SE440919C - Rostfritt staal av utskiljningshaerdningstyp foer fjaedrar - Google Patents

Description

material med en hårdhet av minst Hv 490 såsom föreskrives i JIS G43l3 skulle framställas erfordras en kallbearbetning med en valsningsreduktion av minst 50 % och det på detta sätt kall- bearbetade materialet har dålig formbarhet samt medför pro- blem när ett sådant material formas till ett fjäderelement genom stansning eftersom stansningsverktygen slites alltför kraftigt.

Stålet l7-7PH (b) som nämnts ovan är ett utskiljningshärdande stål och därför uppkommer icke de svårigheter som är förenade med stålet SUS 301 vid åstadkommande av hög hållfasthet.

Detta stål har emellertid en struktur innefattande en väsent- lig mängd austenitfas i tillståndet efter upplösningsbehand- ling, och denna fas måste omvandlas till martensitfas genom kallbearbetning. Sålunda uppkommer svårigheter vid tillverk- ningsprocessen liksom ifråga om stålet SUS 301. För åstad- kommande av en slutlig hårdhet av minst Hv 490 efter åldrings- härdning erfordras vidare en kallbearbetning med en valsnings- reduktion av minst 40 %, och det på detta sätt kallbearbetade materialet har en hårdhet av minst cirka Hv 400 samt uppvisar dålig formbarhet och stansbarhet. Vidare innehåller stålet lv-'IPH avsevärd manga g-ferrit på grund av den förhållandevis hög halten av Al, och till följd härav minskas utbytet vid varmbearbetningsstegen vilket gör tillverkningskostnaden dyrbar.

Såsom diskuterats ovan är de kända typerna av rostfria stål för fjädrar behäftade med motstridiga krav eftersom ett försök att åstadkomma ökad sluthårdhet kräver intensiv kallvalsning vilket medför en olämpligt hög hårdhet och dålig formbarhet samt stansbarhet i det kallbearbetade tillståndet, och ett försök att förbättra formbarheten och stansbarheten hos materialet i kallbearbetat tillstånd medför otillräcklig slut- hårdhet efter åldring. Vidare har den uppnàbara sluthårdheten hos ett fjäderelement framställt av de kända typerna av rost- fritt stål för fjädrar fortfarande varit otillfredsställande jämfört med svårigheterna vid tillverkningsprocessen. ÉBÉSR Quiz-w* 85101739-4 Uppfinnarna har tidigare utvecklat ett rostfritt stål för .fjädrar som har förbättrad bearbetbarhet och processbarhet jämfört med stàlen SUS 301 och 17-7PH och uppvisar en martensit- struktur i tillståndet efter upplösningsbehandling eller efter upplösningsbehandling och lätt kallbearbetning. Ett sådant stål anges i japanska patentpublikationen nr. 51-l3l6l0 med titeln “Rostfritt stål för fjädrar med förbättrad formbarhet och bearbetbarhet som uppvisar förbättrad ökning av hârdheten genom åldring" (se japanska publicerade ansökan nr: 53-57114, publicerad 24 maj 1978).

Denna japanska patentpublikation nr. 5l-131610 avser ett rost- fritt stål innehàllande, räknat på vikten, icke mer än 0,03 % C, 0,5 - 2,5 % Si, icke mer än 3,0 % Mn, 5,0 - 9,0 % Ni, l4,0 - 17,0 % Cr, 0,5 ~ 2,5 % Cu, 0,3 - 1,0 % Ti, icke mer än 1,0 % Al och icke mer än 0,03 % Ni, resten Fe och icke undvikbara föroreningar, varvid halterna av Mn, Ni, Cr, Cu, Si, Ti och Al avpassas så att värdet av A som definieras av ekvationen (i): (i) A = 0,70 x (Mn%) + 1 x (Ni%) + 0,60 x (Cu%) + 0,76 X (Cu%) - 0,63 X (Al%) + 20,871 är mindre än 39,0, samt värdet av Cr-ekvivalenter/Ni-ekviva- lenter definierat av ekvationen (ii): Cr-ekvivalenter _ l x (Cr%) + 3,5 (Ti% + Al%) + 1,5 (Si%) (ii) Ni-ekvivalenter _ l X (Ni%) + 0,3 (Cu%) + 0,65 x (Mn%) icke är högre än 2,7, samt värdet av H som definieras av ekva- tionen (iii): (iii) H = 4 x [(11%) - 5 x (cs + ma] + 4 x [(A1%) - 3 x ma] + 2,8 x (Si%) + l x (Cu%) är inom omrâdet mellan 5,5 och 8,5. Det har vidare visat sig att material vars halt av elementen justerats på ovan beskrivna o\° sätt kan kallbearbetas med en valsningsreduktion av 5-50 före âldringshärdningssteget så att god formbarhet och för- bättrad förmåga att åldringshärdas (utskiljningshärdas) liksom god förlängning efter åldringshärdning kan uppnås. Förfarandet Poon QUALITY 8ï'1.~Él.-'1Ä759~*4 4 föreslogs i japanska patentpublikationen nr. 51-131611 som avser ett “Förfarande för framställning av rostfritt stål för fjäder med förbättrad formningsbearbetbarhet och seghet vilket uppvisar förbättrad förmåga att åldringshärdas (ut- skiljningshärdas“. (Se japanska utläggningsskriften 53-57115, publicerad 24 maj 1978.) Den uppfinning som anges i de ovan- nämnda japanska patentpublikationerna utnyttjar i hög grad formbarheten för åldring liksom hållfastheten och segheten efter åldring och avser rostfritt stål för fjädrar som upp- visar förbättrad utskiljningshärdbarhet resp. ett förfarande för framställning av ett sådant rostfritt stål för fjädrar.

Stålet har martensitisk struktur, och för att icke försämra bearbetbarheten hálles därför kolhalten vid låg nivå.

