DE1264074B - Verwendung eines Stahles im martensitausgehaerteten Zustand als Werkstoff fuer Gegenstaende, die in chloridhaltiger Atmosphaere bestaendig gegen Spannungsrisskorrosion sein muessen - Google Patents
Verwendung eines Stahles im martensitausgehaerteten Zustand als Werkstoff fuer Gegenstaende, die in chloridhaltiger Atmosphaere bestaendig gegen Spannungsrisskorrosion sein muessenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C22c
Deutsche Kl.: 40 b-39/22
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
1264 074
U10441VI a/40b
23. Januar 1964
21. März 1968
U10441VI a/40b
23. Januar 1964
21. März 1968
In vielen Industriezweigen besteht Bedarf für einen härtbaren Stahl, der eine verhältnismäßig hohe Festigkeit
sowohl bei Zimmertemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen aufweist und der in chloridhaltiger
Atmosphäre, beispielsweise in Meeresluft, beständig ist gegen Spannungsrißkorrosion.
Es ist bereits ein Stahl aus bis zu 1 % Kohlenstoff, 6 bis 40% Chrom, 40 bis 4°/0 Nickel, 0,3 bis 5,0 %
Silizium, Titan, Molybdän und/oder Mangan, gegebenenfalls auch Aluminium, Kobalt und Stickstoff,
Rest Eisen und Verunreinigungen, bekannt, der gegen Korrosion beständig ist und gute Schwingungsfestigkeit aufweist. Dieser bekannte Stahl weist ein
austenitisches Gefüge auf. Man weiß, daß Stähle um so empfindlicher gegen Spannungsrißkorrosion sind,
desto höher ihre Streckgrenze und desto größer die ausgeübte Spannung ist. Zur Erhöhung ihrer Festigkeit
wärmebehandelter Stähle sind also besonders empfindlich gegen Spannungsrißkorrosion.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Stahl zu suchen, der im martensitausgehärteten
Zustand als Werkstoff für Gegenstände geeignet ist, die in chloridhaltiger Atmosphäre beständig gegen
Spannungsrißkorrosion sein müssen.
Für diesen Zweck eignet sich nun erfindungsgemäß ein Stahl aus 0,03 bis 0,15% Kohlenstoff, 14,0 bis
16,5% Chrom, 5,0 bis 7,0% Nickel, 1,0 bis 3,0% Molybdän, 0,6 bis 1,25 % Titan, jeweils höchstens
1,0 % Mangan und Silizium, jeweils höchstens 0,04 % Phosphor und Schwefel, 0 bis 6,0 % Kobalt, höchstens
0,08 % Aluminium, höchstens 0,015 % Stickstoff, Rest Eisen und Verunreinigungen.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung eines Stahles aus 0,03 bis 0,15% Kohlenstoff, 14,0 bis
16,5% Chrom, 5,0 bis 7,0% Nickel, 1,0 bis 3,0% Molybdän, 0,60 bis 1,25% Titan, jeweils höchstens
1,0 % Mangan und Silizium, jeweils höchstens 0,04 % Phosphor und Schwefel, 0 bis 6,0 % Kobalt, höchstens
0,08 % Aluminium, höchstens 0,015% Stickstoff, Rest Eisen und Verunreinigungen, im martensitausgehärteten
Zustand als Werkstoff für Gegenstände, die in chloridhaltiger Atmosphäre beständig gegen
Spannungsrißkorrosion.
