DE1483305C - Verwendung von nichtrostenden, ferritischen, aluminiumhaltigen Chromstählen für kaltumzuformende Gegenstände - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von pichtrostenden, ferritischen, aluminiumhaltigen Chromstählen mit etwa 17% Chrom, gegebenenfalls Molybdängehalten bis etwa 1,5 % in Form von kaltgewalzten Blechen oder Bändern für kaltumzuformende Gegenstände.

Nichtrostende Chromstähle mit Kohlenstoffgehalten bis maximal 0,10%. Chromgehalten von etwa 14 bis 20%, gegebenenfalls Molybdängehalten bis etwa 1,5%, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel, z. B. X 8 Cr 17, Werkstoff-Nr. 1.4016 oder X 6 Cr Mo 17, Werkstoff-Nr. 1.4113, werden in großem Umfang zu kaltgewalzten Blechen und Bändern verarbeitet. Vor allem die Herstellung kaltgewalzter Breitbänder hat in den letzten Jahren einen beachtlichen Aufschwung erfahren. Als Beispiel für die Verwendung kaltgewalzter ferritischer Bleche und Bänder sollen Waschmaschinen, Spülbecken, Architektur, Fahrzeugbau, Bestecke, Hohlwaren und andere Haushaltwaren genannt werden. In den meisten Fällen werden die-nichtrostenden Bleche und Bänder bei den erwähnten Verwendungsbeispielen einer Kaltumformung unterworfen, wobei besonders das Tiefziehen eine große Bedeutung erlangt hat. Die Eignung von Blechen und Bändern für Umformoperationen wird im allgemeinen durch Zerreißproben, Näpfchenproben, Erichsenproben und andere Sonderverfahren beurteilt (s. Aufsatz von Randak, Kraatz, Lentzen, »Herstellung und Verwendung kaltgewalzter, nichtrostender Breitbänder«, in der Zeitschrift »Bänder, Bleche, Rohre«, 1963, S. 61 bis 69 und 187 bis 196). Besondere Bedeutung kommt dabei der Höhe der Streckgrenze bzw. dem Streckgrenzenyerhältnis zu.

Nach dem Kaltwalzen werden die Bleche oder Bänder einer Schlußglühung unterworfen, wobei auf eine möglichst vollständige Rekristallisation des gestreckten Kornes Wert gelegt wird, um niedrige Streckgrenzen- und Festigkeitswerte in Verbindung mit hohen Werten für Dehnung und Einschnürung zu erreichen. Dadurch sollen die Voraussetzungen für ein günstiges Verhalten bei einer anschließenden Kaltumformung geschaffen werden. Um die bei ferritischen Kaltbändern vielfach ausgeprägte Zeiligkeit und die damit verbundene Anisotropie der mechanischen und technologischen Werte abzuschwächen, werden Warmbänder vor dem Kaltwalzen außerdem im allgemeinen einer mehrstündigen Haubenglühung im Temperaturbereich von 800 bis 900⁰C unterworfen. - , ,

Während man bei austenitischen Stählen durch Anheben' des Nickelgehaltes infolge der damit verbundenen Stabilisierung des Austenits eine Verbesserung der Kaltumformbaikeit erreichen kann, ist eine Beeinflussung der ferritischen Stähle durch die chemische Zusammensetzung im Rahmen der zulässigen Analysenspannen nach dem heutigen Stand der Technik nur in geringem Ausmaße möglich. So ist z.B. bei dem für kaltgewalzte Breitbänder besonders wichtigen Stahl X 8 Cr 17 ein Zusammenhang zwischen den Festigkeitswerten — insbesondere der Streckgrenze — einerseits und den addierten Gehalten an Kohlenstoff und Stickstoff andererseits in der Zeitschrift für Metallkunde, 1963, S. 724 bis 728, insbesondere Bild 5, festgestellt worden. Danach weisen beispielsweise Stähle mit Gehalten an 0,08% C und 0,03 % N eine Streckgrenze von etwa 36 kp/mm* auf. Die hier aufgezeigten Zusammenhänge lassen jedoch kaum praktische Möglichkeiten zur laufenden betrieblichen Absenkung der Streckgrenze erkennen. Eine Absenkung der Stickstoffgehalte ist, wie dem Fachmann geläufig ist, bei Chromstählen, die im Lichtbogenofen erschmolzen werden, nicht praktikabel. Die Absenkung der Kohlenstoffgehalte, d. h. die Erzielung extrem niedriger C-Gehalte im Lichtbogenofen, ist bekanntlich umständlich und aufwendig. Trotzdem

ίο werden die Stähle gegebenenfalls mit Kohlenstoffgehalten erschmolzen, die zum Teil erheblich unter dem zulässigen Wert von maximal 0,10% liegen.

