DE10103290A1 - Stahl und Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes - Google Patents
Stahl und Verfahren zur Herstellung eines ZwischenproduktesInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stahl für insbesondere korrosionsbeanspruchte Werkzeuge, welcher folgende Zusammensetzung aufweist (in Ma.-%): C: mindestens 0,02 und höchstens 0,12% Si: höchstens 1,5%, Mn: mehr als 1,0-2,50%, P: höchstens 0,035%, S: mindestens 0,04% und weniger als 0,15%, Cr: mehr als 8,0% und weniger als 12%, Mo: mehr als 0,0% und höchstens 0,20%, V: mehr als 0,0% und höchstens 0,25%, Nb: mehr als 0,1% und höchstens 0,5%, N: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%, Ni: höchstens 0,5%, B: höchstens 0,005%, Cu: höchstens 0,3%, Al: höchstens 0,035%, Sn: höchstens 0,035%, As: höchstens 0,02%, mindestens eines der Elemente Ca, Mg oder Ce, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen mindestens 0,0002% und höchstens 0,015% beträgt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Description
Für die Herstellung von Werkzeugen, die im praktischen
Einsatz korrosiven Medien ausgesetzt sind und an die
gleichzeitig hohe Anforderungen an ihre Härte gestellt
werden, werden martensitische, korrosionsbeständige
Werkzeugstähle verwendet.
Spanende Fertigungsverfahren sind ein wesentlicher
Bestandteil der industriellen Produktionstechnologie und
ein Hauptkostenträger bei der Herstellung von Werkzeugen
für die Kunststoffverarbeitung. Die wirtschaftliche
Verwendbarkeit von Stählen der eingangs genannten Art
hängt daher wesentlich von ihrer Zerspanbarkeit und ihrer
Korrosionsbeständigkeit ab, welche wiederum entscheidend
durch den Chromgehalt der Stähle beeinflußt wird. Unter
dem Begriff "Zerspanbarkeit" wird in diesem Zusammenhang
die Eigenschaft eines Werkstoffes verstanden, sich unter
bestimmten Bedingungen spanend bearbeiten zu lassen.
Besondere Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit
von Werkzeugen, die aus Stählen der voranstehend
erwähnten Art hergestellt sind, ergeben sich im Bereich
der kunststoffverarbeitenden Industrie. So führen
Kontakte mit den dort eingesetzten Kühl- und
Reinigungsmitteln, der Umgebungsatmosphäre sowie mit den
verarbeiteten Kunststoffen selbst in vielen Fällen zu
einer korrosiven Beanspruchung des jeweiligen Werkzeugs.
Ein rostfreier martensitischer Stahl mit guter
Bearbeitbarkeit ist aus der EP 0 721 513 B1 bekannt. Der
bekannte Stahl enthält 10 bis 14 Mass.-% Chrom. Zur
Verbesserung seiner Zerspanbarkeit weist er zudem
mindestens 0,15% Schwefel und 1,0 bis 3,5% Kupfer auf.
Die Zugabe von Kupfer hat zusätzlich einen positiven
Einfluß auf die Härte der Legierung.
Neben dem in der erwähnten Europäischen Patentschrift
beschriebenen Stahl ist eine Vielzahl chromlegierter,
korrosionsbeständiger Stähle bekannt, deren Chromgehalt
zwischen 11,0 und 17,0 Mass.-% liegt. Es sind dies
beispielsweise die mit den Werkstoffnummern 1.2080,
1.2082, 1.2083, 1.2085, 1.2201, 1.2314, 1.2316, 1.2319,
1.2361, 1.2376, 1.2378, 1.2379, 1.2380, 1.2436, 1.2601 in
der StahlEisen-Liste bezeichneten Stähle. Regelmäßig sind
diese Stähle mit Kohlenstoff, Silizium und Mangan
legiert. Wahlweise enthalten sie außerdem Carbidbildner
wie Molybdän, Vanadium oder Wolfram.