Bladfjäderelement, inkl. "snap"-ringar, bellevill-fjädrar, fjäderbrickor, tandade brickor och liknande framställes van- ligen genom stansning av lämpliga material. Material för sådana fjäderelement bör därför ha en moderat sänkt hårdhet före åldring. Eftersom det stansade föremålet ofta formas till det färdiga elementet genom böjning bör fjädermaterialet även uppvisa god formbarhet.(forming workability). Det är vanligt att forma ett tunnt material för fjädrar till olika former med ringa dimension genom tryckning (trycksvärmning, bulging), dragning och/eller bockning för framställning av ett miniatyri- serat fjäderelement vars reducerade varaktighet och hållfast- het kompenseras av dess form. Även i detta fall fordras god formbarhet. Å andra sidan bör fjädermaterialet uppvisa hög hâllfasthet och andra förbättrade fjäderegenskaper efter åld- ring. Vad beträffar dessa krav är det fjädermaterial som be- skrives i japanska patentpublikationen 51-131610 förhållande- vis tillfredsställande. Icke desto mindre är en ytterligare _förbättring önskvärd.

Det är ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma enzförbätt- 1 ring av kända rostfria stål för fjädrar av den typ som anges i japanska patentansökan Sl-131610.

Såsom ett resultat av omfattande undersökningar av denna typ :pga Qxizsiåst-W 8-101739-4 av rostfria stål för fjädrar har man funnit att segheten hos det utskiljningshärdade materialet beror på hårdhetsdifferen- tialen Hv, dvs. differensen mellan hârdheten före och efter åldring snarare än på hârdheten efter åldring. Det har även visat sig att när hårdhetsdifferensen Hv överskrider 210 bör- jar segheten hos det åldringshärdade materialet att sjunka.

För att åstadkomma förbättrad hållfasthet och seghet efter åldring skulle det därför vara fördelaktigt att balansera legeringselementen på lämpligt sätt så at+ en önskad hårdhet kan uppnås före åldring. Det önskade rostfria stålet för fjädrar, som uppvisar förbättrad hållfasthet och seghet efter åldring, bör i upplösningsbehandlat tillstånd eller i upplös- ningsbehandlat och därefter svagt kallbearbetat tillstånd företrädesvis uppvisa en hårdhet som överstiger hàrdheten hos upplösningsbehandlat rostfritt stål som beskrives i japanska patentansökan 5l-l3l6l0.

Uppfinningen avser sålunda rostfritt stål av utskiljnings- härdande typ för fjädrar innehållande, i viktprocent, mer än 0,03 men icke mer än 0,08 % C, 0,3 ~ 2,5 % Si, icke mer än 4,0 % Mn, 5,0 - 9,0 % Ni, 12,0 - l7,0 % Cr, 0,1 - 2,5 % Cu, 0,2 - 1,0 % Ti och icke mer än 1,0 % Al, varvid resten ut- göres av Fe och oundvikliga föroreningar, varvid halterna av elementen dessutom justeras så att A'-värdet enligt ekvationen A' = 17 x (Cs/Tis) + 0,70 x (Mn%) + 1 x (Ni%) + 0,60 X (Cr%) + 0,76 x (Cu%) - 0,63 x (Al%) + 20,871 är mindre än 42,0, samt förhållandet Cr-ekvivalenter:Ni-ekvi- valenter, som definieras av ekvationen: Cr-ekvivalenter = l x (Cr%) + 3,5 x (Ti% + Al%) + 1,5 x (Si%) Ni-ekvivalenter l x (Ni%) + 0,3 x (Cu%) + 0,65 x (Mn%) icke är högre än 2,7, samt ¿Hv-värdet som definieras av ekvationen: Hv = 205 x ¿Ti% - 3 x (cs + N%L7 + 205 x ¿n1% - 2 x (N%L7 + 57,5 x (51%) + 20,5 x (Cu%) + 20 ligger inom området mellan 120 och 210, varvid stålet uppvisar POOR QUÄLITY 8ï1'1°.%5'|1f7!%9¿4 6 'en väsentligen martensitisk struktur i upplösningsbehandlat tillstând.eller i upplösningsbehandlat och därefter kallvalsat tillstånd med en valsningsreduktion av icke mer än 50 %.

Fig. l är ett diagram som för olika stållegeringsprover visar sambandet mellan hårdheten (både före och efter åldring) samt kallvalsningsreduktionen.

Fig. 2 är ett diagram som erhållits genom avsättning av den funna hårdhetsdifferensen (hårdheten efter åldring - hårdheten före åldring) mot det beräknade AHV-värdet för olika stål- legeringsprover.

Fig. 3 är ett diagram som erhållits genom avsättning av skår- draghållfasthetsförhâllandet (notched tensile strength ratio) (skårdragbrottgränsen/dragbrottgränsen) efter åldring mot det beräknade AHV-värdet för olika stâllegeringsprover.

Fig. 4 är ett diagram som erhållits genom avsättning av slag- seghetsvärdet efter åldring mot det beräknade AHV-värdet för olika stållegeringsprover.

Fig. 5 är ett diagram som erhållits genom avsättning av slag- seghetsvärdet efter åldring mot hårdheten efter åldring för olika stâllegeringsprover.

Fig. 6 är ett diagram som för ett stållegeringsprov enligt uppfinningen samt ett kontroll-stållegeringsprov visar hur slagseghetsvärdet efter åldring beror på âldringstemperaturen.

Fig. 7 är ett diagram som för olika stållegeringsprover visar hur fjädergränsvärdet efter åldring beror av kallvalsnings- reduktionen.

Fig. 8 är ett diagram.som för olika stållegeringsprover visar hur utmattningsgränsen efter åldring beror på kallvalsnings- reduktionen. "ïßftggguyriirf 8101739-4 7 Fig. Q visar schematiskt en provningsanordning för provning av böj-bearbetbarheten hos stållegeringsprover.

Fig. 10 är ett diagram som visar sambandet mellan böjnings- egenskaperna före åldring efter kallvalsningsreduktion för olika stållegeringsprover.