Nach dem Handbuch »Landolt-Börnstein«, Bandtechnik 2. Teil, Bandteil a, 1963, S. 519 und 520, weisen die korrosionsbeständigen ferritischen Stähle, wie X 8 Cr 17, im geglühten Zustand eine Mindeststreckgrenze von 30 kp/mm² auf. Bekanntlich dient die Streckgrenze als Grundlage der Querschnittsbemessung bei allen statischen Berechnungen, bei- spielsweise im Behälter- und Apparatebau oder für Druckleitungen. Lieferwerk wie auch Verbraucher müssen also sicherr^ein, daß diese wesentliche Eigenschaft auch im Rahmen von umfangreichen Lieferungen, die mehreren Schmelzen entstammen können,

as und bei unterschiedlichen Lieferformen in jedem Falle mit Sicherheit erreicht wird. Dabei sind selbstverständlich die technisch eingeführten Arbeitsweisen zugrunde zu legen. Bei der laufenden Produktion über kontinuierliche Warmwalzwerke, Kaltwalzwerke und Durchlaufglühöfen sind die Verfahrensschritte auf rationelle Fertigung, d. h. schnellen Durchlauf, eingerichtet. So ist beispielsweise die Durchlaufglühung sowohl zur Senkung der Kosten wie zur Schonung der Oberfläche auf einen kontinuierlichen Vorgang ausgelegt, bei dem die Glühtemperatur bei dünnen Bändern nur für wenige Sekunden aufrechterhalten bleibt. Unter diesen Voraussetzungen ergeben sich die in Fig. 1, linker Teil, sowie F i g. 3, oberer Teil, jeweils unter »Stand der Technik« angegebenen Streckgrenzenwerte im Bereich von 36 bis 42 kp/mm⁸ angegebenen Werte bei der laufenden Fertigung. Bei der heute überholten mehrstündigen KastenglUhung oder bei entsprechend langdauernden Laborversuchen würden sich natürlich die Werte geringfügig absenken lassen.

Die vorerwähnten Literaturangaben und alle nachstehenden Ausführungen sind jedoch (sofern nicht ausdrücklich anders gekennzeichnet) auf die kontinuierliche Fertigung bezogen. Die Angabe des genannten. Nachschlagewerkes ist also, wie durch die Erwähnung des »Mindestwertes« ersichtlich, tiefer gewählt worden, als die praktischen Werte der laufenden Fertigung.

Ferritische, rostbeständige Chromstähle mit etwa

17% Chrom lassen sich nur in beschränktem Maße tiefziehen. In dem genannten Handbuch »Landolt-Börnstein«, S. 526, Abb. 16, sind Erichsen-Tiefungswerte für 18%igen Chromstahl im Vergleich zum SM-Tiefziehblech und im Vergleich zum austenitischen le/S-Chrom-Nickel-Stahl angegeben. Wenn auch bekanntlich die Erichsen-Tiefung kein universelles Kriterium für die Tiefziehfähigkeit darstellt, so lassen die dort angegebenen Tiefungswerte doch — in diesem Falle übereinstimmend mit der Praxis — erkennen, daß die ferritischen Chromstähle ein schlechteres Tiefziehverhalten als unlegierte Werkstoffe und ein beträchtlich schlechteres Tiefziehverhalten als austenitische Stähle aufweisen. Auf Grund dieses Sachverhaltes werden bei schwierigen Kaltumformungsoperationen nach wie vor an Stelle der ferritischen

Stähle die wesentlich teureren austenitischen Stähle alterungsunempfindlich, d. h., sie zeigen nicht mehr eingesetzt, obwohl dies aus Gründen der Korrosions- die durch Stickstof! bedingten Versprödungseigenbeständigkeit vielfach nicht erforderlich wäre. ■ schäften. Da einerseits in ferritischen Chromstählen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die das Alterungsproblem überhaupt nicht gegeben ist Eignung von nichtrostenden, ferritischen Chromstählen 5 und da andererseits die erfindungsgemäßen Almit etwa 17% Chrom für die Kaltumformbarkeit, Gehalte weit höher liegen als bei den unlegierten insbesondere für die Tiefziehfähigkeit, zu verbessern. Stählen, besteht kein Zusammenhang zwischen der Überraschenderweise konnte nunmehr festgestellt vorliegenden Erfindung und der bekannten Arbeitswerden, daß die Kaltumformbarkeit dieser Werkstoffe weise zur Herstellung alterungsbsständiger Stähle,
durch einen Aluminiumgehalt von 0,08 bis 0,30% io I_n diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß infolge abgesenkter Streckgrenze wesentlich ver- die vorerwähnte Feinkörnigkeit nach herrschender bessert ist. Nach weiteren Ausbildungen der Erfin- Auffassung die Tiefzieheigenschaft verschlechtert. Es dung betragen die Aluminiumgehalte vorzugsweise war also nicht vorherzusehen, daß die technische. 0,12 bis 0,20%. Die erfindungsgemäßen Aluminium- Maßnahme, den Stählen Aluminium zuzusetzen, im gehalte finden, fernerhin bevorzugt Anwendung bei i₅ erfindungsgemäßen Al-Bereich die Tiefziehfähigkeit den Stählen X 8 Cr 17 und X 6 Cr Mo 17, und zwar nicht nur nicht verschlechtert, sondern sogar wesent-. insbesondere als Werkstoff für solche Kaltümform- Hch verbessert.

