CH208027A - Legierter Stahl. - Google Patents

Description

  Legierter .Stahl.    Vorliegende Erfindung betrifft einen zu       martensitischem    Gefüge     härtbaren,    legierten  Stahl, der besonders zur Herstellung von kor  rosionsbeständigen,     gehärteten    Gegenständen,  und zwar     besonders        Werkzeugen    mit Spit  zen oder Schneiden, geeignet ist.  



  Die bekannten zu     martensitischem    Gefüge       härtbaren,    rostbeständigen Chromstähle sind  im allgemeinen auf einer Legierungsbasis  aufgebaut, deren     Zusammensetzung    etwa  innerhalb der     folgenden    Grenzen liegt:  Kohlenstoff 0,20-2,50  Chrom 8-22  Eisen maximal etwa 90  Der Chromgehalt dieser Stähle wird je  doch mit Rücksicht auf die Korrosionsbestän  digkeit nach unten hin meist etwa durch  12% begrenzt. Bei geringeren Anforderun  gen an die     Korrosionsbeständigkeit    können  auch etwas niedrigere Chromgehalte vorkom  men.

   Nach oben     hin        wird    der Chromgehalt    mit Rücksicht auf die     Härtbarkeit    der Stähle  meist auf     etwa    20 % begrenzt.  



  Der für verschiedene Verwendungsgebiete       zweckmässigste    Kohlenstoffgehalt     wird    im  grossen und ganzen durch die     angestrebte          maximale        Härtungshärte    und durch die ge  wünschten Eigenschaften der Schneide des       Werkzeuges    bestimmt. Die     maximal    mögliche       Härtungshärte        steigt    mit zunehmendem Koh  lenstoffgehalt, gleichzeitig nehmen aber auch  die     Formgebungs-    und     BearbeitungsscUwie-          rigkeiten    in warmem und kaltem Zustande  zu.

   Soll der Stahl zur Herstellung von Ge  genständen mit dünner,     schneidender    Schneide  mit praktisch verwendbarer Dauerhaftigkeit  verwendet werden, so ist ein Kohlenstoff  gehalt von wenigstens     0,50%,    zweckmässig       mindestens   <B>0,70%</B> erforderlich. Wird der  Kohlenstoffgehalt erhöht; so erhält man im  allgemeinen bessere     Schneidwirkung,    aber       mit    Rücksicht auf die Möglichkeit, den  Stahl durch Kaltwalzen und Kaltziehen zu  bearbeiten, und auf die Schwierigkeiten, die      Karbide in den erforderlichen     feinverteilten     Zustand zu bringen, kann kaum ein höherer  Kohlenstoffgehalt als etwa     1,357o    zu diesem  Zwecke in Frage kommen.

   Die bessere       Schneidwirkung,    die bei erhöhtem Kohlen  stoffgehalt erzielt wird, erklärt sich durch  die erhöhte     3#,fenge    an harten und gegen Ab  nutzung widerstandsfähigen     Karbiden.    Mit       erhöhtem        Karbidgehalt    wird aber die Kor  rosionsbeständigkeit des Stahls im allgemei  nen verschlechtert, und zwar dadurch, dass  der Chromgehalt der Karbide so hoch ist, dass  der Chromgehalt der Grundmasse sinkt.  



  Gemäss bekannten Gleichgewichtsdiagram  men über das Legierungssystem     Eisen-          Chrom-Kohlenstoff        (vergl.    z. B.     Arch.    Eisen  hüttenwes. 9, 607-617, 1935;'36) können  innerhalb des hier in Frage kommenden Kon  zentrationsgebietes zwei Karbide vorkommen,  und zwar     trigonales    Karbid     (Cr,Fe);C.,    und  kubisches Karbid     (Cr,Fe)"C    oder wahrschein  lich richtiger     (Cr,Fe)"C,;

  .    Bei Temperaturen  über etwa 800   kann bei     Gleichgewielit    nur  das     trigonale    Karbid vorkommen, während  bei Temperaturen unter etwa<B>800'</B> nebst dem       trigonalen    auch das kubische Karbid auftritt.  



  Im     allgemeinen    kann der Schluss gezogen  werden, dass für einen und denselben Kohlen  stoffgehalt eine 1,6- bis     1,8mal    so grosse Ge  wichtsmenge Karbid erhalten wird, wenn  diese in kubischer Phase vorliegen, als wenn  sie in     trigonaler    Phase vorliegen. Anderseits  kann das kubische Karbid durch seine grö  ssere     ITenge    zur Folge haben, dass für einen  bestimmten Chromgehalt des Stahls die  Grundmasse chromarmer wird mit daraus  folgender Gefahr einer schlechteren     Korro-          sionsbeständigkeit.     