Die Verarbeitung der bekannten Stähle erfolgt in
Abhängigkeit vom jeweiligen Kohlenstoff- und
Carbidgehalt. So werden die Stähle der in Rede stehenden
Art zum einen vom Werkzeughersteller im vergüteten
Zustand mit einer Härte von 285 bis 325 HB verwendet. Bei
dieser Härte ist eine zerspanende Bearbeitung des
Werkstoffs noch möglich. Zum anderen werden die Stähle im
weichgeglühten Zustand verarbeitet, wobei die Härte der
Stähle dann maximal 250 HB beträgt. Derart weniger harte
Stähle lassen sich zwar besser verarbeiten. Es muß
allerdings nach der Bearbeitung noch eine Wärmebehandlung
durchgeführt werden, um die üblicherweise erforderliche
Einbauhärte von 46 bis 60 HRC zu erreichen. Anschließend
ist eine Fertigbearbeitung erforderlich.
Eine spanende Bearbeitung läßt sich bei den von den
Anwendern geforderten hohen Endhärten bei den bekannten
Stählen nicht mehr wirtschaftlich durchführen. Dieses
Problem wird zwar durch die Verarbeitung im
weichgeglühten Zustand mit nachgeschalteter
Wärmebehandlung gelöst. Ein Nachteil der abschließenden
Wärmebehandlung besteht jedoch neben den für diesen
zusätzlichen Arbeitsgang anfallenden Kosten darin, daß es
dabei zur Rißbildung und zum Verzug des Bauteils infolge
der Erwärmung kommen kann.
Ein weiterer Nachteil der bekannten, in der StahlEisen-
Liste verzeichneten Stähle ist ihre aufgrund des
Kohlenstoffgehalts und der Legierungszusammensetzung
verschlechterte Schweißbarkeit. Eine gute
Verschweißbarkeit ist jedoch gerade im Bereich der
Kunststoffverarbeitung unabdingbar. Häufig ist es in
Folge von nachträglichen Änderungen der Gestaltung und
wegen erforderlich werdender Reparaturen notwendig,
Schweißarbeiten an den Werkzeugen vorzunehmen.
Zusätzlich erschwert wird die Bestimmung eines den
Anforderungen in der Praxis, insbesondere den sich bei
der Kunststoffverarbeitung stellenden Problemen
gerechtwerdenden Stahls dadurch, daß ein solcher Stahl
nicht nur korrosionsbeständig, gut zerspanbar und gut
schweißbar, sondern auch in ausreichendem Maße zäh sein
muß, um die im praktischen Betrieb auftretenden Kräfte
aufnehmen zu können. Andernfalls besteht die Gefahr, daß
die auftretenden hohen Biege-, Torsions-, Druck- und
Zugkräfte ebenfalls Risse verursachen.
Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Stähle allen
diesen Anforderungen gleichzeitig nicht gerecht werden.
So weisen aufgrund eines höheren Schwefelgehaltes gut
zerspanbare Stähle eine zu geringe Zähigkeit auf, während
bei infolge einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes
härteren Stählen die Korrosionsbeständigkeit vermindert
ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
insbesondere für die Herstellung von Werkzeugen für die
kunststoffverarbeitende Industrie geeigneten Stahl zu
finden, der bei hoher Härte und Korrosionsbeständigkeit
eine den praktischen Anforderungen gerechtwerdende
Zähigkeit, Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit aufweist.
Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung von
Zwischenprodukten aus einem solchen Stahl angeben werden.
Unter dem Begriff "Zwischenprodukt" werden in diesem
Zusammenhang auch Langprodukte, Flachprodukte oder andere
Gegenstände verstanden, die anschließend einer weiteren
Verarbeitung zugeführt werden.
In Bezug auf den Werkstoff wird diese Aufgabe durch einen
Stahl für insbesondere korrosionsbeanspruchte Werkzeuge
gelöst, der folgende Zusammensetzung aufweist (in Mass.-
%):
C: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Si: höchstens 1,5%,
Mn: mehr als 1,0-2,50%,
P: höchstens 0,035%,
S: mindestens 0,04% und weniger als 0,15%,
Cr: mehr als 8,0% und weniger als 12%,
Mo: mehr als 0,0% und höchstens 0,20%,
V: mehr als 0,0% und höchstens 0,25%,
Nb: mehr als 0,1% und höchstens 0,5%,
N: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Ni: höchstens 0,5%
B: höchstens 0,005%,
Cu: höchstens 0,3%,
Al: höchstens 0,035%,
Sn: höchstens 0,035%,
As: höchstens 0,02%,
mindestens eines der Elemente Ca, Mg oder Ce, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen mehr als 0,0002% und höchstens 0,015% beträgt,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
C: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Si: höchstens 1,5%,
Mn: mehr als 1,0-2,50%,
P: höchstens 0,035%,
S: mindestens 0,04% und weniger als 0,15%,
Cr: mehr als 8,0% und weniger als 12%,
Mo: mehr als 0,0% und höchstens 0,20%,
V: mehr als 0,0% und höchstens 0,25%,
Nb: mehr als 0,1% und höchstens 0,5%,
N: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Ni: höchstens 0,5%
B: höchstens 0,005%,
Cu: höchstens 0,3%,
Al: höchstens 0,035%,
Sn: höchstens 0,035%,
As: höchstens 0,02%,
mindestens eines der Elemente Ca, Mg oder Ce, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen mehr als 0,0002% und höchstens 0,015% beträgt,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Der erfindungsgemäße nioblegierte Werkzeugstahl weist
eine optimierte Kombination von Zerspanbarkeit, Härte,
Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Zähigkeit
auf. Er erreicht Härtelagen, die zwischen 300 und 450 HB
liegen. Trotz des relativ hohen Schwefelgehalts weist er
eine für Stähle der gattungsgemäßen Art gute Zähigkeit
auf, die den in der Praxis sich stellenden Anforderungen
genügt.
Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit sind erfindungsgemäße
Stähle schwefellegiert, dessen Anteil jeweils weniger als
0,15 Mass.-% beträgt. Vorzugsweise weist der Stahl dabei
mindestens 0,04 Mass.-% auf, wodurch eine gute
Zerspanbarkeit sicher gewährleistet werden kann. Noch
bessere Zerspanbarkeiten können bei Berücksichtigung der
sonstigen an die Zusammensetzung gestellten Bedingungen
dann erreicht werden, wenn erfindungsgemäßer Stahl
mindestens 0,07 Mass.-% Schwefel enthält.
Trotz eines derart bemessenen Schwefelanteils weist
erfindungsgemäßer Stahl eine gute Zähigkeit auf. Dies
wird dadurch erreicht, daß der Stahl zusammen mit dem
Schwefel wenigstens eines der Elemente Calcium, Mangan
oder Cer in Mengen enthält, deren Summe mehr als 0,0002
jedoch höchstens 0,015 Mass.-% beträgt. Diese Elemente
ermöglichen die Einformung von Sulfiden in die Matrix des
Stahls und führen so zur Verbesserung seiner Zähigkeit.
Erreichen läßt sich dies beispielsweise zielsicher dann,
wenn der erfindungsgemäße Stahl 0,001-0,009 Mass.-%
Calcium enthält.
Durch die Verwendung niedriger Kohlenstoffgehalte von
maximal 0,12 Mass.-% sowie niedriger Stickstoffgehalte
von höchstens 0,12 Mass.-% und eines Niobgehalt von 0,11
bis 0,5 Mass.-% werden bei erfindungsgemäßem Stahl
Hartphasen gebildet, welche zur erreichten Härte von 300
bis 450 HB beitragen. Gleichzeitig werden die
betreffenden Hartphasen in besonders feiner und
gleichmäßiger Verteilung ausgeschieden, was einen
positiven Einfluß auf die Zähigkeitseigenschaften hat.
Besonders deutlich machen sich diese vorteilhaften
Eigenschaften des Legierens mit Niob bemerkbar, wenn der
Niobgehalt so eingestellt wird, daß der Härtefaktor Hf bei
erfindungsgemäßem Stahl folgende Bedingung erfüllt:
0,047 < Hf ≦ 0,095,
wobei sich der Härtefaktor Hf nach der Formel
Hf = 0,11-%Nb/7,14
berechnet und mit %Nb der jeweilige Nb-Gehalt des Stahls
bezeichnet ist. Bei einer solchen Bemessung des
Niobgehaltes wird der vorhandene Kohlenstoff und
Stickstoff durch das Element Niob weitgehend zu
Hartphasen abgebunden, so daß das bei erfindungsgemäßem
Stahl mit einem Gehalt von weniger als 12% in der Matrix
enthaltene Chrom voll zur Bildung von korrosionshemmenden
Passivschichten zur Verfügung steht. Auf diese Weise
weist erfindungsgemäßer Stahl trotz der relativ geringen
Chromgehalte bei gleichzeitig hoher Härte eine
hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf.
