SE469986B - Utskiljningshärdbart martensitiskt rostfritt stål - Google Patents

Description

IUI Jä- ox: \o-'lx|| 986 2 hàllfasthet, bearbetbarhet och duktilitet, men ensamma har de nackdelar och uppfyller inte nuvarande eller framtida krav på legeringar använda för framställning av de tidigare nämnda produkterna. Kraven är bättre materialegenskaper både för slutanvändaren av legeringen, dvs högre hàllfasthet i kombination med god duktilitet och korrosionsresistens, och för tillverkaren av halv- fabrikaten såsom band och träd, samt för tillverkaren av de ovannämnda slutprodukterna, dvs egenskaper såsom exempelvis att materialet lätt kan formas och tillverkas i den mening att antalet operationer kan minimeras och standardutrustning användas så långt som möjligt för att reducera produktíonskostnad och produktionstid.

Martensitiska rostfria stål, tex sort AISI 420, kan erbjuda hàllfasthet men inte i kombination med duktilitet.

Austenitiska rostfria stål, tex serie AISI 300, kan erbjuda god korrosionsresistens i kombination med hög hàllfasthet och för vissa applikationer acceptabel.duktilitet, men för att uppnå den höga hàllfastheten behövs en kraftig kall- reduktion och detta innebär att också halvfabrikatet måste ha en mycket hög hàllfasthet innebärande att formbarheten blir dålig. Rena kolstàl har en låg korrosionsresistens vilket naturligtvis är en stor nackdel om korrosionsresistens erfordras. Av sista gruppen, utskiljningshärdbara rostfria stål, finns det många olika sorter och alla med varierande egenskaper. De har emellertid några egenskaper gemensamt, tex de flesta vakuum-smältes medelst en envägs eller vanligare en tvâvägs process där det andra steget är en omsmältning under vakuum-tryck. Dessutom erfordras en stor mängd utskiljningsbildande element såsom aluminium, niob, tantal och titan, ofta som kombinationer av dessa element. Med "stor" menas >1.5 %. En stor mängd är av fördel för hâllfastheten men reducerar duktiliteten och formbarheten.

En viss kvalitet som används för de ovan nämnda produkterna och som kommer att refereras till i beskrivningen finns angiven i US patent 3 408 178. Denna kvalitet erbjuder en acceptabel duktilitet hos slutprodukten men i kombination [UI xvfil, 1469 986 å med en hállfasthet av endast omkring 2000 N/mmz. Den har också vissa nackdelar under tillverkning av halvfabrikat, tex att stålet är känsligt för sprickbildning i glödgat tillstånd.

Ett ändamål med undersökningen var därför att uppfinna en stålkvalitet som är överlägsen de ovan diskuterade kvaliteterna. Den behöver ej vakuum-smältning eller vakuum- omsmältning, men detta kan naturligtvis utföras för att åstadkomma ännu bättre egenskaper. Den behöver inte heller någon större mängd av aluminium, niob, titan, tantal eller kombinationer därav, utan erbjuder ändå god korrosionsresistens, god duktilitet, god formbarhet samt i kombination med allt detta, en utmärkt hög hállfasthet, upp till omkring 2500-3000 N/nmß, beroende på den erforderliga duktiliten.

Det är därför ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma en stállegering som uppfyller fordringarna på god korrosionsresistens, hög hállfasthet hos slutprodukten och hög duktilitet både under tillverkningen och hos slutprodukten. Den uppfunna stålkvaliteten bör vara lämplig att bearbeta i form av tråd, stång och band för ytterligare användning i applikationer såsom dental och medicinsk utrustning, fjädrar samt fästanordningar.

Fordringarna på korrosionsresistensfuppfylls medelst en legeringstillsats av omkring 12% krom och 9% nickel. Det har konstaterats både genom en allmän korrosions- undersökning och en undersökning av den kritiska gropfrätnings-temperaturen att korrosionsresistensen hos den uppfunna stålkvaliteten är lika med eller bättre än den hos existerande stålkvaliteter använda för ifrågavarande applikationer.

Med en halt av koppar och framförallt av molybden större än 0.5% kan det förväntas att minst 10% eller vanligen minst 11% krom är nödvändigt för att få god korrosionsresistens.

Den maximala kromhalten förväntas vara 14% eller vanligen |U1 41- O\ W 'f||| 986 i högst 13% emedan den är en stark ferrit-stabilisator och det är önskvärt att kunna omvandla till austenit vid en företrädesvis låg glödgningstemperatur, under 1100 °C. För att kunna erhålla den önskade martensitiska omvandlingen av strukturen erfordras en ursprunglig_austenitisk struktur.

Stora mängder molybden och kobolt vilket visat sig vara önskvärt för härdnings-effekten resulterar i en mera stabil ferritisk struktur och därför bör kromhalten vara maximal vid denna jämförelsevis låga nivå.