Fig. ll är ett diagram som för olika stàllegeringsprover visar hur Erichsen-värdet före åldring beror på kallvalsningsreduk- 111011811.

Eftersom det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en förbättring av kända rostfria stål för fjädrar av den typ som beskrives i japanska patentansökan nr. 51-l3l6lO har rostfritt stål enligt uppfinningen en kemisk sammansätt- ning som avviker något frân sammansättningen hos det rostfria stål som beskrives i japanska patentansökan nr. 51-l3l6lO.

Den kritiska betydelsen eller tekniska signifikansen av den kemiska sammansättningen hos det rostfria stålet enligt upp- finningen beskrives i det följande.

Kolhalten 0,03 % <_ C é0,08 % Japanska patentansökan nr. 51-131610 diskuterar formbarheten och anger att kolhalten hos det rostfria stålet bör icke vara mer än 0,03 viktprocent. Såsom angivits tidigare är emellertid uppfinningen baserad på upptäckten att för rostfria stål av utskiljningshärdande typ beror segheten hos materialet efter åldring på hårdhetsdifferensen, ¿Hv (differensen mellan hård- heten efter åldring och hårdheten före åldring) snarare än på hârdheten efter åldring. För åstadkommande av förbättrad hållfasthet och seghet efter åldring är det fördelaktigt att åstadkomma en lämplig hârdhetsnivå före åldring. För detta ändamål är det önskvärt att åstadkomma en något ökad hårdhet hos materialet i upplösningsbehandlat tillstånd och att ut- nyttja bearbetningshärdning i ringa grad hos en restaustenit- fas. Med hänsyn till detta har en halt av mer än 0,03 vikt- procent C angivits. Å andra sidan har en alltför hög halt av C benägenhet att medföra en hårdare martensitfas i grund- --------»-- » ~ » -- - r-n sf1,ø,1:;7a9+,4 8 massan och högre halt av C upplöst i restaustenitfasen vilket i båda fallen leder till försämring av kallbearbetbarheten hos stålet. Vidare har stål med hög kolhalt i kallbearbetat till- stånd en alltför hög hårdhet och i motsvarande mån dålig form- barhet och stansbarhet. Vidare erfordras en ökad mängd Ti för stabilisering av alltför hög halt av C. Av dessa skäl har den övre halten av C satts till högst 0,08 viktprocent.

Kvävehalten Nå 0,03 % N har stor affinitet till det utskiljningshärdande elementen, Ti. Om halten av N är alltför hög bildas förhållandevis stora inneslutningar av TiN i materialet vilket medför en avsevärd sänkning av den slutliga segheten hos materialet. Vidare kommer en alltför hög halt av N att på ett icke önskat sätt reducera den effektiva mängden Ti. Av dessa skäl har halten av N reglerats till icke mer än 0,03 viktprocent.

Kiselhalten 0,3 % §.Si §¿2,5 % I japanska patentansökan nr. 51-131610 anges 0,5 - 2,5 vikt- procent Si. Enligt japanska patentansökan nr. Sl-131610 är kolhalten högst 0,03 viktprocent och därför är hållfastheten hos grundmassan låg. För åstadkommande av hög hâllfasthet efter störtkylning och åldring erfordras minst 0,5 viktprocent Si. Enligt uppfinningen kan basen vara hårdare delvis pâ grund av att grundmassan är starkare beroende på närvaron av mer än 0,03 viktprocent C och delvis på grund av att bearbet- ningshärdning av en viss mängd restaustenit kan utnyttjas, och det är därför möjligt att uppnå avsevärda egenskapsnivåer i materialet även om utskíljningshärdningseffekten av Si är ringa. Av detta skäl har den lägre haltgränsen för Si ut- vidgats till 0,3 viktprocent. Å andra sidan har den övre haltgränsen för Si satts till högst 2,5 viktprocent. Detta beror på att i huvudsak icke någon ytterligare fördelaktig effektiv observeras även om Si tillsättes över 2,5 viktprocent.

Snarare gynnar tíllsatsen av en alltför hög mängd Si bild- ning av 5-ferritfas. 3.126,3 739-4 Kopparhalten 0,l á Cu é 2,5 % Såsom ifråga om Si är det icke nödvändigt att i högre grad utnyttja den utskiljningshärdande effekten av Cu för åstad- kommande av tillfredsställande egenskaper hos det rostfria stålet. Av detta skäl har den lägre haltgränsen för Cu ut- vidgats till 0,1 viktprocent. Å andra sidan erhålles om ytter- ligare mängd Cu tillsättes i överskott över 2,5 viktprocent icke någon väsentlig ökning av egenskaperna i proportion till den tillsatta mängden.

Titanhalten 0,2 % É TiÉLO % Ti är ett av de element som utvecklar utskiljningshärdning.

För en effektiv utskiljningshärdning erfordras minst 0,2 vikt- procent Ti. Å andra sidan medför tillsats av Ti i mängd över- stigande 1,0 viktprocent en väsentlig minskning av segheten.

Nickelhalten 5,0 %_-_';Ni gl; 9,0 % Ni är ett element som undertrycker bildningen av 5-ferrit.

Den mängd Ni som skall tillsättas beror på mängden Cr i viss utsträckning, och minst 5,0 viktprocent Ni måste användas.

Om Ni-halteb är mindre än 5,0 viktprocent påverkas utskilj- ningshärdningen ofördelaktigt. Å andra sidan medför en alltför hög halt av Ni bildning av avsevärda mängder restaustenit.

Av detta skäl har den övre gränsen för Ni satts till 9,0 vikt- procent.

Kromhalten 12,0 %ÉCr g 17,0 % Minst l2,0-viktprocent Cr erfordras för att ge den korrosions- beständighet som önskas hos rostfritt stål. Å andra sidan kommer om alltför hög halt av Cr tillsättes alltför stora mängder av 5-ferrit och restaustenit att bildas. Av detta skäl användes upp till 17,0 viktprocent Cr.