Bei erfindungsgemäßem Stahl sind zudem die Gehalte an
solchen Elementen, die zur Rißbildung in der Schweißnaht
führen könnten, auf ein Minimum abgesenkt. Eine optimale
Schweißbarkeit von erfindungsgemäßem Stahl läßt sich
dabei dadurch gewährleisten, daß der sich nach der Formel
Sf = %C + 5 × %B + 2 × %Cu + (%P + %S)/2 + (%Mo + %Cr)/4 + %Mn/10
berechnende Schweißfaktor Sf bei erfindungsgemäßem Stahl
folgende Bedingung erfüllt:
Sf < 3,99,
wobei mit %C, %B, %Cu, %P, %S, %Mo, %Cr, %Mn die jeweiligen
C-, B-, Cu-, P-, S-, Mo-, Cr-, Mn-Gehalte des Stahls
bezeichnet sind.
Die Zähigkeit der eingangs genannten bekannten Werkzeugstähle
wird durch den Kohlenstoff- und Carbidgehalt sowie durch die
Höhe des Schwefelgehaltes, die Verteilung und die Morphologie
der Sulfide negativ beeinflußt. Erfindungsgemäßer Stahl
enthält nur maximal 0,12% Kohlenstoff. Auf diese Weise ist
auch sein Carbidgehalt beschränkt. Zusätzlich ist bei einem
erfindungsgemäßen Stahl dadurch, daß in ihm die Gehalte an
korngrenzwirksamen Elementen auf ein Minimum reduziert ist,
die Zähigkeit gegenüber anderen schwefellegierten Stählen
erhöht.
Es wurde festgestellt, daß die korngrenzwirksamen Elemente in
Stählen der in Rede stehenden Art während des
Erstarrungsvorganges sowie während der Warmumformung und/
oder während einer Wärmebehandlung bei bestimmten Temperaturen
an den Korngrenzen seigern. Diese Seigerungen führen zu einer
Verminderung der Kohäsion und bilden so bevorzugt die Quelle
der Entstehung von Rissen. Indem bei einem erfindungsgemäßen
Stahl der Versprödungsfaktor KGf die folgende Bedingung
erfüllt, kann der negative Einfluß der korngrenzenwirksamen
Elemente und damit einhergehend die Gefahr der Entstehung von
Rissen zielgerichtet minimiert werden:
KGf < 1,07,
wobei sich der Versprödungsfaktor KGf nach der Formel
KGf = 2,97 × %Cu + 3,2 × (%Sn + %As) + 0,55 × %Al+ 5,42 × %P + 0,98%N
berechnet und mit %Cu, %Sn, %As, %Al, %P und %N die jeweiligen
Cu-, Sn-, As-, Al-, P- und N-Gehalte des Stahls bezeichnet
sind.
In Bezug auf das Verfahren zum Erzeugen eines Zwischenprodukts
für die Herstellung von Bauteilen, insbesondere für die
Herstellung eines korrosionsbeanspruchten Werkzeugs, aus
erfindungsgemäß zusammengesetztem Stahl wird die oben
angegebene Aufgabe gelöst, indem mindestens folgende
Herstellungsschritte durchlaufen werden:
- - Erschmelzen eines erfindungsgemäßen Stahls,
- - Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie Blöcken, Brammen, Stranggußriegeln, Dünnbrammen oder gegossenem Band,
- - Diffusionsglühen des Vormaterials bei einer 1200-1280°C betragenden Temperatur,
- - Warmumformen des geglühten Vormaterials zu dem Bauelement.
Durch das im erfindungsgemäß gewählten Temperaturbereich
durchgeführte Diffusionsglühen des Vormaterials wird ein
Ausgleich der erstarrungsbedingten Seigerungen herbeigeführt,
so daß eine gleichmäßige Verteilung der enthaltenen
Legierungselemente erzielt wird. Bei der anschließenden
Warmumformung des Vormaterials zu dem Zwischenprodukt wird die
Gefügestruktur und die Werkstoffisotropie beeinflußt. Eine
verbesserte Struktur des Gefüges und eine höhere Isotropie des
Werkstoffs kann dabei dadurch erreicht werden, daß die
Warmverformung unter Anwendung eines Umformgrades ϕ von
mindestens 1,5 durchgeführt wird.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die
Warmumformung als Schmieden oder, zur Herstellung größerer
Abmessungen, als Warmwalzen durchgeführt werden. Die
Warmumformung findet dabei bevorzugt bei Temperaturen von
850°C-1100°C durchgeführt. In diesem Temperaturbereich
weist der erfindungsgemäß verwendete Werkstoff eine niedrige
Fließspannung und eine hohe Zähigkeit auf, so daß eine
optimale Umformbarkeit gegeben ist. Die Warmumformung läßt
sich somit schnell, kostengünstig und mit hoher Ausbringung
durchführen.
