WO2006133668A1 - Stahl für die herstellung von verschleissteilen für die baumaschinenindustrie - Google Patents

Stahl für die herstellung von verschleissteilen für die baumaschinenindustrie Download PDF

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    • C22C38/54—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron

Definitions

  • the present invention relates to a steel for the production of wearing parts for the construction machinery industry. This material was developed, for example, for the production of dredger teeth and caterpillar segments.
  • the steel must be suitable for forging or other hot forming. It must have a Jominy hardness of 1.5 mm (J1, 5) between 48 and 55 HRC (Rockwell C hardness) and 50 mm (J50) above 40 HRC.
  • the steel requires good toughness properties in the - Tertoorstore range, which prevent failure of the components made of this material, even with sudden load. Especially for use as a bucket tooth a high wear resistance and good heat resistance are necessary.
  • the desired properties can be achieved by the targeted adjustment of a martensitic microstructure with precipitates of special carbides by a correspondingly adjusted chemical composition and a coordinated heat treatment after forging or hot working.
  • structural steels of the group Cr-Si-Mo-V (1.80XX) are used according to technical customer specifications for this purpose.
  • Such steels have a martensitic structure with vanadium carbides and Tintancarbonitriden and comply with the requirements of the hardenability.
  • the object of the present invention is to avoid the mentioned disadvantages by proposing a new steel which has the required mechanical properties with regard to hardenability and additionally has good toughness, heat resistance and wear resistance. At the same time, the steel should be readily pourable and forgeable. Furthermore, the new steel is to be produced in a way that saves resources compared to the known steels by replacing a part of the molybdenum content with a combination of titanium, niobium and boron and by the possibility of complete or partial replacement of vanadium by a combination of tungsten and possibly niobium.
  • the invention relates to a steel for the production of wearing parts for the construction machinery industry with the following chemical composition in percent by weight:
  • a Mo content between 0.08% and 0.20% is used.
  • the boron content is preferably between 0.0020 and 0.0040%.
  • the titanium content is preferably between 0.030% and 0.050%.
  • the niobium content is preferably between 0.020 and 0.040%.
  • the invention further relates to the use of a steel according to one or more of the preceding claims for the production of wearing parts for the construction machinery industry, which has a martensitic structure with precipitates of special carbides after tempering.
  • vanadium carbides used in known steels have a lower thermodynamic stability than, for example, tungsten carbides.
  • vanadium carbides can be partially dissolved at high operating temperatures (up to 750 ° C., according to the customer, when used as an excavator tooth due to frictional heat).
  • the vanadium carbides are replaced by a combination of niobium carbonitrides and tungsten carbides, as a result of which improved stability of the special carbides is achieved even with increased use temperatures of the components.
  • Another object of the invention is a component according to claim 9, characterized in that the hardenability according to Jominy in an end face ⁇ distance of 1, 5 mm (J 1, 5) between 48 and 55 HRC and at a distance of 50 mm (J50) is over 40 HRC.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stahl zur Herstellung von Verschleißteilen für die Baumaschinenindustrie, insbesondere für Baggerzähne oder Raupenkettensegmente, der dadurch gekennzeichnet ist, dass dessen chemische Zusammensetzung folgende Gehalte in Gewichtsprozent aufweist: 0,10% = c = 0,50% 1,0% = Si = 2,0% 0,20% = Mn = 1,0% 1,0% = Cr = 2,5% 0,05% = Ni = 0,50% 0 % = Mo = 0,25% 0,05% = W = 0,50% 0 % = Ti = 0,050% 0,005% = Nb = 0,050% 0 % = V = 0,15% 0 % = AI = 0,05% 0,0010% = B = 0,0050% 0,005% = N = 0,015% wobei der Rest aus Eisen und den erschmelzungsbedingten Verunreinigungen und Reststoffen besteht.