Die Beständigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Stahles ist auf den Zusatz von Titan und Molybdän
und auf die Beschränkung des Aluminium- und Stickstoffgehaltes zurückzuführen. Der Chromgehalt
des Stahles ist so bemessen, daß der Stahl eine gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion und
gegen Oxydation bei erhöhten Temperaturen aufweist. Weiterhin enthält der Stahl eine solche Menge der
die Austenitbildung fördernden Elemente Kohlenstoff
Verwendung eines Stahles im
martensitausgehärteten Zustand als Werkstoff für Gegenstände, die in chloridhaltiger Atmosphäre
beständig gegen Spannungsrißkorrosion sein
müssen
martensitausgehärteten Zustand als Werkstoff für Gegenstände, die in chloridhaltiger Atmosphäre
beständig gegen Spannungsrißkorrosion sein
müssen
Anmelder:
United States Steel Corporation,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. M. Licht, Dr. R. Schmidt,
Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. Hansmann
und Dipl.-Phys. S. Herrmann, Patentanwälte,
8000 München 2, Theresienstr. 33
Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. Hansmann
und Dipl.-Phys. S. Herrmann, Patentanwälte,
8000 München 2, Theresienstr. 33
Als Erfinder benannt:
Richard Robinson Brady, Butler, Pa.;
Kenneth Gerard Brickner,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Richard Robinson Brady, Butler, Pa.;
Kenneth Gerard Brickner,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Januar 1963 (254 493)
und Nickel, daß diese Elemente den die Ferritbildung fördernden Elementen Chrom, Molybdän und Titan
die Waage halten und dadurch eine Umwandlung von Austenit in Martensit bei Abkühlung des Stahles auftritt.
Der Kohlenstoff- und Titangehalt ist so bemessen, daß sich bei einer Alterungsbehandlung bis zu einer
Temperatur von 590° C eine kritische Dispersion von Titancarbid und anderen titanhaltigen in den metallischen
Verbindungen ausscheidet und dadurch die für die vielen Anwendungszwecke erforderliche verhältnismäßig
hohe Streckgrenze und Zugfestigkeit erzielt wird. Neben seiner Eigenschaft als ein der
Ausscheidungshärtung zugängliches Element verbindet sich Titan im Stahl auch noch mit dem Stickstoff,
wobei die in fester Lösung befindliche Stickstoffmenge verringert wird. Es wird angenommen, daß die
in fester Lösung befindliche Stickstoffhienge einer der
809 519/528
Größen ist, von denen die Empfindlichkeit einer martensitischen Matrix gegenüber Spannungsrißkorrosion
abhängt. Ein Stickstoffannes martensitisches Gefüge ist also im allgemeinen weniger empfindlich
gegen Spannungsrißkorrosion in chloridhaltiger Atmosphäre als ein stickstofffreies martensitisches Gefüge.
Zur Erzielung einer hohen Warmfestigkeit und einer verbesserten Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion
enthält der Stahl auch Molybdän. Molybdän verleiht dem Stahl eine verbesserte Beständigkeit
gegen Spannungsrißkorrosion, da es die Beständigkeit des Stahles gegen narbenartige Korrosion erhöht und
so die Bildung von Korrosionsnarben hemmt, welche spannungserhöhend wirken. Auch Kobalt kann dem
Stahl zugesetzt werden, vorzugsweise 2 bis 6 °/0, ohne daß dadurch ein schädlicher Einfluß auf die Beständigkeit
des Stahles gegen Spannungsrißkorrosion in einer chloridhaltigen Atmosphäre auftritt. Wie Molybdän
verbessert auch Kobalt die Warmfestigkeit des Stahles. Da Kobalt ein die Austenitbildung förderndes Element
ist, trägt es zum Ausgleich der Ferritbildung fördernden
Elemente bei und.hat auch eine Verringerung der Deltaferritbildung im Stahl zur Folge, wodurch die
Querduktilität und die Warmbearbeitbarkeit verbessert werden.
Der Aluminium- und Stickstoffgehalt muß auf äußerst geringen Werten gehalten werden. Ohne die
kritische Beschränkung des Alumimum- und Stickstoffgehaltes ist der Stahl nicht beständig gegen
Spannungsrißkorrosion in chloridhaltiger Atmosphäre, wie nachfolgend an Hand von Beispielen erläutert
wird.
Nachfolgend wird die Zusammensetzung des erfindungsgemäß verwendeten Stahls angegeben.
In den folgenden Tabellen I und IA sind die Zusammensetzungen
von drei erfindungsgemäß verwendbaren Stählen sowie ihre Zugfestigkeitswerte bei
Zimmertemperatur und die Tage bis zum Versagen bei Prüfung auf Spannungsrißkorrosion angegeben.
Kohlenstoff, %.
Mangan, %
Phosphor, °/0 ..
Schwefel, °/0 ...
Silizium, %
Silizium, %
Nickel, °/0
Chrom, 0I0.....
Molybdän, °/o · ·
Titan, %
Kobalt, »/„
Aluminium, % .
