CH694590A5

CH694590A5 - Austenitische Stahllegierung.

Info

Publication number: CH694590A5
Application number: CH19482000A
Authority: CH
Inventors: Alfred Kuegler
Original assignee: Boehler Bleche Gmbh
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2005-04-15
Also published as: JP3590962B2; HK1035840A2; JP2001140045A; DE10052173A1; ATA178699A; DE10052173C2; AT408762B

Description


  



   Die Erfindung betrifft eine ferritfreie austenitische Stahllegierung  für Schmuckstücke und insbesondere für äussere Uhrenteile wie Uhrenschalen  und dergleichen, enthaltend die Legierungselemente Kohlenstoff (C),  Silizium (Si), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Nickel (Ni),  Eisen (Fe) und Begleitelemente, mit erhöhter Festigkeit, guter Polierbarkeit,  verbesserter Zerspanbarkeit und Beständigkeit gegen Korrosion auf  der menschlichen Haut. 



   Schmuckstücke und äussere Uhrenteile sollen das Aussehen möglichst  lange beibehalten und keinerlei Nachteile im ästhetischen Erscheinungsbild  bei oftmaligem Gebrauch aufweisen. 



   Bei einem Kontakt der Teile mit der menschlichen Haut werden diese  jedoch oftmals besonders hohen Korrosionsbelastungen durch Körperschweiss  und dergleichen ausgesetzt. Aus diesem Grunde sind für obige Teile  durchwegs hochkorrosionsfeste Werkstoffe auszuwählen. 



   Abgesehen von Edelmetallen wie Gold, Platin und dergleichen und aufwendigen  Beschickungen mit diesen ist es bekannt, Titan und Titanlegierungen  als Werkstoff für Uhrengehäuse einzusetzen. Diese Titanwerkstoffe  weisen höchste Korrosionsfestigkeit auf, verursachen nach derzeitigem  Wissen auch keinerlei Allergien, haben jedoch den Nachteil eines  hohen Werkstoffpreises und können nicht auf Hochglanz poliert werden.                                                          



   Werden Stahllegierungen für äussere Uhrenteile eingesetzt, so ist  neben einer hohen Korrosionsfestigkeit derselben wichtig, dass diese  keinesfalls auch nur stellenweise ein ferromagnetisches Verhalten  zeigen. 



   Für kostengünstige äussere Uhrenteile sind derzeit zumeist ferritfreie  austenitische Stahllegierungen, zum Beispiel mit der Werkstoffnummer  1.4435 nach DIN, vorgesehen. Diese Werkstoffe können ein ausreichend  gutes Korrosions- und magnetisches Verhalten zeigen und zufriedenstellend  kaltumformbar sowie    dergleichen polierbar sein, jedoch den Nachteil  einer ungünstigen Zerspanbarkeit aufweisen. 



   Austenitische Stähle bilden bei einer Dreh- oder Fräsbearbeitung  lange lockenförmige Späne, die sich ungünstig auf den Bearbeitungsvorgang  und auf die Oberflächengüte des Werkstückes auswirken können. Weiters  ist die Standzeit der verwendeten Werkzeuge gering. Dem Fachmann  ist bekannt, durch höhere Schwefelgehalte, zum Beispiel 0,2 Gew.-%  S, die Zerspanbarkeit des Werkstoffes zu verbessern und vorteilhaft  kurzbrechende Späne bei dessen Bearbeitung zu bewirken. Das Brechen  der Späne wird dabei durch Sulfideinschlüsse, insbesondere Mangansulfide,  hervorgerufen, welche Einschlüsse jedoch einen äusserst nachteiligen  Einfluss auf eine Hochglanzpolierbarkeit des Materials haben.

   Mit  anderen Worten: Besitzt eine austenitische Stahllegierung einen derartig  hohen Schwefelgehalt, dass eine gute Zerspanbarkeit des Materials  erreicht wird, so ist diese nicht auf Hochglanz polierbar. 



