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Chromstahllegierung von hohem Korrosionswiderstand Die Erfindung betrifft
eine warm verarbeitbare Chromstahllegierung, die infolge kleiner Zusätze von Antimon
besonders hohen Korrosionswiderstand aufweist und daher rostfrei ist.
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Antimonzusätze zu Eisenlegierungen sind an sich bekannt. In den meisten
Fällen handelt es sich jedoch nicht um rostfreien und überhaupt nicht um schmiedbaren
Stahl, sondern um Stahlguß und Eisenlegierungen. Diese sollen im Vergleich zu entsprechendem
antimonfreiem Werkstoff erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber atmosphärischer Korrosion
und dem Angriff von Humussäure, salzhaltigem Grundwasser u. dgl. erhalten. Als besonders
widerstandsfähig gegenüber dem Angriff von Salzsäure ist in der deutschen Patentschrift
691325 eine Legierung mit nachfolgender Zusammensetzung vorgeschlagen worden:
o,o3 bis 0,5 °/o C, 15 bis 18 l)/, Sb, o bis 5 °/o Mo, o bis 5 °/o W, Rest Eisen
mit den in demselben gewöhnlich vorkommenden Nebenbestandteilen.
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Diese Legierung läßt sich weder schmieden noch warm oder kalt walzen,
sie kann aber nach geeigneter Wärmebehandlung mit spanabhebenden Werkzeugen bearbeitet
werden.
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Ferner ist durch die österreichischen Patentschriften Nr. 147 159
und 150 293 eine Eisenlegierung von folgender Zusammensetzung bekannt: o bis i °/o
C, io bis 25 °/o Cr, 2o bis 40 °/o Ni, i bis io °/o Mo, o bis io °/o Cu, 0,5 bis
7 % Sb, Rest Eisen mit den in demselben gewöhnlich vorkommenden Nebenbestandteilen.
Diese
Legierung gehört zweifellos zur Klasse der rostfreien Eisenlegierungen. Sie soll
sich durch besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Angriff von Salzsäure
auszeichnen. Ihre Zusammensetzung liegt jedoch weit außerhalb des Bereichs der analytischen
Grenzen der allgemein üblichen Typen von rostfreiem Stahl. Der Gehalt an Legierungselementen
ist außerordentlich hoch: Chrom, Nickel und Molybdän allein bilden zusammen mindestens
31% und gegebenenfalls bis zu 75 0/ö; dazu kommen noch evtl. bis zu 7 0/0 Antimon
und bis zu io 0/0 Kupfer. Durch Versuche wurde festgestellt, daß ein höherer Gehalt
an Antimon die Warmverarbeitbarkeit zum Schwinden bringt. Aus den Versuchsergebnissen
seien nachstehende zwei Beispiele herausgegriffen Beispiel i_ Ein Stahl vom Typus
o,io 0/0 C, 14 0/0 Cr war bis auf ein Maximum von 0,5-,(/,) Sb noch schmiedbar.
Bei einem Sb-Gehalt von o,64(1/, aufwärts dagegen entstanden beim Schmieden Brüche,
die mit steigendem Sb- Gehalt immer zahlreicher wurden. Es wurden insgesamt achtzehn
Schmelzen mit Sb-Gehalten von o,oo 0/0 bis 2,4 0/0 ausgeführt. Beispiel z '- -Ein
Stahl vom Typus o,io 0/0 C, 18 0/0 Cr und iö 0/0 Ni war bis auf ein Maximum von
0,24 0/0 Sb schmiedbar. Aber von 0,3)/, Sb aufwärts entstanden beim Schmieden Brüche.
Es wurden insgesamt fünfzehn Schmelzen mit Sb-Gehalten von o,oo 0/0 bis- o,9-010
hergestellt.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Eisen- und Stahllegierungen bezieht
sich die Erfindung auf rostfreie Stähle gewöhnlicher Art mit Eisengehalten von 68
bis 88 0/0, die entweder ganz nickelfrei sind oder Nickel bis zu 15 0/0 enthalten.
Diese Stähle werden erfindungsgemäß durch geringe Zusätze von Antimon in ihren Korrosionseigenschaften
wesentlich verbessert. Antimonzusätze zu gewissen hartbaren,' hochgekohlten, rostfreien
Stählen mit absichtlich erhöhten Stickstoffgehalten sind zwar bekannt (britische
Patentschrift Nr. 504 224), die Erfindung bezieht sich aber nur auf rostfreie Stähle
von normalem Stickstoffgehalt, wie er durch unbeabsichtigte Verunreinigung bedingt
ist.
