DE69019578T2 - Baustahl mit hoher Festigkeit und guter Bruchzähigkeit. - Google Patents
Baustahl mit hoher Festigkeit und guter Bruchzähigkeit.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft eine aushärtbare martensitische Stahllegierung und insbesondere eine Legierung und ein daraus gefertigtes Erzeugnis, bei dem der Gehalt an den einzelnen Elementen genau eingestellt ist, um eine einzigartige Kombination von hoher Zugfestigkeit, hoher Bruchzähigkeit und guter Spannungskorrossionsrißbeständigkeit unter Meerwasserbedingungen zu erzielen.
- Bisher wurde für hohe Festigkeit und geringes Gewicht erfordernde Bauteile eine als 300M bezeichnete Legierung verwendet. Diese hat die folgende Zusammensetzung in Gew.%:
- wobei der Rest im wesentlichen auf Eisen entfällt. Die 300M-Legierung gewährleistet hohe Zugfestigkeit innerhalb eines Bereichs von 1930-2068 MPA (280-300 ksi).
- Es besteht ein Bedarf an einer hochfesten Legierung wie 300 M, jedoch mit hoher Bruchzähigkeit, dargestellt durch einen Spannungsintensitätsfaktor KIC ≥ 110 MPA [m] (100 ksi [in]). Die Bruchzähigkeit der 300M-Legierung, dargestellt durch einen Faktor KIC von ca. 60-66 MPa [m] (55-60 ksi [m]) ist nun nicht ausreichend, um die genannte Forderung zu erfüllen. Höhere Bruchzähigkeit ist für eine höhere Betriebssicherheit in Bauteilen erwünscht und auch deshalb erforderlich, weil sie eine zerstörungsfreie Prüfüng eines Bauteils auf Risse ermöglicht, die zu einem katastrophalen Versagen führen können.
- Bekannt ist eine als AF1410 bezeichnete Legierung mit guter Bruchzähigkeit, dargestellt durch den Faktor KIC ≥ 110 MPA [M] (100 ksi [in]). Diese Legierung wird in der US-PS Nr. 4,076.525, erteilt an Little et al. am 28.2. 1978, beschrieben. Die AF1410-Legierung hat, wie in der US-PS Nr. 4,076.525 angegeben, folgende Zusammensetzung in Gew.%:
- wobei der Rest im wesentlichen auf Eisen entfällt. Die AF1410-Legierung läßt jedoch im Hinblick auf die Zugfestigkeit noch viel zu wünschen übrig. Diese Legierung gewährleistet eine Bruchfestigkeit von bis zu 1862 MPa (270 ksi), das heißt einen Festigkeitsgrad, der für hochbeanspruchte Bauteile, für die das sehr hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, wie es durch 300M gewährleistet wird, erforderlich ist. Es ist daher überaus wünschenswert, über eine Legierung zu verfügen, die zusätzlich zur hohen Zugfestigkeit der 300M-Legierung noch die gute Bruchzähigkeit der AF1410-Legierung gewährleistet.
- Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer aushärtbaren martensitischen Stahllegierung und eines daraus gefertigten Erzeugnisses, die gekennzeichnet sind durch eine einzigartige Kombination von hoher Zugfestigkeit und hoher Bruchzähigkeit.
- Eine Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Bereitstellung einer Legierung, die durch eine erheblich höhere Zugfestigkeit als bei der AF1410-Legierung, jedoch unter Aufrechterhaltung der hohen Bruchzähigkeit gekennzeichnet ist.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Legierung, die zusätzlich zur hohen Zugfestigkeit und Bruchzähigkeit noch hohe Spannungskorrossionsrißbeständigkeit unter Meerwasserbedingungen aufweist.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer hochfesten Legierung mit niedriger Rißhaltetemperatur.
- Erfindungsgemäß wird eine aushärtbare martensitische Stahllegierung mit der in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Zusammensetzung (in Gew. %) bereitgestellt: Tabelle I Breiter Bereich Mittlerer Bereich Bevorzugter Bereich Rest
- Der Rest kann Verunreinigungen umfassen. So z.B. kann die Legierung Spuren von jeweils bis zu etwa 0,001 % der Seltenerdmetalle wie z.B. Cer und Lanthan enthalten, genauso wie nicht mehr als ca. 0,008 % Phosphor und nicht mehr als ca. 0,004 % Schwefel enthalten sein können.