  Es wurde nun gefunden, dass die     Karbide     wenigstens zum überwiegenden Teile in kubi  scher Phase erhalten werden können, wenn  ein Chromstahl, der 0,<B>2</B>0 bis 1,35 % Kohlen  stoff und 10 bis 22 % Chrom enthält, noch  mit einer Legierungskombination von     Molyb-          dän    (oder Wolfram), Kobalt und Kupfer ver  setzt wird. Der Stahl gemäss der Erfindung  ist somit dadurch gekennzeichnet, dass er 0.20  bis 1,35  ö Kohlenstoff, 10 bis ??      o'    Chrom,    weniger als 0,65 % Mangan, 0,20 bis 5 % Ko  balt, 0,20 bis 5 % Kupfer und 0,20 bis 5  mindestens eines     weiteren        Metalles    der  6. Gruppe des periodischen Systems der Ele  mente enthält.  



  Ausgeführte Versuche haben gezeigt, dass  die Korrosionsbeständigkeit eines gemäss der  Erfindung legierten Stahls nicht verschlech  tert, sondern im Gegenteil verbessert wird,  und zwar sowohl in ausgeglühtem wie vor  allem in gehärtetem Zustande.  



  Ausser dein Vorteil der verbesserten Kor  rosionsbeständigkeit durch den kombinierten  Legierungszusatz wird der Vorteil einer grö  sseren     Karbidmenge    für einen gegebenen Koh  lenstoffgehalt und damit eine grössere Härte  und     erhöhte    Widerstandsfähigkeit gegen Ab  nutzung in     gehärtetem    Zustande erzielt.  Ausserdem hat es sich herausgestellt, dass das  unter diesen Umständen auftretende kubische  Karbid in Zusammenhang mit der Form  gebung     des    Materials     leichter    in feinverteilter  Form erhalten werden kann.  



  Diese doppelte Wirkung durch einen  kombinierten Zusatz von     Molybdän,    Kobalt  und Kupfer ist an sich überraschend, da ein  mässiger Zusatz eines dieser Stoffe allein keine  praktisch wahrnehmbare Abweichung vom  Gleichgewichtsdiagramme für     Eisen-Chrom-          Kohlenstoff    herbeiführt.  



  Da die Chromkarbide gegen chemische  Angriffe     besonders    widerstandsfähig sind,  so erhält man dieselben als ungelösten Rück  stand, wenn der ausgeglühte Stahl z. B. in       verdünnter    Salzsäure gelöst wird. Diese Auf  lösung wird zweckmässig in einer Kohlen  säureatmosphäre ausgeführt, um die Gefahr  einer Oxydation der Karbide durch den Luft  sauerstoff     zri        beseitigen.    Als Ergebnis einer  grossen Anzahl ausgeführter Versuche hat es  sich herausgestellt, dass für einen Chromstahl  mit etwa 1 % Kohlenstoff und<B>13</B> bis 14 %       Cr,    aber ohne andere absichtliche Legierungs  zusätze, die Menge der Karbide 7 bis 8 % des  Gewichtes des Stahls beträgt.

   Ein weiterer  Legierungszusatz von mässigen Mengen     31an-          gan,    Kobalt oder Kupfer ändert nicht           nennenswert    die Menge der     Karbide.    Eine       gewisse    Erhöhung der     Karbidmenge        wird    da  gegen durch Zusatz von Wolfram oder     Molyb-          dän    erzielt. Macht man aber gemäss der vor  liegenden Erfindung einen     kombinierten    Le  gierungszusatz von     Molybdän,    Kobalt und  Kupfer, z.

   B.     etwa    1 % von jedem Stoffe, so  steigt die     Karbidmenge    des Stahls auf' 18 bis  19 %. Diese Erhöhung des     Karbidgehaltes    ist  an sich überraschend, da Kobalt oder Kupfer  je für sich die     K.arbidmenge    nicht erhöht.  



  Eine röntgenographische Untersuchung  der     Karbidrücksfände    hat folgendes Ergebnis  gegeben. In einem     Chromstahle        dieses    Typs  ohne besondere Legierungszusätze bestanden  die     Karbide    aus annähernd gleichen Teilen       trigonales    Karbid und kubisches Karbid, also    in     Übereinstimmung    mit den Forderungen  des     Gleichgewichtsdiagrammes.    Die Karbid  rüekstände aus einem mit der Legierungs  kombination     Molybdän-Kobalt-Kupfer    ver  setzten     Chromstahle        bestanden    dagegen,

       wie     es sich     herausstellte,        praktisch        ausschliesslich     aus kubischem Karbid, obgleich     dieser    Stahl       während    langer Zeit bei etwa<B>860'</B> geglüht  worden war, d. h. in einem Temperatur  bereiche, wo gemäss     den        bekannten    Gleich  gewichtsdiagrammen nur das     trigonale    Kar  bid hätte vorkommen sollen.  