Nickel erfordras för att åstadkomma en austenitisk struktur vid glödgningstemperaturen och med hänsyn till innehållet av ferrit-stabiliserande element förväntas en halt av 7% eller vanligen minst 8% att vara ett minimum. En viss mängd nickel bildar också de härdande partiklarna tillsammans med utskiljningselementen aluminium och titan. Nickel är en stark austenitbildare och måste därför maximeras för att underlätta en omvandling av strukturen till martensit vid snabbkylning eller kallbearbetning. En.maximal nickel halt av 11% eller vanligen högst 10% förväntas vara tillräckligt. Molybden erfordras också för att åstadkomma ett material som kan tillverkas utan svårigheter. Frånvaro av molybden har visat sig resultera i en ökad känslighet för sprickbildning. Det förväntas att en minimihalt av O.5% eller ofta 1.0% är tillräckligt för att undvika sprickbildning men företrädesvis bör halten överstiga 1.5%.

Molybden ökar också starkt härdningseffekten och sluthàllfastheten utan att reducera duktiliteten. Förmågan att bilda martensit vid snabbkylning minskas emellertid och det har visat sig att 2% är tillräckligt och 4% otillräckligt. Om man använder så mycket molybden erfordras kallbearbetning för martensitbildning. Det förväntas att 6% eller ofta 5% utgör en maximal nivå av molybden för att få en tillräcklig mängd av martensit i strukturen och följaktligen också önskad härdningseffekt, men företrädesvis bör halten vara lägre än omkring 4.5%.

Koppar erfordras för att öka såväl härdningseffekten som duktiliteten. Det har visat sig att en legering med ca 2% IUI "'li|| 1469 986 ä koppar har mycket god duktilitet jämfört med legeringar utan koppartillsats. Det förväntas att O.5% eller ofta 1.0% är tillräckligt för att erhålla god duktilitet hos en höghâllfast legering. Förmågan att bilda martensit vid snabbkylning reduceras något pga koppar och tillsammans med den önskade höga mängden av molybden kan det förväntas att 4% eller ofta 3% utgör den maximala nivån hos koppar för att tillåta att strukturen omvandlas till martensit, antingen vid snabbkylning eller vid kallbearbetning. Halten bör företrädesvis hållas under 2.5%.

Kobolt har visat sig förbättra härdningseffekten, särskilt tillsammans med molybden. Synergieffekten mellan molybden och kobolt har visat sig vara hög i mängder upp till totalt %. Duktiliteten reduceras något med hög kobolthalt och maximigränsen väntas därför vara den maximihalt som provats vid denna undersökning, liggande omkring 9% och i vissa fall ca 7%. En nackdel med kobolt är priset. Det är också ett element som inte är önskvärt vid stâlverk för rostfritt. Med hänsyn till kostnaden och den rostfria stålmetallurgin är det därför önskvärt att undvika kobolt som legeringselement. Halten bör i allmänhet vara högst 5%, företrädesvis högst 3%.

Tack vare legeringselementen molybden och koppar samt ev. även kobolt, vilka alla förbättrar härdningseffekten, föreligger inga behov av diverse utskiljningshärdande element såsom tantal, niob, vanadin och wolfram eller kombinationer därav. Endast en jämförelsevis liten tillsats av aluminium eller titan erfordras. Dessa båda element bildar utskiljande partiklar under anlöpning vid relativt låg temperatur. 425 °C till 525 °C har befunnits utgöra det optimala temperatur-området. Partiklarna 1 stálkvaliteten enligt uppfinningen förväntas vara eta-Ni3Ti och beta-NiAl.

Under framställning och provning av försökslegeringarna har en bestämd maximigräns för titan bestämts vara omkring 1.4%, ofta omkring l.2%. En halt av 1.5% titan eller mera resulterar i en legering med låg duktilitet. En tillsats av |U1 ~F> C')\ \o H|| 9Eš6 § minst 0.4% har visat sig lämplig om en härdningseffekt erfordras och det förväntas att 0.6% är ett realistiskt minimum om en hög effekt erfordras. Aluminium erfordras också för utskiljningshärdningen. En tillsats upp till 0.4% har provats vilket resulterat i ökad härdningseffekt och hállfasthet utan reducerad duktilitet. Det kan förväntas att aluminium kan tillsâttas i halter upp till 0.6%, ofta upp till 0.55% och i vissa fall upp till 0.5% utan förlust av duktilitet.

Sammanfattningsvis har det visat sig att en legering med följande sammansättning uppfyller fordringarna. Legeringen är ett järnbaserat material hos vilket kromhalten varierar mellan ca 10% till 14% (vikt). Nickelhalten bör hållas mellan 7% till 11%. För att erhålla hög närdningseffekt 1 kombination med hög duktilitet bör elementen molybden och _ koppar tillsâttas samt om önskvärt även kobolt. Halterna bör hållas mellan 0.5% till 6% molybden, mellan 0.5% till 4% koppar och upp till 9% kobolt. Utskiljningshärdningen erhålles vid en tillsats av upp till 0.6% aluminium och upp till 1.4% titan. Halterna av kol och kväve får ej överstiga 0.05%, vanligen ej 0.04% och företrädesvis inte 0.03%. Återstoden utgörs av järn. Alla andra element i periodiska systemet bör ej överstiga 0.5%, vanligen ej 0.4% och företrädesvis utgöra högst 0.3%.