Das erfindungsgemäß erzeugte Werkstück wird nach der
Warmumformung aus der Umformhitze vorzugsweise an Luft
abgelegt. Bei der Ablage an Luft wird der Werkstoff langsam
und vollständig vom austenitischen in den martensitischen
Zustand überführt. Durch eine solche langsame Abkühlung wird
einerseits die gewünschte Härte des Werkstoffes von bis zu 450 HB
eingestellt. Andererseits werden Wärme- und
Umwandlungsspannungen weitgehend vermieden, so daß keine
Verzüge oder Spannungsrisse am fertigen Zwischenprodukt
auftreten.
Durch eine gegebenenfalls zusätzlich durchzuführende
Wärmebehandlung bei Temperaturen von 850°C-1050°C mit
nachfolgendem kontrollierten Abkühlen an einem
Abkühlungsmedium, wie Luft, Öl, Wasser oder einem Polymer, auf
das vorzugsweise ein Anlassen bei Temperaturen zwischen 400°C
und 650°C folgt, kann eine Härte des erzeugten
Zwischenprodukts hergestellt werden, die sich von der nach der
Ablage an Luft aus der Umformhitze vorliegenden Härte
unterscheidet. Insbesondere lassen sich über diese
Wärmebehandlung auch niedrigere Härtewerte bis zu einer
Untergrenze von 300 HB erzielen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Diag. 1 den Schneidenverschleiß im Bohrversuch
aufgetragen über den Bohrweg,
Diag. 2 die für verschiedene Stähle ermittelte
Schlagbiegearbeit aufgetragen über den
Versprödungsfaktor KGf.
In Tabelle 1 sind die Legierungen erfindungsgemäßer
Stähle A, B, C den Zusammensetzungen von vier außerhalb der
Erfindung liegenden Vergleichsstählen D, E, F, G
gegenübergestellt. In Tabelle 2 sind zusätzlich die zu
den Stählen A bis G gehörenden Brinell-Härtewerte sowie
die Härte- (Hf), Schweiß- (Sf), und Versprödungsfaktoren
(KGf) angegeben.
Zur Überprüfung der Zerspanbarkeit der Stähle A-G
wurden an aus diesen Stählen erzeugten Bauelementen
Bohrversuche mit unbeschichteten Wendelbohrern aus dem
Schnellarbeitsstahl mit der Werkstoffnummer 1.3343
durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden 24 mm tiefe Löcher
in die mit einer Härte von 300 bis 400 HB vorliegenden
Stähle gebohrt. Die Schnittgeschwindigkeit betrug jeweils
12 m/min und der Vorschub 0,12 mm/U.
Nach einem Gesamtbohrweg von 200, 1200 und 2400 mm wurde
der an den Wendelbohrern aufgetretene Verschleiß der
Schneidkanten ausgemessen. Es zeigte sich, daß die
erfindungsgemäßen Stähle A, B und C trotz ihrer höheren
Härte weniger Verschleiß an den Schneidkanten der Bohrer
erzeugen (Diag. 1). Ihre Zerspanbarkeit ist somit
deutlich gegenüber der der herkömmlichen, außerhalb der
Erfindung liegenden Stähle D, E, F und G verbessert.
Zur Bestimmung der Zähigkeit von Werkzeugstählen wurde
der Schlagbiegeversuch nach Stahl-Eisen-Prüfblatt 1314
durchgeführt. In diesem Versuch wird als Maß für die
Zähigkeit eines Werkstoffes die zum Zerschlagen von
ungekerbten Proben notwendige Schlagbiegearbeit
ermittelt. Die verwendeten Proben mit der Abmessung 7 ×
10 × 55 mm wurden aus der Verformungsrichtung der
überprüften Stähle A-G entnommen, die mit einer Härte
von 300 bis 400 HB vorlagen.
