DE112011104603T5

DE112011104603T5 - Hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112011104603T5
Application number: DE112011104603.0T
Authority: DE
Inventors: Ki-Hoon Jo; Won-qeun Son; Dong-Chul Chae; Bong-Wn Kim
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2014-01-02
Also published as: WO2012091394A9; WO2012091394A3; CN103298964A; KR20120073649A; JP2014504332A; WO2012091394A2; CN103298964B; JP5696225B2; US20130309126A1; US9731345B2; KR101239589B1

Abstract

Bereitgestellt wird ein martensitischer rostfreier Stahl mit ausgezeichneter Produktivität und hoher Korrosionsbeständigkeit, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom und 0,1 bis 1,5% Molybdän und/oder 0,1 bis 1,5% Wolfram und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe enthält.

Description

Technisches Gebiet
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen hochkorrosionsbeständigen martensitischen rostfreien Stahl und ein Herstellungsverfahren für diesen, und im Spezielleren auf einen hochkorrosionsbeständigen martensitischen rostfreien Stahl, der zum Herstellen einer Rasierklinge verwendet wird, und ein Herstellungsverfahren dafür.
Technischer Hintergrund
Im Allgemeinen wird ein über hohe Härte verfügender rostfreier Stahl beim Herstellen einer Rasierklinge verwendet, um gleichzeitig Korrosionsbeständigkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit sicherzustellen. Bei dem rostfreien Stahl handelt es sich um einen rostfreien Stahl, der hauptsächlich 12% oder mehr Chrom und 0,6% oder mehr Kohlenstoff enthält. Der rostfreie Stahl stellt eine hohe Härte sicher, indem Kohlenstoff nach einer abschließenden Wärmebehandlung zur Verwendung kommt, und stellt Korrosionsbeständigkeit in einer feuchten Umgebung aufgrund des Einflusses des in einem Grundmaterial enthaltenen Chroms sicher. Herkömmlicherweise war ein Verfahren zum Herstellen von Stahl für Rasierklingen bekannt, bei welchem dem Stahl Kohlenstoff in einem Gehalt von 0,65 bis 0,7% und Chrom in einem Gehalt von 12,7 bis 13,7% zugesetzt wurde. Wird jedoch Stahl mit der oben beschriebenen Zusammensetzung hergestellt, wird Carbid, das sich im Inneren des Materials gebildet hat, in einem Wärmebehandlungsprozess nicht vollständig verwendet, und deshalb bildet sich eine chromarme Schicht, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Materials gesenkt wird. Wenn das Material über einen langen Zeitraum einer feuchten Umgebung wie etwa einem Badezimmer ausgesetzt ist, korrodiert die Oberfläche der Rasierklinge, und deshalb tritt Rost an der Oberfläche der Rasierklinge auf.
Um ein solches Problem zu lösen, wird der Kohlenstoffgehalt auf 0,45 bis 0,55% beschränkt und Molybdän dem Material zugesetzt, so dass es möglich ist, das Auftreten von im abschließend wärmebehandelten Material verbleibendem Carbid zu verhindern und die Korrosionsbeständigkeit des Grundmaterials zu verbessern. Allerdings enthält ein derartiger Stahl einen hohen Anteil an Silicium, um zu verhindern, dass die Härte aufgrund einer Reduktion beim Kohlenstoff gesenkt wird. Bei dem einen hohen Siliciumanteil enthaltenden Stahl nimmt die Härte eines warmgewalzten, getemperten Materials zu, und deshalb ist es nicht einfach, den Stahl unter Einsatz eines Herstellungsprozesses für allgemeinen rostfreien Stahl herzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen martensitischen rostfreien Stahl für Rasierklingen hoher Güte mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für einen martensitischen rostfreieen Stahl für Rasierklingen hoher Güte mit hoher Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneter Produktivität bereitzustellen.
Technische Lösung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl bereitgestellt, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Molybdän und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe enthält.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl bereitgestellt, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Wolfram und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe enthält.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl bereitgestellt, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Molybdän und 0,1 bis 1,5% Wolfram und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe enthält.
Die abschließende Wärmebehandlungshärte des rostfreien Stahls kann in einem Bereich von 500 bis 750 Hv liegen.
Die Lochfraßwiderstandswirksummenzahl (PREN – pitting resistance equivalent number) des rostfreien Stahls hat einen Wert von 15 nach der folgenden Formel 1. PREN = % Cr + 3,3 (% Mo + 0,5% W) + 16% N Formel 1
