DE10159408A1 - Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit hervorragender Oxidationsbeständigkeit und hoher Festigkeit sowie aus dieser Legierung hergestellte Platte - Google Patents

Abstract

Es wird eine Fe-Cr-Ni-Al-Ferritlegierung mit hervorragender Oxidationsbeständigkeit und hoher Festigkeit angegeben, die, massebezogen, im Wesentlichen Folgendes aufweist: DOLLAR A - 0,003 bis 0,08% C, 0,03 bis 2,0% Si, nicht mehr als 2,0% Mn, von mehr als 1,0% bis nicht mehr als 8,0% Ni, von nicht weniger als 10,0% bis weniger als 19,0% Cr, 1,5 bis 8,0% Al, 0,05 bis 1,0 Zr, mit Fe als Rest und zufälligen Verunreinigungen; DOLLAR A - wobei ein durch die folgende Gleichung (1) definierter Wert F nicht kleiner als 12% ist und ein durch die folgende Gleichung (2) definierter Wert S nicht größer als 25% ist: DOLLAR A (1) F = -34,3 C + 0,48 Si - 0,012 Mn - 1,4 Ni + Cr + 2,48 Al und DOLLAR A (2) S = Ni + Cr + Al, DOLLAR A - und wobei die Fe-Cr-Ni-Al-Ferritlegierung nach einer tempernden Wärmebehandlung bei 600 bis 1050 DEG C bei einem Zugtest bei Raumtemperatur eine 0,2%-Umformfestigkeit von 550 bis 1000 MPa aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fe-Ni-Cr-Al-Ferritlegierung mit sowohl hervorragender Oxidationsbeständigkeit als auch hoher Festigkeit, die zur Verwendung hauptsächlich in atmosphäri­ scher Umgebung auf Raumtemperatur nach Ausbildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche der Legierung, nachdem sie bei hoher Temperatur einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wurde, geeignet ist, und sie betrifft eine aus einer solchen Legierung hergestellte Platte.

Es ist bekannt, dass elektrothermische Fe-Cr- und Ni-Cr-Le­ gierungen, wie sie in JIS C2520 definiert sind, hervorragen­ de Oxidationsbeständigkeit aufweisen, wenn sie in atmosphä­ rischer Umgebung in einem Temperaturbereich von der Raumtem­ peratur bis zu einer hohen Temperatur verwendet werden. Die­ se Legierungen zeigen hervorragende Oxidationsbeständigkeit, und sie werden in weitem Umfang für Hochtemperatur-Heizele­ mente verwendet.

Andererseits offenbart JP-A-9-263906 eine Fe-Ni-Cr-Al-Fer­ ritlegierung und ein Verfahren zum Herstellen derselben, wo­ bei diese Legierung hervorragende Eigenschaften hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall sowie hervorragende Abnutzungsbeständigkeit aufweist.

Indessen ist hinsichtlich elektrothermischen Fe-Cr- und Ni-Cr-Legierungen, wie sie in JIS-C2520 definiert sind, der elektrische Widerstand derselben ein wichtiger Faktor, und wegen ihrer Verwendung um die Raumtemperatur herum wurde ih­ rer Festigkeit keine spezielle Aufmerksamkeit geschenkt. Wenn daher diese Legierungen für Bauelemente zu verwenden sind, für die Oxidationsbeständigkeit und Festigkeit bei Raumtemperatur erforderlich sind, müssen diese Teile erhöhte Größe aufweisen, so dass es schwierig ist, die Teile kompakt und leicht auszubilden.

Ferner ist die Fe-Ni-Cr-Al-Ferritlegierung gemäß JP-A-9- 263906 ein Material, das hinsichtlich der Oxidationsbestän­ digkeit, der Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Material, der Abnutzungsbeständigkeit usw. dadurch verbes­ sert ist, dass ein Film hauptsächlich aus Aluminiumoxiden dadurch auf der Oberfläche der Legierung hergestellt wird, dass die Legierung in oxidierender Atmosphäre bei einer Tem­ peratur im Bereich von 800 bis 1300°C erhitzt wird. Wie es aus in JP-A-9-263906 beschriebenen Ausführungsformen er­ sichtlich ist, weist die innere Metallstruktur der Legierung eine sehr hohe Vickershärte von nicht unter 413 HV auf.