Die Prüfung erfolgte bei Raumtemperatur. Wie die im
Diag. 2 zusammengefaßten Werte für die Schlagbiegearbeit
(Mittelwerte aus 3 geprüften Einzelproben) zeigen, kann
mit zunehmendem Versprödungsfaktor KGf ein deutliches
Absinken der gemessenen Schlagbiegearbeit festgestellt
werden. Die erfindungsgemäßen Stähle A, B und C weisen
mit Werten deutlich oberhalb von 200 J das gewünschte
hohe Zähigkeitsniveau auf, während bei den zum Vergleich
aufgeführten Stählen D, E, F und G mit zunehmendem
Versprödungsfaktor lediglich Werte zwischen 50 und 150 J
gemessen werden konnten, ihre Zähigkeit daher deutlich
niedriger war.
Um die Korrosionsbeständigkeit der in Tabelle 1
aufgeführten Stähle zu überprüfen, wurden
Eintauchversuche in einer 0,5% wässrigen
Natriumchloridlösung durchgeführt. Nach einer Tauchdauer
von 1 h wurden die Proben jeweils eine halbe Stunde lang
an Luft getrocknet und dann erneut eingetaucht. Nach
insgesamt neun Tauch- und Trockenzyklen wurde das
Aussehen der ehemals fein geschliffenen Proben beurteilt.
Nach Beendigung der Versuche war bei den
erfindungsgemäßen Stählen A bis C so gut wie kein
Rostbefall auf der Oberfläche der Proben feststellbar,
was auf eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit
hindeutet. Die zum Vergleich aufgeführten Stähle D, E und
G zeigten dagegen einen starken Angriff durch die
Prüflösung, so daß der größte Teil der Oberfläche nach
den durchgeführten Prüfzyklen bereits korrodiert war.
Lediglich der Vergleichsstahl F war aufgrund seines hohen
Chromgehaltes und wegen des Fehlens von Schwefel
korrosionsbeständiger. Aufgrund des Fehlens von Schwefel
in der Zusammensetzung wies dieser Stahl F jedoch die bei
weitem schlechteste Zerspanbarkeit aller untersuchten
Stähle auf.
Die erläuterten Beispiele belegen, daß erfindungsgemäßer
Stahl einerseits die angestrebte Härte von 300 HB bis 450 HB
sicher erreicht und andererseits gut zerspanbar ist.
Bei außerhalb der Erfindung liegenden Stählen, welche die
für den Härtefaktor Hf erfindungsgemäß zu beachtenden
Bedingungen nicht erfüllen, wird diese
Eigenschaftskombination dagegen nicht erreicht.
Vergleichbares erweist sich im Zusammenhang mit dem für
den Schweißbarkeitsfaktor Sf erfindungsgemäßer Stähle
einzuhaltenden Wert. So weisen die Vergleichsstähle,
deren Schweißfaktor Sf jeweils oberhalb des
erfindungsgemäß vorgesehenen Grenzwertes liegen, ein
deutlich schlechteres Schweißverhalten auf als
erfindungsgemäße Stähle. Dies zeigt sich insbesondere in
dem Auftreten von Schweißrissen, zu deren Vermeidung bei
den nicht erfindungsgemäßen Stählen eine aufwendige
Vorwärmung und Nachbehandlung notwendig ist.
Schließlich belegen die Beispiele, daß durch die
erfindungsgemäße Beschränkung der Gehalte an
korngrenzenwirksamen Elementen, wie Cu, Sn, As, Al, P und
N bei den Stählen A, B, C der jeweilige
Versprödungsfaktor KGf niedrig gehalten und damit
einhergehend eine für Stähle der in Rede stehenden Art
gute Zähigkeit erreicht worden ist.
Claims (15)
1. Stahl für insbesondere korrosionsbeanspruchte
Werkzeuge, welcher folgende Zusammensetzung aufweist
(in Mass.-%):
C: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Si: höchstens 1,5%,
Mn: mehr als 1,0-2,50%,
P: höchstens 0,035%,
S: mindestens 0,04% und weniger als 0,15%,
Cr: mehr als 8,0% und weniger als 12%,
Mo: mehr als 0,0% und höchstens 0,20%,
V: mehr als 0,0% und höchstens 0,25%,
Nb: mehr als 0,1% und höchstens 0,5%,
N: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Ni: höchstens 0,5%,
B: höchstens 0,005%,
Cu: höchstens 0,3%,
Al: höchstens 0,035%,
Sn: höchstens 0,035%,
As: höchstens 0,02%,
mindestens eines der Elemente Ca, Mg oder Ce, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen mindestens 0,0002% und höchstens 0,015% beträgt,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
C: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Si: höchstens 1,5%,
Mn: mehr als 1,0-2,50%,
P: höchstens 0,035%,
S: mindestens 0,04% und weniger als 0,15%,
Cr: mehr als 8,0% und weniger als 12%,
Mo: mehr als 0,0% und höchstens 0,20%,
V: mehr als 0,0% und höchstens 0,25%,
Nb: mehr als 0,1% und höchstens 0,5%,
N: mindestens 0,02 und höchstens 0,12%,
Ni: höchstens 0,5%,
B: höchstens 0,005%,
Cu: höchstens 0,3%,
Al: höchstens 0,035%,
Sn: höchstens 0,035%,
As: höchstens 0,02%,
mindestens eines der Elemente Ca, Mg oder Ce, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen mindestens 0,0002% und höchstens 0,015% beträgt,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß er
0,001-0,009 Mass.-% Ca enthält.