Vorgänge wie Tiefziehen, bei denen die abgesenkte Die deutsche Patentschrift 715 141 geht auch von Streckgrenze von besonderer Bedeutung ist. der Notwendigkeit aus, die Tiefziehfähigkeit von rost-Üblicherweise werden ferritische Chromstähle für *° freien Chromstählen zu verbessern. Es wird ein sehr kaltgewalzte-Bleche und Bänder wegen der Gefahr des umständliches und bei modernen Breitbandstraßen Auftretens von spröden Al₂O₃-Schlacken ohne Al- nicht praktikables-HüUühverfahren beschrieben,. um Desoxydation erschmolzen. In Einzelfällen ist auch diese Aufgabe zu lösen. Dabei sind auch Siliziumeine Desoxydation mit Al durchgeführt worden, oder Aluminiumgehalte bis 2,5 %> Niob- und oder wobei die Al-Gehalte im Stahl im Bereich von Tau- »5 Tantalgehalte bis 0,5% und Titangehalte bis 0,2% sendstel bis zu einigen Hundertstel Prozent lagen. Eine zugelassen. In dieser Patentschrift findet sich kein Beeinflussung der mechanischen Werte, insbesondere Hinweis dafür, daß der erfindungsgemäße, nach oben der Streckgrenze, durch diese geringen Al-Gehalte und unten engbegrenzte Al-Gehalt über eine Streckist nicht bekanntgeworden und konnte auch durch grenzenerniedrigung die Tiefziehfähigkeit verbessert, umfangreiche eigene Untersuchungen nicht fest- 30 Die bereits erwähnte Arbeit »Zeitschrift Metaligestellt werden. Wird jedoch Al über die für eine künde«, 54 (1963 S. 724 bis 728), gibt zwar in B i 1 d 5 Desoxydation benötigte Menge hinausgehend in den einen Zusammenhang zwischen der Streckgrenze erfindungsgemäßen Mengen zulegiert, so kann eine einerseits und den addierten Gehalten Kohlenstoff Absenkung der Streckgrenze bei Kaltbändern um und Stickstoff andererseits zu erkennen. Die besondere mehr als 20% erreicht werden. 35 Wirkung des erfindungsgemäßen Aluminiumzusatzes Fig. 1 zeigt die Streckgrenzenwerte von betrieblich geht jedoch, wie aus Fig. 3 ersichtlich, über die hergestellten Breitbändern der Stahlmarke X 8 Cr 17 genannte Wirkung von Kohlenstoff plus Stickstoff in Abhängigkeit von dem Al-Gehalt. Bei Al-Gehalten hinaus. Zu beachten ist dabei noch, daß die Strecknach dem Stand der Technik liegen in der laufenden grenzenwerte gemäß BiIdS der genannten Ver-Fertigung über Warmbreitband, Kaltband und Durch- 40 öffentlichung an Laborversuchen bei 15 Minuten lauf glühofen die Streckgrenzenwerte im wesentlichen Glühdauer ermittelt wurden. Bekanntlich verschieben im Bereich zwischen 37 und 42kp/mm*. Durch die längere Glühdauern die Streckgrenzen- und Festigerfindungsgcmäß erhöhten Al-Gehalte sinken die keitswerte zu tieferen Bereichen gegenüber den kurz-Werte stark ab. ■'/·"■ zeitigen Betriebsglühungen. Vor allem läßt F i g. 3 Erwartungsgemäß wurden beim Kaltumformen, 45 aber erkennen, daß — selbst unter Berücksichtigung insbesondere beim Tiefziehen von Blechen mit den des vorgenannten Einflusses — der erfindungsgemäße genannten Al-Gehalten ausgezeichnete Ergebnisse Al-Gehalt sich zusätzlich im Sinne einer Streckgrenzenfestgestellt. . erniedrigung auswirkt und also zusätzlich zu den bein diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß es zwar kannten Einflüssen von Kohlenstoff und Stickstoff bekannt ist, ferritische Chromieile, .die für hitze- 50 wirksam wird.