Da jedoch die Legierung gemäß diesem Dokument als Werkzeug­ material dienen soll, auf dem ein hauptsächlich aus Alumi­ niumoxiden bestehender Film ausgebildet wird, um die Eigen­ schaften der Oxidationsbeständigkeit, der Korrosionsbestän­ digkeit gegenüber geschmolzenem Metall, der Abnutzungsbe­ ständigkeit usw. zu verbessern, ist den Zugeigenschaften keinerlei spezielle Aufmerksamkeit geschenkt, wozu die 0,2%-Umformfestigkeit und die Dehnung, wie durch einen Zug­ test bestimmt, gehören, wobei diese Eigenschaften für Kon­ struktionselemente erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fe-Cr-Ni-Al- Ferritlegierung zu schaffen, die über sowohl hervorragende Oxidationsbeständigkeit als auch gute mechanische Eigen­ schaften insbesondere bei Raumtemperatur verfügt und die bei Konstruktionselementen angewandt werden kann, und eine Le­ gierungsplatte aus einer solchen Legierung und ein Material für ein Substrat aus einer solchen Legierung zu schaffen.

Hinsichtlich einer solchen Fe-Cr-Ni-Al-Ferritlegierung haben die Erfinder Anstrengungen unternommen, ein Gleichgewicht zwischen chemischen Komponenten zu erzielen, gemäß dem die Zugfestigkeit auf einen geeigneten Wert einstellbar ist, während gute Oxidationsbeständigkeit aufrechterhalten bleibt. Im Ergebnis hat es sich herausgestellt, dass dann, wenn die Mengen an Ni, Cr und Al in der Fe-Ni-Cr-Al-Ferrit­ legierung in geeigneten Bereichen eingestellt werden, die Matrix auf einer einphasigen Ferritstruktur gehalten werden kann, wobei eine intermetallische Ni-Al-Verbindung fein aus­ fällt, die stark zur Verfestigung der Legierung durch Aus­ fällung in der Ferritmatrix beiträgt, wodurch hohe Festig­ keit ohne Beeinträchtigung guter Oxidationsbeständigkeit, Kaltbearbeitbarkeit und Verformbarkeit erzielt werden kann.

Es hat sich auch herausgestellt, dass dann, wenn die Legie­ rung kleine Mengen an C und Zr enthält, Carbide gebildet werden, um die Ferritkristallkörner des Fe-Ni-Cr-Al fein zu halten, um es dadurch zu ermöglichen, die 0,2%-Umformfes­ tigkeit der Legierung zu verbessern, während die Verformbar­ keit und die Zähigkeit auf geeigneten Werten gehalten wer­ den.

Ferner hat es sich herausgestellt, dass dann, wenn wahlweise eines oder mehrere aus der aus Hf, V, Nb, Ta, Y und SEM (Seltenerdmetall) bestehenden Gruppe ausgewählte Elemente hinzugefügt werden, die Haftfähigkeit eines Oxidfilms auf dem Legierungsträger verbessert ist, wobei der Oxidfilm hauptsächlich aus Aluminiumoxiden besteht und er sich auf der Oberfläche der Legierung bildet, wenn diese hohen Tempe­ raturen ausgesetzt wird.

Darüber hinaus hat es sich herausgestellt, dass es erforder­ lich ist, das Cr-Äquivalent, das durch einen Wert F bestimmt wird, der auf Grundlage des Ergebnisses experimenteller Un­ tersuchungen durch die Erfinder ermittelt wurde, auf einen speziellen Wert einzustellen und auch die Menge jeweiliger Legierungselemente einzustellen, und dass es erforderlich ist, die durch einen Wert S definierte Menge gelöster Ele­ mente auf einen speziellen Wert einzustellen, um eine gute Kaltbearbeitbarkeit der Legierung zu erhalten.

Aus diesen Erkenntnissen heraus wurde die Erfindung geschaf­ fen.

Die oben genannte Aufgabe ist durch die Legierung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Legierung zeigt hervorragende Kaltbear­ beitbarkeit, so dass eine Platte aus dieser Ferritlegierung und eine Platte für Substrate leicht hergestellt werden kön­ nen.

Es sei darauf hingewiesen, dass eine derartige Platte durch ein pulvermetallurgisches Verfahren aus einem Pulver einer erfindungsgemäßen Legierung hergestellt werden kann.