Det har visat sig att en legering enligt denna beskrivning har en korrosionsresistens lika med eller t.o.m. bättre än den hos existerande stålkvaliteter använda för exempelvis kirurgiska nålar. Den kan också framställas utan svårigheter. Den kan också erhålla en slutlig hállfasthet av omkring 2500-3000 N/mm2, vilket är approximativt 500- 1000 N/mm2 högre än hos existerande stålkvaliteter använda för tex kirurgiska nålar såsom AISI 420 och 420F samt även en kvalitet i enlighet med US pat. 3 408 178. Duktiliteten är också lika med eller bättre än hos existerande aktuella kvaliteter. Duktiliteten mätt som böjbarhet är i jämförelse med AISI 420 approximativt 200% bättre och i jämförelse med AISI 420F tom mer än 500% bättre, Vridbarheten är också IUI Y 1469 986 Z lika med eller bättre än den hos existerande kvaliteter använda för exempelvis dentala upprymmare.

Slutsatsen är att det korrosionsbeständiga utskiljningshärdbara martensitiska stålet enligt uppfinningen kan ha en draghållfasthet av mer än 2500 N/um? i kombination med mycket god duktilitet och formbarhet samt tillräcklig korrosionsresistens.

Vid sökandet efter en ny stålkvalitet som skulle kunna uppfylla fordringarna på korrosionsresistens och hög hállfasthet i kombination med hög duktilitet tillverkades en serie försöks-smältor som därefter vidarebearbetades till tråd såsom beskrives nedan. Syftet var att uppfinna ett stål som inte erfordrar vakuumsmältning eller vakuum- omsmältning och därför tillverkades alla smältor i en vanlig induktionsugn.

Totalt 18 smältor med olika kemiska sammansättningar tillverkades för att optimera sammansättningen hos stålet enligt uppfinningen. Några smältor har en sammansättning utanför uppfinningen för att demonstrera de förbättrade egenskaperna hos stålet enligt uppfinningen i jämförelse med andra kemiska sammansättningar tex en kvalitet i enlighet med US pat 3 408 178. Försökssmältorna preparerades till tråd enligt följande steg. Först smältes de i en induktionsugn i luft till 7" göt. Tabell I visar de aktuella kemiska sammansättningarna för varje försökssmälta som provats för olika ändamål. Sammansättningen är àtergiven i vikt-% uppmätt som hetanalys. Såsom framgår har halterna av krom och nickel hållits vid resp ca 12% och 9%.

Skälet för detta är att det är känt att denna kombination av krom och nickel i ett utskiljningshärdbart rostfritt martensitiskt stål innebär att stålet har en god grund- korrosionsresistens, en god grund-seghet samt förmåga att omvandlas till martensit antingen genom kylning efter värmebehandling i austenitomràdet eller vid kallbearbetning av materialet såsom tråddragning. De betingelser under vilka martensiten bildas, såsom kylning eller [UI V'|I § kalldeformation, kommer att ytterligare framgå när .materialegenskaperna hos den framtagna tråden beskrivs nedan. De ämnen som rapporteras i Tabell I har alla , varierats för uppfinningsändamàlet med järn som återstod.

De ämnen som ej redovisats har alla begränsats till maximalt 0.5% i dessa försöks-smältor.

Alla göt smiddes därefter vid en temperatur av 1160-1180 'C med en hâlltid av 45 min. till dimensionen ö 87 mm i fyra steg, 200x200 - l50x150 - 100xl0O - Ö 87 mm. De smidda ämnena snabbkyldes i vatten efter smidningsoperationen.

Alla smältor var lätt smidbara utom en, nr 16, som uppvisade kraftig sprickbildning och ej kunde vidarebearbetas. Såsom framgår av Tabell I hade denna smälta alla halter av de variabla elementen vid den högsta nivån av de provade sammansättningarna. Det kan därför fastslås att ett material med en kombination av legeringselement i enlighet med legering nr 16 inte motsvarar ändamålet med undersökningen,och att de kombinerade halterna därför utgör en distinkt maximi-gräns.

Nästa steg i processen var extrusion som utfördes vid temperaturer mellan 1150 - 1225 'C följt av luftkylning. De resulterande dimensionerna av de extruderade ämnena var 14.3, 19.0 och 24.0 mm. Dimensicnen varierar emedan samma presskraft ej kunde användas för hela extrusionsserien. De extruderade ämnena skalsvarvades därefter till 12.3, 17.0 resp 22.0 mm. Ãmnesdimensionen reducerades därefter till 13.1 mm genom dragning varpå glödgning ägde rum.

Glödgningstemperaturen varierade mellan 1050 'C och 1150 “C beroende på halterna av molybden och kobolt. Ju mera molybden och kobolt desto högre var temperaturen eftersom det var önskvärt att glödga försöks-smältorna i austenitomrädet för att om möjligt bilda martensit vid svalningen. Ãmnena fick svalna i luft från glödgningstemperaturen.

Ett grund-krav på stålet enligt uppfinningen är att det är korrosionsresistent. För att prova korrosionsresistensen uppdelades hetorna i sex olika grupper beroende på halterna [UI 'hp i 469 986 2 av molybden, koppar och kobolt. De sex hetorna provades i såväl glödgat som anlöpt tillstånd. Anlöpningen utfördes vid 475 °C och 4 tim åldring. En provning av den kritiska punktkorrosions-temperaturen (CPT) utfördes medelst potentiostatiska bestämningar i NaCl-lösning med 0.1 % Cl och en spänning av 300 mV. Proverna KO-3 användes och vardera sex mätningar utfördes. En undersökning av allmän korrosion gjordes också. En 10 % H2SO4-lösning användes för provning vid två olika temperaturer, 20 eller 30 °C samt 50 °C. Provernas dimension var 10x10x30 mm.