Die Kerbschlagsenergie eines durch Haubenglühen warmgewalzten Materials kann 6 J oder mehr (eine Dicke von 4 mm oder mehr) betragen.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen hochkorrosionsbeständigen martensitischen rostfreien Stahl bereitgestellt, wobei in einer Bandgießvorrichtung, die ein Paar sich in entgegengesetzte Richtungen drehender Walzen, Randdämme, die jeweils auf beiden Seiten der Walzen vorgesehen sind, um ein Schmelzstahlbad zu bilden, und eine Meniskusabschirmung umfasst, um inertes Stickstoffgas zur Oberfläche des Schmelzstahlbads zuzuführen, ein rostfreies Dünnblech gegossen wird, indem ein rostfreier Schmelzstahl, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan und 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Molybdän und/oder 0,1 bis 1,5% Wolfram und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen enthält, einem Schmelzstahlbad aus einem Behälter über eine Düse zugeführt und das gegossene rostfreie Dünnblech unter Verwendung einer Reihenwalze zu einem warmgewalzten getemperten Band verarbeitet wird.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen martensitischen rostfreien Stahl zu erhalten, der für Rasierklingen hoher Güte mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit in einer feuchten Umgebung zur Verfügung steht.
Darüber hinaus ist es möglich, einen martensitischen rostfreien Stahl für Rasierklingen mit hoher Härte mühelos herzustellen.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht eines Bandgießprozesses, auf den die vorliegende Erfindung angewendet ist.
2 ist eine Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahme, die Mikrostrukturen eines martensitischen Stahls der vorliegenden Erfindung, der durch Blockguss hergestellt wurde, und eines martensitischen Stahls gemäß der vorliegenden Erfindung vergleicht, der durch Bandgießen hergestellt wurde.
3 ist eine grafische Darstellung, die Härten im Hinblick auf Gehalte an Silicium zeigt, die in einem warmgewalzten getemperten Material gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
4 ist eine grafische Darstellung, die Härten eines abschließend wärmebehandelten Materials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine REM-Aufnahme, die das Vorhandensein eines Rostauftritts nach einem Korrosionstest zeigt, der an einem erfindungsgemäßen Stahl und einem Vergleichsstahl durchgeführt wurde.
6 ist eine REM-Aufnahme, die Randabschnitte von Platten, die bei einem Reduktionsverhältnis von 80% gewalzt wurden, im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Stahl und einen nicht erfindungsmäßen Stahl zeigt.
7 ist eine grafische Darstellung, die zeigt, dass die Lochfraßwiderstandswirksummenzahl (PREN) des erfindungsgemäßen Stahls aufgrund des Molybdän- und Wolframkomplexzusatzes gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert ist.
8 ist eine grafische Darstellung, die zeigt, dass der Dehnungsprozentanteil des warmgewalzten getemperten Materials verbessert ist, wenn der Gehalt an Silicium in einem martensitischen Stahl eingeschränkt wird, der einen hohen Kohlenstoffanteil enthält.
Beste Art und Weise zur Umsetzung der Erfindung
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann auch in anderen Formen ausgeführt sein. Diese Ausführungsformen werden nur zu Veranschaulichungszwecken und damit sich Fachleuten auf dem Gebiet der Umfang der vorliegenden Erfindung vollständig erschließt, bereitgestellt. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente durchwegs mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Ein hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl für Rasierklingen gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe. Der rostfreie Stahl kann darüber hinaus 0,1 bis 1,5% Molybdän und/oder 0,1 bis 1,5% Wolfram umfassen.
In der vorliegenden Erfindung wurde die Zusammensetzung der Legierung unter drei Gesichtspunkten gestaltet. Der erste Gesichtspunkt besteht darin, die Bearbeitbarkeit zu verbessern, der zweite, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, und der dritte, eine vorzuziehende Härte sicherzustellen.
Um die Bearbeitbarkeit zu verbessern, ist es wichtig, die Duktilität eines getemperten Materials sicherzustellen. Dazu wird der Gehalt an Silicium so ausgelegt, dass die Duktilität, ohne die Härte zu senken, optimal sichergestellt wird.
Insbesondere hat der Erfinder durch verschiedene Experimente an der vorliegenden Erfindung nachgewiesen, dass die Einschränkung des Gehalts an Silicium im martensitischen Stahl, der einen hohen Kohlenstoffanteil enthält, die Duktilität eines warmgewalzten, getemperten Materials sicherstellt, was bei seinem Herstellungsverfahren von erheblichem Vorteil ist.
Im Allgemeinen wird Silicium bekanntlich zugesetzt, um die Härte des warmgewalzten, getemperten Materials zu verbessern. Es wurde allerdings nachgewiesen, dass Silicium erheblich zur Verbesserung der Härte des warmgewalzten getemperten Materials aber nicht sehr zur Verbesserung der Härte des abschließend wärmebehandelten Materials beiträgt. Insbesondere werden Molybdän, Wolfram u. dgl. einem hochkorrosionsfesten Stahl zugesetzt, um die Befeuchtungswiderstandsfähigkeit in einem Wärmebehandlungsprozess zusammen mit dem Mischkristallhärtungseffekt sicherzustellen. Deshalb wird davon ausgegangen, dass das Sicherstellen der Härte anhand von Silicium vernachlässigbar ist.
