DE4112766A1

DE4112766A1 - Korrosionsbestaendiger und hochfester martensitischer chrom-stahl

Info

Publication number: DE4112766A1
Application number: DE19914112766
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Muelders; Reinhard Dr Ing Schweitzer
Original assignee: Krupp Stahl AG
Current assignee: Krupp Hoesch Stahl AG
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1992-10-22
Anticipated expiration: 2011-04-20
Also published as: DE4112766C2

Description

Die Erfindung betrifft einen korrosionsbeständigen und hochfesten martensitischen Chrom-Stahl, sowie seine Verwendung für Gegenstände, die im Betrieb hohe Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit aufwei sen müssen, wie Scharnierbandketten in Transportanlagen.

An geradlaufende oder kurvengängige Scharnierbandketten für Trans portanlagen werden hohe Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit gestellt. Die Scharnierbandketten dürfen sich bei den im Betrieb auftretenden Belastungsspitzen nicht zu schnell dehnen oder zu schnell reißen und müssen in Transportanlagen, bei denen das Transportgut mit aggressiven Reinigungsmitteln behandelt wird (z. B. Bierflaschenreinigung) eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

Nach dem bisherigen Stand der Technik wurden für Scharnierbandketten von der Anmelderin (der früheren Fried. Krupp Hüttenwerke AG) ent wickelte ferritische Chrom-Stähle eingesetzt (DE-PS 26 18 305 und DE-PS 29 23 532).

Aus der DE-PS 26 18 305 ist die Verwendung eines ferritischen Chrom- Stahls bestehend aus 0,17 bis 0,22% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 1% Mangan, bis 0,045% Phosphor, bis 0,030% Schwefel, 12 bis 14% Chrom, 0,9 bis 1,4% Nickel, Rest Eisen in kaltgewalztem Zu stand als Werkstoff für geradlaufende oder kurvengängige Scharnier bandketten bekannt. Dieser Stahl hat eine gute Korrosionsbeständig keit und hat sich insbesondere hinsichtlich des dynamischen Bela stungsverhaltens bewährt.

Eine Weiterentwicklung dieses Stahls ist der Stahl gemäß der DE-PS 29 23 532. Er besteht aus 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, bis 1% Sili zium, bis 1% Mangan, 16 bis 17,5% Chrom, 0,8 bis 1,0% Nickel, Rest Eisen. Er weist nach dem Warmwalzen und nach einer Kaltumfor mung mit Verformungsgraden von mindestens 18 bis ca. 25% eine Min destzugfestigkeit von 750 N/mm², eine 0,2-Dehngrenze über 600 N/mm² und eine Bruchdehnung von mindestens 10% auf. Er wird als Werkstoff zur Herstellung von geradlaufenden und kurvengängigen Scharnierband ketten verwendet, die im geschweißten Zustand ohne Wärmenachbehand lung gegen interkristalline Korrosion beständig sein müssen. Werden höhere Festigkeitswerte verlangt, so kann dies bei diesem Stahl nur durch noch höhere Kaltwalzgrade erzielt werden. Dabei steigen zwar die Festigkeitswerte an, die Zähigkeitswerte fallen je doch auf nicht mehr tragbare Werte ab, so daß der Stahl durch Kaltum formungsvorgänge nicht mehr verarbeitbar ist.

Aus der DE-PS 31 05 891 ist ein schweißbarer nichtrostender Stahl mit ferritisch-perlitischem Mischgefüge, bestehend aus bis 0,1% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 1% Mangan, 13,0 bis 15,8% Chrom, 0,8 bis 3,0% Nickel, bis 1,5% Molybdän, bis 0,6% Titan, Rest Eisen, wobei die Summe Prozent Chrom und Prozent Molybdän min destens 14,3% beträgt, bekannt, der in Form von kaltgewalztem und geglühtem Kaltband nach zusätzlicher Kaltverformung um 10 bis 25% je nach Kaltwalzgrad 0,2-Grenzen von mindestens 600 bis mindestens 700 N/mm² und Bruchdehnungen von mindestens 7% aufweist und der in Form von hartvergütetem Stab- oder Drahtmaterial, auf Festigkeiten von mindestens 1000 N/mm² hartgezogen, als Werkstoff zur Herstellung von Kettengliedern für Scharnierband-, Laschen- und Rollenketten verwendet wird.