Aluminiumhalten Al-ÉLO % Al kan användas såsom utskiljningshärdande element och Ti kan delvis ersättas med Al. Med hänsyn till seghctcn har den övre haltgränsen för Al satts till högst 1,0 viktprocent. wwPoon QUALmr 5101 739 *4 lO Manganhalten Mnâ 4,0 % Liksom Ni bidrager Mn till undertryckande av bildningen av 8-ferrit, varför Mn kan användas såsom ersättning för en del av mängden Ni. Upp till 4,0 viktprocent Mn kan användas med hänsyn till dess effekt för att undertrycka 5-ferriten liksom för balansering av de komponenter som bidrager till bildning av restaustenit.

A'-värdet<42,0 Komponenterna C, Ti, Mn, Ni, Cr, Cu och Al måste justeras så att mängden av var och en av dessa komponenter faller inom de respektive områden som angivits ovan. De måste även juste- ras så att A'-värdet, beräknat i överensstämmelse med ekva- tion (l) ovan, blir mindre än 42,0. Sambandet mellan detta A'-värde och A-värdet, som användes i japanska patentansökan nr. 51-l3l6lO såsom ett mått som indikerar austenitstabiliteten, är följande: A' = 17 (C% / Tizš) + A Det kan vidare observeras att man enligt uppfinningen dessutom beaktar effekten av C och Ti, som negligeras i japanska patent- ansökan nr. 51-l3l6lO. Det rostfria stålet enligt japanska patentansökan nr. 51-131610 är ett lågkolhaltigt stål inne- hållande icke mer än 0,03 viktprocent C. Det innehåller en extremt låg mängd upplöst kol varför effekten av upplöst C kan förbises. Det har experimentellt visat sig att om A'- värdet överstiger 42,0 kvarstannar avsevärda mängder austenit i materialet i upplösningsbehandlat tillstånd och en intensiv kallbearbetning erfordras för omvandling av denna austenit till martensit.

Cr-ekv.

Förhållandet Ni-ekv. É¿2,7 Om Cr-ekvivalenterna/Ni-ekvivalenterna, beräknat enligt ekvation (2) ovan, väsentligen överstiger 2,7 har stora mängder 5-ferrit benägenhet att bildas vid varmhållnings- temperaturen vilket medför försämrad varmbearbetbarhet. För att åstadkomma mycket god varmbearbetbarhet jämförbar med varmbearbetbarheten hos stål av typ SUS 304 är det nödvändigt 'šooa Quantz? 31 9"? 739- 4 ll att reglera Cr-ekvivalenterna/Ni-ekvivalenterna till en nivå som icke överstiger 2,7.

Hårdhetsdifferensen 120 é Hv-värdet É 210 De utskiljningshärdande elementen Ti, Si, Cu och Al som bi- drar till ökad hårdhet genom åldring, måste justeras ytter- ligare så att AHV-värdet, beräknat i överensstämmelse med ekvation (3) ovan, faller inom området mellan 120 och 210.

Såsom visas på fig. 2 indikerar det beräknade HV-värdet hårdhetsdifferensen, dvs. den verkliga ökningen av hårdheten genom åldring. Om Hv-värdet understiger 120 är det i allmän- het svårt att åstadkomma tillfredsställande hårdhet och hög hâllfasthet efter åldring. För âstadkommande av hög hållfast- het med ett lågt 4Hv-värde understigande 120 är det nöd- vändigt att bereda ett material som är förhållandevis hårt i upplösningsbehandlat tillstånd eller i upplösningsbehandlat och kallbearbetat tillstånd. Ett sådant hårt material har dålig mekanisk bearbetbarhet. Å andra sidan blir, såsom visas på fig. 3 och 4, segheten dålig när AHV-värdet överstiger 210.

Det rostfria stålet med den ovan angivna kemiska sammansätt- ningen enligt uppfinningen har en väsentligen martensitisk struktur i upplösningsbehandlat tillstånd eller i upplösnings- behandlat och därefter kallbearbetat tillstånd efter valsnings- reduktion av icke mer än 50 %.

Det rostfria stålet enligt uppfinningen kan framställas med en i och för sig känd process. Det kan exempelvis framställas på följande sätt.

Ett stålgöt med den ovan angivna kemiska sammansättningen beredes på vanligt sätt. Efter varmhållning vid en tempera- tur av 126000 grovvalsas götet till plattämnen. Plattämnet upphettas till en temperatur av ll80°C och varmbearbetas till ett varmvalsat band med en tjocklek av 5,0 mm. Efter upplösningsbehandling vid en temperatur av 900-105000 under- kastas bandet därefter upprepade cykler innefattande en kall- valsning med en reduktion av upp till 95 % och en spännings- 'utlösande glödgning vid en temperatur av 900-lO50oC tills den "šóoa (WWW ~.___-~._._. . V _ W __ _ _” ,______ __ v________ 12 önskade tjockleken uppnås. Plåten eller bandet som lämnar det sista steget av spänningsutlösande glödgning benämnes i före- liggande sammanhang upplösningsbehandlat material. Det upplös- ningsbehandlade materialet kan konditioneras genom kallvals- ning med en reduktion av icke mer än 50 %. Om valsningsreduk- tion överstigande 50 % användes blir den mekaniska bearbetbar- heten hos materialet, dvs. förmågan att bearbetas genom bock- ning, dragning, trycksvarvning och andra mekaniska bearbetninga- metoder, dålig.