  Die grosse Korrosionsbeständigkeit, wel  che     ein    solcher mit     Molybdän-gobalt-Kupfer     legierter Stahl aufweist,     dürfte    zum Teil  durch die Analyse erklärt werden können,  welche die     Karbidrückstände    aufweisen:

    
EMI0003.0037     
  
     % <SEP> C <SEP>  /  <SEP> Fe <SEP>  /o <SEP> Cr
<tb>  Karbide <SEP> aus <SEP> einem <SEP> Chromstahl
<tb>  mit <SEP> MO-Co-CU-Zusatz <SEP> 5,64 <SEP> 40,7 <SEP> 47,3
<tb>  Karbide <SEP> aus <SEP> einem <SEP> Chromstahl
<tb>  ohne <SEP> besondere <SEP> Legierungsstoffe <SEP> 8,20 <SEP> 26,5 <SEP> 63,4       Der beträchtlich höhere Eisengehalt und  der niedrigere Chromgehalt der     Karbide    des  gemäss der Erfindung legierten Stahls dürf  ten einen geringeren     elektrolytischen    Poten  tialunterschied zwischen Karbid und Grund  masse herbeiführen als bei dem einfachen  Chromstahle.

   Die Analyse des ursprüng  lichen Stahls war in diesem Beispiele:  
EMI0003.0040     
  
    Kohlenstoff <SEP> 1,02
<tb>  Mangan <SEP> 0,41
<tb>  Silizium <SEP> 0,19
<tb>  Chrom <SEP> 12,9
<tb>  Molybdän <SEP> 0,95
<tb>  Kobalt <SEP> 1,49
<tb>  Kupfer <SEP> 1,00       Die Analyse der     garbidrückstände    für  diesen Stahl entspricht der Formel       (Cr,Fe,Mn,Mo,Co)22.44C"  .     d. h. einem Werte, der mit Rücksicht auf die  mögliche Genauigkeit der theoretischen For  mel     (Cr,Fe)"C6    des kubischen     Karbides     ausserordentlich gut entspricht und der ausser  dem mit den Ergebnissen der röntgenogra-         phischen    Untersuchung übereinstimmt.

   Es sei  erwähnt, dass der Kupferzusatz sowohl für  die beträchtlich erhöhte Beständigkeit gegen  Korrosion wie für das Auftreten des ge  wünschten kubischen     Karbides    von wesent  licher Bedeutung zu sein scheint.  



  Was den     Mangangehalt    anbetrifft, sei er  wähnt, dass dieser bei einem Stahle gemäss  der vorliegenden Erfindung niedriger als  0,65 % sein soll, da hierdurch bei der hier  vorliegenden Legierungskombination grössere  optimale     Härtungshärte        erhalten    werden kann  als bei höherem     Mangangehalt.     



  Eine zur Herstellung von     gehärteten     feineren     Schneidwerkzeugen,    wie Rasierklin  gen und chirurgische     Instrumente,    besonders  geeignete Stahllegierung gemäss der Erfin  dung enthält:  
EMI0003.0054     
  
    Kohlenstoff <SEP> 0,70--1,35
<tb>  Chrom <SEP> 10-18
<tb>  Molybdän <SEP> oder <SEP> Wolfram <SEP> 0,20-2%
<tb>  Kobalt <SEP> 0,20-2
<tb>  Kupfer <SEP> 0,20-2         Für     besondere    Verwendungsgebiete kann  es wünschenswert sein, die mechanischen und  andern Eigenschaften der Legierung etwas  zu modifizieren durch Zusatz von weiteren  Legierungsstoffen über den kombinierten  Zusatz von     Molybdän,    Kobalt und Kupfer  hinaus.

   Der Stahl nach der Erfindung kann  somit noch     0,05%    übersteigende Gehalte an  einem oder mehreren der folgenden     Legie-          rungselemente    enthalten: Beryllium, Bor,  Aluminium. Titan,     Vanadin,    Arsen, Selen,       Zirkonium,        Niob,    Zinn, Antimon,     Tantal.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Zu martensitischem Gefüge härtbarer legierter Stahl, insbesondere für korrosions beständige, gehärtete Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass er 0,20 bis<B>1,35%</B> Koh lenstoff, 10 bis 2:),% Chrom, weniger als 0,65 % Mangan, 0,20 bis 5 % Kobalt, 0,20 bis 5 % Kupfer und 0,20 bis 5 % mindestens eines weiteren Metalles der sechsten Gruppe des periodischen Systems der Elemente ent hält. UNTERANSPRÜCHE: 1. Legierter Stahl nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass er als weiteres Metall der 6. Gruppe des periodischen Sy stems Molybdän enthält. 2.

   Legierter Stahl nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass er als weiteres Metall der 6. Gruppe des periodischen Sy stems Wolfram enthält. 3. Legierter Stahl nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er 0,70 bis<B>1,35%</B> Kohlenstoff, 10 'cis <B>18%</B> Chrom, 0,20 bis 2 % Molybdän, 0,20 bis 2 % Kobalt und 0,20 bis 2 % Kupfer enthält. 4. Legierter Stahl nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er 0,70 bis 1,35 % Kohlenstoff, 10 bis 18 % Chrom, 0,20 bis 2 % Wolfram und 0,20 bis 2 % Kobalt und 0,20 bis 2 Kupfer enthält.