Darüber hinaus können Molybdän und Wolfram beide dem hochkorrosionsbeständigen Stahl zugesetzt werden, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Und zwar deswegen, weil nachgewiesen wurde, dass das Molybdän, das zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von bestehendem martensitischen Stahl zugesetzt wird, durch einen Zusatz von Wolfram ersetzt werden kann.
Um die optimale Härte für den Einsatz von Rasierklingen sicherzustellen, wird darüber hinaus der Gehalt an Kohlenstoff optimiert, wodurch der Mischkristallhärtungseffekt maximal erzielt und dabei die Entstehung von Carbid verhindert wird. Der hochkohlenstoffhaltige martensitische rostfreie Stahl kann eine endgültige wärmebehandelte Härte von 500 bis 750 Hv erhalten.
In der vorliegenden Erfindung kommt ein Bandgießprozess und kein typischer Stranggussprozess auf Grundlage der Auslegung der Legierung zur Anwendung.
Nachstehend wird die Funktion des Gehalts jeder Zusammensetzung und der Grund dafür beschrieben, warum ihr zusätzlicher Bereich eingeschränkt wird. Außerdem handelt es sich bei sämtlichen hier nachstehend beschriebenen Prozentangaben (%) um Gewichtsprozentabgaben (Gew.-%).
Wenn der Gehalt an Kohlenstoff gering ist, wird die Härte des Martensits gesenkt, und von daher ist es unmöglich, die maschinelle Bearbeitbarkeit sicherzustellen. Deshalb werden mehr als 0,45% Kohlenstoff zugesetzt. Ist jedoch der Gehalt an Kohlenstoff übermäßig, wird die Korrosionsbeständigkeit des Materials aufgrund der Entstehung von Carbid gesenkt, und deshalb wird der Höchstgehalt an Kohlenstoff auf 0,6% beschränkt. Jedoch werden vorzugsweise mehr als 0,5% Kohlenstoff zugesetzt.
Stickstoff trägt zur Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des martensitischen rostfreien Stahls bei, und von daher werden mehr als 0,02% Stickstoff zugesetzt. Wird Stickstoff jedoch im Übermaß zugesetzt, können beim Formen durch den Stickstoff Poren erzeugt werden. Deshalb wird der Höchstgehalt an Stickstoff auf 0,08% beschränkt.
Silicium ist eines der bei der Auslegung der Legierung der vorliegenden Erfindung wichtigen Elemente. Silicium ist ein Element, das im Wesentlichen zum Zweck seiner Desoxidation zugesetzt wird, und von daher werden mehr als 0,2% Silicium zugesetzt. Wird Silicium jedoch im Übermaß zugesetzt, ist die Härte eines Materials, das nach dem Warmwalzen getempert wird, erhöht, wodurch die Produktivität gesenkt wird. Deshalb wird der Höchstgehalt an Silicium auf 0,4% beschränkt.
Im Allgemeinen wird der Siliciumgehalt erhöht, um die Härte des warmgewalzten, getemperten Materials zu verbessern. Jedoch wurde in der vorliegenden Erfindung nachgewiesen, dass der Gehalt an Silicium zwar erheblich zur Verbesserung der Härte eines getemperten Materials, aber nicht sehr zur Verbesserung eines abschließend wärmebehandelten Materials beiträgt. Beim getemperten Material wird Mischkristallkohlenstoff größtenteils in Form von Carbid herauskristallisiert, und somit wird die Härte des getemperten Materials durch das Silicium erhöht, bei dem es sich um ein repräsentatives Härtungselement handelt. Beim abschließend wärmebehandelten Material liegt Kohlenstoff größtenteils als feste Lösung in einem Grundmaterial vor, und deshalb wird eine Zunahme bei der Härte bewirkt. Dementsprechend ist die Wirkung des Siliciums relativ unbedeutend.
Das Verhältnis zwischen Härte und Siliciumgehalt wird mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine grafische Darstellung, die Härten im Hinblick auf Siliciumgehalte zeigt, die in einem warmgewalzten, getemperten Material gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 4 ist eine grafische Darstellung, die Härten eines abschließend wärmebehandelten Materials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 3 ist die Härte des warmgewalzten, getemperten Materials auf 230 Hv oder mehr erhöht, wenn der Gehalt an Silicium 0,3% bis 0,5% und 1% beträgt. In einem Fall, bei dem die Härte des warmgewalzten, getemperten Materials wie vorstehend beschrieben erhöht ist, tritt der Abbau des getemperten Materials des rostfreien Stahls gemäß der vorliegenden Erfindung auf, und deshalb kann ein Rissproblem o. dgl. auftreten, wenn der martensitische rostfreie Stahl unter Verwendung einer allgemeinen Bandgießherstellungsvorrichtung produziert wird.
Unterdessen ist in 4 die Veränderung bei der Härte des abschließend wärmebehandelten Materials nicht groß, wenn der Siliciumgehalt 0,3%, 0,5% oder 1% beträgt. Wie vorstehend beschrieben, kristallisiert im getemperten Material größtenteils Mischkristallkohlenstoff in Form von Carbid aus, und somit wird die Härte des getemperten Materials durch das Silicium erhöht, bei dem es sich um ein repräsentatives Härtungselement handelt. Im abschließend wärmebehandelten Material liegt Kohlenstoff jedoch größtenteils als Feststofflösung in einem Grundmaterial vor, und deshalb wird eine Zunahme bei der Härte bewirkt. Dementsprechend ist die Wirkung des Siliciums relativ unbedeutend. Von daher wird in der vorliegenden Erfindung der Siliciumgehalt von 0,2% bis 0,4% beschränkt.