- Die obige Tabelle dient als geeignete Zusammenfassung und ist nicht als Beschränkung der unteren oder oberen Werte der Bereiche für die einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Legierung auf die ausschließliche Kombination untereinander oder als Beschränkung der breiten, mittleren bzw. bevorzugten Bereiche der einzelnen Elemente auf die ausschließliche Kombination untereinander aufzufassen. Einer oder mehrere der breiten, mittleren und bevorzugten Bereiche können somit zusammen mit einem oder mehreren der übrigen Bereiche der übrigen Elemente verwendet werden. Außerdem kann ein breiter, mittlerer oder bevorzugter minimaler oder maximaler Wert eines Elements zusammen mit dem maximalen oder minimalen Wert für dieses Element aus einem der übrigen Bereiche verwendet werden. Hier und in der gesamten Anmeldung bedeuten "Prozente" (%) - sofern nichts anderes angegeben ist - "Gewichtsprozente".
- Die erfindungsgemäße Legierung ist genau ausgewogen, um eine einzigartige Kombination von hoher Zugfestigkeit, hoher Bruchzähigkeit und Spannungskorrossionsrißbeständigkeit zu ergeben. Enthält die Legierung z.B. mehr als 1,3 % Molybdän, wird die Menge an Kohlenstoff und/oder Kobalt vorzugsweise so herabgesetzt, daß sie in der unteren Hälfte der jeweiligen Bereiche für den Legierungskomponentengehalt liegen. Kohlenstoff und Kobalt werden vorzugsweise entsprechend den nachfolgenden Beziehungen im Gleichgewicht gehalten:
- a) % Co ≤ 35-81,8 (%C);
- b) % Co ≥ 25,5-70 (%C);
- und zur Erzielung optimaler Ergebnisse:
- c) % Co ≥ 26,9-70 (%C).
- Dabei gilt jedoch, daß bei Vorliegen von mehr als 1,3 % Molybdän in der Legierung die Menge an Kohlenstoff und/oder Kobalt vorzugsweise in der unteren Hälfte der jeweiligen Bereiche für den Legierungskomponentengehalt liegt.
- Die erfindungsgemäße Legierung enthält wenigstens 0,20 % und vorzugsweise wenigstens 0,21 % Kohlenstoff, da dieser zur hohen Härte und hohen Zugfestigkeit der Legierung in erster Linie durch Verbindung mit anderen Elementen wie Chrom und Molybdän unter Bildung von Carbiden während der Wärmebehandlung beiträgt. Ein zu hoher C-Gehalt be-einflußt die Bruchzähigkeit der Legierung negativ. Der Kohlenstoff ist daher auf hochstens 0,33 % und besser noch auf höchstens 0,31 % und vorzugsweise auf höchstens 0,27 % beschränkt.
- Kobalt trägt zur Härte und Festigkeit der Legierung bei und begünstigt das Verhältnis der Streckgrenze zur Zugfestigkeit (Y.S./U.T.S.). Kobalt liegt daher in dieser Legierung in einer Menge von wenigstens 8 %, besser jedoch von wenigstens 10 % und vorzugsweise von wenigstens 11 % vor. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse liegen wenigstens ca. 12 % Kobalt vor. Bei über 17 % Kobalt werden Bruchzähigkeit und Rißhaltetemperatur der Legierung negativ beeinflußt. Vorzugsweise liegen maximal 15 %, besser jedoch maximal 14 % Kobalt in dieser Legierung vor.
- Kobalt und Kohlenstoff sind bei dieser Legierung genau ausgewogen, um die einzigartige Kombination von hoher Festigkeit mit der für die Legierung kennzeichnenden hohen Bruchzähigkeit zu gewährleisten. Zur Erzielung einer hohen Bruchzähigkeit werden Kohlenstoff und Kobalt vorzugsweise entsprechend den nachfolgenden Beziehungen im Gleichgewicht gehalten:
- a) % Co ≤ 35-81,8 (%C).