Uppfinningen beskrives ytterligare med följande jämförelse- försök. 1 tabell 1 anges sammansättningen i viktprocent, A'-värde, Cr-ekvivalenter/Ni-ekvivalenter och._AHv-värde hos provade stållegeringsprover. Bland de provade stållegeringsproverna är proverna nr. l till lO stål enligt uppfinningen under det I att prov nr. ll till 19 samt proverna A och B är kontrollför- :sök som ligger utanför ramen för uppfinningen. Proverna 15 till 19 överensstämmer med den japanska patentansökan nr. 5l~l3l6l0 under det att proverna A och B avser stålen SUS 301 resp. 17-7 PH. 816173944 13 fä flâflmflfl UGGMWM UMQMHH Mmfliflh |wn wxofi -mn wxufl :mn wxufl[email protected] lmwww mo.o wo.@ mß.@H fiN.> ~m¿_ ««.o Hß@.o 2aß-ß:m umflxmh umfixmu umfl nu |mfi~ wxo@_ .mn wvwwfi |wn~ wuufi @H@.@ @N@.@ |. @o.o -.@~ @m.@ vo.H Hm.@ [email protected] ^HQmm@mu< m- ««.~ @m.wm HH@.@ -@.@ m«.Q [email protected] >@.«H Qm.ß @m.o wm.H @HO.o mfi x wwä Nm.N [email protected] wHo.o @[email protected] @m.o æ@.~ m@.«_ @«.ß Nm.@ mm.H >o@.@ md W mmñ Q~.~ mo.mm @Hø.@ o~o.@ mm.o ßo.~ mo.m~ m@.> w~.Q wo.H Q~@.@ NM m wøw ow.~ @@.ww [email protected] m~Q.= H«.o mm.o mw.«~ @@.> mm.Q @m.H @@o.@ wa nu øwfi ß~.~ @w.wm «[email protected] w~0.Q Hw.ø @o.H Hw.«H Hm.> mm.° «m.H oHo.o WH “HN H«.N wm.mm m@@.o oN0.@ ßm.o [email protected] «m.«. ««.ß ~m.o m«.H @m°.o VH NWN H@.~ ß~.wm [email protected] <~Q.@ oß.c mm.o @>.«H @H.> ~m.o øm.H mwo.o md ßw m«.~ Hm.H« moo.o [email protected] N~.ø ~m.o m«.vH @m.@ ~m.o @@.@ [email protected] NH «NH m~.N Qß.~w ~Ho.Q «~o.o @~.o øm.o øQ.m~ @ß.ß Nm.@ mm.H m>o.@ fifi »md mm.~ @m.@m ~fl@.o o~o.@ H«.o @m.H mQ.mH w«.ß ~m.o [email protected] «wo.o OH MNH Qm.N «~.H« HHQ.o N~o.@ @~.o ~@.@ wm.«H Hß.@ @~.ø m«.~ [email protected] Q % ßßfl mv.~ [email protected]« NHo.o «~o.o ß«.o [email protected] m>.«H oH.> ow.o mm.H «@Q.° w .M mom ~m.~ mw.w» Nfio.@ H~o.o mm.o om.@ øm.«~ H~.@ om.N «m.o m aßfi ««.~ >m.@m wQQ.o [email protected] m«.o oß.o oß.«H -.> om.° mm.~ ««°.o @ Hm mmfl «m.~ >m.mm o~Q.o omo.o m«.o Hm.o mm.ø.ß ~m.o mm.H N»Q.Q m m ømfi ~.~ Hm.H« w~o.o wHc.@ @~.o o>.H ~m.«ñ ofi.ß om.@ Hm.H w«o.Q « m. wwfi m«.~ @«.mm [email protected] mNo.o wN.c H@.@ ßß.«~ fiQ.> @~.o ~m.H wwñ N«.~ ßm.mm moo.Q m«.o ~m.0 ~m.o om.«H oß.@ oo.H [email protected] >«o.o N u Nofl ~w.m mw.mm mHc.Q QNQ.o wmšm>| 3.2 wwumblå z .ä É. :o nu flz :2 Mm u .HQ bøum axon-reise* 14 För proverna nr. 4, 5 och 8 enligt uppfinningen liksom kontroll- proverna nr. ll, l2, 15, l9, A och B visas sambandet mellan Vickershårdheten hos kallvalsningsreduktionen grafiskt på fig. l, i vilken hårdheten före åldring och hårdheten efter åldring visas med heldragna resp. streckade linjer. Åldringshärdningen genomfördes under en timmes tid vid en temperatur av cirka 480°C för proverna nr. 4, 5, 8, ll, 12, l5 och l9, 40000 för prov A eller 47s°c för prev s.

Fig; 1 visar att stållegeringsprover enligt uppfinningen upp- visar en minskad grad av kallbearbetningshärdningseffekt.

Hårdheten före åldring hos proverna enligt uppfinningen är lägre än Hv 380. Det är uppenbart att före åldring kan det rostfria stålet enligt uppfinningen lättare formas till olika former genom mekanisk bearbetning, exempelvis stansning, bock- ning, dragning och tryckformning.(bulging).

Prov nr. 5 med det lägsta A'-värdet 38,36 av de undersökta proverna enligt uppfinningen hade en väsentligen martensitisk struktur i tillståndet omedelbart efter upplösningsbehandling och uppvisade sålunda tillfredsställande hållfasthet i detta tillstånd. Fig. l visar att ett sådant material i upplösninge- behandlat tillstånd kan åldringshärdas (utskiljningshärdas) för att uppvisa en tillfredsställande hårdhet överstigande 490 Hv. Proverna nr. 4 och 8 med höga A'-värden avser mate- rial som upplösningsbehandlats och kan kallbearbetas med en valsningsreduktion av 5 % eller mer och därefter utskiljnings- härdas för âstadkommande av tillfredsställande hårdhet över- stigande 490 HV.

Fig. 1 visar vidare att med kontrollprovet A kan en hårdhet överstigande 490 Hv endast åstadkommas genom åldring av ett kallbearbetat material med en hårdhet överstigande HV 450.