Mangan ist ein Element, das im Wesentlichen zum Zweck seiner Desoxidation zugesetzt wird, und von daher werden mehr als 0,3% Mangan zugesetzt. Wird Mangan jedoch im Übermaß zugesetzt, wird die Oberflächengüte des Stahls verschlechtert und die Zunahme bei der Härte durch Bildung von Restaustenit eingeschränkt. Deshalb wird der Höchstgehalt an Mangan auf 0,6% beschränkt.
Chrom ist ein Grundelement zur Sicherstellung der Korrosionsbeständigkeit, und von daher werden mehr als 12% Chrom zugesetzt. Wird Chrom jedoch im Übermaß zugesetzt, steigen die Produktionskosten und der Mischkristallkohlenstoff des abschließend wärmebehandelten Materials kann durch die Entstehung von Carbid gesenkt sein. Deshalb wird der Höchstgehalt an Chrom auf 15% beschränkt.
In der vorliegenden Erfindung werden mehr als 0,1% Molybdän zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Wird Molybdän jedoch im Übermaß zugesetzt, werden die Produktionskosten erhöht. Deshalb wird der Höchstgehalt an Molybdän auf 1,5% beschränkt.
In der vorliegenden Erfindung werden mehr als 0,1% Wolfram zugesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Wird Wolfram jedoch im Übermaß zugesetzt, werden die Produktionskosten erhöht. Deshalb wird der Höchstgehalt an Wolfram auf 1,5% beschränkt.
In der vorliegenden Erfindung kann Molybdän und/oder Wolfram enthalten sein. Vorzugsweise werden sowohl Molybdän als auch Wolfram zugesetzt, wodurch die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird.
In der vorliegenden Erfindung kann eine hohe Lochfraßwiderstandswirksummenzahl (PREN) des martensitischen rostfreien Stahls erzielt werden, indem sowohl Molybdän als auch Wolfram zugesetzt und der Gehalt an Chrom etwas mehr erhöht wird. Die PREN kann durch die folgende Formel 1 erhalten werden. Die bevorzugte PREN der vorliegenden Erfindung ist 15 oder mehr. PREN = % Cr + 3,3 (% Mo + 0,5% W) = + 16% N Formel 1
In der vorliegenden Erfindung wird der martensitische rostfreie Stahl durch den in 1 gezeigten Bandgießprozess hergestellt. Der martensitische rostfreie Stahl durchläuft einen Wärmebehandlungsprozess, der sich eines einzigartigen Verfahrens bedient, um eine geeignete physikalische Eigenschaft zu erzielen, die sich für dessen Verwendung eignet.
Im Nachstehenden wird ein Herstellungsprozess der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht eines Bandgießprozesses, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird. Wie in 1 zu sehen ist, handelt es sich bei dem Bandgießprozess der vorliegenden Erfindung um einen Prozess zur Herstellung eines warmgewalzten Bands eines dünnen Materials direkt aus einem Schmelzstahl mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung. Der Bandgießprozess ist ein neuer Stahlherstellungsprozess, der in der Lage ist, die Produktionskosten, die Anlageninvestitionskosten, die verbrauchte Menge an Energie, die Abgasmenge u. dgl. deutlich zu senken, indem ein Warmwalzprozess weggelassen wird. In einer Doppelwalzenbandgießanlage, die in einem allgemeinen Bandgießprozess, wie in 1 gezeigt, verwendet wird, wird ein Schmelzstahl in einer Gießpfanne 1 untergebracht und fließt dann über eine Düse in einen Behälter 2 ein. Der in den Behälter 2 eingeflossene Schmelzstahl wird zwischen Randdämmen 5, mit denen jeweils beide Endabschnitte von Gießwalzen 6 versehen sind, d. h. zwischen die Gießwalzen 6 durch eine Schmelzstahleinspritzdüse 3 zugeführt, so dass die Erstarrung des Schmelzbads beginnt. In diesem Fall wird eine Schmelzmetalloberfläche in einem Schmelzmetallabschnitt mit einer Meniskusabschirmung 4 geschützt, um Oxidation zu verhindern, und ein geeignetes Gas wird in den Schmelzmetallabschnitt zugeführt, um eine geeignete Atmosphäre zu bilden. Ein Dünnblech 8 wird hergestellt, indem es aus einem zwischen den beiden Walzen gebildeten Walzenspalt 7 herausgezogen und zwischen Rollen 9 gewalzt wird. Dann durchläuft das gewalzte Dünnblech einen Kühlprozess und wird um eine Aufwickelrolle 10 gewickelt. In diesem Fall besteht das wichtige technische Verfahren in einem Doppelwalzenbandgießprozess zum direkten Herstellen eines Dünnblechs mit einer Dicke von 10 mm oder weniger aus einem Schmelzstahl darin, ein Dünnblech, das keinen Riss aufweist, mit einer gewünschten Dicke und einem verbesserten realen Ertrag herzustellen, indem der Schmelzstahl durch eine Einspritzdüse zwischen innenluftgekühlten Doppelwalzen zugeführt wird, die sich mit hoher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen drehen.
Nachstehend wird ein Wärmebehandlungsprozess der vorliegenden Erfindung im Detail anhand einer Ausführungsform erläutert.
Ausführungsform