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Wie eine große Anzahl von Analysen ergeben hat, beträgt dieser normale
Stickstoffgehalt gewöhnlich o,oi bis o,o2 0/0. Er steigt nur ausnahmsweise auf 0,03"/,.
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Die Warm- und Kaltverarbeitbarkeit der erfindungsgemäß hergestellten
Stähle wird durch die vorgeschlagenen kleinen Antimonzusätze nicht wesentlich geändert.
Auch die mechanischen Eigenschaften ändern sich nur unbeträchtlich. Dagegen wird
die Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosionsangriffen wesentlich erhöht, so daß
sich. die Stähle gemäß der Erfindung insbesondere zur Herstellung von Rasierklingen
eignen.
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Um diese günstigen Eigenschaften zu erreichen, ist es erfindungsgemäß
erforderlich, daß alles zugesetzte Antimon bei der Temperatur der Warmverarbeitung
sich im Stahl in fester Lösung befindet. Die Sättigungsgrenze der festen Antimonlösung
bei der Temperatur der Warmverarbeitung ist somit auch die obere Grenze für den
zulässigen Antimongehalt. Anderseits ist wiederum die Sättigungsgrenze der festen
Lösung von Antimon bei Raumtemperatur die untere Grenze für den Antimongehalt, bei
welchem noch ein voller Erfolg für die Erhöhung des Korrosionswiderstandes erreicht
werden kann. Bei niedrigeren Antimongehalten vermindert sich der Erfolg beträchtlich,
und die Korrosionseigenschaften nähern sich dabei denjenigen des antimonfreien Stahls.
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Die Sättigungsgrenzen der festen Lösungen von Antimon sind bei den
verschiedenen Arten von rostfreien Stählen nicht die gleichen. Bei z. B. 14 0/0
Cr und bei Abwesenheit von anderen Legierungselementen liegt die obere Grenze bei
etwa o,5 % und die untere bei etwa 0,15 0/0 Sb. Bei höheren Chromgehalten und bei
Gegenwart von anderen Legierungselementen verschieben sich diese Grenzen nach unten
zu. Bei austenitischem rostfreiem Stahl vom bekannten 18/8 Typus z. B. liegt die
obere Grenze bei etwa 0,3 % und die untere bei etwa 0,04 % Sb. Auf Grund zahlreicher
Versuche mit einer großen Anzahl zu diesem Zweck hergestellter Schmelzen kann ausgesagt
werden, daß bei den hier in Frage kommenden gewöhnlichen Arten von- rostfreiem Stahl
die obere Grenze nicht höher als 0,5 % und die untere nicht niedriger als o,o2 0/0
Sb liegt..
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Der günstige F-influß kleiner Antimonzusätze läßt sich erfindungsgemäß
mit Vorteil bei Stählen folgender Zusammensetzung auswerten: o,o4 bis 1,5 0/0 C,
8 bis 25 0/0 Cr, o bis 15 0/0 Ni, o,15 bis 15 % Mn, o bis 2 0/0 Mo, o bis 2 0/0
W, Rest Eisen mit den in technischem Eisen gewöhnlich vorkommenden Gehalten an Silizium,
Phosphor und Schwefel. Der Eisengehalt muß dabei zwischen 68 und 88 0/0 liegen,
und Chrom, Nickel, Mangan, Molybdän und Wolfram dürfen zusammen nicht mehr als 30
0/0 ausmachen. Außerdem darf der Stahl auch noch Aluminium, Arsen, Kupfer, Niob,
Tantal, Titan, Vanadin und- Zirkon enthalten, jedoch darf der Gehalt an jedem dieser
Elemente nicht mehr als i 0/0 betragen, und zusammen darf der Gehalt an diesen Zusatzelementen
nicht größer als 2 0/0 sein. Der Gehalt an Kobalt liegt im allgemeinen unter 0,1%
und darf o,2 0/0 nicht erreichen. -Aus der großen Anzahl der auf ihre Korrosionseigenschaften
untersuchten und für diesen Zweck eigens hergestellten Schmelzen seien hier zwei
Paar typische Beispiele angeführt. Jeder Stahl- der beiden Paare vertritt eine allgemein
bekannte Klasse von rostfreiem Stahl mit der für diese Klasse typischen Zusammensetzung.