- Zur Erzielung der erwünschten hohen Festigkeit und Härte werden Kohlenstoff und Kobalt vorzugsweise wie folgt im Gleichgewicht gehalten:
- b) % Co ≥ 25,5-70 (%C);
- und zur Erzielung optimaler Ergebnisse
- c) % Co ≥ 26,9-70 (%C).
- Chrom trägt zur guten Härtbarkeit und Erzielung eines hohen Härtewerts dieser Legierung bei und begünstigt die gewünschte niedrige Rißhaltetemperatur der Legierung. Daher liegen wenigstens 2 %, besser jedoch wenigstens 2,25 % und vorzugsweise wenigstens 2,5 % Chrom vor. Bei über 4 % Chrom kann die Legierung rasch überaltern, so daß die einzigartige Kombination von hoher Zugfestigkeit und hoher Bruchzähigkeit nicht erzielt werden kann. Vorzugsweise ist Chrom auf maximal 3,5 %, besser jedoch auf maximal 3,3 % begrenzt. Enthält die Legierung mehr als ca. 3 % Chrom, wird der C-Gehalt in der Legierung vorzugsweise angehoben, um sicherzustellen, daß die Legierung die gewünschte hohe Zugfestigkeit aufweist.
- In dieser Legierung liegen wenigstens 0,75 % und vorzugsweise wenigstens 1,0 % Molybdän vor, da es die gewünschte niedrige Rißhaltetemperatur der Legierung begünstigt. Bei über 1,75 % Molybdän wird die Bruchzähigkeit der Legierung negativ beeinflußt. Vorzugsweise ist das in der Legierung vorliegende Molybdän auf maximal 1,5 %, besser jedoch auf maximal 1,3 % beschränkt. Liegen in der Legierung mehr als 1,3 % Molybdän vor, wird der prozentuale Gehalt an Kohlenstoff und/oder Kobalt vorzugsweise niedriger eingestellt, damit die Legierung die gewünschte hohe Bruchzähigkeit aufweist. Enthält die Legierung somit mehr als 1,3 % Molybdän, ist der % C vorzugsweise nicht größer als der Mittelwert an %C für gegebene %Co, wie jeweils durch die Beziehungen a) und b) bzw. a) und c) definiert.
- Nickel trägt zur Härtbarkeit dieser Legierung bei, so daß die Legierung mit oder ohne Schnellabschrecktechniken gehärtet werden kann. Nickel begünstigt die Bruchzähigkeit und die Spannungskorrosionsrißbeständigkeit dieser Legierung und trägt zur gewünschten niedrigen Rißhaltetemperatur bei. Dementsprechend liegen wenigstens 10,5 %, besser jedoch wenigstens 10,75 % und vorzugsweise wenigstens 11,0 % Nickel vor. Bei einem Nickelgehalt von über 15 % kann die Bruchzähigkeit und die Schlagzähigkeit der Legierung negativ beeinflußt werden, da die Löslichkeit des Kohlenstoffs in der Legierung vermindert wird, was zur Carbidausscheidung an den Korngrenzen führen kann, wenn die Legierung bei geringer Geschwindigkeit abgekühlt wird wie z.B. im Falle von Luftkühlung im Anschluß an das Schmieden. Vorzugsweise ist Nickel auf maximal 13,5 %, besser jedoch auf maximal 12,0 % beschränkt.
- Auch noch andere Elemente können in dieser Legierung vorliegen, und zwar in Mengen, welche die gewünschten Eigenschaften nicht beeinträchtigen. So können z.B. maximal 0,2 %, besser jedoch maximal 0,10 % und für optimale Ergebnisse maximal 0,05 % Mangan vorliegen. Bis zu 0,1 % Silizium, bis zu 0,01 % Aluminium und bis zu 0,01 % Titan können als Rückstände aus geringen Zugaben zur Desoxydierung der Legierung vorliegen. Spuren von jeweils bis zu ca. 0,001 % der Seltenerdelemente wie z.B. Cer und Lanthan können als Rückstände von geringen Zugaben zur Steuerung der Form der Sulfid- und Oxideinschlüsse vorliegen.