Resultat av korrosionsprovningarna presenteras i Tabell II.

Prover från tvâ av hetorna, legeringarna nr 2 och 12, uppvisade defekter och sprickor i ytan och därför har inte alla resultat från dessa två redovisats i tabellen.

Resultaten från den allmänna korrosionen vid 20 'C och 30 °C visar att alla dessa hetor är bättre än tex kvalitet AISI 420 och AISI 304, som båda har en korrosionshastighet av >1 mm/år vid dessa temperaturer. CPT-resultaten är också mycket bra. De är bättre än eller lika med dem hos tex kvalitet AISI 304 eller AISI 316.

Man kan därför dra slutsatsen att legeringarna enligt uppfinningen uppfyller fordringarna på korrosionsresistens.

De glödgade ämnena i dim 13.1 mm tillsammans med de extruderade ämnena i dim 12.3 mm drogs därefter till provdim 0.992 mm via tvâ glödgnings-steg vid ö 8.1 mm och o 4.0 mm. Glödgningarna utfördes också här i temperatur- omrâdet 1050-1150 °C och med efterföljande luftsvalning.

Alla smältor fungerade bra under tràddragningen utom tvâ, nr 12 och 13. Dessa två smältor var spröda och uppvisade kraftig sprickbildning under dragningen. Det visade sig att dessa tvâ var mycket känsliga för den använda betningsmetoden efter glödgningarna. För att avlägsna oxiden användes ett varmt saltbad men detta saltbad var mycket aggresivt mot korngränserna i de två smältorna nr 12 och 13. Nr 12 sprack så kraftigt att inget material kunde tillverkas hela vägen till slutdimension. Smälta nr 13 |U1 r|| 46§ 986 iQ kunde produceras hela vägen men bara om saltbadet uteslöts från betningssteget vilket resulterade i en oren yta.

Jämfört med de andra smältorna hade dessa två en sak gemensamt nämligen frånvaro av molybden. Det är tydligt att molybden gör dessa kvaliteter av utskiljningshärdbara martensitiska rostfria stâl mer duktila samt mindre känsliga för tillverkningsmetoderna.

Om de två sprickkänsliga hetorna jämförs med varandra framgår det att den sprödaste har en mycket högre titanhalt än den andra. Fràn detta resultat och av det faktum att den smälta som mäste skrotas under smidningen pga av sprickor också hade en hög titanhalt, kan det fastslås att en hög titanhalt gör materialet mindre flexibelt vad beträffar tillverkningsmetoderna samt mer känsligt för sprickbildning.

Dessa tvâ hetor känsliga för sprickbildning har båda motsvarighet i det tidigare nämnda US pat. nr. 3 408 178.

För att prova materialet i två olika tillstànd uppdelades trâdposterna i tvâ delar varav den ena glödgades vid 1050 “C och den andra förblev kallbearbetad. De glödgade trâdposterna snabbkyldes i vattenmantlade rör.

En hög hållfasthet i kombination med god duktilitet är väsentliga egenskaper för kvaliteten enligt uppfinningen.

Ett normalt sätt att öka hàllfastheten är genom kallbearbetning vilket inducerar dislokationer i strukturen. Ju högre dislokationstäthet desto högre hållfasthet. Beroende på legeringsgraden kan också martensit bildas under kallbearbetningen. Ju mera martensit desto högre hållfasthet. För en utskiljningshärdande kvalitet är det också möjligt att öka hâllfastheten genom en värmebehandling utförd vid relativt lága temperaturer.

Under värmebehandlingen sker en utskiljning av mycket fina partiklar vilket gör strukturen mera hâllfast.

|U1 'Væ|| '4s9 986 il Till att börja med undersöktes försöks-smältorna vad beträffar förmågan att bilda martensit. Martensit är en ferromagnetisk fas och mängden magnetisk fas bestämdes genom mätning av den magnetiska mättnaden cs med en magnetisk balans-utrustning.

Formeln % M, magnetisk fas = os 100 / om användes varvid om bestämdes genom om = 217.75 - 1.2.0*C - 2.40*Si - 1.90*Mn - 3.0*P - 7.0*S - 3.0*Cr - l.2*MO - 6.0*N - 2.6*A1 Medelst strukturprov bestämdes det att ingen ferrit fanns närvarande och att därför % M var lika med % martensit.

Både glödgad och kallbearbetad tråd provades varvid Tabell III visar resultatet. Några av legeringarna bildar ej martensit under svalningen men alla omvandlas till martensit under kallbearbetning. .

För att kunna optimera hâllfasthet och duktilitet undersöktes härdningseffekten under anlöpning av försöks- smältorna. Anlöpnings-serier vid fyra olika temperaturer och två olika áldringstider utfördes mellan 375 “C och 525 °C samt àldringstiderna 1 och 4 tim följt av luftsvalning.

Draghállfastheten och duktiliteten provades efteråt.