   Gleiches gilt für Blei-Titan-Niob- und erhöhte Sauerstoff-Gehalte  im Stahl, die ebenfalls zur Verbesserung der Zerspanbarkeit des Werkstückes  zulegiert sein können. 



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel,  eine ferritfreie austenitische Stahllegierung der eingangs genannten  Art zu schaffen, welche bei erhöhter Festigkeit eine gute Polierbarkeit  und eine verbesserte Zerspanbarkeit aufweist. 



   Dieses Ziel wird bei einer gattungsgemässen Stahllegierung dadurch  erreicht, dass die Legierung Gehalte in Gew.-% von 



    <tb><TABLE> Columns = 3  <tb><SEP> C<SEP> höchstens<SEP> 0,16 <tb><SEP>  Si<SEP> höchstens<SEP> 1,2 <tb><SEP> Mn<SEP> höchstens<SEP> 2,2 <tb><SEP>  Mo<SEP> höchstens<SEP> 4,9 <tb><SEP> Cr<SEP> mindestens<SEP> 15,0 <tb><SEP>  Ni<SEP> mindestens<SEP> 9,0 <tb><SEP> sowie<ROW><SEP> Stickstoff  (N) 0,02 bis 0,3<ROW><SEP> Bor (B) 0,001 bis 0,02<ROW><SEP> Rest  Fe für erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist.  <tb></TABLE>                                                       



   Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen darin  zu sehen, dass der Werkstoff bei einer gesicherten Korrosionsbeständigkeit  auf der menschlichen Haut keinerlei für Uhren nachteilige ferromagnetische  Eigenschaften besitzt und gleichzeitig eine verbesserte Zerspanbarkeit  sowie höchste Güte der polierten Oberfläche aufweist. Weiters werden  erhöhte Festigkeitswerte des Materials erhalten. Die Ursache dafür  liegt, wie gefunden wurde, im Wesentlichen in einer synergetischen  Wirkung von Bor und Stickstoff in derartigen Legierungen. Das Bor  ist in Stählen dieser Art praktisch nicht oder nur in geringem Ausmass  löslich und bildet Boride, die gegebenenfalls durch den Einfluss  von Stickstoff fein und homogen verteilt an den Korngrenzen im Gefüge  eingelagert sind.

   Für den Fachmann war vollkommen überraschend, dass  die harten Boride in den erfindungsgemässen Konzentrationen von Bor  keinerlei Nachteile hinsichtlich der Polierbarkeit des Werkstoffes  besitzen. Offenbar sind die Borideinschlüsse so klein und dispers  verteilt, dass keinerlei Schlieren, Streifen, Kometenstreifen und  dergleichen beim Polieren auftreten. Weiters wurde überraschend festgestellt,  dass trotz der geringen Korngrösse wesentlich kürzere Späne bei der  Bearbeitung dieses Materials gebildet werden, bzw. dass ein Brechen  der Späne gefördert wird.

   Eine vom Fachmann erwartete Verschlechterung  der Kaltumformbarkeit konnte bei üblichen Materialverformungen zum  Beispiel im Herstellungsprozess von Uhrenschalen und Gehäuseteilen  nicht festgestellt werden, wohl aber ist eine Steigerung der Materialfestigkeit  durch B und N in den erfindungsgemässen Grenzen von 0,001 bis 0,02  B und 0,02 bis 0,3 N gegeben. Niedrigere Gehalte als 0,001 Gew.-%  B sowie kleinere Konzentrationen als 0,02 Gew.-% N ergeben eine schlechte  Bearbeitbarkeit und eine erniedrigte Festigkeit des Materials, hingegen  bewirken B-Werte über 0,02 Gew.-% grobe Boridausscheidungen vorwiegend  in Wolkenform und somit stellenweise eine Materialversprödung und  eine Verschlechterung der Polierbarkeit.

   Stickstoffgehalte über 0,3  Gew.-% können die mechanischen Werkstoffeigenschaften nachteilig  für die Herstellung von Uhrenteilen ändern und    bei Wechselwirkung  mit Bor ungewünschte Nitride bilden. 