Stickstoff, % ...
Breiter Bereich | Bevorzugter Bereich |
|
Kohlenstoff | 0,03 bis 0,15 | 0,06 bis 0,12 |
Mangan | bis zu 1,0 | 0,50 bis 0,80 |
Phosphor | höchstens 0,04 | höchstens 0,04 |
Schwefel | höchstens 0,04 | höchstens 0,04 |
Silizium | bis zu 1,0 | 0,40 bis 0,60 |
Nickel | 5,0 bis 7,0 | 5,5 bis 6,5 |
Chrom | 14,0 bis 16,5 | 14,5 bis 16,0 |
Molybdän | 1,0 bis 3,0 | 2,25 bis 2,75 |
Titan | 0,60 bis 1,25 | 0,85 bis 1,15 |
Kobalt | 0 bis 6,0 | 2,0 bis 6,0 |
Aluminium | höchstens 0,08 | höchstens 0,05 |
Stickstoff | höchstens 0,015 | höchstens 0,015 |
Rest Eisen und Verunreinigungen.
Zur Erzielung von verhältnismäßig hoher Festigkeit muß das Gleichgewicht zwischen den austenitbildenden
und ferritbildenden Elementen aufrecherhalten werden, d. h., falls die ferritbildenden Elemente am
oberen Ende des Bereiches liegen, müssen auch die austenitbildenden Elemente am oberen Ende des
Bereiches liegen.
Die bevorzugte Wärmebehandlung des erfindungsgemäß verwendeten Stahls umfaßt folgende Schritte:
(1) 5 bis 30 Minuten dauerndes Glühen bei 995 bis 1120° C, Luftabkühlung auf Raumtemperatur, (2)
gegebenenfalls mindestens 2 Stunden lang dauerndes Kühlen auf ungefähr —75° C, falls Austenitgefüge
vorhanden ist, und (3) mindestens 30 Minuten lang dauerndes Altern bei 455 bis 595° C.
Beispiel | |
1 | 2 |
0,11 | 0,10 |
0,70 | 0,60 |
0,010 | 0,011 |
0,030 | 0,034 |
0,60 | 0,54 |
5,72 | 5,83 |
14,83 | 15,17 |
2,43 | 2,47 |
0,96 | 1,11 |
— | 2,58 |
0,047 | 0,023 |
0,013 | 0,013 |
0,11 0,63 0,010 0,035 0,57 5,83 15,67 2,58 0,99 5,00 0,034 0,010
Rest Eisen und Verunreinigungen.
0,2 % Streckgrenze kg/mm2 |
Tabelle IA | Dehnung auf 5mm |
Tage bis zum Versagen |
|
Stahl | 126,5 137,0 141,8 |
Zugfestigkeit kg/mm2 |
6,2 6,5 9,2 |
1700* 524 bis 1700* 1700* |
1 2 3 |
136,0 149,8 152,5 |
|||
*Kein Ausfall der Probe bis zum Ablauf der angegebenen Zeit.
Bemerkungen:
(1) Die Spannungsrißkorrosionsversuche wurden in Meeresluft (Kure Beach, Nord Carolina, USA.)
unter Verwendung von Proben mit einer Dicke von 1,26 mm durchgeführt, die der Meeresluft
ausgesetzt wurden, während sie unter einer Spannung von ungefähr 75% ihrer Streckgrenze
standen.
(2) Die in der Tabelle IA angegebenen Stähle waren in der folgenden Weise wärmebehandelt worden:
Stabil
15 Minuten dauerndes Glühen bei 995° C, Luftabkühlung auf Raumtemperatur und dann
30 Minuten dauerndes Altern bei 538°C.
Stahl 2
15 Minuten dauerndes Glühen bei 1010° C, Luftabkühlung auf Zimmertemperatur und
dann 30 Minuten dauerndes Altern bei 538°C.
Stahl 3
15 Minuten dauerndes Glühen bei 1065° C, Luftabkühlung auf Zimmertemperatur, 6 Stunden
dauerndes Gefrieren bei —75° C und dann 30 Minuten dauerndes Altern bei 538°C.