Bei jedem Paar ist, abgesehen vom Antimongehalt, diese Zusammensetzung praktisch
betrachtet ein und dieselbe. Einer der beiden Stähle in jedem Paar, hier mit a bezeichnet,
ist völlig antimonfrei, während der andere, hier mit b bezeichnet, einen bestimmten
Antimongehalt aufweist.
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In der nachstehenden Tabelle finden sich Angaben über die Zusammensetzung
und mechanischen Eigenschaften sowie über bei Korrosionsprüfungen erhaltene Versuchsergebnisse.
| I. Ferritischer rostfreier Chromstahl Ia Ib |
| Antimongehalt .............. °/o 0,00 0,26 |
| Zusammensetzung im übrigen.. % C o,io o,io |
| °/° Si 0,31 0,25 |
| 04 Mn 0,39 0,36 |
| °/o Cr 17,03 17,03 |
| °/o Ni o,13 0,14 |
| °/o Fe Rest Rest |
| Mechanische Eigenschaften: |
| Streckgrenze kg/mm' ........... 27,7 36,5 |
| Bruchgrenze kg/mm.............. 53,8 6o,6 |
| Dehnung °/o, 1/1 norm. Meßlänge.. 28,2 23,7 |
| - 0/0, 1/2 - - 38,0 30,7 |
| Rockwell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76,2 87,3 |
| Korrosionsprüfung (Versuchszeit 24 Stunden) |
| Gewichtsabnahme g/m2/Stunde |
| 5 °/o HCl 25° C . . . . . . . . . . . . . . . . 109,5 8,5 |
| io °/o HCl 25° C . . . . . . . . . . . . . . . . 119,0 8,7 |
| 5 °/o H2 S04 25° C . . . . . . . . . . ... 105,0 13,9 |
| io % H N03 -j- 1,4 °/o Meer- |
| salz 25° C ................... 115,4 9,2 |
| II. Austenitischer rostfreier Chromnickelstahl |
| Ha IIb |
| Antimongehalt .............. °/o 0,00 0,24 |
| Zusammensetzung im übrigen.. °/o C 0,o6 0,07 |
| % Si 0,27 o,26 |
| % Mn 0,38 0,41 |
| °/o Cr 17,66 17,35 |
| % Ni io,o2 9,98 |
| % Fe Rest Rest |
| Mechanische Eigenschaften: |
| Streckgrenze kg/mm2 ........... 19,6 21,o |
| Bruchgrenze kg/mrn2 ........... 64,4 64,4 |
| Dehnung °/o, 1/1 norm. Meßlänge.. 61,2 58,8 |
| - 0/01 1/2 67,9 65,6 |
| Rockwell B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58,4 61,4 |
| Korrosionsprüfung (Versuchszeit 24 Stunden) |
| Gewichtsabnahme g/m2/Stunde |
| 5 % H2 S04 25° C . . . . . . . . . . . . o,822 0,o16 |
| 1O °/o - 25° C . . . . . . . . . . . . 0,970 0,o16 |
| 5 % - 50° C . . . . . . . . . . . . 12,55 3,09 |
| i0 % - 50° C . . . . . . . . . . . . 27,20 4,36 |
| io °/o H N03 + 1,4 °/o Meer- |
| salz 25° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14,65 3,33 |
Ein Vergleich dieser Versuchsergebnisse zeigt, daß die b-Stähle mit Antimon in bezug
auf ihren Korrosionswiderstand die a-Stähle, also Stähle ohne Antimongehalt, weit
übertreffen. Was die mechanischen Eigenschaften betrifft, so sind die b-Stähle mit
Antimon in der Regel etwas härter, d. h. sie haben höhere Streckgrenze, Bruchgrenze
und Rockwellhärte bei etwas niedrigerer Dehnung im Vergleich zu den a-Stählen ohne
Antimongehalt.
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Da die untersuchten Proben der beiden Stahlsorten in jedem Paar genau
dieselbe mechanische und thermische Vorbehandlung erfahren hatten, sind die Prüfungsergebnisse
in jeder Beziehung völlig vergleichbar. Daß die Stähle mit den angegebenen Antimongehalten
sich sowohl warm als auch kalt verarbeiten ließen, geht daraus hervor, daß alle
in der Tabelle angegebenen Daten an weichgeglühtem, kalt gezogenem Draht mit 3 mm
Durchmesser erhalten wurden.