   Wenn, wie nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Legierung  einen Gehalt in Gew.-% an Beryllium von 0,001 bis 0,02 aufweist,  wird die günstige Wirkung von B und N im Hinblick auf eine verbesserte  Zerspanbarkeit bei höchster Polierbarkeit des Stahles verstärkt.  Auch die Materialfestigkeit erfährt durch Be-Gehalte im obigen Bereich  eine Erhöhung. 



   Zusätzlich zu den wissenschaftlich belegbaren, vorteilhaften Eigenschaftsveränderungen  des Materials wurde, insbesondere bei Uhrenböden aus Be-legierten  Stählen im Gebrauch, von einem positiven Einfluss auf die Psyche  der Trägerin bzw. des Trägers berichtet. Diese Wirkung könnte erreicht  worden sein bzw. erreicht werden, weil die Be-Verbindungen im Uhrenboden  fein verteilt vorliegen und am Handgelenk, an dieser neuralgischen  Stelle, eine besonders konzentrierte Entfaltung und Wirksamkeit erreichen.                                                     



   Für die Herstellbarkeit und die Gebrauchseigenschaften des Werkstoffes,  aber auch hinsichtlich eines geringstmöglichen Werkzeugverschleisses  kann es vorteilhaft sein, wenn die Legierung einen Summengehalt von  Bor und Beryllium von 0,002 bis 0,028, vorzugsweise von bis zu 0,024  Gew.-% aufweist. 



   Eine vollaustenitische Gefügestruktur unter Vermeidung von Resten  an Delta-Ferrit, welcher die Funktion von Uhrwerken stören kann,  und eine hohe Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes sind in günstiger  Weise erreichbar, wenn die Legierung in Gew.-% C höchstens 0,15;  Cr 16,0 bis 20,0; Ni 10,0 bis 17,0 und Mo 1,1 bis 4 enthält. 



   Besondere Vorteile betreffend das Eigenschaftsprofil bzw. einer synergetischen  Wirkung der Legierungselemente des Stahles sind erfindungsgemäss  erreichbar, wenn die Legierung in Gew.-% C kleiner/gleich 0,035;  Si 0,15 bis 0,45; Mn 1,5 bis 2,0; Cr 16,5 bis 18,5; Mo 2,1 bis 3,1;  Ni 12,5 bis 14,0; B 0,0015 bis 0,012; N 0,04 bis 0,2; Be kleiner/gleich  0,009; (B+Be) 0,0025 bis 0,018 enthält. 



     Anhand von Untersuchungsergebnissen wird die Erfindung im Folgenden  näher erläutert: 



   Eine Stahllegierung mit einer Zusammensetzung in Gew.-% von 



    <tb><TABLE> Columns = 2  <tb><SEP> C<SEP> = 0,021 <tb><SEP>  Si<SEP> = 0,28 <tb><SEP> Mn<SEP> = 1,69 <tb><SEP> Cr<SEP> = 17,6 <tb><SEP>  Mo<SEP> = 2,67 <tb><SEP> Ni<SEP> =13,3 <tb><SEP> B<SEP> = 0,005 <tb><SEP>  N<SEP> = 0,065 <tb><SEP> Fe<SEP> = Rest  <tb></TABLE> 



   wurde in einem Labor-Induktionsofen erschmolzen und 50% der Schmelze  in eine Kokille unter Bildung eines Blockes A abgegossen. Dem Schmelzenrest  wurde Be derart zulegiert, dass eine Konzentration dieses Elementes  im Stahl von 0,006 vorlag, worauf damit eine Herstellung eines Blockes  B erfolgte. Die Blöcke A und B wurden zu Blechen verformt, wonach  aus den Blechen Uhrenschalen gefertigt und letztlich Armbanduhren  hergestellt wurden. Im Herstellungsprozess erfolgte eine Feststellung  des Korrosionsverhaltens K, der mechanischen Festigkeit F, der Polierbarkeit  P und der Zerspanbarkeit Z des Werkstoffes der Versuchslegierungen,  welche Werte in % mit denjenigen (100%) der bisherigen Erzeugung  0 ohne B, N, Be in der Tabelle gegenübergestellt sind. 



