CH684979B5 - Korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung als Werkstoff für in Berührungskontakt mit Lebewesen stehende Teile. - Google Patents
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Description
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CH 684 979G A3
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen, enthaltend im wesentlichen die Bestandteile Mangan, Chrom und Stickstoff, Rest Eisen. Weiters befasst sich die Erfindung mit der Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen.
Die Haut von Lebewesen kann bei Reizung durch bestimmte Stoffe oder Strahlen überempfindlich reagieren. Derartige Überreaktionen nennt man Allergien, wobei auch Lebewesen derselben Gattung auf gleiche Reize keine oder überempfindliche, gegebenenfalls unterschiedliche Intensität aufweisende Reaktionen zeigen können. Insbesondere die Haut des Menschen betreffend sind viele Stoffe bekannt, welche gegebenenfalls Allergien bewirken können.
Unter den durch eine Berührung mit Metallen ausgelösten sogenannten Metallallergien ist die Nikkeiallergie besonders häufig gegeben. Dabei wurde festgestellt, dass nicht nur reines Nickel sondern auch Legierungen mit einer Nickelkonzentration von einigen Prozenten schon eine allergische Reaktion auslösen können. Lebewesen, insbesondere Menschen, kommen im täglichen Leben zwangsläufig mit metallischen Werkstoffen, insbesondere rostfreien Stählen und Legierungen, welche Nickel enthalten können, in Berührung. Viele Gegenstände des täglichen Gebrauches wie Armbanduhren, Uhrbänder, Brillengestelle und dgl. sowie Teile von bzw. an Kleidungsstücken, z.B. Verschlusseinrichtungen, Hosennieten und auch Teile an medizinischen, am Körper zu tragenden, gegebenenfalls prothetischen Stütz- oder Haltevorrichtungen, werden aus Gründen der erforderlichen Materialfestigkeit und der bevorzugten Materialeigenschaften aus metallischen Werkstoffen gefertigt.
Um eine Rostbeständigkeit der Teile zu erreichen, können diese z.B. galvanisch, gegebenenfalls mit Chrom, beschichtet werden. Die Nachteile derartiger Beschichtungen sind ein hoher Aufwand bei der Herstellung und ein durch Risse in der Schicht ausgelöstes Abblättern derselben. Soll mit Sicherheit ein Auslösen einer Nickelallergie vermieden werden, so dürfen die klassischen rostbeständigen Stähle mit ca. 8 bis 12 Gew.-% Nickel, wie z.B. DIN Werkstoff Nr. 14 401 und Nr. 14 404, für zumindest teilweise in Hautkontakt stehende Teile nicht verwendet werden. Es wurde schon versucht, nickelfreie, rostbeständige Chromstähle wie DIN Werkstoff Nr. 14 001 und Nr. 14 016 einzusetzen. Nachteilig bei derartigen Werkstoffen ist, dass an den mehr als 12 Gew.-% Chrom zur Ausbildung einer Passivierungsschicht an der Oberfläche enthaltenden Teilen in Anwesenheit von Schweiss oder Salzlösungen Risse durch durch Zugspannungen ausgelöste örtliche Korrosion, der sog. Spannungsrisskorrosion, gebildet werden können und/oder ein grosser fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist. Bei obigen Stählen ist auch ein z.B. chemisches Strukturieren der Oberfläche der Teile mit einer gewünschten Gleichartigkeit zur Erzielung eines besonderen Oberflächenaussehens wie dies für Uhrbänder, Uhrböden, Brillengestelle und dgl. oft vorgesehen ist, meist nicht möglich. Weiters sind rostfreie Chromstähle magnetisierbar, was deren Einsatz für Gehäuse von durch Magnetfelder in ihrer Funktion beeinflussbaren Uhren ausschliesst. Es ist bekannt, dass Titan keinerlei allergische Reaktionen auslöst, also besonders gut hautverträglich für Lebewesen ist. Der hohe Preis und eine oft aufwendige Herstellung von Teilen aus Titan stellen jedoch wesentliche Nachteile dar.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Materialien zu beseitigen und eine korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen, keine Allergien bewirkt und amagnetische Eigenschaften aufweist, zu erstellen.