In dieser Ausführungsform wurden fünf erfindungsgemäße Stähle und zwei Vergleichsstähle nach chemischen Formeln von Tabelle 1 hergestellt. Die hergestellten Proben wurden durch zweistündiges Wiedererwärmen auf 1200°C warmgewalzt, wodurch warmgewalzte Platten mit einer Dicke von 4 mm hergestellt wurden. Tabelle 1

Stahlart	C	Si	Mn	Cr	Mo	W	N
Erfindungsgemäßer Stahl 1	0,50	0,2	0,3	12,8	0,2	0,8	0,062
Erfindungsgemäßer Stahl 2	0,59	0,3	0,4	14,3	0,5	1,3	0,038
Erfindungsgemäßer Stahl 3	0,56	0,4	0,3	14,2	1,2	0,4	0,040
Erfindungsgemäßer Stahl 4	0,55	0,4	0,4	14,6	0,3	0,6	0,044
Erfindungsgemäßer Stahl 5	0,51	0,3	0,5	13,7	0,4	0,6	0,033
Erfindungsgemäßer Stahl 6	0,47	0,3	0,4	13,2	0,4	0,7	0,045
Vergleichsstahl 1	0,71	0,3	0,7	13,2	-	-	0,032
Vergleichsstahl 2	0,50	0,8	0,7	12,5	1,3	-	0,031