- Der Rest in der erfindungsgemaßen Legierung entfällt im wesentlichen auf Eisen, abgesehen von den üblichen Verunreinigungen wie sie in handelsüblichen, für ähnliche Verwendungszwecke gedachten Legierungssorten vorkommen. Die Mengen dieser Verunreinigungen müssen so eingestellt werden, daß sie nicht die gewünschten Eigenschaften der Legierung beeinflussen. Phosphor ist z.B. auf maximal ca. 0,008 % und Schwefel auf maximal ca. 0,004 % beschränkt. Begleitelemente wie z.B. Blei, Zinn, Arsen und Antimon sind jeweils auf maximal ca. 0,003 % und vorzugsweise auf maximal ca. 0,002 % beschränkt. Sauerstoff ist auf maximal ca. 20 ppm und Stickstoff auf maximal ca. 40 ppm beschränkt.
- Die erfindungsgemäße Legierung wird unter Verwendung herkömmlicher Vakuumschmelztechniken rasch geschmolzen. Zur Erzielung bester Ergebnisse wird, wenn z.B. eine zusätzliche Feinung erwünscht ist, eine Mehrfachschmelzung bevorzugt. Die bevorzugte Praxis besteht z.B. darin, daß man in einem Vakuuminduktionsofen (VIM) die Schmelze gewinnt und diese dann in Form einer Elektrode vergießt. Die Elektrode wird dann in einem Vakuumlichtbogenofen (VAR) erneut geschmolzen und dann zu einem oder mehreren Blöcken umgegossen. Vor dem erneuten Umschmelzen im Vakuumlichtbogenofen werden die Elektrodenblöcke vorzugsweise bei ca. 677 ºC (1250ºF) während 4 bis 16 Stunden spannungsfreigeglüht und dann an der Luft abgekühlt. Nach dem VAR wird der Block vorzugsweise bei ca. 1177ºC (2150ºF) während 6 bis 10 Stunden homogenisiert.
- Die Legierung kann bei ca. 1177º (2150ºF) bis ca. 816ºC (1500ºF) warm umgeformt werden. Die bevorzugte Warmumformtechnik ist das Schmieden eines Blockes ausgehend von einer Temperatur von ca. 1177ºC (2150ºF) zur Erzielung einer Querschnittsflächenverminderung von wenigstens 30 %. Der Block wird dann erneut auf ca. 982ºC (1800ºF) erwärmt und bis zur Erzielung einer Querschnittsflächenverminderung um wenigstens weitere 30 % weiter geschmiedet.
- Die erfindungsgemäße Legierung wird dan austenitisiert und wie folgt ausgehärtet:
- Die Austenitisierung der Legierung erfolgt durch Erwärmen bei ca. 843-899ºC (1550- 1650ºF) während ca. 1 Stunde plus ca. 2 Minuten pro cm Dicke und anschließendes Abschrecken in Öl. Die Härtbarkeit dieser Legierung ist hoch genug, um eine Luftkühlung bzw. Vakuumwärmebehandlung unter Inertgasabschrecken, die beide durch eine geringere Abkühlgeschwindigkeit als das Ölabschrecken ausgezeichnet sind, zu ermöglichen. Soll diese Legierung jedoch in Öl abgeschreckt werden, wird sie vorzugsweise bei ca. 843-871ºC (1550-1600ºF) austenitisiert, während sie im Falle der Vakuumbehandlung bzw. Lufthärtung vorzugsweise bei ca. 857-899ºC (1575-1650ºF) austenitisiert wird. Nach der Austenitisierung wird die Legierung vorzugsweise einer Kaltbehandlung wie z.B. einer Tiefkühlung bei ca. -73ºC (-100ºF) während 1/2 bis 1 Stunde unterzogen und dann an der Luft wieder erwärmt.
