n.n." ein Legierungsbestandteil, der in einer Menge vorhanden sein kann bzw. ist, der unter der Nachweisgrenze der für die Durchführung der Versuche eingesetzten Analysegeräte lag.
Diese Versuchslegierungen V1 bis V8 wurden in einer Menge von ca. 300kg im Labormaßstab mit einem Mittelfrequenzofen unter Schutzgas geschmolzen, in eine längliche Kokille abgegossen, bei 1 .200°C für 60 Minuten unter Schutzgas ausgelagert, an Luft rasch abgekühlt und anschließend vom Zunder befreit. Aus diesem Material wurden Stäbe geschmiedet und zu 2mm dicke Bandstreifen ausgewalzt. Diese Bandstreifen mit der Bezeichnung V1 bis V8 wurden zugeschnitten und durch Schweißung in ein Stahlband aus dem Werkstoff 1 .4122 eingefügt. Dieses Verbund-Stahlband wurde anschließend zur Erweichung der Schweißnähte geglüht und zu einem 0,18mm dicken Band ausgewalzt. Dadurch wurde sichergestellt, dass alle Versuchsproben einheitlich gleiche Vorbehandlungen hatten.
Aus diesem Verbund-Stahlband wurden Blechstreifen oder Proben für Versuche zur Wärmebehandlung sowie daran anschließender Untersuchungen gemäß der nachstehend einkopierten Tabelle 2 entnommen bzw. ausgeschnitten.
Tabelle 2
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Versuche zur Wärmebehandlung wurden in einem Rohrofen unter H2/Ar-Schutzgas durchgeführt. Dazu wurden die Proben in einer Vorwärmzone des Rohrofens auf zunächst 600°C vorgewärmt und für die Dauer von 4 Minuten auf dieser Temperatur belassen. Danach wurden die Proben auf 1 .035°C erhitzt und für 3 Minuten geglüht. Die Proben wurden danach dem Ofen entnommen, in einer Küvette rasch unter Druck verzugsfrei abgekühlt und bei 290°C für 35 Minuten angelassen und entspannt. Die
Probenstreifen wurden anschließend zur Ermittlung der Kenndaten gemäß Tabelle 2 verwendet.
Die Bestimmung der Zugfestigkeit Rm wurde unter Verwendung einer Zugprüfmaschine für Blechstreifen auf bekannte Weise bestimmt.
Die Bestimmung der Abriebfestigkeit wurde mit Blechproben in der Abmessung 40x60mm mit einer Masse von 3,4 Gramm durchgeführt. Fig. 4 zeigt das Prinzip der Verschleißmessung bei welcher die Probe 1 auf einen
Drehteller 4 zunächst magnetisch fixiert wird. Danach wird der Drehteller in Rotation gebracht, mit einer wässrigen Suspension beaufschlagt und mit einer festgehaltenen Hartmetallkugel 3 belastet. Bei einer Rotation des Probentellers von 40 Umdrehungen/Minute wurden die Proben für 15 Minuten einem Reibverschleiß ausgesetzt, wodurch sich unter der Hartmetallkugel 3 eine Verschleißspur 2 mit Materialabtrag bil- dete. Durch ein seitliches Verschieben des Drehtellers wurden mit jeder Probe drei gleichartige Verschleißspuren erzeugt. Der entstandene Abrieb oder Materialabtrag wurde jeweils durch eine Gewichtsbestimmung (mg Abrieb) ermittelt. Als Kennzahl für den Abriebverschleiß wurde der Wert„%Abrieb" entsprechend der Formel: % Abrieb = 100 x Abrieb (in mg) /Ausgangs-Probengewicht (in mg) berechnet und in Tabelle 2 eingetragen.
Die elektrochemische Anisotropie wurde an scharfkantig, rechtwinkelig geschnittenen Probenstreifen durchgeführt, um die Herstellung von aufwendigen Lochungen mit teuren Stanzwerkzeugen - wie in Fig. 1 dargestellt - zu vermeiden. Die Abmessung der Proben, bzw. Probenstreifen betrug einheitlich 60 x 20mm. Die Proben wurden so zugeschnitten, dass die Längsseite der Proben der Walzrichtung entsprach. Ätzversuche wurden in eine Elektrolytlösung mit Phosphorsäure unter Verwendung einer Hilfselektrode bei einer Spannung von 30 Volt Gleichstrom durchgeführt. Dazu wurde in einem Ätzbehälter eine Hilfselektrode mit dem Minuspol der Gleichstromquelle verbunden und die zu ätzende Probe bzw. der Probenstreifen, mit dem Pluspol verbunden und in den Elektrolyten eingetaucht. Dabei kam es bereits nach kurzer Ätzung zu einer Wasserstoffentwicklung bei gleichzeitigem Abtrag der Schnittkanten. Dieser Kantenab- trag bzw. die Abrundung der Kanten wurde nach einer Ätzbehandlung von 2 Minuten messtechnisch unter Verwendung einer laser-optischen 3-D-Prüfvorrichtung vom Typ MicroCAD vermessen. Als Ergebnis wird der Kantenradius oder Ätzradius in Mikrometer, als Mittelwert einer 2mm langen Messlinie, wie auch ein 3-D-Bild erhalten, welches beispielhaft in Fig. 5 gezeigt ist.