Description

Stahl für die Herstellung von Verschleißteilen für die Baumaschinenindustrie
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stahl für die Herstellung von Verschleißteilen für die Baumaschinenindustrie. Dieser Werkstoff wurde zum Beispiel für die Herstellung von Baggerzähnen und Raupenkettensegmenten entwickelt.
Der Stahl muss zum Schmieden oder zum sonstigen Warmumformen geeignet sein. Er muss eine Jominy-Härte im Stirnflächenabstand von 1 ,5 mm (J1 ,5) von zwischen 48 und 55 HRC (Rockwell Härte C) und im Abstand von 50 mm (J50) von über 40 HRC aufweisen.
Darüber hinaus benötigt der Stahl gute Zähigkeitseigenschaften im Einsatz- Temperarturbereich, die ein Versagen der Bauteile aus diesem Werkstoff auch bei schlagartiger Belastung verhindern. Insbesondere für den Einsatz als Baggerzahn sind eine hohe Verschleißfestigkeit sowie eine gute Warmfestigkeit notwendig.
Die gewünschten Eigenschaften können erreicht werden durch die gezielte Einstellung eines martensitischen Gefüges mit Ausscheidungen von Sondercarbiden durch eine entsprechend einzustellende chemische Zusammensetzung sowie eine abgestimmte Wärmebehandlung nach erfolgter Schmiedung bzw. Warmumformung.
Bisher werden für diesen Verwendungszweck beispielsweise Edelbaustähle der Gruppe Cr-Si-Mo-V (1.80XX) nach technischen Kundenvorschriften eingesetzt.
Derartige Stähle weisen ein martensitisches Gefüge mit Vanadiumcarbiden sowie Tintancarbonitriden auf und halten die Vorgaben bezüglich der Härtbarkeit ein.
Nachteile dieser bekannten Werkstoffvarianten liegen darin, dass die bisherigen Werkstoffvarianten einen hohen Ressourcenverbrauch an teuren und knappen Legierungsmitteln (insbesondere Molybdän und Vanadium) aufweisen. Insbesondere Vanadium wird derzeit vermehrt im Bereich ausscheidungshärtenden ferritisch- perlitischen Stähle (AFP-Stähle) eingesetzt, wodurch Vanadium zu einem zunehmend knappen Gut wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung der genannten Nachteile durch den Vorschlag eines neuen Stahles, der die geforderten mechanischen Eigenschaften bezüglich der Härtbarkeit aufweist und zusätzlich eine gute Zähigkeit, Warmfestigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist. Gleichzeitig soll der Stahl gut strangvergießbar und schmiedbar sein. Des Weiteren soll der neue Stahl ressourcenschonender herstellbar sein als die bekannten Stähle durch den Ersatz eines Teils des Molybdängehaltes durch eine Kombination aus Titan, Niob und Bor sowie durch die Möglichkeit des vollständigen oder teilweisen Ersatzes von Vanadium durch eine Kombination von Wolfram und eventuell Niob.
Die hohe Jominy-Härte auch bei großen Stirnflächenabständen (J50) wird trotz des abgesenkten Molybdängehaltes durch eine Legierung mit Bor erreicht, wobei entscheidend ist, dass keine Bornitride gebildet werden, sondern dass das Bor in säurelöslicher Form vorliegt. Zu diesem Zweck wird der vorhandene Stickstoff durch eine Mikrolegierung mit Titan und Niob abgebunden.
Entscheidend für eine gute Verschleißfestigkeit ist vor allem das Vorhandensein von Ausscheidungen von Sondercarbiden. Das Vorhandensein einer ausreichenden Menge von Sondercarbiden kann entweder durch eine Legierung mit Vanadium, durch eine Legierung mit Wolfram und Niob oder durch eine kombinierte Legierung von Vanadium, Wolfram und Niob erreicht werden.
Lösungsgemäß betrifft die Erfindung einen Stahl zur Herstellung von Verschleißteilen für die Baumaschinenindustrie mit folgender chemischen Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
0,1% < C < 0,5%; 1 ,0% < Si < 2,0%, 0,2% < Mn < 1 ,0%; 1 ,0% < Cr < 2,5%; 0,05% < Ni < 0,50%; 0% < Mo < 0,25%; 0% < Ti < 0,05%; 0,005% < Nb < 0,05%; 0% < V < 0,1%; 0,05% < W < 0,50%; 0% < AI < 0,05%; 0,0010% < B < 0,0050%; 0,005% < N < 0,015%
wobei der Rest aus Eisen und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht.
Vorzugsweise wird ein Mo-Gehalt zwischen 0,08% und 0,20% eingesetzt.
Der Boranteil liegt vorzugsmäßig zwischen 0,0020 und 0,0040%.
Der Titananteil liegt vorzugsweise zwischen 0,030% und 0,050%.
Der Niobanteil liegt vorzugsweise zwischen 0,020 und 0,040%.
Eine denkbare Legierung ist gemäß Anspruch 6 in Zusammenhang mit ein oder mehreren der Merkmale der vorhergehenden Ansprüche folgendermaßen angegeben:
0,25% < c < 0 ,35%
1 ,4% < Si < 1 ,6%
0,50% < Mn < 0 ,70%
1 ,6% < Cr ≤ 2 ,2%
0,10% < Ni < 0 ,30%
0,20% < W < 0 ,40%
0% < V < 0 ,05%
0,012% < Al < 0 ,020%
0,008% < N < 0 ,012%
Eine weitere Alternative ist durch den Anspruch 7 gegeben:
0 ,25% < C < 0 ,35%
1 ,4% < Si < 1 ,6%
0 ,50% < WIn < 0 ,70%
1 ,6% < Cr ≤ 2 ,2% 0% < w < 0 ,10%
0,05% < v < 0 ,15%
0,012% < AI < 0 ,020%
0,008% < N < 0 ,012%
Eine dritte Alternative ist durch den Anspruch 8 gegeben:
0,25% < c < 0,35%
1 ,4% < Si < 1 ,6%
0,50% ≤ Mn ≤ 0,70%
1 ,6% < Cr < 2,2%
0,10% < Ni < 0,30%
0,10% < W < 0,30%
0,01% < V < 0,10%
0,012% ≤ AI ≤ 0,020%
0,008% < N < 0,012%
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Stahles nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Verschleißteilen für die Baumaschinenindustrie, die nach dem Vergüten eine martensitische Struktur mit Ausscheidungen von Sondercarbiden aufweist.
Die bei bekannten Stählen eingesetzten Vanadiumcarbide weisen eine geringere thermodynamische Stabilität auf als z.B. Wolframcarbide. Darüber hinaus können Vanadiumcarbide bei hohen Einsatztemperaturen ( bis zu 7500C sollen nach Kundenangaben im Einsatz als Baggerzahn durch Reibungswärme möglich sein) teilweise aufgelöst werden.
Daher werden erfindungsgemäß die Vanadiumcarbide durch eine Kombination von Niobcarbonitriden und Wolframcarbiden ersetzt, wodurch eine verbesserte Stabilität der Sondercarbide auch bei erhöhten Einsatz Temperaturen der Bauteile erreicht werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Bauteil gemäß Anspruch 9, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Härtbarkeit nach Jominy in einem Stirnflächen¬ abstand von 1 ,5 mm (J 1 ,5) zwischen 48 und 55 HRC und in einem Abstand von 50 mm ( J50) über 40 HRC beträgt.

