DE2051609B2

DE2051609B2 - Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb und die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Formkörpern

Info

Publication number: DE2051609B2
Application number: DE19702051609
Authority: DE
Inventors: Ronald H. Randallstown Espy; George N. Baltimore Goller
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1969-10-23
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1979-10-11
Also published as: GB1301339A; DE2051609C3; ES384841A1; BE757633A; DE2051609A1; FR2066401A5; CA939171A; JPS5116889B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls, der aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 0,38% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkessel für den kryogenen Betrieb, die sowohl eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur als auch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei kryogenen Temperaturen aufweisen, sowie als Werkstoff für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Formkörpern mit einer guten Zähigkeit bei 78° K, einer guten Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in siedenen Chloridmedien und einem guten Kalthärtungsvermögen.

Aus der deutschen Auslegungsschrift 12 61 677 sind nicht-magnetisierbare, austenitische Chrom-Mangan-Stahllegierungen bekannt, die aus 10 bis 20% Chrom, 12 bis 25% Mangan, bis zu 5% Nickel, bis 0,25% Kohlenstoff, 0,05 bis 0,5% Stickstoff und Rest Eisen mit Verunreinigungen bestehen. Diese Stahllegierungen eignen sich als Werkstoff für die Herstellung von Schwerstangen für Tiefbohrgestänge, die durch KaItverformung auf eine Streckgrenze von mindestens 70 kg/mm² gebracht werden.

Auch aus »ASM Picprint 29« Band 47, 1954, der US-Patentschrift 27 78 731 und »ASTM Special Technical Publication 369«, 1963, sind Nickel enthaltende

^r)^r> Chrom-Mangan-Stahllegierungen bekannt, die eine hohe Festigkeit und eine hohe Kalthärtungsgeschwindigkeit aufweisen. Diese hochfesten austenitischen Legierungen mit niedrigem Nickelgehalt eignen sich jedoch nur begrenzt für einen kryogenen Betrieb, weil

M) sie beim Verformen in Martensit übergehen und daher eine geringe Beständigkeit gegen Ermüdung aufweisen. Zwar ist es möglich, durch Erhöhung ihres Nickelgehaltes .ihre Utnwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen teilweise zu verhindern, die Belastbarkeit

ti¹; der dabei erhaltenen Stahllegierungen ist jedoch begrenzt, da sie bei Raumtemperatur nur eine verhältnismäßig geringe Festigkeit besitzen. Außerdem sind derartige Stahllegierungen wegen ihres verhältnis-

mäßig hohen Nickelgehaltes sehr teuer. Allen diesen bekannten Siahllegierungen ist ferner gemeinsam, daß sie eine verhältnismäßig geringe Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion bei kryogenen Temperaturen und in siedenden Chloridmedien besitzen, selbst wenn sie 5 bis 15% Nickel enthalten.

Aufgabe der Erfindung war es daher, einen verhältnismäßig niedriglegierten, voll austenitischen rostfreien Stahl vorzuschlagen, der auf Grund seiner spezifischen kritischen Zusammensetzung eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, nämlich eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur, eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung, eine gute Zähigkeit und Stabilität gegen Umwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen, eine gute Allgemeinkorrosionsbeständigkeit, eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion, ausgezeichnete Schweißeigenschaften, sowie die Fähigkeit besitzt, bis zu einer sehr hohen Festigkeit kahgehärtet zu werden, so daß er als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb und für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Fonnkörpern mit den gewünschten Eigenschaften verwendet werden kann.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch Verwendung eines austenitischcn rostfreien Stahls, der aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 0,38% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb die sowohl eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur als auch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei kryogenen Temperaturen aufweisen, sowie als Werkstoff für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Formkörpern mit einer guten Zähigkeit bei 78° K, einer guten Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in siedenden Chloridmedien und einem guten Kalthärtungsvermögen.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl besitzt auf Grund der Abstimmung seiner Gehalte an Chrom, Mangan, Nickel, Kohlenstoff und Stickstoff aufeinander eine einzigartige Kombination von vorteilhaften Eigenschaften, nämlich eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur, eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung, eine gute Zähigkeit und Stabilität gegen Umwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen, eine gute Allgemeinkorrosionsbeständigkeit, eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion in siedenden Chloridmedien, ausgezeichnete Schweißeigenschaften sowie die Fähigkeit, bis zu einer sehr hohen Festigkeit kaltgehärtet zu werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält der erfindungsgemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl vorzugsweise 11 bis 13,5% Mangan, vorzugsweise 1,1 bis 3,5% Nickel, vorzugsweise 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,30 bis 0,34% Stickstoff und vorzugsweise 17 bis 19% Chrom. Außerdem kann der erfindungigemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl vorzugsweise Vanadin/ oder Niob in einer Menge von 0,1 bis 0,5% enthalten und in ihm können gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bis zu 3,5% Chrom im Verhältnis 1 :1 durch Molybdän ersetzt sein. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann ferner zusätzlich noch bis zu 0,010% Bor enthalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht der erfindungsgemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 038% Stickstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Silicium, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, und gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht er aus 17 bis 19% Chrom, 11 bis 13,5% Mangan, 1,1 bis 3,5% Nickel, 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff, 030 bis 0,34% Stickstoff, bis zu 0,040%