Nachfolgend werden Funktionen der Legierungselemente in der erfindungsgemäßen Legierung beschrieben.

C (Kohlenstoff) bildet mit Cr und Zr in der erfindungsgemä­ ßen Legierung Carbide, was Wirkungen der zugesetzten Legie­ rungselemente beeinträchtigt. So ist der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise niedrig. Ferner macht viel Kohlenstoff die Fer­ ritphase instabil, da Kohlenstoff ein die Austenitstruktur bildendes Element ist. Andererseits können Ferritkörner in der Legierung fein gehalten werden, wenn die Kohlenstoffmen­ ge klein ist, da Carbide die Korngrenzen des Ferrits fest­ halten, so dass die Ferritstruktur aufrechterhalten wird. Wenn die Kohlenstoffmenge kleiner als 0,003% ist, kann kein Verfeinerungseffekt durch Carbide erzielt werden. Wenn die Kohlenstoffmenge größer als 0,08% ist, nehmen grobe Carbide zu, um die Verformbarkeit und die Bearbeitbarkeit der Legie­ rung zu beeinträchtigen. So wird die Kohlenstoffmenge von 0,003 bis 0,08%, vorzugsweise von 0,003 bis 0,06% einge­ stellt.

Si wird in kleiner Menge als Deoxidationsmittel zugesetzt, und es hat die Wirkung einer Verbesserung der Oxidationsbe­ ständigkeit. Wenn jedoch die Si-Menge kleiner als 0,03%, kann die obige Wirkung nicht ausreichend erzielt werden. Wenn jedoch die Si-Menge größer als 2,0% ist, kann keine weitere merkliche Verbesserung der obigen Wirkung erzielt werden. So wird die Si-Menge auf 0,03 bis 2,0%, vorzugswei­ se von 0,03 bis 1,0% eingestellt.

Mn, das als Deoxidationsmittel und Entschwefelungsmittel wirkt, wird zugesetzt, um die Reinheit der Legierung zu ver­ bessern. Eine übermäßig hohe Menge von mehr als 2,0% Mn be­ einträchtigt die Bearbeitbarkeit der Legierung. Die Mn-Menge beträgt vorzugsweise nicht mehr als 2,0%, bevorzugter nicht mehr als 1,0%.

Ni ist ein unabdingbares Legierungselement für die erfin­ dungsgemäße Legierung. Es löst sich in der Ferritmatrix, um diese zu verfestigen, während ein Teil des Ni gemeinsam mit Al eine intermetallische Ni-Al-Verbindung bildet, die in der Ferritmatrix fein ausfällt und sich verteilt, um dadurch die Matrix zu verfestigen. Wenn die Ni-Menge nicht mehr als 1,0% beträgt, ist der oben genannte Verfestigungseffekt un­ zureichend. Wenn dagegen die Ni-Menge mehr als 8,0% be­ trägt, wird die Legierungsfestigkeit zu hoch, was zu beein­ trächtigter Verformbarkeit derselben führt, und gelegentlich bildet sich bei hoher Temperatur eine Austenitphase, wodurch die Ferritphase instabil wird. So wird die Ni-Menge im Be­ reich von mehr als 1,0% bis nicht mehr als 8,0%, vorzugs­ weise von mehr als 1,0% bis weniger als 5,0% eingestellt.

Cr ist ein Ferritbildungselement, und es ist unabdingbar, um die Matrix der Fe-Ni-Cr-Al-Ferritlegierung mit Ferritstruk­ tur auszubilden. Es ist auch wichtig, um gute Oxidationsbe­ ständigkeit zu erzielen, da es auf der Legierungsoberfläche einen gleichmäßigen und feinen Oxidfilm bildet, der bei ho­ her Temperatur entsteht und hauptsächlich aus Aluminiumoxi­ den besteht und gute Haftfestigkeit zur Legierungsoberfläche aufweist. Wenn die Cr-Menge weniger als 10,0% beträgt, kann kein ausreichender Effekt erzielt werden. Wenn dagegen die Cr-Menge größer als 19% ist, sind die Kalt- und die Heißbe­ arbeitbarkeit der Legierung beeinträchtigt. So wird die Cr- Menge im Bereich von nicht weniger als 10,0% bis weniger als 19,0%, vorzugsweise von 10,0% bis 17,0%, noch bevor­ zugter von 13,0 bis 17,0% eingestellt.