Das warmgewalzte, getemperte Material wurde hergestellt, indem ein BAF-Prozess zum Tempern einer warmgewalzten Platte bei 850°C über 20 Stunden durchgeführt wurde, und Zunder, der sich in einem Warmwalzprozess gebildet hatte, durch einen Kugelstrahlprozess entfernt wurde. Das warmgewalzte, getemperte Material wurde in einer Mischlösung aus Salpeter- und Schwefelsäure gebeizt und dann bei einem Reduktionsverhältnis von 50% kaltgewalzt, wodurch ein abschließend kaltgewalztes Material hergestellt wurde.
Im Allgemeinen wird der martensitische rostfreie Stahl, der einen hohen Kohlenstoffanteil enthält, unter Verwendung eines Blockgussverfahrens hergestellt. Beim Blockgussverfahren geht die Erstarrungszeit eines Blocks über einen langen Zeitraum vonstatten, und deshalb kann Carbid im Mittelabschnitt des Blocks beim Erstarren des Blocks segregieren. Wenn sich erst einmal eine Segregation gebildet hat, ist es schwierig, die Segragation in einem anschließenden Prozess zu entfernen, was ein Hindernis für die Korrosionsbeständigkeit oder Klingenendqualität darstellt.
Um ein derartiges Problem zu lösen, wird in der vorliegenden Erfindung der Segregation von Carbid, die bei der Erstarrung des Blocks auftritt, dadurch auf verbesserte Weise Einhalt geboten, dass der Bandgießprozess zur Herstellung eines Dünnblechs durch schnelles Abkühlen in einem Schmelzstahlbad eingesetzt wird, wodurch ein martensitischer Stahl mit ausgezeichneter Güte hergestellt wird.
2 ist eine Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Aufnahme, die Mikrostrukturen eines martensitischen Stahls der vorliegenden Erfindung, der unter Verwendung von Blockguss hergestellt wurde, und eines martensitischen Stahls der vorliegenden Erfindung vergleicht, der unter Verwendung von Bandguss hergestellt wurde. Wie in 2 gezeigt ist, ist ersichtlich, dass die Segregation von Carbid im Mittelabschnitt des Blocks bei Blockguss erheblich ist, und die Segregation von Carbid bei Bandguss kaum vorhanden ist. Dementsprechend kann in einem Fall, in dem der erfindungsgemäße Stahl unter Verwendung des Bandgusses hergestellt wird, der martensitische Stahl mit einer gleichmäßigen Mikrostruktur im Vergleich zu demjenigen hergestellt werden, der unter Verwendung des Blockgusses hergestellt wird.
Dabei stellt beim rostfreien Stahl, der die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hat, die Einschränkung des Gehalts an Silicium im martensitischen Stahl, der einen hohen Kohlenstoffanteil enthält, die Duktilität des warmgewalzten, getemperten Materials sicher, was bei seinem Herstellungsverfahren von erheblichem Vorteil ist.
Im Allgemeinen wird Silicium bekanntlich zugesetzt, um die Härte des warmgewalzten, getemperten Materials zu verbessern. Es wurde jedoch nachgewiesen, dass das Silicium deutlich zur Verbesserung der Härte des warmgewalzten, getemperten Materials aber nicht viel zur Verbesserung der Härte des abschließend wärmebehandelten Materials beiträgt. Insbesondere werden Molybdän, Wolfram u. dgl. einem hochkorrosionsfesten Stahl zugesetzt, um die Befeuchtungswiderstandsfähigkeit in einem Wärmebehandlungsprozess zusammen mit dem Mischkristallhärtungseffekt sicherzustellen. Deshalb wird davon ausgegangen, dass das Sicherstellen der Härte anhand von Silicium vernachlässigbar ist. Selbiges entspricht dem, was mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben wurde.
Zusätzlich wurde nachgewiesen, dass Molybdän, das zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bestehenden martensitischen Stahls zugesetzt wird, durch einen Zusatz von Wolfram ersetzt werden kann. Der hochkohlenstoffhaltige martensitische rostfreie Stahl kann eine abschließend wärmebehandelte Härte von 500 bis 750 Hv erhalten.

Als Nächstes wurden in der vorliegenden Erfindung Proben durch Kaltwalzen einer warmgewalzten Platte auf eine Dicke 2 mm und anschließendem Durchführen einer Härtungswärmebehandlung an der kaltgewalzten Platte bei 1100°C über 20 Sekunden hergestellt, um die Korrosionsbeständigkeit zu schätzen. Im Allgemeinen wird eine Rasierklinge unter der Umgebung von Leitungswasser bei normaler Temperatur verwendet. Jedoch erfolgte ein Versuch durch Eintauchen der Rasierklinge in 0,05% NaCl bei 85°C zum Zweck eines beschleunigten Versuchs. Tabelle 2 zeigt das Vorhandensein eines Rostvorkommens auf der Oberfläche der Rasierklinge, nachdem diese zwei Stunden lang in 0,05% NaCl eingetaucht war. Tabelle 2

Stahlart	Vorhandensein von Rostaufkommen
Erfindungsgemäßer Stahl 1	X
Erfindungsgemäßer Stahl 2	X
Erfindungsgemäßer Stahl 3	X
Erfindungsgemäßer Stahl 4	X
Erfindungsgemäßer Stahl 5	X
Erfindungsgemäßer Stahl 6	X
Vergleichsstahl 1	O
Vergleichsstahl 2	X