- Die Aushärtung der Legierung wird vorzugsweise durch Erwärmen bei ca. 454-496ºC (850-925ºF) während ca. 5 Stunden unter nachfolgender Abkühlung an der Luft durchgeführt. Bei Austenitisierung und Aushärtung ergibt die erfindungsgemaße Legierung eine Bruchfestigkeit von wenigstens ca. 1930 MPa (280 ksi) und eine Längsbruchzahigkeit von wenigstens 110 MPA [M] (100 ksi [in]). Außerdem kann die Legierung innerhalb der obigen Verfahrensparameter ausgehärtet werden, um eine Rockwellhärte von wenigstens 54 HRC zu gewährleisten, wenn dies für die Verwendung bei geschoßsicheren Erzeugnissen erwünscht ist.
- Als Beispiel für die erfindungemäße Legierung wurden 181 kg (400 lb) VIM-Schmelze mit der in Tabelle II angegebenen Zusammensetzung in Gewichtsprozent hergestellt und zu 15,6 cm (6 1/8 Inch)-Rundblöcken vergossen. Tabelle II Kohlenstoff Mangan Silizium Phosphor Schwefel Chrom Nickel Molybdän Kobal Cer Lanthan Titan Eisen* Rest
- * Der Eiseneinsatz war Elektrolyteisen von üblicher Güte.
- Der Block wurde dann unter Verwendung von Vermikulit gekühlt, bei 677ºC (1250ºF) während 4 Stunden spannungsfreigeglüht und dann luftgekühlt. Anschließend wurde der Block in einem Lichtbogenofen erneut geschmolzen (VAR), als 20,3 cm (8 Inch)-Rundblock vergossen und dann vermikulitgekühlt. Der erneut geschmolzene Block wurde dann bei 677ºC (1250ºF) während 4 Stunden spannungsfreigeglüht und an der Luft abgekühlt.
- Vor dem Schmieden wurde der Block bei 1177ºC (2150ºF) während 16 Stunden homogenisiert und danach ausgehend von einer Temperatur von 1177ºC (2150ºF) zu 8,9 cm (3 1/2 Inch) hohen und 12,7 cm (5 Inch) breiten Stäben geschmiedet. Der Stab wurde in 4 Teilstücke zerschnitten, die erneut auf 982ºC (1800ºF) erwärmt und zu 3,8 x 8,6 cm (1 1/2 x 3 3/8 Inch) großen Stäben geschmiedet wurden, die man dann an der Luft kühlte.
- Die geschmiedeten Stäbe wurden bei 677ºC (1250ºF) während 16 Stunden geglüht und dann an der Luft gekühlt. Aus einem der geglühten Stäbe wurde durch spanabhebende Bearbeitung eine Querprobe für die Zugprüfung (Durchmesser 0,64 cm /0,252 Inch/, Länge 5,1 cm /2 Inch/) hergestellt. Die Zugprüfungsprobe wurde dann in Salz während 1 Stunde bei 843ºC (1550ºF) austenitisiert, ölabgeschreckt, bei -73ºC (-100ºF) während einer Stunde tiefgekühlt und dann an der Luft wieder erwärmt. Die Probe wurde dann während 5 Stunden bei 468ºC (875ºF) ausgehärtet und luftgekühlt. Die Ergebnisse der an der Querprobe bei Raumtemperatur durchgeführten Zugprüfüngen sind einschließlich der 0,2 % Dehngrenze (Y.S.) und der Bruchfestigkeit (U.T.S.) in MPa (ksi) sowie der Dehnung in Prozenten (% E1.) und der prozentualen Verminderung der Querschnittsfläche (% R.A.) in Tabelle III angegeben. Die Härte der Probe wurde ebenfalls gemessen und ist in Tabelle III als Rockwell C-Härte (HRC) angegeben. Tabelle III
- Aus einem der restlichen geglühten Stäbe wurde eine Längsprobe in Form eines Normstabes von kompakter Größe für die Zug- bzw. Bruchzähigkeitsprüfüng durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt. Die Bruchzähigkeitsprobe wurde austenitisiert, tiefgekühlt und auf dieselbe Weise, wie im Zusammenhang mit der Zugprobe beschrieben, ausgehärtet. Das Ergebnis der bei Raumtemperatur durchgeführten Bruchzähigkeitsprüfung gemäß ASTM Standard Test E399 ist in Tabelle IV als KIC-Wert in MPa [m] und ksi [in] angegeben. Die Härte der Probe wurde ebenfalls gemessen und ist in HRC angegeben. Tabelle IV
- Die Ergebnisse aus Tabelle III und IV zeigen deutlich, daß die erfindungsgemäße Legierung eine Bruchfestigkeit von über 1930 MPA (280 ksi) in Kombination mit einer Bruchzähigkeit, dargestellt durch KIC, von über 110 MPA [M] (100 ksi [in]) gewährleistet.