Claims

Stahl für die Herstellung von Verschleißteilen für die BaumaschinenindustriePatentansprüche
1. Stahl zur Herstellung von Verschleißteilen für die Baumaschinenindustrie, insbesondere für Baggerzähne oder Raupenkettensegmente, dadurch gekennzeichnet, dass dessen chemische Zusammensetzung folgende Gehalte in Gewichtsprozent aufweist:
0 ,10% < c < 0,50%
1 ,0% < Si < 2,0%
0 ,20% < Mn < 1 ,0%
1 ,0% < Cr ≤ 2,5%
0 ,05% < Ni < 0,50%
0 % < Mo < 0,25%
0 ,05% < W < 0,50%
0 % < Ti < 0,050%
0 ,005% ≤ Nb < 0,050%
0 % < V < 0,15%
0 % < Al ≤ 0,05%
0 ,0010% < B < 0,0050%
0 ,005% < N < 0,015%
wobei der Rest aus Eisen und den erschmelzungsbedingten Verunreinigungen und Reststoffen besteht.
2. Stahl nach Anspruch 1 , der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine chemische 0,08% < Mo < 0,20%
3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine chemische Zusammensetzung derart ist, dass gilt:
0,0020 < B < 0,0040%
4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine chemische Zusammensetzung derart ist, dass gilt:
0,030% < Ti < 0,050%
5. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine chemische Zusammensetzung derart ist, dass gilt:
0,020% < Nb < 0,040%
6. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine chemische Zusammensetzung derart ist, dass gilt:
0,25% < c < 0,35%
1 ,4% < Si < 1 ,6%
0,50% < Mn < 0,70%
1 ,6% < Cr < 2,2%
0,10% ≤ Ni ≤ 0,30%
0,20% < W < 0,40%
0% < V ≤ 0,05%
0,012% ≤ AI ≤ 0,020%
0,008% < N < 0,012%
7. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine chemische Zusammensetzung derart ist, dass gilt:
0,25% < C < 0,35%
1 ,4% < Si < 1 ,6%
0,50% < Mn < 0,70% 1 ,6% < Cr< 2,2%
0,10% < Ni < 0,30%
0% < W< 0,10%
0,05% < V< 0,15%
0,012% < Al< 0,020%
0,008% < N< 0,012%
8. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine chemische Zusammensetzung derart ist, dass gilt:
0,25% ≤c≤ 0,35%
1 ,4% < Si< 1,6%
0,50% < Mn < 0,70%
1,6% < Cr< 2,2%
0,10% <Ni< 0,30%
0,10% <W< 0,30%
0,01% <V< 0,10%
0,012% <AI< 0,020%
0,008% <N< 0,012%
9. Verwendung eines Stahles nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Verschleißteilen für die Baumaschinenindustrie, die nach dem Vergüten eine mar- tensitische Struktur mit Ausscheidungen von Sondercarbiden aufweisen.
10. Teil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtbarkeit nach Jominy in einem Stirnflächenabstand von 1,5mm (J1,5) zwischen 48 und 55 HRC und in einem Abstand von 50mm (J50) über 40 HRC beträgt.
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