5 ist eine REM-Aufnahme, die das Vorhandensein von Rostaufkommen zeigt, nachdem ein Korrosionstest am erfindungsgemäßen Stahl 1 und Vergleichsstahl 1 durchgeführt wurde. 6 ist eine REM-Aufnahme, die Randabschnitte von Platten, die bei einem Reduktionsverhältnis von 80% gewalzt wurden, im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Stahl 1 und Vergleichsstahl 2 zeigt.
Wie in 5 zu sehen ist, ist der Grad an Rostaufkommen beim Vergleichsstahl 1 im Vergleich zum erfindungsgemäßen Stahl 1 sehr erheblich. In einem Fall, bei dem ein Korrosionstest wie vorstehend beschrieben erfolgte, trat viel Rost beim Vergleichsstahl jenseits des Zusammensetzungsbereichs der vorliegenden Erfindung auf, und deshalb ist die Korrosionsbeständigkeit schlechter. Beim erfindungsgemäßen Stahl trat jedoch kaum Rost auf, und somit ist die Korrosionsbeständigkeit besser als diejenige des Vergleichsstahls 1.
In 6 ist die Korrosionsbeständigkeit des Vergleichsstahls 2, nachdem er um 80% gewalzt war, schlechter als diejenige des erfindungsgemäßen Stahls, und im Vergleich zum erfindungsgemäßen Stahl 1 treten mehr Risse um den Randabschnitt des Vergleichsstahls 2 herum auf. Der Grund dafür ist, dass die Güte am Randabschnitt des erfindungsgemäßen Stahls 1 besser ist als diejenige des Vergleichsstahls 2.
Der erfindungsgemäße Stahl, dem Molybdän und Wolfram zugesetzt ist, kann unter einer Chloratmosphäre eine höhere Korrosionsbeständigkeit erzielen als Stahl, dem kein Molybdän und Wolfram zugesetzt wurde.
7 ist eine grafische Darstellung, die zeigt, dass die Lochfraßwiderstandswirksummenzahl (PREN) des erfindungsgemäßen Stahls aufgrund des Molybdän- und Wolframkomplexzusatzes gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert ist. In der vorliegenden Erfindung kann eine hohe PREN des martensitischen rostfreien Stahls erzielt werden, indem sowohl Molybdän als auch Wolfram zugesetzt und der Gehalt an Chrom etwas mehr erhöht wird. In dieser Ausführungsform kann eine hohe PREN von 17,8 im Vergleich zu der von 13,6 im Vergleichsstahl erzielt werden.
Die PREN kann durch die folgende Formel 1 erhalten werde. Die vorzuziehende PREN der vorliegenden Erfindung beträgt 15 oder mehr. PREN = % Cr + 3,3 (% Mo + 0,5% W) + 16% N Formel 1
Dabei ist bei dem martensitischen Material, das einen hohen Kohlenstoffgehalt hat, die Härte eines Grundmaterials hoch, und es wird eine große Carbidmenge abgesondert. Deshalb ist es höchst wahrscheinlich, dass ein Fehler wie etwa ein Riss am Randabschnitt des Materials oder ein Bruch des Materials beim Kaltwalz- und Beizprozess auftreten kann. Dementsprechend ist im Gegensatz zu typischem rostfreiem Stahl die Produktivität ein sehr wichtiger Faktor bei einem Massenherstellungsprozess.
Um eine Erleichterung bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Stahls zu überprüfen, wurden Proben hergestellt, indem eine warmgewalzte Platte mit einer Dicke von 4 mm vorbereitet und dann ein Temperprozess durchgeführt wurde, der auf den Herstellungsprozess des typischen martensitischen Stahls angewendet wurde. Wenn Härten, Dehnungsprozentanteile und Kerbschlagwerte der hergestellten Proben verglichen werden, kann die Erleichterung bei der Herstellung indirekt im Kaltwalz- oder Beizprozess nachgewiesen werden. Das heißt, wenn die Duktilität des warmgewalzten, getemperten Materials sichergestellt ist, ist die Produktivität in anschließenden Prozessen wie etwa den Kaltwalz- und Beizprozessen erleichtert. Wenn die Duktilität des warmgewalzten, getemperten Materials nicht sichergestellt ist, ist die Produktivität verschlechtert.

Tabelle 3 zeigt physikalische Eigenschaften, die durch die vorstehend beschriebenen Versuche erhalten wurden. In Tabelle 3 ist zu sehen, dass der erfindungsgemäße Stahl, der hergestellt wurde, indem der Kohlenstoffgehalt gesenkt und gleichzeitig der Siliciumgehalt gesteuert wurde, eine dem Vergleichsstahl, der einen hohen Gehalt an Kohlenstoff oder Silicium hat, überlegene Kerbschlagzähigkeitsenergie besitzt. In diesem Fall kann die Kerbschlagenergie je nach der Dicke und dem Reduktionsverhältnis eines Materials verändert werden. Jedoch kann in dieser Ausführungsform eine Kerbschlagenergie von 6 J oder mehr erzielt werden, indem eine warmgewalzte Platte mit einer Dicke von 4 mm oder darüber hergestellt wird. Tabelle 3