Uppenbarligen har ett sådant hårt material dålig mekanisk bearbetbarhet. Med kontrollprovet B kan tillfredsställande hårdhet efter åldring åstadkommas utgående från ett kallbe- arbetat material med en lägre hårdhet än vad som erfordras med prov A. Icke desto mindre är den hårdhet före åldring som ~~ 7 4- f --~ “JPÛÖR \ \__. .\e _\; 8101739-*4 15 erfordras med prov B för åstadkommande av tillfredsställande hårdhet efter åldring fortfarande mycket högre än hårdheten före åldring hos ett prov enligt uppfinningen. Vidare beror för kontrollproverna A och B hàrdheten efter åldring i hög grad på valsningsreduktionen med vilken materialet kallbearbe- tas. Detta faktum är ofördelaktigt eftersom tillverknings- processen alltid bör genomföras med beaktande av både den avsedda sluttjockleken och.I=àfiheten. Det rostfria stålet enligt uppfinningen uppvisar icke denna olägenhet eftersom hårdheten efter åldring icke i hög grad beror på kallvals- ningsreduktionen med vilken materialet kan vara konditionerat.

En ytterligare fördel med uppfinningen kan uppnås om ett tunnt material för fjädrar skall framställas. På grund av den minskade graden av kallbearbetningshärdningseffekt hos rost- fritt stål enligt uppfinningen kan antalet steg med mellan- glödgning som erfordras vid framställningen av ett tunnt material på ett fördelaktigt sätt minskas.

Proverna nr. 15 och 19 är enligt japanska patentansökan nr. 5l~l3l6lO. Eftersom förbättrad formbarhet efter kallbearbet- ning avsetts enligt japanska patentansökan nr. l5-131610 har dessa prover en tillfredsställande låg hårdhet i kall- bearbetat tillstånd.

Kontrollprovet nr. ll har ett A'-värde överstigande 42,0.

Ett sådant rostfritt stål innehåller alltför stora mängder restaustenit och i synnerhet när kolhalten är förhållandevis hög ökas hårdheten hos materialet drastiskt genom kallbe- arbetning såsom är fallet med stålet SUS 301 och 17-7PB. Prov nr. ll uppvisar så hög hårdhet som Hv 400 eller mer i kall- bearbetat tillstånd med en reduktion av lO-20 %. Ett så hårt material har dålig mekanisk bearbetbarhet.

Kontrollprovet nr. 12 har ett AHV-värde av 87, som är väsent- ligt lägre än det lägsta acceptabla ZLHV-värdet 120. Fig. l visar att med ett sådant rostfritt stål kan en tillfreds- ställande hârdhetsnivâ efter åldring icke uppnås. poor Quinn? aaaflaaswd 16 För proverna l-19 har hårdhetsdifferensen, dvs, differensen mellan hårdheten efter åldring och hårdheten före åldring, avsatts mot det. AHv-värde som beräknats enligt ekvation (3) ovan. Resultaten visas i fig. 2. Mätningarna av hårdhetsdiffe- rensen genomfördes på prover med minst 80 viktprocent marten- sitisk struktur. Såsom framgår av fig. 2 överensstämmer det beräknade _¿Hv-värdet väsentligen med den experimentellt funna ökningen av hârdheten som orsakas av âldringen. Det rostfria stålet enligt uppfinningen bör företrädesvis ha en hårdhet av icke mer än HV 380 för att säkerställa den önskade mekaniska bearbetbarheten. För ett sådant stål bör det 4Hv- värde som beräknas enligt ekvation (3) vara minst 120 eftersom annars en tillfredsställande hårdhet efter åldring icke kan uppnås.

För provstyckena nr. l till 14, 17 och 18 avsattes förhållan- det mellan skårsbrottgräns efter åldring och brottgräns efter åldring mot det beräknade Hv-värdet. Resultaten visas på fig. 3. Skår-brottgränsvärdet bestämdes med användning av ett provstycke med R med en parallell del med längden 30 mm och bredden 10 mm. Vid centrum av den parallella delen ut- formades en slits med vidden 0,18 mm och djupet 1,5 mm på vardera sidan med en urladdningsmetod. Ett sådant skårförsett provstycke åldrades och användes därefter vid provningen.

Såsom framgår av fig. 3 börjar segheten hos det åldrade mate- rialet, representerad med förhållandet mellan skår-brottgräns och brottgräns, att sjunka drastiskt när ÅHV-värdet överstiger 210.

Charpy-slagprovning genomfördes på provstyckena nr. l-19.

Provstycket utgjordes av en plåt med bredden 15 mm, längden 80 mm och tjockleken l,O mm. Vid centrum av plâtens längd- sträckning utformades en V-formad skära med en toppradie av 0,25 mm, en vinkel av 450 och ett djup av 2 mm på vardera sidan. Ett sådant skårförsett provstycke åldrades och användes därefter vid provningen. Försöket genomfördes med användning av en 5kp.m Charpy-slagprovningsmaskin genom anbringande av ett böjslag på provstycket monterat på maskinen. Slagenergin . 5 5 yrsel en gggnçmaaaï 8101739-4 17 som erfordrades för att bryta provstycket uppmättes. Värdet som uppmätts på detta sätt dividerades med effektiva tvärsek- tionsarean hos provstycket. Det på detta sätt beräknade värdet betecknas i det följande slagseghetsvärde. För provstyckena nr. l till 19 avsattes slagseghetsvärdet mot AHV-värdet. Resul- taten visas på fig. 4. Av fig. 4 framgår att segheten hos det åldrade materialet, representerad av slagsäkerhetsvärdet, börjar sjunka drastiskt när AHV-värdet närmar sig och över- stiger 210.

För provstyckena nr. l till ll och 13 till 19 avsattes slag- seghetsvärdet mot hårdheten efter åldring. Resultaten visas på fig. 5. Det framgår av figurerna 4 och 5 att för det rost- fria stålet av den diskuterade typen (dvs. den utskiljnings- härdande typen) beror segheten hos det âldrade materialet, såsom segheten representeras av slagseghetsvärdet, på differen- sen mellan hårdheten efter åldring och hårdheten före åldring istället för av hårdhetsnivån efter åldring.