Dragprovningen utfördes i tvâ olika maskiner båda av fabrikat Roell & Korthaus men med olika maximigräns, 20 KN och 100 KN. Resultaten från två prov registrerades och medelvärdet av dessa angavs för utvärdering. Duktiliteten provades som böjbarhet och vridbarhet. Böjbarheten är en viktig parameter för tex kirurgiska nålar. Böjbarheten provades genom att böja ett kort trádprov av 70 mm längd i en vinkel av 60 ° över en egg med radien = 0.25 mm och tillbaka igen. Denna böjning repeterades tills provet bröts sönder. Antalet hela böjningar utan brott registrerades och medelvärdet av tre böjprov angavs för utvärdering.

Vridbarheten är en viktig parameter för tex dentala upprymmare och den provades i en utrustning av fabrikat IUI 4s9%9s6 lå Mohr % Federhaff A.G., specialkonstruerad för provning av tråd för dentala upprymmare. Den använda fästlängden var 100 mm.

Draghállfastheten (TS) i värmebehandlat och draget tillstànd visas i Tabell IVa och b. I tabellerna rapporteras också den maximalt erhållna hâllfastheten vid tillhörande anlöpningsutförande i temperatur och åldringstid. Vad beträffar duktilitet och hállfasthet har också bestämts ett optimerat anlöpningsutförande. Såväl hàllfastheten som àldringstid och temperatur har angivits.

Effekten vid både det maximala och optimala anlöpningsutförandet har beräknats såsom ökning av hàllfastheten.

Duktilitets-resultaten för både glödgat och draget tillstànd rapporteras i Tabell Va och Vb. Den uppmätta böjbarheten och vridbarheten för den motsvarande maximala och optimala hállfastheten anges.

För att helt förstå sammansättningens betydelse för egenskaperna hos det utskiljningshärdbara rostfria martensitiska stålet enligt uppfinningen är det lämpligt att jämföra resultaten element för element.

Grundlegerandet med 12 % Cr och 9 % Ni är uppenbarligen lämpligt för kvaliteten enligt uppfinningen. Såsom visats resulterar denna kombination i tillräcklig korrosionsresistens och förmåga hos materialet att ombildas till martensit antingen genom snabbkylning eller kallbearbetning.

För att kunna optimera sammansättningen hos kvaliteten enligt uppfinningen samt också finna realistiska gränser, varierades sammansättningen mellan 0.4-1.6 % titan, 0.0-0.4 % aluminium, 0.0-4.1 % molybden, 0.0-8.9 % kobolt samt slutligen 0.0-2.0 % koppar. 0.! |U1 ;4s9 986 Bàde titan och aluminium förväntas inverka vid härdningen av stålet enligt uppfinningen genom att bilda eta-Ni3Ti och beta-NiAl under anlöpningen. Eta-Ni3Ti är en intermetallisk förening med hexagonal kristallstruktur. Den är känd för att mycket verksamt kunna öka hàllfastheten pga sin resistens mot överàldring och sin förmåga att utskiljas i 12 olika riktningar i martensiten. NiAl är en ordnad bcc- fas med en gitterparameter två gånger martensitens. Beta, som man vet uppvisar en närmast perfekt koherens med martensit, kärnbildas homogent och ger därför en extremt fin fördelning av utskiljningar som tillväxer långsamt.

Titanets roll har i viss utsträckning diskuterats ovan.

Ingen av de två legeringarna med den högsta titanhalten har kunnat bearbetas till klentråd. De har båda uppvisat känslighet för sprickbildning under smidning och dragning.

Det har fastslagits att kvaliteten enligt uppfinningen måste vara enkel att tillverka och därför har dessa två legeringar visat att den acceptabla maximala titanhalten bör vara 1.5 % och företrädesvis något lägre. Emellertid, vid halter under 1.5 % är det uppenbart att en hög titanhalt föredras om en hög hàllfasthet önskas. Tabellerna kan studeras för legeringarna nr. 2, 3 och 4 vilka har samma legeringshalter med undantag av titan. De har alla omvandlats vid snabbkylning till en hög martensithalt men ju mera titan desto mindre martensit bildas. Den lägre martensit-halten i legeringen med hög titan reducerar härdningseffekten för denna legering i det glödgade tillståndet. För de andra två legeringarna med approximativt samma martensit-halt är det uppenbart att titan ökar härdningseffekten och ger en högre slutlig hållfasthet. Ju högre titan-halt desto högre är också deformationshärdnings-graden under dragningen.

Härdningseffekten i draget tillstànd är approximativt densamma. Sluthållfastheten är därför högre vid högre titan-halt och en slutlig hàllfasthet av 2650 N/mm? är möjlig vid en titan-halt av 1.4 %. För de optimerade värmebehandlingarna kan det observeras att alla tre |U1 li legeringarna har acceptabel duktilitet i glödgat tillstånd.

Det är uppenbart att en hög titan-halt reducerar böjbarheten men förbättrar vridbarheten i draget och åldrat tillstànd.

Inverkan av aluminium kan studeras i legeringarna nr. 2, 7, 8 och 17. De har approximativt samma grundlegeringshalter med undantag av aluminium. Legeringen med låg halt av aluminium har också något lägre titanhalt samt den med hög halt av aluminium något högre titanhalt än de andra. Det är en klar tendens att ju högre aluminiumhalt desto högre är härdningseffekten i både glödgat och draget tillstånd.