Stahlart	Kerbschlagzähigkeitsenergie (J) (basierend auf 4 mm)	Härte (Hv) beim Chargenglühen
Erfindungsgemäßer Stahl 1	6,6	208
Erfindungsgemäßer Stahl 2	6,5	205
Erfindungsgemäßer Stahl 3	6,3	206
Erfindungsgemäßer Stahl 4	6,5	205
Erfindungsgemäßer Stahl 5	7,1	202
Erfindungsgemäßer Stahl 6	7,3	203
Vergleichsstahl 1	2,8	213
Vergleichsstahl 2	4,4	230

8 ist eine grafische Darstellung, die zeigt, dass ein Dehnungsprozentanteil des warmgewalzten, getemperten Materials verbessert ist, wenn der Siliciumgehalt in einem martensitischen Stahl eingeschränkt wird, der einen hohen Kohlenstoffanteil enthält. Wie in 8 zu sehen ist, ist der Siliciumgehalt im Vergleichsbeispiel 2 im Vergleich zu demjenigen im erfindungsgemäßen Stahl 1 übermäßig. Somit ist der Dehnungsprozentanteil des erfindungsgemäßen Stahls im Vergleich zu demjenigen des Vergleichsstahls 2 erheblich verbessert. Entsprechend ist in Tabelle 3 und 8 zu sehen, dass aufgrund der Verbesserung des Dehnungsprozentanteils und der Schlagzähigkeit kein Randriss o. dgl. im erfindungsgemäßen Stahl auftritt, wodurch die Produktivität deutlich verbessert ist.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bestimmten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen, die im Aussagegehalt und Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind, und Entsprechungen davon abdecken soll.

Claims

Hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Molybdän und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe enthält.
Hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Wolfram und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe enthält.
Hochkorrosionsbeständiger martensitischer rostfreier Stahl, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan, 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Molybdän und 0,1 bis 1,5% Wolfram und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen als Reststoffe enthält.
Rostfreier Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die abschließende Wärmebehandlungshärte des rostfreien Stahls in einem Bereich von 500 bis 750 Hv liegt.
Rostfreier Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lochfraßwiderstandswirksummenzahl (PREN – pitting resistance equivalent number) des rostfreien Stahls einen Wert von 15 oder mehr nach der folgenden Formel 1 hat; PREN = % Cr + 3,3 (% Mo + 0,5% W) + 16% N Formel 1.
Rostfreier Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der rostfreie Stahl in Gewichtsprozentanteilen 0,5 bis 0,60% Kohlenstoff enthält.
Rostfreier Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kerbschlagenergie eines durch Chargenglühen warmgewalzten Materials 6 J oder mehr (eine Dicke von 4 mm oder mehr) beträgt.
Herstellungsverfahren für einen hochkorrosionsbeständigen martensitischen rostfreien Stahl, wobei in einer Bandgießvorrichtung, die ein Paar sich in entgegengesetzte Richtungen drehender Walzen, Randdämme, die jeweils auf beiden Seiten der Walzen vorgesehen sind, um ein Schmelzstahlbad zu bilden, und eine Meniskusabschirmung umfasst, um inertes Stickstoffgas zur Oberfläche des Schmelzstahlbads zuzuführen, ein rostfreies Stahldünnblech gegossen wird, indem ein rostfreier Schmelzstahl, der in Gewichtsprozentanteilen 0,45 bis 0,60% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, 0,2 bis 0,4% Silicium, 0,3 bis 0,6% Mangan und 12 bis 15% Chrom, 0,1 bis 1,5% Molybdän und/oder 0,1 bis 1,5% Wolfram und Fe und andere unvermeidbare Verunreinigungen enthält, einem Schmelzstahlbad aus einem Behälter über eine Düse zugeführt und das gegossene rostfreie Stahldünnblech unter Verwendung einer Reihenwalze zu einem warmgewalzten getemperten Band verarbeitet wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der rostfreie Stahl in Gewichtsprozentanteilen 0,5 bis 0,60% Kohlenstoff enthält.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Kerbschlagenergie eines durch Chargenglühen warmgewalzten Materials 6 J oder mehr (eine Dicke von 4 mm oder mehr) beträgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die abschließende Wärmebehandlungshärte des rostfreien Stahls in einem Bereich von 500 bis 750 Hv liegt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Lochfraßwiderstandswirksummenzahl (PREN) des rostfreien Stahls einen Wert von 15 oder mehr nach der folgenden Formel 1 hat; PREN = % Cr + 3,3 (% Mo + 0,5% W) + 16% N Formel 1.