Dieses Ziel wird bei einer Legierung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass diese Legierung in Gew.-%
Kohlenstoff max. 0,10
Silizium max. 1,0
Mangan
11,0 bis 25,0
Chrom
10,0 bis 20,0
Molybdän bis 1,6
Stickstoff
0,05 bis 0,55
gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob, Tantal, Wolfram, Aluminium, Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen mit der Massgabe aufweist, dass deren Nickelgehalt unter 0,5 Gew.-% liegt und der Werkstoff nach einer bei einer Temperatur von 1010°C bis 1080°C durchgeführten Lösungsglühbehandlung abgeschreckt und gegebenenfalls zur Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kaltverformt ist und austenitische Gefügestruktur aufweist.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass einerseits durch eine unterkritische Nickelkonzentration der Legierung keine allergischen Reaktionen ausgelöst werden, der Werkstoff jedoch andererseits zumindest die von nickelhaltigen, austenitischen, rostfreien Stählen bekannten günstigen Gebrauchseigenschaften aufweist. Dabei ist wichtig, dass der Werkstoff erfindungsgemäss einer Lösungsglühbehandlung mit anschliessendem Abschrecken unterworfen wird, weil dadurch Ausscheidungen, z.B. Karbide und/ oder Gefügephasen aufgelöst und ein rein austeniti-scher Gefügezustand stabilisiert werden. Gefügeinhomogenität bzw. Ausscheidungen sind nämlich zumeist mit örtlichen Konzentrationsunterschieden von Legierungs- oder Spurenelementen verbunden, wodurch allergische Reaktionen verursacht werden
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können. Auch eine chemische Strukturierfähigkeit des Teiles wird dadurch nachteilig beeinfiusst. Sowohl für besondere Sicherheit gegen ein Auftreten von allergiebedingten Hauterkrankungen als auch zur Verbesserung der korrosionschemischen Eigenschaften hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Legierung die in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichneten Konzentrationen der Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Stickstoff und Nickel aufweist. Um die mechanischen Eigenschaften der Teile, insbesondere die 0,2% Dehngrenze Rp0,2 von ca. 400 N/mm2 zu erhöhen und leichtere bzw. sicherere Bauformen zu erreichen, kann es weiters von Vorteil sein, dass der aus der Legierung gebildete Teil eine Kaltverformung von mindestens 5%, vorzugsweise von grösser als 15%, aufweist. Mittels einer Kaltverformung kann die 0,2% Dehngrenze des Werkstoffes von ca. 400 N/mm2 auf zum Beispiel ca. 900 N/mm2 durch einen ca. 25 bis 30% betragenden Umformgrad erhöht werden. Eine gewünschte Dehngrenze kann also durch eine entsprechend grosse Kaltverformung leicht eingestellt werden, ohne dass, wie durch zahlreiche Versuche gefunden wurde, die Zähigkeit des Materials und die Ermüdung bei elastischer Formänderung, insbesondere Biegung, nachteilig beeinfiusst werden. Überraschenderweise bleibt auch bei hohen Kaltumformgraden der austenitische amagnetische Materialzustand erhalten, es tritt also keine dem Fachmann von Manganstählen bekannte Bildung von Verformungsmartensit, der magnetisch ist, auf, wodurch sich der Werkstoff besonders gut für Uhrengehäuse und Uhrbänder eignet.
Claims (9)
1. Korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen, im wesentlichen enthaltend die Bestandteile Mangan, Chrom und Stickstoff, Rest Eisen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Legierung in Gew.-%
Kohlenstoff max. 0,10
Silizium max. 1,0
Mangan
11,0 bis 25,0
Chrom
10,0 bis 20,0
Molybdän bis 1,6
Stickstoff
0,05 bis 0,55
gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob, Tantal, Wolfram, Aluminium, Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen mit der Massgabe aufweist, dass deren Nickelgehalt unter 0,5 Gew.-% liegt und der Werkstoff nach einer, bei einer Temperatur von 1010°C bis 1080°C durchgeführten Lösungsglühbehandlung abgeschreckt und gegebenenfalls zur Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kaltverformt ist und austenitische Gefügestruktur aufweist.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese in Gew.-%
Kohlenstoff max 0,06
Mangan
18,0 bis 21,5
Chrom
12,0 bis 15,0
Stickstoff
0,2 bis 0,4
aufweist.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass deren Nickelgehalt unter 0,25 Gew.-% liegt.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dieser gebildete Teil eine Kaltverformung von mindestens 5%, vorzugsweise von grösser als 15%, aufweist.
5. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung enthaltend in Gew.-%
Kohlenstoff max. 0,1
Silizium max. 1,0
Mangan
11,0 bis 25,0
Chrom
10,0 bis 20,0
Molybdän bis 1,6
Stickstoff
0,05 bis 0,55
gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob, Tantal, Wolfram, Aluminium, Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen als Rest, welche Legierung einen Nickelgehalt von unter 0,5 Gew.-% aufweist, im von einer Temperatur von 1010°C bis 1080°C zur Lösungsglühbehandlung abgeschreckten und gegebenenfalls zur Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kaltverformten Zustand als austenitischer Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen.
6. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5 enthaltend im wesentlichen in Gew.-%
Kohlenstoff max. 0,06
Mangan
18,0 bis 21,5
Chrom
12,0 bis 15,0
Stickstoff
0,2 bis 0,4
7. Verwendung einer Legierung gemäss den Ansprüchen 5 oder 6 mit einem Nickelgehalt von höchstens 0,25 Gew.-%.
8. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit einer Kaltverformung von mindestens 5%, vorzugsweise von grösser als 15%.
9. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 als amagnetischer Werkstoff für Gehäuse von Uhren und/oder Armbändern von Uhren.
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