; Det fyra svarta cirklarna på fig. 5 avser kontrollproverna nr. 15, 16, 17 och 19, som representerar japanska patent- ansökan nr. 51-131610. Av fig. 5 framgår att inom det område där hårdheten hos det åldrade materialet är högre än Hv 530 är segheten (slagseghetsvärdet) hos det rostfria stålet enligt uppfinningen överlägsen segheten hos kontrollstålet enligt japanska patentansökan nr. 5l-131610.

Rostfritt stål för fjädrar bör företrädesvis ha ett slagseg- hetsvärde av minst 3kp.m/cmz och en hårdhet av minst Hv 490 efter åldring. Det omrâde inom vilket dessa två krav upp- fyllas visas på fig. 5 med strecket område för vardera av de rostfria stålen enligt uppfinningen och rostfritt stål enligt japanska patentansökan nr. 51-131610. Såsom framgår av fig. 5 är det område inom vilket de två kraven uppfyllas bredare för stålet enligt uppfinningen än för stålet enligt japanska patentansökan nr. 51-131610. Det förhållandet att det ovan nämnda omrâdet är vidare betyder att variationer av AHV-värdet, som orsakas av variationer ifråga om mängder fiÉ1'iï1;?f$å9-ï4 18 av de använda komponenterna, kan tolereras i större utsträck- ning vilket medför en stabilare kommersiell produktion.

Såsom exempel kan nämnas att vid framställning av det rost- fria stålet enligt japanska patentansökan nr. 51-l3l6lO måste Ti-halten justeras till det avsedda värdet med en tolerans av i 0,1 %. Vid framställning av det rostfria stålet enligt uppfinningen kan variationer av Ti-halten inom området 10,18 % tolereras.

Fig. 5 visar vidare försöksresultaten för kontrollstålproverna A och B. För vardera stâlprovet framställdes tvâ provstycken.

Ett hade kallvalsats med en reduktion av 40 % och det andra med en reduktion av 60 %. Det framgår av fig. 5 att det rost- fria stålet enligt uppfinningen och kontrollstål A eller B uppvisar seghet av samma storleksordning om deras hârdhets- värden är på samma nivå. Såsom angivits i det föregående är emellertid det rostfria stålet enligt uppfinningen fördel- aktigt genom att det kan ha låg hårdhet i kallbearbetat till- stånd och- kan sålunda lätt formas till olika former genom mekanisk bearbetning.

För stålproverna nr. 6 och 16 med väsentligen sama högsta uppnâbara hårdhet avsattes slagseghetsvärdena efter åldring mot åldringstemperaturen. Åldringstemperaturerna varierades inom området från 450 till 525°C. Resultaten visas på fig. 6.

Hârdheten efter åldring Hv för varje provmaterial visas även på fig. 6. Fig. 6 visar att stålprovet nr. 6 enligt upp- finningen uppnår högre seghetsvärde återgivet med högre slag- seghetsvärde än kontrollstålprovet nr. l6. Det framgår vidare * av fig. 6 att med det rostfria stålet enligt uppfinningen är den uppnådda större segheten väsentligen oberoende av åldrings- temeraturen inom området från 450 till 525°C. Detta innebär att eventuella variationer av behandlingstemperaturen i en kommersiell produktionslinje icke påverkar egenskaperna hos produkten varigenom en stabil kommersiell produktion av pro- dukter med konstanta egenskaper säkerställas. Fig. 6 visar att för kontrollstålet varierar den uppnâbara segheten väsentligen beroende pâ åldringstemperaturen vilket visar nödvändigheten av en noggrann reglering av behandlingstempera- 8101739-4 19 turen i en kommersiell produktionslinje.

För provmaterialen nr. 4, 5, 15, A och B anges sambandet mellan fjädergränsvärdet Kb och kallvalsningsreduktionen grafiskt på fig. 7. På fig. 7 avser de heldragna linjerna längdriktningen (LD), dvs. en valsningsriktning, under det att de streckade linjerna avser tvärriktningen (TD), dvs. en riktning som är vinkelrät mot valsningsriktningen. Fjäder- gränsvärdet Kb bestämdes enligt japansk industristandard (JIS) H 3702 6.4.

Såsom framgår av fig. 7 uppnår stâlproverna nr. 4 och 5 enligt uppfinningen alltid högre fjädergränsvärden än kontrollprover- na gör med samma kallvalsningsreduktion.

Fig. 7 visar vidare att det höga fjädergränsvärde som uppnås enligt uppfinningen icke beror på kallvalsningsreduktionen om den sistnämnda överstiger cirka 10 %. Detta faktum innebär en fördelaktig möjlighet enligt uppfinningen genom att man kan framställa produkter med olika tjocklek och ett önskvärt högt fjädergränsvärde inom ett snävt område utgående från ett och samma stålband i upplösningsglödgat tillstånd.

Vidare framgår av fig. 7 att skillnaden mellan fjädergräns- värdet i tvärriktningen (TD), en riktning som är vinkelrät mot valsningsriktningen, och detta värde i längdriktningen (LD), en riktning parallell med valsningsriktningen, är mycket mindre för rostfritt stål enligt uppfinningen än för konven- tionellt rostfritt stål (A och B). På grund av den avsevärda skillnaden mellan TD- och LD-fjädergränsvärdena för konven- tionellt rostfritt stâl måste fjäderelement skäras av sådant materiel i samma riktning, eftersom i annat fall fjäderegen- skaperna hos elementen varierar från element till element.

Nödvändigheten att skära (exempelvis stansa) de enskilda elementen i samma riktning kan i avsevärd grad minska utbytet beroende på formen hos produkten. Till skillnad mot detta har det rostfria stålet enligt uppfinningen väsentligen iso- tropiska fjäderegenskaper och lider därför icke av de i det Poor QUALITY. ~...f-«---_,v..~_..w-......-._. , _ ___ _*__ _ I I V_________ ___" 31.01 7ä9-4 20 föregående nämnda olägenheterna. De isotropa fjäderegenskaperna enligt uppfinningen är särskilt fördelaktiga för ett bladfjäder- element som stansas med komplicerad form.