In Tabelle 2 ist der Ätzradius in μm in Längs- und Querrichtung eingetragen. Der Quotient aus beiden Werten ergibt den Faktor Ea für die elektrochemische Anisotropie. Für den Fall, dass keine elektrochemische Anisotropie auftritt, nimmt der Faktor Ea den Wert 1 an.
Die Rilligkeit T, wie in der Fig. 3 dargestellt, hat sich als schwer messbar herausgestellt und ist im Vergleich zum Ea-Wert mit deutlich größeren Fehlern behaftet. T-Werte sind deshalb in der Liste der Ergebnisse der Tabelle 2 nicht angeführt. Die Versuchsproben V1 bis V3 zeigen eine Rilligkeit T im Bereich 15μηι bis 40 μm, die Proben V4 bis V8 lie- gen hingegen zwischen „nicht bestimmbar" und ca. 5 μm μ Wm ie aus der Tabelle 2 hervorgeht, zeigen die erfindungsgemäßen Versuchsproben eine nur sehr geringe und deutlich verbesserte elektrochemische Anisotropie mit Werten, die nahe bei 1 liegen, was auf die erfindungsgemäße Stahlzusammensetzung zurückgeführt wird. Zusammenfassend zeigen die vorstehenden Tabellen, dass die elektrochemische
Anisotropie, welche von entscheidender Bedeutung für die Güte von elektrochemisch verrundeten Stanz- oder Schneidkanten und wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, mit Ea=0,65 ihren unvorteilhaftesten Wert bei der Probe V2 aufweist. Diese Probe zeichnet sich dadurch aus, dass sie kein Wolfram, kein Vanadium, kein Titan und lediglich geringe Mengen an Niob enthält. Damit aber wird der Formelwert K2 sehr klein, was metallurgisch bedeutet, dass der Kohlenstoff nicht durch Sonderkarbide gebunden wird. Durch Molybdän wird zwar der Abriebverschleiß verbessert, aber nicht die elektrochemische Anisotropie. Auch die Proben V1 und V3 zeigen schlechte Werte hinsichtlich der elektrochemischen
Anisotropie. Auch bei diesen Proben liegt der Wert von K2 deutlich außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs. Da bei beiden Proben der Formelwert K3 zu niedrig liegt, kann daraus gefolgert werden, dass die Elemente N, V, Nb und Ti, wie sie durch die Formelbeziehungen K2 und K3 und deren Grenzen beschrieben werden, für eine Verbesserung der elektrochemischen Anisotropie wichtige Legierungselemente sind.
Dies kann auch aus den guten Ergebnissen der Proben V4 bis V8 geschlossen werden, wobei die Probe V7 mit Ea= 0,99 den besten Wert erzielt hat. Damit verdichtet sich die Annahme, dass Feinausscheidungen in der Stahlmatrix für Verbesserungen der elektrochemischen Anisotropie wichtig sind. Demzufolge ist eine Abstimmung von Kohlenstoff und Stickstoff im Verhältnis zu den karbid- und karbonitridbildenden Elementen W, V, Nb und Ti entscheidend. Diese Abstimmungen werden durch die Grenzgehalte und den Formelbeziehungen K1 , K2 und K3 beschrieben. Ein vorteilhafter Nebeneffekt von Feinausscheidungen in der Stahlmatrix zeigt sich auch im Abriebverschleiß und in der Zugfestigkeit für die Proben V4 bis V8, aus welchen hervorgeht, dass Feinausscheidungen in der Matrix die Festigkeit anheben und den Abriebverschleiß verringern.

Claims

Patentansprüche: 1 . Martensitischer Chromstahl bestehend aus
0,3 bis 0,55 Gew.% Kohlenstoff (C)
0,04 bis 0,25 Gew.% Stickstoff (N)
0,20 bis 1 ,00 Gew.% Silizium (Si)
0,30 bis 1 ,00 Gew.% Mangan (Mn)
bis 0,03 Gew.% Schwefel (S)
15 bis 18 Gew.% Chrom (Cr)
0,5 bis 2 Gew.% Molybdän (Mo)
0,10 bis 0,40 Gew.% Wolfram (W)
0,30 bis 1 ,00 Gew.% Nickel (Ni)
0,10 bis 0,45 Gew.% Vanadium (V)
0,01 bis 0,15 Gew.% Niob (Nb)
bis 0,05 Gew.% Titan (Ti)
0,05 bis 0,50 Gew.% Kupfer (Cu)
bis 0,40 Gew.% Seltene Erdmetalle (SE)
0,005 bis 0,030 Gew.% Aluminium (AI)
bis 0,15 Gew.% Zirconium (Zr)
bis 0,02 Gew.% Bor (B)
bis 0,035 Gew.% Phosphor (P)
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen 2. Chromstahl nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verhältnis (K1 ) von Vanadium (V) und Wolfram (W) durch folgende Beziehung beschreiben lässt:
Gew.%V / Gew.%W = K1 mit K1 = 0,4 bis 2,0 3. Chromstahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verhältnis
(K2) von Vanadium (V), Niob (Nb), Titan (Ti), Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) durch folgende Beziehung beschreiben lässt:
Gew.% (V+Nb+Ti) / Gew.% (C+N) = K2 mit K2 = 0,
3 bis 0,8
4. Chromstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verhältnis (K3) von Vanadium (V) und Stickstoff (N) durch folgende Beziehung beschreiben lässt:
Gew.% (3N+V) = K3 mit K3 = 0,30 bis 1 ,15
5. Stahlfolie aus einem Chromstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere mit einer Dicke <0,8mm, vorzugsweise <0,3mm.