Al kombiniert mit Ni, um eine intermetallische Ni-Al-Legie­ rung zu bilden, die in der Ferritmatrix fein ausfällt, um sie zu verfestigen. Es ist auch wesentlich, um gute Oxida­ tionsbeständigkeit zu erzielen, da es auf der Legierungs­ oberfläche einen gleichmäßigen und feinen Oxidfilm bildet, der bei hoher Temperatur entsteht und hauptsächlich aus Alu­ miniumoxiden besteht und gute Haftfestigkeit zur Legierungs­ oberfläche aufweist. Wenn die Al-Menge kleiner als 1,5% ist, kann keine ausreichende Wirkung erzielt werden. Wenn dagegen die Al-Menge 8,0% überschreitet, sind nicht nur die Kalt- und die Heißbearbeitbarkeit der Legierung beeinträch­ tigt, sondern sie kann auch zu hohe Festigkeit aufweisen, so dass ihre Verformbarkeit beeinträchtigt ist. So wird die Al- Menge auf 1,5 bis 8,0%, vorzugsweise von nicht weniger als 1,5% bis weniger als 4,0% eingestellt.

Zr ist unabdingbar, da es bedeutenden Einfluss beim Herstel­ len von Oxidteilchen in einer Ferritphase dicht unter dem Film aufweist, der hauptsächlich aus Aluminiumoxiden besteht und sich bei hoher Temperatur an der Legierungsoberfläche bildet, wodurch die Haftfestigkeit des Films, der hauptsäch­ lich aus Aluminiumoxiden besteht, merklich verbessert wird, und da sich Carbide bilden, die die Ferritkörner verfeinern, um dadurch die Zugeigenschaften zu verbessern. Wenn jedoch die Zr-Menge kleiner als 0,05% ist, sind die obigen Effekte nicht ausreichend. Wenn dagegen die Zr-Menge 1,0% über­ schreitet, werden die Oxidteilchen grob, was in umgekehrter Weise die Haftfähigkeit des Films beeinträchtigt, und ein Teil des Zr kombiniert mit Kohlenstoff, um grobe Carbide zu bilden, was zu einer Beeinträchtigung der Kaltbearbeitbar­ keit und der Verformbarkeit führt. So wird die Zr-Menge von 0,05 bis 1,0%, vorzugsweise von 0,05% bis 0,8% einge­ stellt.

Hf, V, Nb und Ta sind optionale Elemente. Sie bilden Carbi­ de, um die Ferritkörner zu verfeinern, um dadurch die Zug­ eigenschaften zu verbessern und die Haftfestigkeit des Oxid­ films, der hauptsächlich aus Al besteht, zu verbessern. Wenn jedoch diese Menge kleiner als 0,05% ist, sind die obigen Wirkungen nicht ausreichend. Wenn dagegen die zugesetzte Menge 1,0% überschreitet, werden die Carbide grob, was die Verformbarkeit beeinträchtigt. So werden von den Elementen Hf, V, Nb und Ta eines oder mehrere mit einer Gesamtmenge von 0,05 bis 1,0% in der Legierung zugesetzt.

Y und SEM sind optionale Elemente, und mindestens eines wird der Legierung zugesetzt. Sie bilden in der Ferritphase dicht unter dem Film, der hauptsächlich aus Aluminiumoxiden be­ steht und sich bei hoher Temperatur an der Legierungsober­ fläche bildet, Oxidteilchen, um die Hafteigenschaften des hauptsächlich aus Aluminiumoxiden bestehenden Films merklich zu verbessern. Wenn jedoch diese Menge weniger als 0,05% beträgt, ist die obige Wirkung nicht ausreichend. Wenn dage­ gen diese Menge 1,0% überschreitet, werden die Oxidteilchen grob, was in umgekehrter Weise die Haftfähigkeiten des Films beeinträchtigt. So werden Y und SEM der Legierung mit einer Gesamtmenge von 0,05 bis 1,0% zugesetzt.

Um die Matrixstruktur der erfindungsgemäßen Legierung zu ei­ nem einphasigen Ferrit zu machen, ist es erforderlich, nicht nur die Komponenten der Legierung innerhalb den jeweils spe­ zifizierten Mengenbereichen einzustellen, sondern es ist auch das Gleichgewicht zwischen den Komponenten zu optimie­ ren.