ίο Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Silicium, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.

Wenn es auf eine besonders hohe Allgemeinkorrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit ankommt, können in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl bis zu 3,5% Chrom im Verhältnis 1 :1 durch Molybdän ersetzt werden. Das Molybdän setzt jedoch die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen herab. Zur Erhöhung der Festigkeit können Niob und/oder Vanadin in Mengen von jeweils 0,1 bis 0,5% zugegeben werden. Zur Erhöhung der Warmhärtbarkeit kann Bor in Mengen bis zu 0,010% zugegeben werden.

Die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Nickel und Stickstoff sowie deren chemisches Gleichgewicht sind in jedem Falle kritisch. Wenn eines dieser Elemente weggelassen wird oder wenn ihre kritischen Gehalte nicht eingehalten werden, gehen eine oder mehrere der erwünschten Eigenschaften verloren. Der iCohlenstoffgehalt der Stähle beträgt vorzugsweise mindestens etwa

jo 0,03%, um dem Stahl die erforderliche Festigkeit zu verleihen und um als Austenitbilder zu wirken. Auf bestimmten Anwendungsgebieten kann der Kohlenstoffgehalt 0,03% und sogar 0,01% unterschreiten, da man sich darauf verlassen kann, daß Stickstoff einen entsprechenden Einfluß auf die Eigenschaften des Stahls ausübt. Ein maximaler Kohlenstoffgehalt von 0,10% ist bevorzugt. Höhere C-Gehalte als 0,11% sind unzweckmäßig, da hierdurch die Allgemeinkorrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit sowie die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen beeinträchtigt werden.

Um eine vollständig austenitische Struktur zu gewährleisten und um den Stickstoff in Lösung zu halten, sind mindestens 11% Mangan erforderlich. Höhere Mangangehalte als 15% und vorzugsweise als 13,5% sind unzweckmäßig, da sie infolge von Manganverlusten beim Schmelzen die Kosten erhöhen und da Mangandazuneigt.eineWarmbrüchigkeithervorzurufen. Chrom wird in Mengen von mindestens 15,5% benötigt, um der Legierung die erforderliche Korrosionsbeständigkeit zu verleihen und um in Kombination mit Mangan den Stickstoff in Lösung zu halten. Mehr als 20% Chrom können bei den angegebenen Kohlenstoff-, Mangan-, Nickel- und Stickstoffgehalten nicht toleriert werden, da Chrom ein Ferritbildner ist und ein größerer als etwa 2%iger Ferritgehalt aus Gründen einer guten Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen vermieden werden muß. Aus diesen Gründen ist ein maximaler Chromgehalt von etwa 18% bevorzugt.

Die Anwesenheit von Nickel in Mengen von

bo mindestens 1,1% ist sowohl wegen seiner Funktion als Austenitbildner als auch wegen seiner zähigkeitserhöhenden Wirkung bei kryogenen Temperaturen von wesentlicher Bedeutung. Höhere Nickelgehalte als 3,75% führen nicht mehr zu einer Zähigkeitserhöhung

b5 und sind folglich unzweckmäßig. Darüber hinaus machen Nickelgehalte von mehr als 3,75% die Legierung für Spannungskorrosionsbrüche anfällig. Im übrigen ist es wegen des hohen Nickelpreises

zweckmäßig, den Nickelgehalt so niedrig zu halten, wie es die Wechselbeziehung der anderen Elemente mit Nickel ohne Beeinträchtigung der gewünschten Eigenschaften eben noch zuläßt.