Hållfastheten i draget tillstånd kan vara upp till 2466 N/mm? efter en optimerad anlöpning. Böjbarheten försämras svagt vid högre aluminiumhalter efter en optimerad anlöpning i glödgat tillstånd. Vridbarheten varierar men på hög nivå. Hos draget och anlöpt material varierar både böjbarheten och vridbarheten utan någon klar tendens.

Emellertid visar den med hög aluminiumhalt goda resultat både beträffande hàllfasthet och duktilitet. Aluminiets roll kan också studeras i legeringarna nr. 5 och ll. De har båda en högre halt av molybden och kobolt men skiljer beträffande aluminum. De har båda en mycket låg härdningseffekt och hàllfasthet i glödgat tillstånd pga frånvaro av martensit. I draget tillstànd uppvisar båda en mycket hög härdningseffekt, upp till 950 N/mm2. Den med högsta aluminiumhalten uppvisar den högsta hâllfasthetsökningen. Den slutliga hållfastheten är så hög som 2760 N/mm2 efter en optimerad anlöpning som resulterar i en acceptabel duktilitet. Duktiliteten i draget och åldrat tillstånd är approximativt samma för dessa två legeringar.

Inverkan av molybden och kobolt har kortfattat diskuterats ovan och detta kan ytterligare studeras i legeringarna nr. 2, 5 och 6. Det framgår av tabellerna att endast legeringen med låga halter av molybden och kobolt får en härdningseffekt i glödgat tillstånd. Detta förklaras av frånvaron av martensit i de två legeringarna med högre [01 269 986 lä halter av molybden och kobolt. I draget tillstånd gäller motsatsen. En hög nivå av molybden och kobolt resulterar i en extremt hög härdningseffekt, upp till maximalt 1060 N/mm2 samt vid en optimerad anlöpning alltjämt så hög som 920 N/nmß. En sluthållfasthet av 3060 N/mm* är maximum och 2920 N/nmß optimum med hänsyn till duktiliteten. Det är uppenbart att en ökning av både molybden och kobolt är mera effektiv i att förbättra härdningseffekten än enbart en ökning av kobolten. Duktiliteten i draget och anlöpt tillstånd är acceptabel och med hänsyn till hållfastheten t.o.m. mycket bra, särskilt för den medium-höga legeringen.

Inverkan av koppar kan studeras i legeringarna 2 och 15 vilka har samma legeringshalter med undantag av koppar.

Uppträdandet hos legering 15 måste emellertid diskuteras före jämförelsen. När denna legering undersöktes i glödgat tillstànd visade det sig att härdningseffekten varierade en del i olika positioner av den anlöpta trådringen. Detta fenomen kan mest sannolikt förklaras av en varierande mängd martensit inom den snabbkylda trádringen. Slutsatsen blir att sammansättningen hos denna legering'ligger på gränsen för martensitomvandling vid snabbkylning. I tabellerna har detta givit det något förvirrande resultatet av .10 % martensit och likväl en hög härdningseffekt. Egenskaperna bör därför bara jämföras i draget tillstànd. Det är uppenbart att en hög kopparhalt ökar härdningseffekten drastiskt och en sluthållfasthet av 2520 N/mm* är resultatet vid den optimerade anlöpningen. Böjbarheten och vridbarheten är båda mycket bra i draget och anlöpt tillstånd för legeringen med hög kopparhalt.

Av resultaten hittills kan det fastslås att molybden, kobolt och koppar aktiverar utskiljningen av Ti- och Al- partiklar under anlöpningen om strukturen är martensitisk.

Olika sammansättningar av dessa element kan studeras i legeringarna 8, 13 och 14 vilka alla har samma aluminium- och titan-halter. Legeringen med inget molybden eller kobolt, men hög kopparhalt, visade sprödhet i glödgat tillstànd för många anlöpnings-utföranden. För nâgra kunde |U1 4e9f9s6 lå emellertid duktiliteten uppmätas. Denna legering uppvisade den högsta härdningseffekten hos alla försökssmältor i glödgat tillstånd men också den sämsta böjbarheten.

Dessutom hade denna legering också den lägsta deformationshärdnings-graden. Härdningseffekten är hög också i draget tillstånd men sluthållfastheten är låg, endast 2050 N/mm* efter den optimerade anlöpningen och duktiliteten är därför en av de bästa. Legeringen med höga halter av molybden och koppar men ingen kobolt bildar ej martensit vid snabbkylning och följaktligen är härdningseffekten mycket låg. Härdningseffekten i draget tillstånd är hög och resulterar i en slutlig optimerad hållfasthet av 2699 N/mm2. Duktiliteten är också god. Den sista legeringen med ingen koppar, men både molybden och kobolt, får en hög härdningseffekt i glödgat tillstånd men med låg böjbarhet. Härdningseffekten är lägre i draget tillstànd. Den slutliga optimerade hållfastheten är 2466 N/mm2 och duktiliteten är låg jämfört med de andra två.

Således kan det konstateras att både titan och aluminium är fördelaktiga för egenskaperna. Titan upp till 1.4 % ökar hàllfastheten utan att öka känsligheten för sprickbildning.

Materialet låter sig också tillverkas utan svårigheter.

Aluminium är här provat upp till 0.4 %. En tillsats av endast 0.1 % har visat sig tillräcklig för en extra 100-150 N/mm2 i härdningseffekt och utgör därför en föredragen minimi-tillsats. En övre gräns har däremot ej hittats.

Hållfastheten ökar vid en hög aluminium-halt men utan reducering av duktiliteten. Troligen skulle en mängd upp till 0.6 % vara realistisk i en legering med titan tillsatt upp till 1.4 % utan någon drastisk minskning av duktiliteten. Det kan också konstateras att koppar starkt aktiverar härdningseffekten utan att reducera duktiliteten.

Koppar upp till 2 % har prövats. Inga nackdelar har påvisats med högre kopparhalter med undantag av den ökade svårigheten att omvandla till martensit vid snabbkylning.

Vid högre kopparhalt än 2 % måste en kallbearbetning utföras före anlöpningen. Koppar i halter upp till 4 % är troligen möjligt att tillsätta till detta f ¿e9 986 17 utskiljningshärdbara martensitiska stål. Molybden erfordras tydligen i grundsammansättningen. Utan en tillsats av molybden är materialet mycket benäget både för sprick- bildning under tillverkningen samt för sprödhet efter anlöpningen i glödgat tillstånd. Molybdenhalter upp till 4.1 % har provats. En stor mängd molybden reducerar förmågan att bilda martensit vid snabbkylning. För övrigt har endast fördelar registrerats, dvs en ökad hâllfasthet utan reducering av duktiliteten. Den realistiska gränsen för molybden är den halt vid vilken materialet inte kan bilda martensit vid kallbearbetning. Halter upp till 6 % skulle vara möjliga att använda i stålet enligt uppfinningen.

Kobolt tillsammans med molybden ökar starkt härdnings- effekten. En lätt reducering av duktiliteten är emellertid resultatet vid en halt nära 9 %.

Sammanfattningsvis kan konstateras att av de provade legeringarna är det endast sammansättningarna enligt nr. 14 och 15 i tabell I som visat sig uppfylla ändamålet enligt uppfinningen, dvs återfinns inom omfattningen av de bilagda patentkraven.