Auch bei diesem Stahl können noch höhere Festigkeitswerte nur dann erreicht werden, wenn Kaltwalzgrade oberhalb von 25% angewandt wer den, wobei jedoch die Zähigkeitswerte stark abfallen.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stahl zu schaffen, der bereits im warmgewalzten Zustand Festigkeits werte von oberhalb 800, vorzugsweise oberhalb 900 N/mm² bei ausrei chenden Zähigkeitswerten aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen martensitischen Chrom-Stahl bestehend aus (Angaben in Gew.-%)

Kohlenstoff
max. 0,03%
Silizium	max. 1%
Mangan	2,6 bis 5,5%
Phosphor	max. 0,045%
Schwefel	max. 0,030%
Chrom	1,46 bis 16,5%
Nickel	max. 0,7%
Titan	0,10 bis 0,45%
Stickstoff	max. 0,15%
Aluminium	max. 0,030

Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Eine bevorzugte Legierungsvariante des erfindungsgemäßen Stahls besteht aus (Angaben in Gew.-%)

Kohlenstoff
max. 0,020%
Silizium	max. 0,5%
Mangan	3,5 bis 4,2%
Phosphor	max. 0,030%
Schwefel	max. 0,020
Chrom	14,8 bis 15,5%
Nickel	0,3 bis 0,7%
Titan	0,15 bis 0,30%
Aluminium	max. 0,030%
Stickstoff	0,01 bis 0,04%

Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Der erfindungsgemäße Stahl erreicht bereits ohne eine Kaltverfesti gung im warmgewalzten und bei 950 bis 1050°C lösungsgeglühten Zu stand, in dem er nach einer Abkühlung an Luft ein martensitisches Gefüge aufweist, sehr hohe Festigkeitswerte, die bei < 800 N/mm² Zugfestigkeit und < 650 N/mm² Streckgrenze (0,2%-Dehngrenze) lie gen. Dabei werden Dehnungswerte von mindestens 10% gemessen, die für eine Weiterverarbeitung ausreichend sind.

Diese hervorragenden Festigkeitseigenschaften werden erreicht durch das sich bei diesem Stahl nach einer Abkühlung an Luft einstellende martensitische Gefüge. Der auf 0,030%, vorzugsweise 0,020% be grenzte Kohlenstoffgehalt, wobei der Kohlenstoff zusätzlich noch durch die vorgesehenen Titangehalte zu Titankarbiden abgebunden ist, ist ursächlich für die guten Dehnungswerte.

Die Mangangehalte im Bereich von 2,6 bis 5,5% bewirken eine zuver lässige Umwandlung in das martensitische Gefüge und sind somit eben falls ursächlich für die hervorragenden Festigkeitseigenschaften. Dies trifft auch für die Stickstoffgehalte mit einem maximalen Ge halt von 0,15% zu. Darüber hinaus führt Stickstoff zu einer geziel ten Festigkeitssteigerung über Ausscheidung von Titannitriden und Titancarbonitriden, ohne daß der Stahl wesentlich an Verformungs fähigkeit einbüßt.

Die Chromgehalte, die im Bereich von 14,6 bis 16,5% liegen, sind nötig, um das hier erforderliche Korrosionsverhalten des erfindungs gemäßen Stahls sicherzustellen. Unterhalb von 14,6% ist eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit nicht gegeben. Nach oben hin ist der Chromgehalt auf 16,5% begrenzt, um die vollständige Umwandlung zum gewünschten martensitischen Gefüge sicherzustellen. Dieses wäre nicht gegeben, wenn die Chromgehalte beispielsweise über 18% liegen würden. Der Siliziumgehalt des erfindungsgemäßen Stahls liegt in für diese Stahlgattung üblichen Grenzen und dient vorzugsweise Desoxida tionszwecken. Aluminium wird zugesetzt, um beim Zulegieren des Ti tans einen zu hohen Titan-Abbrand zu vermeiden.

Die Eingrenzung der Legierungsgehalte gemäß der bevorzugten Legie rungsvariante, insbesondere der Gehalte an Chrom und Nickel, ist aus Kostengründen vorteilhaft.

Wegen seiner guten Eigenschaften eignet sich der erfindungsgemäße Stahl vorzugsweise zur Herstellung von Gegenständen, die bereits im warmgewalzten und lösungsgeglühten Zustand eine Mindestzugfestig keit von 800 N/mm², eine Mindeststreckgrenze von 650 N/mm² und eine Mindestdehnung von 10% aufweisen müssen.

Werden höhere Festigkeitswerte verlangt, kann es vorteilhaft sein, den warmgewalzten Stahl durch eine Kaltverformung mit Verformungs graden im Bereich von 5 bis 15% in seiner Festigkeit zu steigern, sodaß Zugfestigkeitswerte von oberhalb 900 N/mm² und Streckgrenzen werte oberhalb 800 N/mm² erreicht werden. Diese an und für sich nie drigen Umformgrade im Bereich von 5 bis 15% steigern zwar die Fe stigkeit, lassen andererseits jedoch die Dehnungswerte nicht so weit unter 10% absinken, daß eine Weiterverarbeitung durch Kaltumformen, z. B. Biegevorgänge, nicht mehr gewährleistet ist.

Wegen seiner insgesamt guten Eigenschaften, betreffend die Korro sionsbeständigkeit und die technologischen Werte eignet sich der er findungsgemäße Stahl insbesondere zur Herstellung von geradlaufenden und kurvengängigen Scharnierbandketten für Transportanlagen. Der Stahl gewährleistet einmal die geforderten Festigkeitseigenschaften, läßt andererseits aber gerade bei Scharnierbandketten wegen seiner noch ausreichenden Zähigkeitswerte zu, daß die Scharnieraugen mit sehr niedrigen Biegeradien gebogen werden können.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Stahl näher erläutert:

Ein Stahl der Zusammensetzung (in Gew.-%)

Kohlenstoff\|0,010%
Silizium	0,16%
Mangan	3,90%
Phosphor	0,019%
Schwefel	0,003%
Chrom	14,9%
Nickel	0,60%
Titan	0,23%
Aluminium	0,022%
Stickstoff	0,032%

wurde ausgehend von einer Stranggußbramme zu Warmband der Dicke 3,25 mm ausgewalzt.