6. Stahlfolie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfolie eine im Wesentlichen von der Richtung unabhängige Ätzrate aufweist, insbesondere gemessen in zwei um 90 Grad unterschiedlichen Richtungen.
7. Stahlfolie nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfolie eine Zugfestigkeit von mehr als 1 .500 N/mm2 aufweist.
8. Stahlfolie nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfolie ein Dünnblech bildet.
9. Perforierte und/oder gelochte Komponente aus einer Stahlfolie nach einem der Ansprüche 5 bis 8, insbesondere perforierte Folie und/oder Scherfolie und/oder
Gitterfolie und/oder Filtereinsatz und/oder Trennsieb und/oder Filtrationstrommel aus einer Stahlfolie nach einem der Ansprüche 5 bis 8.
10. Draht oder Wälzkörper eines Nadellagers aus einem Chromstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
1 1 . Wälzkörper eines Nadellagers, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper aus einem Draht nach Anspruch 10 hergestellt ist.
12. Verwendung eines Chromstahls nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Herstellen einer Stahlfolie nach einem der Ansprüche 5 bis 8 oder zur Herstellung eines Draht oder Wälzkörper eines Nadellagers nach Anspruch 10.
13. Verfahren zum Herstellen einer Stahlfolie nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch die Schritte:
• Herstellung eines Warmbandes aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl;
• Herstellung eines Kaltbandes durch mehrfaches Walzen des Warmbandes bis zu einer Dicke <0,8mm, insbesondere <0,3mm;
• Durchführung einer Wärmebehandlung, bei der das Kaltband in einen Durchlaufofen unter Schutzgas aus Wasserstoff und/oder Argon in einem ersten Ofenabschnitt auf eine Temperatur T-i zwischen 600°C und 680°C erwärmt und für eine Einwirkungsdauer zwischen 2 und 3,5 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wird, wobei das Kaltband danach in einem zweiten Ofenabschnitt auf eine Temperatur zwischen 1 .030°C und 1 .080°C erhitzt und mit einer Einwirkungsdauer zwischen 3 und 7 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wird;
Abkühlung des Kaltbands auf Raumtemperatur unter Verwendung eines Abschreckmittels wie beispielsweise Öl oder Wasser und
Erwärmung und Entspannung des Kaltbands in einem Anlassofen bei einer Temperatur zwischen 320°C und 400°C zum Bilden der Stahlfolie.
14. Verfahren zum Herstellen einer Scherfolie, einer Gitterfolie, eines Filtereinsatzes oder eines Trennsiebs, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Herstellen einer Stahlfolie nach Anspruch 13 durchgeführt wird und die so hergestellte Stahlfolie durch Stanzung oder Ätzung in eine Scherfolie, eine Gitterfolie, einen Filtereinsatz oder ein Trennsieb verarbeitet wird.
15. Verfahren zum Herstellen eines Draht, der zur Herstellung eines Wälzkörpers eines Nadellagers geeignet ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
• Herstellung eines Zwischenprodukt aus dem erfindungsgemäßen Chromstahl;
• Weiterbearbeitung des Zwischenprodukt zu einem Draht durch mehrfaches Walzen und/oder Ziehen des Zwischenprodukts bis auf einen Durchmesser von <6mm, insbesondere < 3mm;
• Durchführung einer Wärmebehandlung, bei der der Draht in einen Durchlaufofen unter Schutzgas aus Wasserstoff und/oder Argon in einem ersten Ofenabschnitt auf eine Temperatur T1 zwischen 600°C und 680°C erwärmt und für eine Einwirkungsdauer zwischen 2 und 3,5 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wird, wobei der Draht danach in einem zweiten Ofenabschnitt auf eine Temperatur zwischen 1 .030°C und 1 .080°C erhitzt und mit einer Einwirkungsdauer zwischen 3 und 7 Minuten auf dieser
Temperatur gehalten wird;
• Abkühlung des Draht auf Raumtemperatur unter Verwendung eines Abschreckmittels wie beispielsweise Öl oder Wasser und
• Erwärmung und Entspannung des Draht in einem Anlassofen bei einer Temperatur zwischen 320°C und 400°C zum Bilden der Stahlfolie.
16. Verfahren zum Herstellen eines Wälzkörpers eines Nadellagers, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Herstellen eines Draht nach Anspruch 15 durchgeführt wird und der Wälzkörper durch Abtrennen eines Stücks des Drahts, dessen Länge der Länge des herzustellenden Wälzkörpers entspricht, hergestellt wird.
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