För stålproverna nr. 4, 5, 15, A och B visas hur utmattnings- gränsen efter åldring beror av kallvalsningsreduktionen på fig. 8.

Fig. 9 är en schematisk vy av en provningsanordning som an- vändes för provning av böjbearbetbarheten hos stâllegerings- prover. Med användning av ett rätvinkligt block l och en stämpel med en spetsradie R bockades ett provstycke 3 med en tjocklek t under en belastning av 4000 kp. Den största spets- radie R som tillåter bcckning av provstycket 900 utan brott bestämdes, och bockningsegenskaperna hos stålprovet varierades med värdet av R/t. Ju lägre värdet R/t är, desto bättre är bockningsegenskaperna.

För stålproverna nr. 4, 5, 15, A och B visas hur bocknings- egenskaperna före åldring beror på kallvalsningsreduktionen grafiskt på fig. 10. Fig. 10 visar att provstyckena nr. 4, 5 och 15 uppvisar bockningsegenskaper före åldring som är över- lägsna dessa egenskaper hos provstyckena A och B. Provet nr. l5 enligt japanska patentansökan 51-131610 har de bästa bock- ningsegenskaperna före åldring. Detta beror på att, såsom an- givits tidigare, man enligt japanska patentansökan 51-l3l6l0 fäster stort avseende vid den mekaniska bearbetbarheten före åldring under det att föreliggande uppfinning huvudsakligen är inriktad på att åstadkomma förbättrad seghet och fjäder- egenskaper efter åldring med bibehållande av tillfredsställan- de mekanisk bearbetbarhet före åldring.

Vidare framgår av fig. 10 att bockningsegenskaperna före åldring hos det utskiljningshärdande rostfria stålet blir dåliga när kallvalsningsreduktionen överstiger 50 %. Av detta _skäl har man enligt uppfinningen begränsat kallvalsnings- reduktionen till en nivå av upp till 50 %. »sö "' 'b fiåß 8101739-4 21 Såsom angivits i det föregående är det allmänt känt att forma ett tunnt material för fjäder till olika former med ringa storlek genom tryckning, trycksvarvning (bulging) och/ eller dragning för framställning av ett miniatyriserat fjäder- element vars reducerade varaktighet och hàllfasthet kompenseras av formen. För proverna nr. 4, 5, A och B provades tryckform- barheten (bulging) före åldring enligt Erichsen-provning som beskrives i IIS B. Erichsen-värdets beroende av kallvalsnings- reduktionen visas på fig. lO för varje provat stålprov. Med beaktande av att kallbearbetning av materialet i upplösninge- glödgat tillstånd, om sådan kallbearbetning användes, bör genomföras med en förhållandevis låg kallvalsningsreduktions- grad av upp till 50 % vid tillämpning av uppfinningen under det att de konventionella stålen A och B kräver intensiv kall- bearbetning med en valsningsreduktionsgrad överstigande 40 % för åstadkommande av en önskad hâllfasthetsnivå efter åldring, visar fig. lO att bättre tryckformningsbearbetbarhet (bulging workability) lätt kan uppnås enligt uppfinningen. ' Såsom visats i det föregående uppvisar rostfritt stål enligt uppfinningen förbättrad mekanisk bearbetbarhet innefattande god formbarhet och stansbarhet, före åldring, och efter åld- ringshärdning utvecklar stålet icke endast en önskvärd hög hårdhet och seghet utan även förbättrade och isotropa fjäder- egenskaper. Rostfritt stål enligt uppfinningen är särskilt användbart för framställning av bladfjäderelement med kompli- cerad form och för tillverkning av stansade fjäderelement med hög hållfasthet och seghet men är även lämpat för fram- ställning av andra fjäderelement. i 1 ” gosa QUALITY

Claims (1)

1. 4-40 919 i 21. PÅTENTKRAV Rostfritt stàl av utskiljningshärdande typ för. fjädrar, som uppvisar en väsentligen martensitisk struktur i upplösningsglödgat tillstànd eller i upplösningsglödgat och därefter kallbearbetat tillstànd med en valsningsreduktion av icke mer än 50 %, samt en Vickers-hårdhet av icke mer än Hv 380 före àldringshärdning och ett Charpy-slagseghetsvärde av minst 3 kp.m/cm2 och en Vickers-hårdhet av minst Hv 490_ efter áldringshärdning, k ä n n e t e c k n a t därav, att det innehåller, i viktprocent, mer än 0,03 % men icke mer än 0,08 % C, 0,3 - 2,5 % Si, icke mer än 4,0 % Mn, 5,0 - 9,0 % Ni, 12,0 - 17,0 % Cr, 0,1 - 2,5 % Cu, 0,2 - 1,0 % Ti, icke mer än 1,0 % A1 och icke mer än 0,03 % N, varvid resten utgöres av Fe och oundvikliga föroreningar, varvid halterna av elementen vidare avpassas så att värdet av A' enligt följande ekvation A' = 17 x (C% / Ti%) + 0,70 x (Mn%) + l x (Ni%) + 0,60 x (Cr%) + 0,76 x (Cu%) - 0,63 x (Al%) + 20,871 är lägre än 42,0, varvid förhållandet Cr-ekvivalenter:Ni- ekvivalenter definierat av ekvationen: Cr-ekvivalenter = 1 x (Cr%) + 3,5 x (Ti% + Al%) + 1,5 x (Si%) Ni-ekvivalenter 1 x (Ni%) + 0,3 x (Cu%) + 0,65 x (Mn%) icke är högre än 2,7, samt. AHV-värdet, som definieras med ekvationen: Anv = 2o5 x [riæ - 3x(c% + mnj+ 205 x [An - 2 x (N%)_7 + 57,5 x (51%) + 20,5 x (cufis) + 20 ligger inom området mellan 120 och 210.