- Aus einem der übrigen geglühten Stäbe wurden durch spanabhebende Bearbeitung querorientierte Normstäbe für die Kerbschlagzähigkeitsprüfüng nach Charpy hergestellt. Zwei Serien von Kerbschlagzähigkeitsstäben wurden, wie in Tabelle V angegeben ist, austenitisiert und abgeschreckt. Die Stäbe wurden dann bei -73ºC (-100ºF) während 1 Stunde tiefgekühlt. Gegenproben von Stäben wurden 5 Stunden lang bei den in Tabelle V angegebenen Temperaturen gehärtet. Die Ergebnisse der Kerbschlagzähigkeitsprüfung nach Charpy (CVN) bei Raumtemperatur (RT) und bei -53,5ºC (-65ºF) sind in Tabelle V in Joules (ft-lbs) angegeben. In Tabelle V ist außerdem die Durchschnittshärte für jede Testserie von Gegenproben in Form der Rockwell C-Härte (HRC) angegeben. Tabelle V Austentisierungstemp. Abschreckung Aushärtungstemp. Prüfungstemp. Joules Ölabschreckung ¹ Vermikulitkühlung
- Die Ergebnisse in Tabelle V zeigen, daß die erfindungsgemäße Legierung bei sehr tiefen Temperaturen weitgehend ihre Zähigkeit beibehält, was für die tiefe Rißhaltetemperatur der Legierung spricht. Die Ergebnisse der Tabelle V zeigen außerdem die ausgezeichnete Festigkeit und Zähigkeit dieser Legierung bei der langsameren Abschreckgeschwindigkeit der Vermikulitkühlung, weshalb diese Legierungen für die Vakuumwärmebehandlung unter Inertgasabschreckung in Frage kommen.
- Die erflndungsgemäße Legierung ist für eine Vielzahl von Verwendungszwecken geeignet, die hohe Festigkeit und geringes Gewicht erfordern wie z.B. Fahrwerkteile von Flugzeugen, Bauteile von Flugzeugen wie Verstrebungen, Träger, Versteifungen usw., Rotorwellen und Masten von Hubschraubern und andere hochbeanspruchte Flugzeugbauteile. Die erflndungsgemäße Legierung ist auch für Düsentriebwerkswellen geeignet. Die Legierung kann auch bis zu einer so großen Härte gealtert werden, daß sie für leichte Bewehrungen und geschoßsichere Bauteile in Frage kommt. Die vorliegende Legierung ist natürlich für eine Vielzahl von Erzeugnissen einschließlich Blöcken, Stäben, Rohren, Platten und Blechen geeignet.
- Aus der obigen Beschreibung und den Beispielen geht hervor, daß die erfindungsgemäße Legierung eine einzigartige Kombination von Zugfestigkeit und Bruchzähigkeit aufweist, wie sie keine bekannten Legierungen zeigen. Die Legierung ist für Verwendungszwecke gut geeignet, die hohe Festigkeit und gleichzeitig geringes Gewicht erfordern. Die Legierung hat eine niedrige Rißhaltetemperatur, die sie für Verwendungszwecke, bei denen die Betriebstemperaturen weit unter -17,8ºC (0ºF) liegen, besonders geeignet macht. Da die Legierung vakuumwärmebehandelt werden kann, ist sie für die Herstellung von zusammengesetzten, enge Toleranzen aufweisende Bauteile besonders vorteilhaft. Die Vakuumwärmebehandlung derartiger Erzeugnisse ist erwünscht, da diese keine Verwindung erfahren dürfen, was gewöhnlich die Folge des Ölabschreckens derartiger aus bekannten Legierungen gefertigten Erzeugnissen ist.