Dieses Warmband wurde bei 1000°C für 3 Minuten im Durchlauf lö sungsgeglüht und anschließend an Luft abgekühlt. In diesem Zustand hatte das Band ein vollmartensitisches Gefüge.

Das Warmband hatte eine Zugfestigkeit (R_m) von 873 N/mm², eine Streckgrenze (R_p0,2) von 729 N/mm² und eine Bruchdehnung (A₅) von 11%.

Ein Teil des Warmbandes wurde anschließend ausgehend von der Aus gangsdicke von 3,25 mm auf 2,90 mm kaltgewalzt, entsprechend einem Kaltwalzgrad von 10,8%.

Dabei ergab sich eine Zugfestigkeit von 958 N/mm², eine Streckgrenze von 919 N/mm² bei einer Bruchdehnung von 4%.

Vergleicht man die Festigkeitswerte sowohl des warmgewalzten als auch des kaltgewalzten Bandes mit den aus der DE-PS 29 23 532 und der DE-PS 31 05 891 bekannten Festigkeitswerten, so ergibt sich ganz klar, daß die mit dem erfindungsgemäßen Stahl erreichten Festig keitswerte bereits im warmgewalzten Zustand den Festigkeitswerten nach den o.a. Patentschriften im kaltgewalzten Zustand entsprechen.

Abgesehen von der mit dem Kaltwalzen erreichbaren Festigkeitssteige rung dient das Kaltwalzen beim erfindungsgemäßen Stahl bevorzugt dem Zweck, das warmgewalzte Band zu glätten. Denn insbesondere beim Ver wendungszweck Scharnierbandketten für Transportanlagen ist vom Ver wender gefordert, daß das Transportgut auf einer glatten Oberfläche abläuft.

Der erfindungsgemäße Stahl weist ein ausgezeichnetes Korrosionsver halten auf. Er ist nicht nur beständig gegen allgemeine abtragende Korrosion, sondern insbesondere auch beständig gegen die sogenannte interkristalline Korrosion. Im Strauß-Test gemäß DIN 50 914 (Kupfer sulfat-Schwefelsäure-Verfahren) hat sich der Stahl als beständig ge gen interkristalline Korrosion erwiesen. Proben, die 15 Stunden in einer siedenden Lösung von Kupfersulfat und Schwefelsäure gehalten wurden, zeigten nach einem Biegetest (90°-Biegung) keine durch in terkristalline Korrosion hervorgerufenen Anrisse. Diese Aussage gilt sowohl für normal gebogene Proben als auch für Proben, die im ge schweißten Zustand in der korrosiven Lösung gehalten und anschließend gebogen wurden.

Claims

1. Korrosionsbeständiger und hochfester martensitischer Chrom- Stahl bestehend aus (Angaben in Gew.-%) Kohlenstoff max. 0,03% Silizium max. 1% Mangan 2,6 bis 5,5% Phosphor max. 0,045% Schwefel max. 0,030% Chrom 14,6 bis 16,5% Nickel max. 0,7% Titan 0,10 bis 0,45% Stickstoff max. 0,15% Aluminium max. 0,030%

Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

2. Korrosionsbeständiger und hochfester martensitischer Chrom- Stahl nach Anspruch 1, bei dem die Gehalte an Kohlenstoff max. 0,020% Silizium max. 0,5% Mangan 3,5 bis 4,2% Phosphor max. 0,030% Schwefel max. 0,020% Chrom 14,8 bis 15,5% Nickel 0,3 bis 0,7% Titan 0,15 bis 0,30% Stickstoff 0,01 bis 0,04%

3. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 oder 2, der im warmgewalzten Zustand nach einem Lösungsglühen bei 950 bis 1050°C im Durchlauf für 1 bis 4 Minuten und nachfolgender Abkühlung an Luft ein martensitisches Gefüge aufweist, als Werkstoff zur Her stellung von Gegenständen, die eine Mindestzugfestigkeit von 800 N/mm², und eine Mindeststreckgrenze (0,2%-Dehngrenze) von 650 N/mm² aufweisen müssen.

4. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 3, mit der Maßgabe, daß zur weiteren Steigerung der Festigkeitswerte auf eine Zugfestigkeit oberhalb 900 N/mm² und eine Streckgrenze oberhalb 800 N/mm² der warmgewalzte Stahl um 5 bis 15% kaltverformt wird.

5. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 3 oder 4, zur Herstellung von geradlaufenden oder kurvengängigen Scharnier bandketten für Transportanlagen, wobei die Kettenglieder eine Stärke von 2 bis 5 mm aufweisen.