Um eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur zu erreichen, werden mindestens 0,23% Stickstoff benötigt. Daneben ist Stickstoff ein starker Austenitbildner; somit werden also bei den angegebenen Kohlenstoff-, Mangan- und Nickelgehalten mindestens O,2fe^D/o Stickstoff benötigt Mehr als 038% Stickstoff können nicht toleriert werden, da dann die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen abnimmt, Schmelzen mit Gaseinschlüssen erhalten werden und eine Porosität der Schweißnähte auftritt

Die obigen Ausführungen zeigen, daß ein ausgewogenes Gleichgewicht hinsichtlich der Mengen an den wesentlichen Elementen eingehalten werden muß und daß die Wechselbeziehung der einzelnen Bestandteile innerhalb der angegebenen Grenzen zu einer neuen Kombination von Eigenschaften führt Daraus ist ferner zu entnehmen, daß bestimmte Abänderungen innerhalb der angegebenen Grenzen zu einer Legierung mit optimalen Eigenschaften zur kryogenen Verwendung führen, während andere Änderungen zu einer Legierung mit optimalen Allzweckeigenschaften, z. B. zur Herstellung von hochfesten Federdrähten, führen.

Eine bevorzugte Legierung für kryogene Anwendungsgebiete hat die nachfolgend angegebene Zusammensetzung:

0,05% Kohlenstoff, 13% Mangan, 18% Chrom, 3,0% Nickel, 0,32% Stickstoff, erschmelzungsbedin{.te Mengen an Phosphor, Schwefel und Silicium und Rest Eisen.

Eine weitere bevorzugte Legierung zur kryogenen Verwendung mit einer besonders günstigen Kombination von hoher Festigkeit bei Raumtemperatur, guter Stabilität gegen eine Umwandlung in Martensit und guter Zähigkeit bei 78° K sowie ausgezeichneter Schweißbarkeit hat die folgende Zusammensetzung:

0,05 Kohlenstoff, 13,5% Mangan, 18% Chrom, 3,5% Nickel, 0,35% Stickstoff, bis zu 0,50% Vanadium und/oder Niob, erschmelzungsbedingte Mengen an Phosphor, Schwefel, Silicium und Rest Eisen.

Eine bevorzugte Legierung zur Herstellung von kaltgezogenen Federdrähten mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1550 MN/m² hat die folgende Zusammensetzung:

0,10% Kohlenstoff, 12% Mangan, 18,5% Chrom, 1,5% Nick'.l, 0,35% Stickstoff, erschmelzungsbedingte Mengen an Phosphor, Schwefel und Silicium und Rest Eisen.

Die unter kryogenen Betriebsbedingungen zulässigen Belastungen beruhen auf den Zug- und Streckgrenzenwerten bei Raumtemperatur, der prozentualen Dehnung und Einschnürung bei Raumtemperatur, · der Schlagfestigkeit bei 78° K und dem Grad der Umwandlung in Martensit, gemessen als magnetische Umwandlung.

Mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen wurden im Vergleich zu bekannten kryogenen Legierungen und zu Legierungen mit Chromgehalten über und unter den Chromgehalten der erfindungsge- bo maß zu verwendenden Legierungen und mit Mangangehalten unter den Mangangehalten der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, jedoch mil den übrigen Bestandteilen innerhalb der für die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle angegebenen Grenzen, derartige b5 Tests durchgeführt. Die Zusammensetzungen der verschiedenen untersuchten Legierungen sind in der folgenden Tabelle I angegeben; die genannten Eigenschaften der in der Tabelle 1 angegebenen Legierungen sind in der folgenden Tabelle Il zusammengestellt

Zusätzlich zu den Untersuchungen hinsichtlich der mechanischen und metallurgischen Eigenschaften der Legierungen wurden die Proben 1 bis 14 und 17 bis 22 in siedendem Magnesiumchlorid (MgCb) auf ihr Spannungsrißkorrosionsverhalten hin untersucht Die Probe stücke wurden durch Anbringen von Schmelzschweißungen an gegenüberliegenden Seiten von 25,4 mm Rundstäben hergestellt Hierbei wurden in den äußeren Fasern der Probestücke Zugspannungen hervorgerufen. Während sämtliche Proben der ersten Gruppe (1 bis 14) innerhalb von 24 h keine Anzeichen einer Rißbildung zeigten, war bei sämtlichen Proben der zweiten Grappe (17 bis 22) innerhalb dieser Zeit eine Rißbiidung zu beobachten. Der hauptsächliche Unterschied in der chemischen Zusammensetzung der beiden Gruppen ist ihr Nickelgehalt. Aus den Ergebnissen dieser Versuche geht hervor, daß bei einem Nickelgehalt von über 3,75% die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion abnimmt

Sämtliche Chargen wurden in einem Induktionsofen erschmolzen, dann warmverformt und bei 1340° K eine halbe Stunde lang angelassen und mit Wasser abgeschreckt.