beständige Zwecke verwendet werden sollen, mit Der Nonnstahl X 7 Cr Al 13, Werkstoff-Nr. 1.4002, höheren Al-Gehalten zu erschmelzen (z. B. X10 Cr .·;;. weist bei Chromgehalten von 12 bis 14% auch zur Al 18 mit einem Al-Gehalt von 0,70 bis 1,20%). Verminderung der Aufhärtungsneigung neben der Diese. Stähle werden jedoch einerseits nicht zu kalt- Schweißnaht und damit zur Verringerung der Schweißgewalzten Bändern ausgewalzt Außerdem soll das 55 rißanfäUigkeit Al-Gehalte von 0,10 bis 0,30% auf. Aluminium in diesem Fall die Zunderbeständigkeit Einerseits hat jedoch dieser Stahl nicht die bekannte erhöhen, weshalb derart hohe Al-Gehalte benötigt schlechtere Tiefziehfähigkeit, da der Chromgehalt mit werden. Außerdem steigt andererseits, wie aus.F i g. 2 etwa 13% niedriger liegt Bekanntlich erhöht Chrom ersichtlich, die Streckgrenze bei Überschreiten des die Zugfestigkeit und Streckgrenze (Werkstoff-Handerfindungsgemäßen Al-Gehaltes wieder sehr stark an. Co buch »Stahl und Eisen«, Düsseldorf, 196S, S. G 10 Es gehört ferner zum Stand der Technik, bei un- waagerecht 8); die Zugfestigkeit wird um rund 8 bis legierten oder niedrig legierten Stählen, insbesondere lOkp/mm* je 1% Chrom erhöht. Andererseits ist bei windgefrischten Stählen (z. B. Thomas-Stählen), dieser Stahl zur Verwendung in der Erdölindustrie Al-Gehalte von 0,04 bis maximal 0,08% vorzusehen und im Wasserturbinenbau bestimmt. Dieses Ver-(E. Houdremont, »Handbuch der Sonderstahl· ⁶5 Wendungsgebiet unterscheidet sich jedoch grundsätzkunde«, 1956, S. 1318 bis 1320; Werkstoff-Handbuch, lieh von dem Verwendungsgebiet de» erfindungu-Düsseldorf, 1965, S. GlO waagerecht?, Abschnitt gemäßen Stahls, der, wie einleitend beschrieben, seine Aluminium.) Die so erzeugten Feinkornstähle sind Verwendung bei Waschmaschinen, Spülbecken,

Architektur, Fahrzeugbau und Haushaltswaren findet.

Versuchsweise sind auch ferritische Chromstähle mit 30% Chrom mit stickstoffhaltigem Ferrochrom hergestellt, d. h. künstlich aufgestickt worden (E. H ο u d r e m ο π t, S. 1329). Eine Gefügeverfeinerung ist dabei erst dann zu beobachten, wenn die Stickstoffgchalte so hohe Werte erreichen, daß teilweise Austenitbildung auftrat. Bei der Erfindung liegen die Chromgehalte wesentlich niedriger. Es wird keine Aufstickung vorgenommen, es soll keine Austenitbildung eintreten, und es wird eine im Schrifttum bisher nicht beschriebene Absenkung der Streckgrenzenwerte durch die erfindungsgemäße Steigerung der Aluminiumgehalte erwirkt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verwendung von nichtrostenden, ferritischen, aluminiumhaltigcn Chromstählen mit höchstens 0,107o Kohlenstoff, 14 bis 20°/₀ Chrom, 0 bis 1,57ο Molybdän und den üblichen Gehalten an _ Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel in Form von kaltgewalzten Blechen oder Bändern

als Werkstoff für kaltumzuformende Gegenstände mit der Maßgabe, daß die Kaltumformbarkeit des Werkstoffes durch einen Aluminiumgehalt von 0,08 bis 0,30% infolge abgesenkter Streckgrenze verbessert ist.

2. Verwendung von nichtrostenden, ferritischen, aluminiumhaltigen Chromstählen nach Anspruch 1 für den darin genannten Zweck, wobei die Aluminiumgehalte 0,12 bis 0,20% betragen.

3. Verwendung von nichtrostenden, ferritischen, aluminiumhaltigen Chromstählen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Chromgehalte 15,5 bis 17,57o betragen.

4. Verwendung von nichtrostenden, ferritischen, aluminiumhaltigen Chromstählen nach Anspruch 1 oder 2, jedoch mit höchstens 0,07 °/₀ Kohlenstoff, 16 bis 17,57_O Chrom, 0,9 bis 1,2 7₀ Molybdän für den Zweck nach Anspruch!.

5. Verwendung von nichtrostenden, ferritischen, aluminiumhaltigen Chromstählen nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Form-von kaltgewalzten -Btecheji oder_ Bändern als Werkstoff für tiefzuziehende Gegenstände.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen