DE1458330C3 - Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stahllegierung - Google Patents
Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen StahllegierungInfo
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- DE1458330C3 DE1458330C3 DE1458330A DEA0046759A DE1458330C3 DE 1458330 C3 DE1458330 C3 DE 1458330C3 DE 1458330 A DE1458330 A DE 1458330A DE A0046759 A DEA0046759 A DE A0046759A DE 1458330 C3 DE1458330 C3 DE 1458330C3
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und
'aluminiumhaltigen Stahllegierung als Werkstoff für bestimmte Gegenstände, wie zusammengesetzte maschinenverarbeitete,
geschweißte oder gelötete Teile von Druckkesseln oder Flugkörpern.
In dem eigenen älteren, nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag gemäß DE-AS 14 58 323 ist die
Verwendung einer ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stahllegierung,
bestehend aus 7 bis 18% Chrom, 6 bis 12% Nickel, 0,5 bis
2,5% Aluminium, bis zu 1,0% Mangan, 0,002 bis 0,050% Kohlenstoff, bis zu 1,0% Silizium, 2,0 bis 6,5%
Molybdän, bis zu 0,05% Stickstoff, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,015% Phosphor, Rest Eisen mit
erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, als Werkstoff im ausgehärteten Zustand mit einer Mindestzugfestigkeit
von 140,6 kg/mm2 und einer Zähigkeit, die 0,5 Allison-Parameter übersteigt, für Gegenstände wie
Gestelle, Verkleidungen sowie andere Teile von Flugzeugen, Gehäuse für Motoren von Flugkörpern,
Gehäuse von Raketen sowie anderer Druckgefäße, bei deren Verwendung Spannungen längs aller drei Achsen
auftreten, Befestigungseinrichtungen, Flüssigkeitsventi-Ie und Ventilteile sowie Stahlgehäuse beschrieben.
Die vorliegende Erfindung stellt nun eine weitere Ausgestaltung dieses Gegenstandes dar und betrifft die
Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stahllegierung
des in der DE-AS 14 58 323 beschriebenen Typs, die 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel,
0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,60%
Silizium, bis zu 0,020% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstof,
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen enthält, als Werkstoff für Gegenstände,
die bei Raumtemperatur in ausgehärtetem Zustand eine Mindestzugfestigkeit von 149,0 kg/mm2 in der Längsund
Querrichtung, eine Dehnung innerhalb 50,8 mm Meßlänge von mindestens 8% und eine Einschnürung
von mindestens 29,3% aufweisen, wie zusammengesetzte maschinenverarbeitete, geschweißte oder gelötete
Teile von Druckkesseln oder Flugkörpern.
In der österreichischen Patentschrift 1 46 720 wird die Herstellung von Gefäßen aus rostfreiem Stahl, die der
Einwirkung von Wasserstoff unter Druck bei erhöhter Temperatur ausgesetzt werden, beschrieben. Der Stahl,
aus dem die Gefäße hergestellt werden, ist auf eine Höchstmenge von 0,2% der Summe von Kohlenstoff,
Sauerstoff, Phosphor und Schwefel beschränkt. Vorzugsweise soll der Phosphorgehalt 0,025%, der Schwefelgehalt
0,07% und der Kohlenstoffgehalt 0,09% nicht übersteigen. Ein Aluminiumgehalt wird zwar in Betracht
gezogen, es wird jedoch festgestellt, daß dieser unter 0,5%, vorzugsweise unter 0,02%, liegen sollte. Der in
dieser österreichischen Patentschrift beschriebene Stahl ist besonders durch eine nichtmetallische Korngrenzensubstanz
ausgezeichnet, die von den im Gefäß behandelten Gasen nicht angegriffen wird und daher
auch die Auflösung der Korngrenzensubstanzen und damit eine Lockerung des Gefüges der Metallmasse
verhindert. Der genannten österreichischen Patentschrift ist jedoch nicht zu entnehmen, daß der in ihr
beschriebene Stahl durch eine Ausscheidungshärtungbehandlung härtbar ist.
Aus der US-Patentschrift 25 05 763 ist ein chrom-, nickel- und aluminiumhaltiger Stahl bekannt, der sich
hinsichtlich seiner Legierungsbestandteile mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl geringfügig
überschneidet. Er besteht in der Hauptsache aus 12 bis 19% Chrom und 5 bis 10% Nickel, das einzige Beispiel
dieser Patentschrift enthält 0,07% Kohlenstoff, 16,7% Chrom, 7,3% Nickel, 1,0% Aluminium, 0,6% Silizium,
0,4% Mangan, 0,015% Schwefel und Phosphor, Rest Eisen. Der bekannte Stahl kann Molybdän in einer
Menge von bis zu etwa 3,0% enthalten, wenn die Korrosionsbeständigkeit des Stahles erhöht werden
soll, wenn Molybdän zugegeben wird, so ersetzt es das Chrom in einem Verhältnis von 1 :1. Von besonders
ausgeprägten Zähigkeits- und Duktilitätseigenschaften des in dieser Patentschrift beschriebenen Stahls ist darin
nicht die Rede. Der einzige darin angegebene Wert für die prozentuale Dehnung innerhalb 50,8 mm Meßlänge
liegt bei nur 6%, die einzige Angabe über die prozentuale Einschnürung bei dem bekannten Stahl
zeigt einen Wert von nur 21%, während in bezug auf die Zähigkeit in dieser Patentschrift überhaupt keine
Angaben zu finden sind.
Das gleiche gilt für die US-Patentschriften 29 58 617 und 29 58 618, aus denen Verfahren zur Härtung von
chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stählen bekannt sind. Das Konditionieren erfolgt bei diesen bekannten
Verfahren bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen. Die aus der nachveröffentlichten US-Patentschrift
31 51 978 bekannten aushärtbaren, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen rostfreien Stähle enthalten beträchtliche
Mengen an Kohlenstoff neben Schwefel und Stickstoff und sind aus diesem Grunde für die Lösung
der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe, bei der es auf eine große Zähigkeit neben einer
großen Festigkeit ankommt, nicht geeignet. Bei den aus der im Prioritätsintervall veröffentlichten US-Patentschrift
31 31 055 bekannten chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen, rostfreien Stählen fehlt jeder Hinweis
auf einen etwaigen Stickstoffgehalt. Über den Schwefelgehalt dieser bekannten Stähle werden nur
unklare Angaben gemacht. Auch ist dieser Patentschrift nicht zu entnehmen, daß die bekannten Stähle die an
sich ungewöhnliche Kombination von guter Zähigkeit und Festigkeit aufweisen. Die aus der ebenfalls im
Prioritätsintervall veröffentlichten US-Patentschrift 31 17 861 bekannten aushärtbaren, chrom-, nickel- und
aluminiumhaltigen, rostfreien Stähle enthalten neben Schwefel und Stickstoff eine beträchtliche Menge an
Kohlenstoff, so daß aus der Zusammensetzung der bekannten Stähle nicht darauf geschlossen werden
kann, daß man Stähle des beschriebenen Typs dann erhält, wenn man den Kohlenstoff-, Schwefel- und
Stickstoffgehalt auf einem jeweils kritisch niedrigen Wert hält.
Es hat sich nun gezeigt, daß eine Stahllegierung der eingangs angegebenen Zusammensetzung sich besonders
gut eignet als Werkstoff für die Herstellung von Gegenständen, bei denen es entweder beim Gebrauch
oder bei ihrer Weiterverarbeitung auf große Zähigkeit bei gleichzeitig großer Festigkeit ankommt. Dies gilt
insbesondere für die hartgelöteten oder geschweißten Teile von Druckkesseln oder Flugkörpern, die im
ausgehärteten Zustand bei Raumtemperatur eine Mindestzugfestigkeit von 149,0 kg/mm2 in der Längsund
Querrichtung, eine Dehnung innerhalb 50,8 mm Meßlänge von mindestens 8% und eine Einschnürung
von mindestens 29,3% aufweisen müssen. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl ist leicht walzbar
und zu vielen flachgewalzten und anderen Erzeugnissen, insbesondere zu Grobblech, Blech, Band, Stäben,
Stangen und Draht verarbeitbar. Er besitzt eine derart ausgewogene Zusammensetzung, daß er sogar bei
extrem kaltem Wetter ohne vorzeitige Härtung über weite Strecken versandt werden kann; ferner läßt er
sich sehr leicht unter Biegen, Pressen, Strecken, Schneiden, Bohren u.dgl. und unter Nieten, Hartlöten,
Schweißen u. dgl. verarbeiten. Der Stahl und die daraus gefertigten Erzeugnisse können durch Ausfällungshärtung
bei mäßigen Temperaturen zu einer gewünschten Kombination mechanische Eigenschaften, insbesondere
hoher Festigkeit zusammen mit guter Duktilität und Zähigkeit und guter Kerbschlagzähigkeit, ausgehärtet
werden.
Ein erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0%
Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50%
Mangan, bis zu 0,60% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff, bis zu
0,005% Bor, bis zu 0,10% Titan und zum Rest aus Eisen.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis
10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, 0,02 bis 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,40%
Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,005% Schwefel, bis zu 0,01 % Stickstoff und zum
Rest aus Eisen.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11.5 bis 13% Chrom, 7,5 bis
9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04% Kohlenstoff, bis ;-.u 0,50% Mangan, bis zu
0,50% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff, und zum Rest aus Eisen.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 12,5 bis 13,5% Chrom, 7,5 bis
9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2,0 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu
0,50% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,04% Stickstoff und zum Rest aus Eisen.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 12,5 bis 13,5% Chrom, 7,5 bis
9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2,0 bis 2,5% Molybdän, 0,02 bis 0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu
0,50% Silizium, bis zu 0,010% Schwefel bis zu 0,03% Stickstoff und zum Rest aus Eisen.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht aus 11.5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis
10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,10%
Mangan, bis.zu 0,10% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,010% Stickstoff und zum Rest aus Eisen.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender
Stahl besteht aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50%
Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,05%
Stickstoff und zum Rest aus Eisen.
Ein weiterer erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendender Stahl besteht schließlich aus 11,5 bis 13,5%
Chrom, 7,0 bis 9,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu
0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,020% Schwefel, bis zu 0,04%
Stickstoff und zum Rest aus Eisen. Ein derartiger, bevorzugt zu verwendender Stahl besitzt im ausgehärteten
Zustand eine äußerst ausgeglichene Festigkeit in der Längsrichtung, in der kürzeren Querrichtung
(Richtung der Dicke) und in der längeren Querrichtung (in Richtung der Breite), wie nachstehend näher
ausgeführt wird.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann in üblicher Weise im elektrischen Lichtbogenofen oder im
Induktionsofen hergestellt werden, wobei es sich um ein Schmelzen an der Luft oder Schmelzen bei Atmosphärendruck
handelt. Gegebenenfalls kann der Stahl auch z. B. in einem elektrischen Induktionsofen unter
Vakuum geschmolzen werden. Er kann auch nach einem Doppelschmelzverfahren hergestellt werden; hierbei
wird der Stahl zunächst bei Atmosphärendruck im elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen, worauf die
Schmelze zu Elektroden vergossen wird und diese dann unter Vakuum umgeschmolzen werden. Ein weiteres
Doppelschmelzverfahren besteht darin, daß man zuerst im Vakuuminduktionsofen schmilzt, die erhaltene
Stahlschmelze zu Aufbrauchelektroden vergießt, die dann unter Vakuum erneut geschmolzen werden.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl wird zu Brammen, Blöcken und Barren vergossen und zu
Platten, Blechen, Streifen, Stäben, Stangen, Draht u. dgl. warmgewalzt. Der Stahl läßt sich im Walzwerk gut
verformen.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl in Form von Halbzeug wird zur Weiterverarbeitung in warmgewalztem
und geglühtem Zustand, d. h. nach einer Glühung bei 816-1149°C, geliefert. In diesem Zustand
ist der Stahl martensitisch. Die Härte liegt in der Größenordnung von Rockwell C27-35. Gegebenenfalls
kann natürlich die Glühung oder Lösungsglühung auch vom Weiterverarbeiter durch Erhitzen auf etwa
816- 1149°C durchgeführt werden. Inder Regel ist eine
Erhitzung auf etwa 927°C, wobei die Erhitzungsdauer von der Dicke abhängt, ausreichend.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann, falls gewünscht, in Form von Schmiedebarren oder
warmgewalzten Platten geliefert werden. Er kann auch im kaltgewalzten Zustand, d. h. in Form kaltgewalzter
und geglühter Bleche, Streifen, Stäbe, Stangen od. dgl. oder in Form von kaltgezogenem Draht geliefert
werden. Auch hier liegt natürlich der Stahl in martensitischem Zustand vor. Die Härte des kaltgewalzten
oder kaltgezogenen Metalls liegt in der Größenordnung von Rockwell C35-40. Der Stahl kann
maschinell bearbeitet werden, z. B. durch Schneiden, Bohren, Gewindebohren und Gewindeschneiden. Der
Stahl kann hartgelötet oder geschweißt werden. Er eignet sich besonders zur Herstellung von Teilen von
Überschallflugzeugen, insbesondere für die Rippen, Gelenkstücke, Stützen od. dgl. Ebenso eignet er sich für
die Verkleidung von Flugzeugen, als Gehäuse von Geschossen, Raketen, sowie zur Herstellung von
Druckkesseln und Druckbehältern, wo Spannungen längs allen drei Hauptachsen auftreten.
Im Zuge seiner Verarbeitung wird der erfindungsgemäß
zu verwendende Stahl einer Ausscheidungshärtung oder Härtung unterworfen. Eine bloße Erhitzung auf
eine Temperatur von 482 -6210C ergibt die gewünschte
Aushärtung. In der Regel empfiehlt sich eine mehrstündige Erhitzung auf etwa 510 —566°C. Insbesondere
ergibt eine lstündige oder längere Erhitzung auf 510°C und Abkühlung in Luft, öl oder Wasser günstige
Ergebnisse, wobei die erzielte Härte etwa Rockwell C40-50 beträgt.
Gegebenenfalls, z. B. wenn der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl den Teil eines Gegenstandes bildet
und die anderen in diesem Gegenstand enthaltenen Metalle sich im austenitischen oder halbaustenitischen
Zustand befinden und durch eine einzige Erhitzung nicht direkt aushärtbar sind, härtet der Stahl leicht aus, wenn
der ganze Gegenstand einer Umwandlungsbehandlung und anschließend einer Härtungsbehandlung unterworfen
wird. Die Umwandlungsbehandlung besteht in einer Erhitzung auf 704-954°C und anschließender Abkühlung
auf eine Temperatur zwischen etwa 15,6 und — 1200C Die Dauer der Erhitzung und Abkühlung ist
nicht kritisch. Wird bei der Herstellung eines Gegenstandes eine Hartlötung durchgeführt, so kann diese als
Teil der Hitzebehandlung angesehen werden, wenn man eine Hartlötlegierung mit einem Fließpunkt von etwa
871-10930C wählt und die Hartlötung vorzugsweise bei einer Temperatur von 982-1093°C durchführt.
Anschließend an die Hartlötung wird der Gegenstand auf etwa 927°C abgekühlt und etwa 30 Minuten auf
dieser Temperatur gehalten. Das gewährleistet die größere Zähigkeit, die eine Folge der Erhitzung des
Stahls auf Temperaturen im oberen Teil des Bereiches von 704-954° C ist.
Unabhängig von der Herstellung des Stahls wird er durch erneutes Erhitzen auf etwa 482 — 621°C und
Abkühlung in Luft, öl oder Wasser auf seine endgültige Härte gebracht. In der Regel erzielt man durch
lstündiges oder längeres Erhitzen auf 5100C und
Abschrecken die gewünschten Ergebnisse. Auch hier beträgt die Rockwell-Härte etwa C40-50.
Im ausscheidungsgehärteten oder gehärteten Zustand zeichnet sich der Stahl durch eine Kombination von
Festigkeit mit Duktilität aus. Diese Eigenschaften besitzt er sowohl längs als auch quer. Bei dem
bevorzugten Stahl, d. h. bei dem Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoff-, Schwefel- und Stickstoffgehalt,
sind die Werte für die Festigkeit und Duktilität entlang aller drei Achsen etwa gleichmäßig ausgeglichen.
Als typisches Beispiel für einen erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl werden in den nachstehenden
Tabellen I (a) und I (b) die chemische Zusammensetzung eines im elektrischen Lichtbogenofen erschmolzenen j
Stahls sowie dessen typische mechanische Eigenschaf- \ ten in der Längsrichtung, der kurzen Querrichtung und j
der langen Querrichtung für zwei verschiedene Alterungszustände angegeben: j
7 8
Typischer, an der Luft geschmolzener, erfindungsgemäß gehärtet zu verwendender Stahl: Chemische Analyse
Mn
Si
Cr
Al
Mo
Fe
0,40
0,020
max. 0,020
max. 0,30
12,75
1,00
2,15
Rest
0.03
Die mechanischen Eigenschaften von zwei Stahlpro- Tabelle I (b) angegeben, und zwar für 2 verschiedene
ben, d.h. die Zugfestigkeit, die Streckfestigkeit, die io Querschnitte (76χ 102 mm und 25χ 102 mm) bei verDehnung,
die Einschnürung und die Härte, sind in schiedenen Wärmebehandlungsbedingungen.
Mechanische Eigenschaften des Stahls von Tabelle l(a)
| Querschnitt | Zustand | Testrichtung | Zugfestigkeit | 0,2%- | % Dehnung | % | Rock |
| Streckgrenze | in 25 mm | Einschnürung | well- | ||||
| kg/mm2 | kg/mm2 | Härte | |||||
| 76 x 102 mm | RH-950*) | längs | 161 | 151 | 11.0 | 46,0 | 43 |
| 162 | 144 | 10,5 | 45,5 | 43 | |||
| 76 χ 102 mm | RH-950 | kurze Quer | 162 | 155 | 13,0 | 38,2 | 45 |
| richtung | 163 | 151 | 14,0 | 38,8 | 45 | ||
| 25 χ 102 mm | lange Quer | 155 | 141 | 8,0 | 32.0 | — | |
| richtung | 155 | 143 | 8.7 | 29,3 | — | ||
| 25 χ 102 mm | Hartlöt | lange Quer | 159 | 146 | 8,0 | 34,7 | — |
| zyklus*) | richtung | ||||||
| H-900***) |
*) RH-950 = 954°C während 10 Minuten, Luftkühlung, -73°C 8 Stunden, luftwarm; 5100C während 1 Stunde. Luftkühlung.
**) Zerreißproben an Unterlängen — 25 mm Länge.
**) Zerreißproben an Unterlängen — 25 mm Länge.
***) Hartlötzyklus = längsame Erhitzung auf 885°C 10 Minuten, Abkühlung auf 538°C in 45 Minuten. Luftkühlung. Wiedererhitzung
auf 4820C während 1 Stunde und Luftkühlung.
Die chemische Zusammensetzung und die mechani- erschmolzen wurden, sind in den Tabellen II (a), II (b)
sehen Eigenschaften in der langen Querrichtung (Breite) und II (c) angegeben, wobei die Tabelle II (c) nur einen
von zwei erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen, Stahl mit etwas kleinerem Probenquerschnitt als
die im elektrischen Induktionsofen an der Luft 35 diejenigen von Tabelle II (b) veranschaulicht.
Tabelle Il(a)
Zwei gehärtete, an der Luft erschmolzene Stähle: Chemische Zusammensetzung
| Schmelze | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | Al | N | Fe |
| 039043 039099 |
0,034 0,034 |
0.47 0,35 |
0,010 0,010 |
0,015 0,016 |
0,40 0,35 |
12,82 12,74 |
7.76 7,83 |
2,13 2,20 |
1,07 0,92 |
0,03 0,03 |
Rest |
Tabelle II(b)
Mechanische Eigenschaften der Stähle von Tabelle Il(a) mit mittlerem Querschnitt
Schmelze
Größe
Richtung
Zugfestigkeit kg/mm2
0,2%-Streckgrenze kg/mm2
% Dehnung in 25 mm
% Einschnürung
| 039043 | 152x 152 mm | quer | 161 | 154 | 9,5 | 31.0 |
| 039099 | 25 χ 102 mm | lange Querr. | 154 | — | 10,0 | 37.2 |
| 156 | 141 | 8,7 | 36.8 |
Zustand:
1 Stunde auf 10380C - Wasserkühlung + 954°C während 30 Minuten, Luftkühlung + (innerhalb 24 Stunden) -73°C 8 Stunden
+ 51O0C 1 Stunde, Luftkühlung.
Tabelle II(c)
Mechanische Eigenschaften eines Stahls von Tabelle II(a) mit kleinerem Probenquerschnitt
Schmelze
Größe
Richtung
Zugfestigkeit kg/mm2
0,2%-Streckgrenze kg/mm2
% Dehnung in 25 mm
% Einschnürung
Zustand: Genau wie in Tabelle ll(b).
12x102 mm Längsr. 156,0
Querrichtung 158,0
140,0 140.0
11.0 11,0
37,8 39.0
Aus den Daten in den Tabellen II (b) und II (c) ergibt sich, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle
nicht nur Zugfestigkeiten von 154,0—161,0 kg/mm2 aufweisen, sondern auch duktil sind, wobei die
Dehnungswerte in Abschnitten von 25 mm etwa 8,7—11% und die Werte für die Einschnürung etwa
31 -39% betragen. Insbesondere sei bemerkt, daß der Stahl mit einem flacheren Querschnitt, wie er in Tabelle
II (c) angegeben ist, eine etwas gleichmäßigere Festigkeit und Duktilität aufweist, wobei die Festigkeit in der
10
Querrichtung 156,8-158,2 kg/mm2, die Dehnung 11%
und die Einschnürung etwa 37,8 — 39% beträgt.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl besitzt ausgezeichneten Spannungsrißkorrosionswiderstand,
sogar bei Einwirkung salzhaltiger Atmosphären. Proben des Stahls wurden direkt der Seeluft ausgesetzt und mi;
einem ähnlichen ausscheidungsgehärteten Stahl verglichen, dessen Spannungsrißkorrosionswiderstand als gui
angesehen wurde. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen III (a)und III (b) angegeben:
Tabelle lll(a)
Spannungsrißkorrosionsvergleiche — an der Luft geschmolzener erfindungsgemäß zu verwendender Stahl verglichen
mit an der Luft geschmolzenem PH15-7IV1o Stahl (15% Chrom, 7% Nickel, 1% Aluminium, 2% Molybdän,
Rest Eisen) — getestet wurden gebogene T-Träger, direkt der Seeluft ausgesetzt.
Chemische Zusammensetzung
| Schmelze | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni | Mo | Al | N | Fe |
| Erfindungs gemäß zu ver wendender Stahl 039033*) |
0,034 | 0,35 | 0,010 | 0,016 | 0,35 | 12,74 | 7,83 | 2,20 | 0,92 | 0,03 | Rest |
| PH15-7MO 57885**) 56254**) |
0.072 0,075 |
0,69 0,60 |
0,018 0,021 |
0,012 0,006 |
0,26 0,26 |
15,04 15,14 |
7,18 7,20 |
2,28 2,22 |
1,18 1,25 |
0,03 0,03 |
Rest Rest |
*) Schmelze im Induktionsofen.
**) Schmelze im elektrischen Lichtbogenofen.
**) Schmelze im elektrischen Lichtbogenofen.
Tabelle lll(b)
Spannungsrißkorrosionsvergleiche der Stähle von Tabelle III(a). Durchschnitte von jeweils 5 Tests
Schmelze
Richtung
Zustand
Zugfestigkeit
kg/mm2
kg/mm2
| 0,2%- | Dehnungs | Durchschnitt — |
| Streckgrenze | belastung | Tage bis Bruch |
| kg/mm2 | kg/mm2 | |
| 155 | 140 | 517 |
| 150 | 135 | 354 |
| 155 | 139 | 9 |
| 155 | 140 | 12 |
| 156 | 142 | 12 |
| 157 | 144 | 2 |
| 155 | 139 | 159 |
| 155 | 139 | 61 |
Erfindungsgemäßer Stahl
039099*) quer
039099*) quer
039099 längs
| PH15-7MO | quer |
| 57885 | quer |
| 56254 | quer |
| 57885 | quer |
| 56254 | längs |
| 57885 | längs |
| 56254 | |
| BCHT 900·*) | 172 |
| BCHT 900 | 163 |
| RH 950·*·) | 172 |
| RH 950 | 173 |
| BCHT 900 | 171 |
| BCHT 900 | 172 |
| BCHT 900 | 167 |
| BCHT 900 | 169 |
*) 0,63 mm dick — alle anderen Proben 1,27 mm dick.
**) BCHT 900 = Erhitzung auf 913°C — 15 Minuten Verweilzeit. Abkühlung auf 538°C in 30 Minuten, Luftkühlung auf Raumtemperatur.
-730C während 8 Stunden, Luft warm. 482"C während 8 Stunden, Luftkühlung.
"*) RH 950 = 954°C während 10 Minuten, Luftkühlung. -73°C während 8 Stunden, Luft warm. 5100C während 1 Stunde, Luftkühlung.
Aus den in Tabelle III (b) angegebenen Korrosionstests geht deutlich hervor, daß der Spannungsrißkorrosionswiderstand
des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls wesentlich besser ist als die des bekannten
PH 15-7Mo-Stahls, dessen entsprechende Eigenschaften allgemein als gut angesehen werden. Es sei besonders
darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäß verwendbare Stahl, verglichen mit dem bekannten Stahl, eine
größere Gleichmäßigkeit des Spannungskorrosionsverhaltens in den beiden getesteten Richtungen zeigte.
Bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen erzielt man in ausscheidungsgehärtetem Zustand
deshalb eine außergewöhnliche Verbesserung der Duktilität nebst einer großen Festigkeit, weil die
Mangan-, Silicium-, Schwefel- und Stickstoffgehalte auf kritisch niedrigen Werten gehalten werden; hierbei soll
der Mangangehalt 0,10%, der Siliciumgehalt 0,10% und
der Schwefel- und der Stickstoffgehalt jeweils 0,005% nicht übersteigen. Auch der Kohlenstoffgehalt ist in
diesem verbesserten Stahl niedrig und übersteigt 0,04% nicht.
Claims (9)
1. Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen
Stahllegierung, bestehend aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium,
1,75 bis 2,50% Molybdän, bis zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,60% Silizium, bis zu
0,020% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff, Rest ELen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen,
als Werkstoff für Gegenstände, die bei Raumtemperatur in ausgehärtetem Zustand eine
Mindestzugfestigkeit von 149,0 kg/mm2 in der Längs- und Querrichtung, eine Dehnung innerhalb
50,8 mm Meßlänge von mindestens 8% und eine Einschnürung von mindestens 29,3% aufweisen, wie
zusammengesetzte maschinenverarbeitete, geschweißte oder gelötete Teile von Druckkesseln
oder Flugkörpern.
2. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis
zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,60% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu
0,010% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff, bis zu 0,005% Bor, bis zu 0,10% Titan, Rest Eisen, für den
Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel,
0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, 0,02 bis 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,40% Mangan, bis
zu 0,50% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,005% Schwefel, bis zu 0,01 % Stickstoff, Rest Eisen,
für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 11,5 bis 13% Chrom, 7,5 bis 9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04%
Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,05%
Stickstoff, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 12,5 bis 13,5% Chrom, 7,5 bis 9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2,0 bis 2,5% Molybdän, bis zu 0,04%
Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu 0,04%
Stickstoff, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
6. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 12,5 bis 13,5% Chrom, 7,5 bis 9,0% Nickel, 1% Aluminium, 2,0 bis 2,5% Molybdän, 0,02 bis
0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,03%
Stickstoff, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
7. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,5% Molybdän, bis
zu 0,04% Kohlenstoff, bis zu 0,10% Mangan, bis zu 0,10% Silizium, bis zu 0,015% Schwefel, bis zu
0,010% Stickstoff, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
8. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 10,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis
zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,05% Stickstoff, Rest
Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
9. Verwendung einer ausscheidungshärtbaren rostfreien Stahllegierung nach Anspruch 1, bestehend
aus 11,5 bis 13,5% Chrom, 7,0 bis 9,0% Nickel, 0,5 bis 1,5% Aluminium, 1,75 bis 2,50% Molybdän, bis
zu 0,05% Kohlenstoff, bis zu 0,50% Mangan, bis zu 0,50% Silizium, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu
0,020% Schwefel, bis zu 0,04% Stickstoff, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
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| DE1608097A Expired DE1608097C3 (de) | 1963-08-02 | 1967-07-21 | Verwendung einer zähen, ausscheidungshärtbaren, rostfreien, chrom-, nickel- und aluminiumhaltigen Stahllegierung |
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