Hierbei ist ein durch die folgende Gleichung (1) definierter Wert F ein Cr-Äquivalent, das die Stabilität der Ferritphase der erfindungsgemäßen Legierung anzeigt:

F = -34.3 C + 0,48 Si - 0,012 Mn - 1,4 Ni + Cr + 2,48 Al

Das durch die Gleichung (1) erhaltene Cr-Äquivalent wird da­ durch erhalten, dass diejenigen Werte zueinander addiert werden, die dadurch erhalten werden, dass der Massenprozent­ satz von Cr, Si und Al, die die ferritbildenden Elemente sind, mit einem Koeffizienten für jedes ferritbildende Ele­ ment multipliziert werden, der die Leichtigkeit der Bildung der Ferritphase repräsentiert, und Werte subtrahiert werden, die dadurch erhalten werden, dass die Massenprozentsätze von Ni, C und Mn, die austenitbildende Elemente sind, mit einem Koeffizienten für jedes austenitbildende Element multipli­ ziert werden, der die Leichtigkeit der Bildung der Austenit­ phase repräsentiert. Wenn der Wert F niedriger als 12% ist, kann die Matrixstruktur ein einphasiger Ferrit sein, und es liegen eine Martensit- und/oder eine Austenitphase in Ko­ existenz vor, so dass keine stabile Eigenschaften der Legie­ rung erzielt werden können. So wird der Wert F auf nicht we­ niger als 12% eingestellt.

Der durch die folgende Gleichung (2) definierte Wert S re­ präsentiert die in Massenprozentsätzen angegebenen Gesamt­ mengen von Ni, Cr und Al, die die Hauptlegierungselemente in der erfindungsgemäßen Legierung sind:

S = Ni + Cr + Al

Um die Kalt- und die Heißbearbeitbarkeit der Legierung zu verbessern und für gute Zugfestigkeit und Verformbarkeit der Legierung zu sorgen, ist es erforderlich, die Mengen der zu­ gesetzten Legierungselemente auf niedrige Werte einzustel­ len, ohne dass die Legierungseigenschaften beeinträchtigt werden. Wenn der Wert S 25% überschreitet, besteht die Ten­ denz, dass während Kalt- und Heißbearbeitungsprozessen Risse auftreten, was zu einer Beeinträchtigung der Ausbeute wäh­ rend der Bearbeitung führt. So wird der Wert S auf nicht mehr als 25%, vorzugsweise nicht mehr als 23% eingestellt.

Ferner verfügt die Erfindung über Fe als Hauptkomponente und zufällige Verunreinigungen. Wenn die erfindungsgemäße Legie­ rung nicht nur über Oxidationsbeständigkeit bei hoher Tempe­ ratur, sondern auch über Hochtemperaturfestigkeit verfügen muss, kann sie eines oder mehrere der Elemente Mo, W und C mit einer Gesamtmenge von nicht mehr als 2,0% aufweisen.

Um Korngrenzen zu verfestigen und Sulfide zu bilden, um Schwefel zum Verbessern der Heißbearbeitbarkeit zu fixieren, kann die Legierung eines oder mehrere der Elemente B, Mg und Ca mit einer Gesamtmenge von nicht mehr als 0,05% enthal­ ten.

Hinsichtlich Verunreinigungselementen P, S, N und O, deren Gehalt vorzugsweise so niedrig wie möglich ist, werden, um die Mengen extrem abzusenken, streng ausgewählte, teure Roh­ materialien verwendet, und es wird raffinierendes Schmelzen angewandt, was zu hohen Kosten führt. Jedoch kann die Legie­ rung die folgenden Verunreinigungen enthalten: P ≦ 0,04%, S ≦ 0,01%, N ≦ 0,04% und O ≦ 0,01%. Bei diesen Mengen treten hinsichtlich der Materialeigenschaften und der Pro­ duktivität keine Probleme auf.

Nach einer plastischen Bearbeitung, die eine Heiß- oder Kaltbearbeitung ist, wird die erfindungsgemäße Legierung vorzugsweise bei einer geeigneten Temperatur im Bereich von 600 bis 1050°C getempert, um ungleichmäßige Spannungen zu beseitigen, wie sie während der plastischen Bearbeitung auf­ treten, um dadurch die Verformbarkeit der Legierung zu ver­ bessern und Ferritkörner gleichmäßig und fein zu machen. Wenn die Temperungstemperatur unter 600°C liegt, ist mehr Zeit zum Beseitigen der Spannungen erforderlich. Wenn dage­ gen die Temperungstemperatur höher als 1050°C ist, können zwar die Spannungen innerhalb kurzer Zeit beseitigt werden, jedoch werden Kristallkörner grob, was die Zähigkeit der Le­ gierung beeinträchtigt. So wird die Temperungstemperatur im Bereich von 600 bis 1050°C eingestellt. Es wird darauf hin­ gewiesen, dass die Temperungszeit vorzugsweise so einge­ stellt wird, dass sie bei niedriger Temperatur länger und bei höher Temperatur kürzer ist.

Wenn z. B. die Temperungsbehandlung bei 700°C ausgeführt wird, wird die Legierung vorzugsweise für 4 Stunden auf die­ ser Temperatur gehalten, und wenn sie bei 950°C ausgeführt wird, reichen ungefähr 3 Minuten aus. Die geeignete Tempe­ rungsbehandlung erlaubt ein Einstellen der 0,2%-Umformfes­ tigkeit der erfindungsgemäßen Legierung in einem Bereich, in dem sie für Konstruktionselemente verwendet werden kann. Wenn die 0,2%-Umformfestigkeit weniger als 550 MPa beträgt, ist die Festigkeit unzureichend, um die Legierung für Kon­ struktionselemente zu verwenden, bei denen hohe Festigkeit erforderlich ist, während andererseits die Verformbarkeit und die Zähigkeit beeinträchtigt sind, wenn der Wert höher als 1000 MPa ist. Demgemäß wird die 0,2%-Umformfestigkeit im Bereich von 550 bis 1000 MPa eingestellt.

Die Härte ist eine Eigenschaft, die dazu erforderlich ist, die Legierung für Konstruktionselemente zu verwenden, ähn­ lich wie die 0,2%-Umformfestigkeit. Wenn die Härte weniger als 250 HV beträgt, ist sie unzureichend, um die Legierung für Konstruktionselemente zu verwenden, bei denen hohe Fes­ tigkeit erforderlich ist, während andererseits die Anzahl von Schritten bei der Kaltbearbeitung und der maschinellen Bearbeitung zunimmt, wenn der Wert höher als 410 HV ist, wo­ bei dann auch Bedenken hinsichtlich einer Beeinträchtigung der Verformbarkeit und der Zähigkeit der Legierung stehen. Demgemäß wird die Härte im Bereich von 250 bis 410 HV einge­ stellt.

Der Wärmeexpansionskoeffizient der Legierung befindet sich in geeigneter Weise nahe bei dem eines anderen Materials, wie Kohlenstoffstahl, eines Legierungsstahls, eines kerami­ schen Materials, Glas oder eines Harzes, das damit zu ver­ binden ist, wenn die Legierung für Konstruktionselemente verwendet wird, insbesondere für eine Legierungsplatte für ein Substrat. Jedoch kann bei der erfindungsgemäßen Legie­ rung ein geeigneter Wärmeexpansionskoeffizient dadurch er­ zielt werden, dass die Matrixstruktur in die Ferrit-Einzel­ phase gebracht wird. Der Wärmeexpansionskoeffizient wird im Allgemeinen häufig durch einen Mittelwert für Temperaturen von der Raumtemperatur zu höheren Temperaturen repräsen­ tiert, und hier ist er durch den mittleren Wärmeexpansions­ koeffizient von 20 bis 800°C repräsentiert. Wenn die Matrix­ struktur der erfindungsgemäßen Legierung in diejenige eines einphasigen Ferrits gebracht wird, befindet sich der Wärme­ expansionskoeffizient im Bereich von 11 × 10^-6 bis 14 × 10^-6/°C.

Ferner kann die erfindungsgemäße Legierung relativ leicht durch Heiß- oder Kaltbearbeitung plastisch zu einer Platte bearbeitet werden. Außerdem kann, wenn eine Oxidation bei hoher Temperatur erfolgt, ein Oxidfilm mit guten Hafteigen­ schaften hauptsächlich aus Aluminiumoxiden auf der Oberflä­ che einer Legierungsplatte ausgebildet werden. Daher kann die genannte Platte geeignet bearbeitet werden, um eine Le­ gierungsplatte für ein Substrat zu erhalten, wobei der Plat­ te das Merkmal verliehen werden kann, dass sie sich kaum von einem anderen Material ablöst, wenn sie mit diesem verbunden wird.