Zu Vergleichszwecken sind in der folgenden Tabelle IIA Ergebnisse von Prüfungen auf Spannungsrißkorrosion
von Stählen angeführt, deren Zusammensetzung in der folgenden Tabelle II angegeben
ist und die im allgemeinen ähnlich zusammengesetzt sind wie der erfindungsgemäß verwendbare
Stahl, jedoch etwas außerhalb der Bereiche des erfindungsgemäß verwendbaren Stahles liegen.
Kohlenstoff, °/0...
Nickel, °/0
Chrom, %
Molybdän, %
Titan, %
Aluminium, °/o · · ■
Stickstoff, %
Stickstoff, %
Rest Eisen und Verunreinigungen.
B | Stahl | D | |
A | 0,07 | C | 0,07 |
0,07 | 7,0 | 0,08 | 7,0 |
7,0 | 15,0 | 4,5 | 17,0 |
17,0 | 2,25 | 16,5 | — |
— | — | 2,75 | 0,75 |
— | 1,2 | — | 0,20 |
1,2 | 0,03 | — | 0,02 |
0,03 | 0,1 | ||
0,052 6,54 16,50
1,26 0,23 0,003
(\ 1 Of | Zugfestigkeit | Dehnung | Tage bis zum Versagen |
|
Stahl | v,£ Io Streckgrenze |
kg/mma | auf 5 cm |
|
kg/mm8 | 153,8 | % | 2 bis 8 | |
A | 138,4 | 168,7 | 10,0 | 11 bis 19 |
B | 150,2 | 137,0 | 6,0 | 20 |
C | 110 | 142,7 | 9,7 | 3 bis 120 |
D | 133,5 | 179,8 | 9,0 | Ibis 2 |
E | 161,0 | 5,0 | ||
Bemerkung:
Die Spannungskorrosionsversuche wurden in einer Meeresatmosphäre (Kure Beach, Nord
Carolina, USA.) unter Verwendung von Proben mit einer Dicke von 1,26 mm durchgeführt, die
der Meeresatmosphäre und gleichzeitig einer Spannung von 75 % ihrer Streckgrenze ausgesetzt
wurden.
Bei den Stählen A, B, C und D handelt es sich um im Handel erhältliche Stähle, während es sich beim
Stahl E um einen stickstoffarmen, im Labor erschmolzenen Stahl handelt, der sonst ähnlich wie der Stahl D
aufgebaut ist. Aus einem Vergleich der Prüfungsergebnisse von Tabelle IA und Tabelle IIA ergibt
sich, daß der Stahl erfindungsgemäß eine bessere Spannungskorrosionsbeständigkeit aufweist.
Claims (2)
1. Verwendung eines Stahles aus 0,03 bis 0,15% Kohlenstoff, 14,0 bis 16,5% Chrom, 5,0 bis 7,0%
Nickel, 1,0 bis 3,0% Molybdän, 0,60 bis 1,25% Titan, jeweils höchstens 1,0 % Mangan und Silizium,
jeweils höchstens 0,04% Phosphor und Schwefel, 0 bis 6,0 % Kobalt, höchstens 0,08%
Aluminium, höchstens 0,015 % Stickstoff, Rest Eisen und Verunreinigungen, im martensitausgehärteten
Zustand als Werkstoff für Gegenstände, die in chloridhaltiger Atmosphäre beständig gegen
Spannungsrißkorrosion sein müssen.
2. Verwendung eines Stahles aus 0,06 bis 0,12% Kohlenstoff, 14,5 bis 16,0 % Chrom, 5,5 bis 6,5%
Nickel, 2,25 bis 2,75% Molybdän, 0,85 bis 1,15% Titan, 0,50 bis 0,80% Mangan, 0,40 bis 0,60%
Silizium, jeweils höchstens 0,04% Phosphor und Schwefel, 2,0 bis 6,0 % Kobalt, höchstens 0,05%
Aluminium, höchstens 0,015% Stickstoff, Rest Eisen und Verunreinigungen, im martensitausgehärteten
Zustand für den Zweck nach Anspruch 1.
In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 146 720.
österreichische Patentschrift Nr. 146 720.
809 519/528 3.68 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US25449363A | 1963-01-28 | 1963-01-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1264074B true DE1264074B (de) | 1968-03-21 |
Family
ID=22964495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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