Die in der Tabelle II enthaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Festigkeit bei Raumtemperatur der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen beträchtlich höher ist als diejenige der Vergleichslegierungen. Die Zähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle bei 78° K ist nicht so hoch wie die Zähigkeit der Vergleichsstähle; in diesem Zusammenhang sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Zähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle für kryogene Betriebsbedingungen vollständig ausreicht, da ein Mindestwert von 20,3. Joule beim Charpy-Schlagfestigkeitsversuch mit V-Kerbe bei einer Temperatur von 78° K als ausreichend angesehen wird.

Aus der Tabelle II ergibt sich ferner, daß fünf erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen beim Verformen bei einer Temperatur von 78° K eine geringfügige magnetische Umwandlung zeigen, während die restlichen erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen nur eine äußerst geringe magnetische Umwandlung aufweisen. Im Gegensatz dazu zeigen die Vergleichslegierungen infolge Umwandlung in Martensit eine starke Magnetisierbarkeit.

Die Vergleichsprobe 19 besitzt trotz ihres beträchtlichen höheren Gehalts an Legierungsbestandteilen, insbesondere Nickel und Mangan, Eigenschaften bei Raumtemperatur und Zähigkeitswerte bei 78⁰K, die sich mit den entsprechenden Werten der erfindungsgtmäß zu verwendenden Legierungen vergleichen lassen.

Die Proben 10 und 11, die Mangan in geringeren Mengen enthalten, als sie bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen erforderlich sind, besaßen eine unbrauchbar niedrige Zähigkeit bei 78° K und gingen bei Raumtemperatur in Martensit über. Durch diese Ergebnisse wird die Notwendigkeit eines M^ngangehalts von mindestens 11,0% gezeigt.

Hohe Chromgehalte (Proben 12 und 13) führten zu einer Zweiphasenstruktur mit einem großen prozentualen Ferritanteil und zu einer unbrauchbar niedrigen Schlagfestigkeit bei 78° K.

Schließlich zeigte die einen Chromgehalt unterhalb der erforderlichen Mindestmenge von 15,5% aufweisende Probe 14 eine unbrauchbar niedrige Schlagfestigkeit bei 78° K.

Tabelle I

Zusammensetzung der verschiedenen untersuchten Stähle*)

Probe Nr.	Legierungstyp	C	Mn	Cr	Ni	N
1	erf. gem. zu verw.	0,046	11,88	17,76	1,97	0,30
	Legierung
2	desgl.	0,10	12,07	17,86	1.75	0,38
3	desgl.	0,054	12,16	17,84	2,74	0,33
4	desgl.	0,056	12,54	17,46	2,94	0,33
5	desgl.	0,057	12,79	17,46	3,71	0,33
6	desgl.	0,041	14,8	18,05	2,05	0,31
9	desgl.	0,043	14,52	17,41	1,38	0,33
						0,21 V
						0,14Nb
10	Vergl.-Leg. mit	0,045	7,96	17,18	1,98	0,29
	niedrigem Mn-Gehalt
11	desgl.	0,052	5,64	18,07	1,94	0,29
12	Vergl.-Leg. mit	0,06	14,54	25,31	2,29	0,32
	hohem Cr-Gehalt
13	desgl.	0,12	14,52	25,30	2,23	0,32
14	Vergl.-Leg. mit	0,10	11,80	12,86	1,71	0,30
	niedrigem Cr-Gehalt
15	Vergl.-Leg.	0,052	1,74	18,29	9,6	0,16
16	desgl.	0,06	1,66	18,63	10,7	0,12
17	desgl.	0,060	1,48	18,70	8,36	0,25
18	desgl.	0,052	1,69	18,94	9,59	0,22
19	desgl.	0,066	16,08	18,11	5,81	0,30
20	desgl.	0,054	0,77	18,19	8,81	0,031
21	desgl.	0,064	1,80	17,58	13,38	0,025
						2,66 Mo
22	desel.	0,045	8,95	20,46	6,67	0,29

-·) Bei den Proben 1 bis 14 betrug der Phosphorgehalt 0,007 bis 0,027%, der Schwefelgehalt 0,010 bis 0,029% und de/ S!!icmmgeha!t0,21 bis 0,54%.