Claims (14)
1. Hohe Festigkeit und hohe Bruchzähigkeit
verleihende, kalthärtbare martensitische Stahllegierung,
bestehend aus, in Gewichtsprozent,
Gew. -%
Kohlenstoff 0,20-0,33
Nangan 0,2 max.
Silicium 0,1 max.
Chrom 2-4
Nickel 10,5-15
Molybdän 0,75-1,75
Kobalt 8-17
Aluminium 0,01 max.
Titan 0,01 max.
Rest Eisen, abgesehen von Verunreinigungen.
2. Legierung nach Anspruch 1 mit mindestens 10,75%
Nickel.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2 mit
Gew. -%
Kohlenstoff 0,20-0,31
Chrom 2,25-3,5
Nickel 10,75-13,5
Molybdän 0,75-1,5
Kobalt 10-15.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit
mindestens 0,21% Kohlenstoff.
5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit
mindestens 11,0% Nickel.
6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit
Gew.-%
Kohlenstoff 0,21-0,27
Cbrom 2,5-3,3
Nickel 11,0-12,0
Nolybdän 1,0-1,3
Kobalt 11-14.
7. Legierung nach einem dem Ansprüche 1 bis 6, wobei
a) %Co ≤ 35-81,8 (%C).
8. Legierung nach Anspruch 7, wobei
b) %Co ≥ 25,5-70 (%C).
9. Legierung nach Anspruch 7, wobei
c) %Co ≥ 26,9-70 (%C).
10. Legierung nach Anspruch 8 oder 9, worin, bei
%Mo ≥ 1,3, %C nicht größer ist als der Mittelwert von %C
für gegebene %Co, wie jeweils durch die Beziehungen a)
und b) bzw. a) und c) definiert.
11. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit
höchstens 0,05% Nangan.
12. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit
Gew.-%
Kohlenstoff 0,21-0,27
Mangan 0,1 max.
Silicium 0,1 max.
Phosphor 0,008 max.
Schwefel 0,004 max.
Aluminium 0,01 max.
Titan 0,01 max.
Chrom 3
Nickel 11
Molybdän 1,2
Kobalt 13,5
Rest Eisen, abgesehen von Verunreinigungen, ferner
dadurch gekennzeichnet, daß sie im gehärteten Zustand
eine Zugfestigkeit von mindestens 1930 MPA (280 ksi) und
eine Bruchzähigkeit KIC von mindestens 110 MPA [m] (100
ksi [Zoll]) verleiht.
13. Legierung nach Anspruch 12 mit etwa 0,24%
Kohlenstoff.
14. Gegenstand mit hoher Festigkeit und hoher
Bruchzähigkeit,
gebildet aus einer kalthärtbaren
martensitischen Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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|---|---|---|---|---|
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| US5393488A (en) * | 1993-08-06 | 1995-02-28 | General Electric Company | High strength, high fatigue structural steel |
| US5411613A (en) * | 1993-10-05 | 1995-05-02 | United States Surgical Corporation | Method of making heat treated stainless steel needles |
| US5534085A (en) * | 1994-04-26 | 1996-07-09 | United Technologies Corporation | Low temperature forging process for Fe-Ni-Co low expansion alloys and product thereof |
| US5817191A (en) * | 1994-11-29 | 1998-10-06 | Vacuumschmelze Gmbh | Iron-based soft magnetic alloy containing cobalt for use as a solenoid core |
| CN1045318C (zh) * | 1995-11-06 | 1999-09-29 | 长城特殊钢公司 | 超纯高强高韧钢的制造方法 |
| US5866066A (en) * | 1996-09-09 | 1999-02-02 | Crs Holdings, Inc. | Age hardenable alloy with a unique combination of very high strength and good toughness |
| US5916166A (en) * | 1996-11-19 | 1999-06-29 | Interventional Technologies, Inc. | Medical guidewire with fully hardened core |
| US6146033A (en) | 1998-06-03 | 2000-11-14 | Printronix, Inc. | High strength metal alloys with high magnetic saturation induction and method |
| US6186072B1 (en) | 1999-02-22 | 2001-02-13 | Sandia Corporation | Monolithic ballasted penetrator |
| US6484642B1 (en) | 2000-11-02 | 2002-11-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fragmentation warhead |