    <tb><TABLE> Columns = 5  <tb><SEP> Werkstoff<SEP> Korrosion K  [%]<SEP> Festigkeit F [%]<SEP> Polierbarkeit P [%]<SEP> Zerspanbarkeit  Z [%] <tb><SEP> O<SEP> 100<SEP> 100<SEP> 100<SEP> 100 <tb><SEP>  A<SEP> 100<SEP> 112<SEP> 96<SEP> 168 <tb><SEP> B<SEP> 105<SEP> 118<SEP>  98<SEP> 182  <tb></TABLE> 



   Untersuchungen haben ergeben, dass die geringere Polierbarkeit der  Materialien auf einen hohen Sauerstoffgehalt der Versuchsschmelzen  zurückzuführen ist, welcher    naturgemäss in einer Produktion von  grösseren Schmelzen wesentlich geringer anfällt. 



   Im Wesentlichen zeigen die Versuchsergebnisse eine ausgeprägte Verbesserung  der Zerspanbarkeit durch die Legierungselemente B,N nd Be bei verbesserten  Festigkeitswerten des Stahles. 



   Befragungen von Personen nach einer Zeitdauer von 38 Tagen, in welcher  Uhren mit einem Boden des Werkstoffes A und B im Wesentlichen ununterbrochen  am Handgelenk getragen wurden, erbrachten, dass das psychische Wohlbefinden  der "B-Personen" um 63% gesteigert war.

Claims

1. Ferritfreie austenitische Stahl legierung für Schmuckstücke und insbesondere für äussere Uhrenteile, enthaltend die Legierungselemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Begleitelemente, mit erhöhter Festigkeit, guter Polierbarkeit, verbesserter Zerspanbarkeit und Beständigkeit gegen Korrosion auf der menschlichen Haut, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Gehalte in Gew.-% von

<tb><TABLE> Columns = 3 <tb><SEP> C<SEP> höchstens<SEP> 0,16 <tb><SEP> Si<SEP> höchstens<SEP> 1,2 <tb><SEP> Mn<SEP> höchstens<SEP> 2,2 <tb><SEP> Mo<SEP> höchstens<SEP> 4,9 <tb><SEP> Cr<SEP> mindestens<SEP> 15,0 <tb><SEP> Ni<SEP> mindestens<SEP> 9,0 <tb><SEP> sowie <tb><SEP> N<SEP> 0,02 bis 0,3 <tb><SEP> B<SEP> 0,001 bis 0,02<ROW><SEP> Rest Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist. <tb></TABLE>

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Gehalt in Gew.-% von Beryllium (Be) 0,001 bis 0,02 aufweist.

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Summengehalt in Gew.-% von (B+Be) = 0,002 bis 0,028, vorzugsweise bis 0,024, aufweist.

4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in Gew.-%

<tb><TABLE> Columns = 2 <tb><SEP> C<SEP> höchstens 0,15 <tb><SEP> Cr<SEP> 16,0 bis 20,0 <tb><SEP> Ni<SEP> 10,0 bis 17,0 <tb><SEP> Mo<SEP> 1,1 bis 4,0<ROW><SEP> enthält. <tb></TABLE>

5. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung in Gew.-%

<tb><TABLE> Columns = 4 <tb><SEP> C<SEP> kleiner/gleich 0,035 <tb><SEP> Si<SEP> 0,15 bis 0,45 <tb><SEP> Mn<SEP> 1,5 bis 2,0 <tb><SEP> Cr<SEP> 16,5 bis 18,5 <tb><SEP> Mo<SEP> 2,2 bis 3,1 <tb><SEP> Ni<SEP> 12,5 bis 14,0 <tb><SEP> B<SEP> 0,0015 bis 0,012 <tb><SEP> N<SEP> 0,04 bis 0,2 <tb><SEP> Be<SEP> kleiner/gleich 0,009 <tb><SEP> B+BE<SEP> 0,0025 bis 0,018<ROW><SEP> enthält. <tb></TABLE>