Tabelle	II	Legierungstyp	Tabelle I	Streckgrenze	%-Dehnung	%-Ein-	Schlagfestigkeit	Magne
Eigenschaften der Stähle der		Zugfestigkeit	bei Raum	in 5 cm Meß	schnürung	beim Charpy-	tische
Probe		bei Raum	temperatur	länge		V-Schlagver-	Umwand
Nr.		temperatur	(0,2% Dehn			such in Joule*)	lung
			grenze
			(MN/m²)	(Raumtempe	(Raumtempe	(78° K)	(78° K)
		(MN/m²)		ratur)	ratur)
	erf. zu verw. Leg.		442	54	70	28	gering
	desgl.	755	510	52	70	23	sehr
1		828					gering
2	desgl.		455	49	71	49	gering
	desgl.	755	435	51	70	58	gering
3	desgl.	755	428	49	70	72	gering
4	desgl.	755	407	54	70	54	sehr
5		745					gering
6	desgl.		538	42	62	27	sehr
		828
9

ίο

Fortsetzung

Probe	Legierungstyp	Zugfestigkeit	Streckgrenze	%-Dehnung	%-Ein-	Schlagfestigkeit	Magne
Nr.		bei Raum	bei Raum	in 5 cm Meß	schnürung	beim Charpy-	tische
		temperatur	temperatur	länge		V-Schlagver-	Umwand
			(0,2% Dehn			such in Joule*)	lung
			grenze
		(MN/m²)	(MN/m²)	(Raumtempe	(Raumtempe	(78°K)	(78°K)
				ratur)	ratur)

Vergl.-Leg. mit

niedrigem

Mn-Gehalt

desgl.

795

455

67

870

448

51

12 13	Vergl.-Leg. mit hohem Cr-Gehalt desgl.	765 785
14 15	Vergl.-Leg. mit niedrigem Cr-Gehalt Vsrgl.-Leg.	820 640
16	desgl.	613
17	desgl.	725
18	desgl.	695
19 20	desgl. desgl.	780 593
21 22	desgl. desgl.	613 710

510 538 455

318 270 372 338

420 314

310 400

68
63
68

70
71
70
70

69
69

69

70

12

106

138

87

137

54
149

135
102

*) Die Schlagfestigkeitswerte bei Raumtemperatur überstiegen bei sämtlichen Proben 135 Joule.

Umwand lung bei Raumtemperatur

Umwand lung bei Raumtempe ratur 35% Ferrit

20% Ferrit

gering

Umwand lung

Umwand lung Umwand lung

Umwand lung gering

sehr gering

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl erwies sich als hochfest; er kann bei einem Endzug mit geringfügig mehr als 40%iger Querschnittsabnahme bis zu einer Zugfestigkeit von 1515 bis 1725 MN/m² und einer Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von mindestens 1240 MN/rn² gezogen werden. Die Kalthärtungsfähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Legieren- bo gen ist beträchtlich größer als die der bekannten Legierungen. Hinsichtlich der anderen physikalischen Eigenschaften lassen sich die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle ohne weiteres mit den bekannten Stählen vergleichen. Die höhere Kalthärtbarkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle ermöglicht es, in einem einzigen Zug einen Stahl bis auf die Grunddicke zu ziehen, wohingegen der bekannte Stahl eine Gesamtkaltverformung in der Größenordnung von 60% erfordert, um eine Zugfestigkeit von 1515 MN/m² zu erreichen.

Eine Schmelze der Zusammensetzung 18,6% Chrom, 11,9% Mangan, 1,6% Nickel, 0,11% Kohlenstoff, 038% Stickstoff, 0,015% Phosphor, 0,010% Schwefel, 0,60% Silicium, Rest Eisen, wurde auf ihre mechanischen Kaltzieheigenschaften hin untersucht Die (bei Raumtemperatur erhaltenen) Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III angegeben. Sie wurden mit einem nichtgerichteten Draht, gezogen aus einem 835 mm Rundstab, der eine halbe Stunde lang bei 1340⁰K angelassen und anschließend mit Wasser abgeschreckt worden war, erhalten. Die Anlaßhärte betrug 98 HRB.