BEISPIEL

Erfindungsgemäße und Vergleichslegierungen wurden in einem Vakuum-Induktionsschmelzofen geschmolzen, um einen Barren von 10 kg herzustellen, gefolgt von einem Warmschmiedevor­ gang. Während dieses Warmschmiedens traten in keiner der Le­ gierungen irgendwelche Risse auf, und die Heißbearbeitung war gut. Ferner wurde ein Heißwalzen ausgeführt, um eine Le­ gierungsplatte von ungefähr 2 mm Dicke zu erhalten, und dann wurde eine Temperungsbehandlung bei 680°C ausgeführt. Nach dem Entfernen von Oxidzunder von der Oberfläche der Legie­ rungsplatte wurde ein Kaltwalzvorgang ausgeführt, um eine Legierungsplatte mit einer Dicke von ungefähr 1 mm herzu­ stellen. Danach erfolgte eine Temperungsbehandlung bei einer geeigneten Temperatur im Bereich von 850°C bis 950°C für 3 Minuten, gefolgt von schnellem Abkühlen.

Die Tabelle 1 zeigt chemische Zusammensetzungen erfindungs­ gemäßer Legierungen Nr. 1 bis 12 und von Vergleichslegierun­ gen Nr. 21 bis 27.

Ferner zeigt die Tabelle 2 die Kaltbearbeitbarkeit der je­ weiligen Legierungen, wenn sie einem Kaltwalzvorgang unter­ zogen wurden, Matrixstrukturen nach der Temperungsbehand­ lung, Werte der 0,2%-Umformfestigkeit, der Vickershärte und des mittleren Wärmeexpansionskoeffizienten von 20 bis 800°C sowie die Oxidationsbeständigkeit für den Fall, dass für 10 Minuten auf 900°C erwärmt wurde. Hierbei wurde die Kalt­ bearbeitbarkeit durch den Zustand von Rissen beurteilt, wie sie während der Kaltbearbeitung auftraten. Der Buchstabe A repräsentiert einen Zustand, in dem keinerlei Risse auftra­ ten und die Bearbeitung leicht möglich war; B repräsentiert einen Zustand, in dem keinerlei Risse auftraten, aber die Beständigkeit gegen Verformung etwas groß war; und C reprä­ sentiert einen Zustand, in dem einige Risse auftraten. Dar­ über hinaus wurde die Oxidationsbeständigkeit durch die Haf­ tungseigenschaften von Oxidzunder beurteilt, nachdem erwärmt und anschließend durch Luft gekühlt wurde. Der Buchstabe B repräsentiert einen Zustand, in dem die Hafteigenschaften des Oxidzunders gut waren, und C repräsentiert einen Zu­ stand, in dem sich der Oxidzunder abschälte.

Die Tabelle 2 zeigt, dass die erfindungsgemäßen Legierungen Nr. 1 bis 12 alle hervorragende Kaltbearbeitbarkeit aufwei­ sen und die Matrixstruktur nach der Temperungsbehandlung ei­ ne Einzelphase eines Ferrits (α) ist. Außerdem befinden sich hinsichtlich der erfindungsgemäßen Legierungen Nr. 1 bis 12 die Werte der 0,2%-Umformfestigkeit im Bereich von 550 bis 1000 MPa, und die Werte der Vickershärte befinden sich im Bereich von 250 bis 410 HV. Ferner befinden sich die Werte der Wärmeexpansionskoeffizienten der erfindungsgemäßen Le­ gierungen im Bereich von 11 × 10^-6 bis 14 × 10^-6/°C, und es ist auch die Oxidationsbeständigkeit hervorragend.