| TW200641153A (en) * | 2003-04-08 | 2006-12-01 | Gainsmart Group Ltd | Ultra-high strength weathering steel and method for making same |
| US7329383B2 (en) | 2003-10-22 | 2008-02-12 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Alloy compositions and devices including the compositions |
| US20090320711A1 (en) * | 2004-11-29 | 2009-12-31 | Lloyd Richard M | Munition |
| FR2885141A1 (fr) * | 2005-04-27 | 2006-11-03 | Aubert & Duval Soc Par Actions | Acier martensitique durci, procede de fabrication d'une piece a partir de cet acier, et piece ainsi obtenue |
| FR2885142B1 (fr) * | 2005-04-27 | 2007-07-27 | Aubert & Duval Soc Par Actions | Acier martensitique durci, procede de fabrication d'une piece a partir de cet acier, et piece ainsi obtenue |
| US20070065330A1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-03-22 | C2C Technologies, Inc. | Dynamic seal |
| US20070113931A1 (en) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | Novotny Paul M | Ultra-high strength martensitic alloy |
| US7780798B2 (en) | 2006-10-13 | 2010-08-24 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Medical devices including hardened alloys |
| US8758527B2 (en) * | 2006-12-15 | 2014-06-24 | Sikorsky Aircraft Corporation | Gear material for an enhanced rotorcraft drive system |
| WO2009003112A1 (en) * | 2007-06-26 | 2008-12-31 | Crs Holdings, Inc. | High strength, high toughness rotating shaft material |
| US9051635B2 (en) * | 2008-02-20 | 2015-06-09 | Herng-Jeng Jou | Lower-cost, ultra-high-strength, high-toughness steel |
| US20090223052A1 (en) * | 2008-03-04 | 2009-09-10 | Chaudhry Zaffir A | Gearbox gear and nacelle arrangement |
| US20110165011A1 (en) | 2008-07-24 | 2011-07-07 | Novotny Paul M | High strength, high toughness steel alloy |
| US10479531B2 (en) * | 2010-08-24 | 2019-11-19 | Honeywell International Inc. | Shell rotor assembly for use in a control moment gyroscope and method of making the same |
| US8333857B2 (en) | 2011-02-15 | 2012-12-18 | Randel Brandstrom | Fiber reinforced rebar with shaped sections |
| US20130284319A1 (en) | 2012-04-27 | 2013-10-31 | Paul M. Novotny | High Strength, High Toughness Steel Alloy |
| JP6166953B2 (ja) * | 2012-06-06 | 2017-07-19 | 大同特殊鋼株式会社 | マルエージング鋼 |
| US11446553B2 (en) | 2013-11-05 | 2022-09-20 | Karsten Manufacturing Corporation | Club heads with bounded face to body yield strength ratio and related methods |
| US10695620B2 (en) | 2013-11-05 | 2020-06-30 | Karsten Manufacturing Corporation | Club heads with bounded face to body yield strength ratio and related methods |
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| KR102359299B1 (ko) | 2020-06-17 | 2022-02-07 | 국방과학연구소 | 극초고강도 고함량 Co-Ni계 이차경화형 마르텐사이트 합금 및 이의 제조방법 |
| CN112322988A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-05 | 浙江宝武钢铁有限公司 | 一种高耐磨轴承钢电渣锭及其加工工艺 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3502462A (en) * | 1965-11-29 | 1970-03-24 | United States Steel Corp | Nickel,cobalt,chromium steel |
| US3585011A (en) * | 1968-05-13 | 1971-06-15 | Republic Steel Corp | Article welded by ferritic alloy |
| US4076525A (en) * | 1976-07-29 | 1978-02-28 | General Dynamics Corporation | High strength fracture resistant weldable steels |
| US4152148A (en) * | 1978-04-05 | 1979-05-01 | General Dynamics Corporation | High strength, high toughness steel welding compositions |
-
1990
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