Vid tillverkningen av medicinska och dentala utrustningar såväl som fjädrar och andra tillämpningar används legeringen enligt uppfinningen för att göra olika produkter såsom tråd i dimensioner mindre än ø 15 mm, stäng i dimensioner mindre än ø 70 mm samt band i dimensioner med tjocklek mindre än ø 10 mm. 469 TABELL I Legering nummer l |-' ©LO00\lO\U1»I>bJI\) !-^ I-' |-' k) !-' b) l-' 112- l-l U'l l-' Ch l-' \l |-' 03 3906 Charge nummer 654519 654529 654530 654531 654532 654533 654534 654535 654536 654537 654543 654546 654547 654548 654549 654550 654557 654558 Cr 11.94 11.8 11.9 11.8 11.8 11.9 11.9 11.9 11.8 11.9 11.7 11.9 11.6 11.83 Ni 8.97 9.09 9.09 9.10 9.14 9.12 9.13 9.14 9.08 9.13 9.08 9.09 9.10 9.12 18 Mo 2.00 2.04 2.04 4.01 4.04 2.08 2.03 4.09 <.01 .01 4.08 2.10 4.06 2.04 Co 2.96 3.01 3.02 .85 8.79 3.14 3.04 .97 <.010 .010 .010 3.05 8.87 3.01' Cu .014 .013 .013 .012 .0l1 .013 .014 .014 2.03 2.03 2.02 2.02 2.02 .0l2 Al .10 _12 .13 _13 _12 _<_.003 .39 .005 .006 .35 .35 .l4 .31 .24 Ti .88 .39 1.43 .86 1.59 1.04 1.05 .93 1.53 .88 (I, fe '4s9 986 TABELL Il Lege- Glödgat tillstånd Åldrat tillstånd ring CPT Allmän Korrosion CPT Allmän Korrosion (mm/år) (mm/är) (Oc) 2o°c 3ø°c so°c (°c) 2o°c 3o°c so°c 2 71:15 - - - 68i2 - - - 6 90:11 0.2 - 3.9 32337 0.2 - 7.1 11 9412 0.5 - 13.5 24i3 0.8 - 17.8 12 43:13 0 - 6.2 - - - - 14 8217 - 0.7 4.1 57i5 - 0.1 2. 42:18 0.6 7.5 27¿s 0.3 - 46š 986 TABELL III Legering Glödgat tillstånd I %M 2 80 3 86 4 67 .Ol 6 _01 7 80 8 79 ll 1.4 12 - 13 79 14 1.6 .lO 16 - 17 77 2G Kallbearbetat tillstånd %M 90 90 86 87 85 90 88 88 81 83 86 89 169 986 TABELL IVa Lege- Glödgad Åldrad Åldrad Max Optimum Åldring Åldring ring max Optimum effekt effekt Oc/h °c/h TS TS TS TS TS max optimum (N/mmz) (N/mmz) (N/mmz) (N/mmz) (N/mmz) 2 1040 1717 1665 677 625 475/l 525/1 3 1032 1558 1558 526 526 475/4 475/4 4 1063 1573 1573 510 510 525/l 525/1 747 779 779 32 32 475/4 475/4 6 805 872 872 67 67 475/4 475/4 7 988 1648 1527 660 539 475/4 525/1 8 1101 1819 1793 718 692 475/4 475/1 ll 671 708 708 37 37 525/4 525/4 12 - - - - - - - 13 1056 1910 1771 854 715 475/4 525/1 14 821 867 867 46 46 525/4 425/4 732 1379 1379 647 647 425/4 425/4 16 - - - - - - - 17 1000 1699 1699 699 699 475/4 475/4 4697 986 228 ' TABELL IVb Lege- Dragen Åldrad Åldrad Max Optimum Åldring Åldring ring max Optimum effekt effekt OC/h OC/h TS TS TS TS TS max optimum (N/mz) (N/mmz) (N/mmz) (N/mmz) (N/mmz) 2 2012 2392 2345 380 333 425/1 475/4 3 l7l0 2080 2040 370 330 425/4 475/l 4 2280 2650 2650 370 370 475/1 475/l 1930 2880 2760 950 830 475/4 425/4 6 2000 3060 2920 1060 920 475/4 425/4 7 2282 2392 2334 110 52 475/4 425/l 8 2065 2532 2466 467 401 475/1 475/4 ll 1829 2635 2546 806 717 525/4 425/4 12 - - - - - - - 13 1370 2190 2050 820 680 425/4 475/4 14 1910 2699 2699 789 789 475/4 475/4 1 1780 2610 2520 830 740 425/1 475/l 16 - - - - - - - 17 1829 2401 2401 572 _572 475/4 475/4 “e áee 986 TABELL Va 2 3 Lege- Glödgad Åldra Åldrad Glödgad Åldrad Åldrad ring böjbar- böjbar- vrid- vrid- het, het, barhet, barhet, böj- max Optimum vrid- max optimun barhet TS TS barhet TS TS 2 5.3 2.7 3.3 >l89 19 65 3 4.3 5.0 5.0 85.3 14.5 14.5 4 4.0 3.3 3.3 81.7 37 37 11.3 19.3 19.3 109.5 134.5 134.5 6 16.0 25.0 25.0 139.5 134 134 7 5.3 3.0 4.0 99 15 45 8 4.7 2.3 2.7 87 18 19 11 9.7 13.7 13.7 >123 >110 >110 12 - - - - - - 13 1.0 2.3 38.5 26 33.5 14 . 8.7 . 107 88 88 3.3 3.3 92 25.5 25.5 1 e - - - '- - - 17 5.3 3 3 3.3 142 15 15 469' 986 24 TABELL Vb Lege- Dragen Åldrad Åldrad Glödgad Åldrad Åldrad ring böjbar- böjbar- vrid- vrid- het, het, barhet, barhet, böjbar- max Optimum vrid- max Optimum het Ts 'rs het TS Ts 2 1 . 0 9 8 7 3 3 . 0 17 . 7 ll . 5 9 4 1 . 0 5 . 5 2 6 2 6 . 2 . 0 35 . 5 3 22 6 0 . 0 27 . 3 0 . 0 20 7 . 2 . 0 12 19 24 8 0 . 3 10 2 28 ll . 3 2 . 0 . 29 5 24 12 - - - - - - 1 3 . 7 11 . 5 1 . 5 31 14 . 0 12 26 26 4 . o . ' 16 23 24 16 - - - _- - - 17 2 . 7 3 . 0 3 . O 8 29 29

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 4 ése 986 25 Patentkrav

1. En utskiljningshärdbar martensitisk rostfri stållegering innehållande i vikt-%, ca 10 % till 14 % krom, mellan ca 7 % till 11 % nickel, molybden mellan ca 0.5 % till 6 %, kobolt upp till ca 9 %, koppar mellan ca 0.5 % till 4 %, aluminium muan ca 0_1 % Och ca 0.6 %, titan mellan ca 0.4 % och. ca 1.4 %, kol och kväve ej överstigande 0.05 %, med järn som återstoden och halten av något annat element i periodiska systemet ej överstigande 0.5 %.

2. Legering enligt krav 1, där mängden kobolt är upp till ca 6 %.

3. Legering enligt något av föregående krav, där mängden koppar är mellan ca 0.5 % till 3 %.

4. Legering enligt något av föregående krav, där mängden molybden är mellan ca 0.5 % till 4.5 %.

5. Legering enligt något av föregående krav, där mängden koppar är mellan ca 0.5 % till 2.5 %.

6. Legering enligt något av föregående krav, där legeringen används vid tillverkning av medicinska och dentala applikationer.

7. Legering enligt något av kraven 1 - 5, där legeringen används vid tillverkning av fjäder applikationer.

8. Legering enligt något av kraven 1 - 5, där legeringen används vid tillverkning av tråd i dimensioner mindre än ö 15 mmb

9. Legering enligt något av kraven 1 - 5, där legeringen _ används vid tillverkning av stång i dimensioner mindre än o 70 mm. 469 985 26 - vs

10. Legering enligt något av kraven 1 - 5, där legeringen används vid tillverkning av band i dimensioner med tjocklek ' mindre än 10 mm. w'