Andererseits sind die Vergleichslegierungen Nr. 21 bis 24 mit Werten S von mehr als 25 hinsichtlich der Kaltbearbeit­ barkeit etwas beeinträchtigt. Ferner enthalten von den Ver­ gleichslegierungen mit Werten F von unter 12 die Nr. 22 und 24 gemeinsam eine Ferritphase (α) und eine Austenitphase (γ), und die Nr. 25 und 26 enthalten eine Martensitphase (α') zusätzlich zu einer Ferritphase (α). Bei diesen Legie­ rungen wird keine einphasige Ferritstruktur erhalten. Dar­ über hinaus sind bei der Vergleichslegierung Nr. 21, die eine zu große Ni-Menge enthält, aber über einphasige Ferrit­ struktur verfügt, die 0,2%-Umformfestigkeit und die Härte zu hoch. Jede der Vergleichslegierungen Nr. 22 und 24, die viel Ni und eine Austenitphase enthält, weist einen großen Wärmeexpansionskoeffizienten auf. Umgekehrt sind bei den Vergleichslegierungen Nr. 25, 26 und 27, die eine kleinere Menge an Ni oder Al, mit dem Effekt einer Verfestigung der Ausfällung, enthalten, die 0,2%-Umformfestigkeit und die Härte niedrig. Außerdem ist bei den Vergleichslegierungen Nr. 25 und 26, die eine kleinere Menge an Al enthalten, die Oxidationsbeständigkeit etwas beeinträchtigt.

Wie oben beschrieben, erlaubt eine erfindungsgemäße Fe-Ni- Cr-Al-Ferritlegierung eine einfache Ausführung von Heiß- und Kaltbearbeitungsvorgängen, und sie verfügt über sowohl hohe Festigkeit als auch gute Oxidationsbeständigkeit. Wenn sie für Konstruktionselemente verwendet wird, die in atmosphäri­ scher Umgebung im Bereich von der Raumtemperatur bis zu ho­ her Temperatur eingesetzt werden, trägt diese Legierung auch zur Miniaturisierung und leichten Herstellung der Teile bei, und sie zeigt gute Beständigkeit. Demgemäß ist zu erwarten, dass erfindungsgemäße Legierungen erhebliche industrielle Effekte zeigen.

Claims (6)

1. Fe-Cr-Ni-Al-Ferritlegierung mit hervorragender Oxida­ tionsbeständigkeit und hoher Festigkeit, die, massebezogen, im Wesentlichen Folgendes aufweist:
0,003 bis 0,08% C, 0,03 bis 2,0% Si, nicht mehr als 2,0% Mn, von mehr als 1,0% bis nicht mehr als 8,0% Ni, von nicht weniger als 10,0% bis weniger als 19,0% Cr, 1,5 bis 8,0% Al, 0,05 bis 1,0 Zr, mit Fe als Rest und zufälli­ gen Verunreinigungen;
wobei ein durch die folgende Gleichung (1) definierter Wert F nicht kleiner als 12% ist und ein durch die folgende Gleichung (2) definierter Wert S nicht größer als 25% ist:
F = -34.3 C + 0,48 Si - 0,012 Mn - 1,4 Ni + Cr + 2,48 Al (1)
und
S = Ni + Cr + Al, (2)
und wobei die Fe-Cr-Ni-Al-Ferritlegierung nach einer tem­ pernden Wärmebehandlung bei 600 bis 1050°C bei einem Zugtest bei Raumtemperatur eine 0,2%-Umformfestigkeit von 550 bis 1000 MPa aufweist.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von den oben genannten Legierungselementen die folgenden be­ vorzugt mit den folgenden Mengen vorhanden sind: C bis 0,06%, Si bis 1,0%, Ni bis weniger als 5,0%, Cr mit 10,0 bis 17,0%, Al mit nicht weniger als 1,5 bis weniger als 4,0% und bis zu 0,8% Zr, wobei die Legierung nach der ge­ nannten tempernden Wärmebehandlung eine Vickershärte von 250 bis 410 HV und von 20 bis 800°C einen mittleren Wärmeex­ pansionskoeffizienten von 11 × 10^-6 bis 14 × 10^-6/°C auf­ weist.

3. Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass sie insgesamt 0,05 bis 1,0% min­ destens eines Elements enthält, das aus der aus Hf, V, B und Ta bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Legierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass sie insgesamt 0,05 bis 1,0% min­ destens eines Elements enthält, das aus der aus Y und Sel­ tenerdmetall bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Legierungsplatte, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Fe-Cr-Ni-Al-Ferritlegierung gemäß einem der vorstehen­ den Ansprüche besteht.

6. Verwendung einer Legierungsplatte gemäß Anspruch 5 für ein Substrat.