3. Stahl nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
sein Härtefaktor Hf folgende Bedingung erfüllt:
0,047 < Hf ≦ 0,095,
wobei
Hf = 0,11-%Nb/7,14
und mit %Nb der jeweilige Nb-Gehalt des Stahls bezeichnet ist.
0,047 < Hf ≦ 0,095,
wobei
Hf = 0,11-%Nb/7,14
und mit %Nb der jeweilige Nb-Gehalt des Stahls bezeichnet ist.
4. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
sein Schweißfaktor Sf folgende Bedingung erfüllt:
Sf < 3,99,
wobei
Sf = %C + 5 × %B + 2 × %Cu + (%P + %S)/2 + (%Mo + %Cr)/4 + %Mn/10
und mit %C, %B, %Cu, %P, %S, %Mo, %Cr, %Mn die jeweiligen C-, B-, Cu-, P-, S-, Mo-, Cr-, Mn-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.
Sf < 3,99,
wobei
Sf = %C + 5 × %B + 2 × %Cu + (%P + %S)/2 + (%Mo + %Cr)/4 + %Mn/10
und mit %C, %B, %Cu, %P, %S, %Mo, %Cr, %Mn die jeweiligen C-, B-, Cu-, P-, S-, Mo-, Cr-, Mn-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.
5. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sein
Versprödungsfaktor KGf folgende Bedingung erfüllt:
KGf < 1,07,
wobei
KGf = 2,97 × %Cu + 3,2(%Sn + %As) + 0,55 × %Al+ 5,42 × %P + 0,98%N
und mit %Cu, %Sn, %As, %Al, %P und %N die jeweiligen Cu-, Sn-, As-, Al-, P- und N-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.
KGf < 1,07,
wobei
KGf = 2,97 × %Cu + 3,2(%Sn + %As) + 0,55 × %Al+ 5,42 × %P + 0,98%N
und mit %Cu, %Sn, %As, %Al, %P und %N die jeweiligen Cu-, Sn-, As-, Al-, P- und N-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.
6. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er
mindestens 0,05 Mass.-% Schwefel enthält.
7. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er
mindestens 0,07 Mass.-% Schwefel enthält.
8. Verfahren zur Erzeugung eines Zwischenprodukts für die
Herstellung von Bauelementen, insbesondere für die
Herstellung von korrosionsbeanspruchten Werkzeugen, aus
einem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zusammengesetzten
Stahl umfassend folgende Schritte:
- - Erschmelzen des Stahls,
- - Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie Blöcken, Brammen, Stranggußriegeln, Dünnbrammen oder gegossenem Band,
- - Diffusionsglühen des Vormaterials bei einer 1200-1280°C betragenden Temperatur,
- - Warmumformen des geglühten Vormaterials zu dem Zwischenprodukt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Warmumformung als
Schmieden durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Warmumformung als
Warmwalzen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt
nach der Warmumformung an Luft abgelegt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Warmumformung bei
Temperaturen von 850°C-1150°C durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt
im Anschluß an die Warmumformung bei Temperaturen von
850°C-1050°C wärmebehandelt und nach der
Wärmebehandlung an einem Abkühlmedium, wie Luft, Öl,
Wasser oder einem Polymer kontrolliert abgekühlt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, daß nach der Abkühlung
ein Anlassen bei Temperaturen von 400°C-650°C
durchgeführt wird.
15. Verwendung eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6
zusammengesetzten Stahls zur Herstellung von Werkzeugen
für die Kunststoffverarbeitung.
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