Tabelle III

%-Kaltverformung Zugfestigkeit

(MN/m²)

Streckgrenze bei Raumtemperatur (0,2 %-Dehngrenze) (MN/m²)	%-Dehnung in 5 cm Meßlänge	%-Einschnürung	Rockwell Härte C
760	40	63	24
953	25	58	28
1090	17	53	32
1240	12	48	37
1400	10	43	40
1640	10	40	44

1020
1170
1310
1480
1640
1830

Der 6,35 mm Rundstab, von dem ausgegangen wurde, wurde aus einem quadratischen Barren mit 10,2 χ 10,2 cm Querschnittsfläche hergestellt. Der Barren besaß eine Zugfestigkeit von 800 MN/m², eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 448 MN/m², eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 53%, eine Einschnürung von 73,5% und eine Härte von 96 HRB.

Der 6,35 mm Rundstab besaß nach einem entsprechenden Anlassen und nach dem Abschrecken mit Wasser eine Zugfestigkeit von 825 MN/m², eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 442 MN/m², eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 63%, eine Einschnürung von 69% und eine Härte von 98 HRB.

Ein aus einem 10,2 cm Barren (Vierkantbarren) warmgewalzter 6,35 mm Rundstab besaß eine Zugfestigkeit von 1140 MN/m², eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 895 MN/m², eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 38%, eine Einschnürung von 60% und eine Härte von 36 HRC.

Ein Stahlwickel wurde zu einem 2,5 mm Rundstab verarbeitet, bei 1310⁰K angelassen, gebeizt und mit einer Geschwindigkeit von 30,5 m/min mit einer Querschnittsabnahme von 43% in einem einzigen Zug zu einem 1,9 mm Rundstab verarbeitet. Die erhaltene Zugfestigkeit betrug 1515 MN/m². Vergleichsweise war beim Versuch, aus einem Vergleichs-Stahl einen Draht der gleichen Dicke zu ziehen, eine Gesamtverformung von 58% erforderlich, um eine Zugfestigkeit von 1515 MN/m² zu erreichen. Dies erforderte zwei Zühe, den ersten mit einer Geschwindigkeit von 30,5 m/min und den zweiten mit einer Geschwindigkeit von 18,3 m/min, um Oberflächenfehler am Draht zu vermeiden.

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl läßt sich durch Schmelzen im elektrischen Ofen, entweder unter Luftzutritt oder im Vakuum, herstellen. Er kann weiter

Je· vergütet werden, beispielsweise durch Entgasen im Vakuum, und zu Rohblöcken vergossen oder kontinuierlich zu Brammen vergossen werden. Hierauf wird der Stahl in der Regel zu Platten, Blechen, Bändern, Stangen, Stäben oder Draht, z. B. Federdraht oder Schweißdraht, warm- und kaltverformt. In einigen Fällen kann der Stahl im gegossenen oder geschmiedeten Zustand verwendet oder zu Formkörpern verarbeitet werden, die dann verschweißt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines austenistischen rostfreien Stahls, bestehend aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11 % Kohlenstoff, 0,28 bis 0,38% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, als Werkstoff für die Herstellung von ι ο geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb, die sowohl eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur als auch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei kryogenen Temperaturen aufweisen.

2. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls, bestehend aus 153 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11 % Kohlenstoff, 0,28 bis 0,38% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, als Werkstoff für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Formkörpern mit einer guten Zähigkeit bei 78⁰K, einer guten Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion in siedenden Chloridmedien und einem guten Kalthärtungsvermögen.

3. Verwendung eines .austenitischrn rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Mangangehalt von 11 bis 13,5% zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

4. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls, nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Nickelgehalt von 1,1 bis 3,5% zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

5. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2 mit einem J5 Kohlenstoffgehalt von 0,03 bis 0,10% und einem Stickstoffgehalt von 0,30 bis 0,34% zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

6. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Chromgehalt von 17 bis 19% zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

7. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Gehalt an Vanadin und/oder Niob von 0,1 bis 03% zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

8. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2, in dem bis zu 3,5% Chrom im Verhältnis 1 :1 durch Molybdän ersetzt sind, zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

9. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2, der zusätzlich noch bis zu 0,010% Bor enthält, zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

10. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 0,38% Stickstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Silicium, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, zu dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.

11. Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus 17 bis 19% Chrom, 11 bis 13,5% Mangan, 1,1 bis 3,5% Nickel, 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff, 030 bis 0,34% Stickstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Silicium, Rest Eisen mit erschmelzuiigsbedingten Verunreinigungen, ?u dem in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zweck.