DE2744047A1

DE2744047A1 - Martensitaushaertender stahl

Info

Publication number: DE2744047A1
Application number: DE19772744047
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Ing Brandis; Serosh Dr Ing Engineer; Wolfgang Dr Rer Nat Spyra; Albert Von Den Dr Ing Steinen
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2744047C2

Description

Martensitaushärtender Stahl.
Die Erfindung betrifft einen hochfesten korrosionsbeständigen martensitaushärtenden Stahl mit einem Chromgehalt von unter 10 Wo.
Hochfeste martensitaushärtende Stähle sind dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Lösungsglühen bei Temperaturen um 9000C bei Raumtemperatur einen weichen kohlenstoffatomen Nickelmartensit aufweisen. Die hohen Festigkeitswerte werden erst einer Auslagerungsbehandlung zwischen 400 und 550°C infolge Ausscheidung intermetallischer Phasen erzielt. Die auf der Basis von 18 Wo Nickel entwickelten martensitaushärtenden Stähle besitzen zwar eine hohe Festigkeit bei ausreichender Zähigkeit, sind aber nicht korrosionsbeständig.
Die zur Verbesserung dieser Eigenschaft entwickelten rostbeständigen chromhaltigen martensitaushärtenden Stähle weise einen Mindestgehalt an Chrom von 10 Wo, vorzugsweise aber 12 Wo und mehr auf. In der DT-PS 1 458 359 ist ein Stahl mit <0,03 % C, <0,03 % N, <0,2 % Si, < 0,2 % Mn, 10 bis 13 % Cr, 2 bis 12 Co, 1 bis6 Wo Mo und/oder W, 5, 0 bis 8,0 % Ni, 0, 1 bis 1,0 % Ti, Ta, Al oder Nb einzeln oder zu mehreren und mit weiteren geringeren Zusätzen von Zr, Cer oder Ca, B, Cu, Be und/oder V und Rest Eisen bekannt.
In der US-PS 2 750 283 ist ein Stahl mit weit gefaßter Grenzanalyze von 0 bis 1,5 % C, 0 bis 0,5 Wo N, 10 bis 35 Wo Cr, 0 bis 50 Wo Ni, 0 bis 20 % Mn, 0 bis 5 % Si, 0 bis 50 Wo Co, 0 bis 10 Wo Mo, 0 bis 10 Wo Cu, 0 bis 5 % Al, 0 bis 5 Wo Nb, Ta, V, Zr und Ti, 5 bis 80 Won B und Rest Eisen angegeben worden.
Die Begrenzung des Chromgehaltes auf mindestens 10 Wo beruht auf der bisher allgemein vertretenen Meinung, daß rd. 12 % Chrom im Stahl vorhanden sein müssen, um überhaupt eine gewisse Korrosionsbeständigkeit erreichen zu können.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Stahl zu schaffen, der gleich gute oder bessere Eigenschaften aufweist wie vergleichbare bekannte Stähle. Insbesondere sollte der Stahl mindestens die gleich guten Korrosionseigenschaften des bekannten rostbeständigen Bau stahls mit 12 % Chrom vor allem gegenüber chloridhaltigen Medien, wie Meerwasser, aufweisen aber bessere mechanische Eigenschaften, insbesondere Zähigkeit besitzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein martensitaushärtender Stahl mit hoher Festigkeit, großer Zähigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit vorgeschlagen, der die Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 aufweist.
Bevorzugt wird ein Stahl, der aus der Zusammensetzung des Anspruchs 2 besteht.
Eine weitere bevorzugte Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls ist gekennzeichnet durch des Analyse des Anspruchs 3.
Der erfindungsgemäße Stahl hat dem Lösungsglühen bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1150°C mit anschließender Auslagerung bei Temperaturen zwischen 400 und 550°C eine 0,2-Grenze von mindestens 1300 N/mm in Verbindung mit einer Bruchzähgikeit (KIc-Wert von mindestens 3300 N mm mm / . Der KIscc-Wert ist mindestens 2000 N mm 3/2, der Stahl besitzt also eine ausgezeichnete Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Medien, wie Meerwasser.
Der erfindungsgemäße Stahl eignet sich daher als Baustahl für Flugzeug- und Schiffsbau bzw. Marinezwecke oder allgemein für Gegenstände, die hohe Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen.
Der erfindungsgemäße Stahl untt rscheidet sich von dem aus der DT-PS 1 458 359 bekannten hochfesten Baustahl durch einen im Mittel um 3 % niedrigeren Chromgehalt, weist aber überraschenderweise die gleich guten Korrosions- und Festigkeitseigenschaften dieses bekannten Stahls auf, übertrifft ihn jedoch beträchtlich in der Zähigkeit, die fast doppelt so hoch liegt.
In den folgenden Beispielen werden die Eigenschaften erfindungsgemäßer Stähle angegeben: 1. Beispiel: Stahl mit: 0, 03 % C, 9,13 % Cr, 2, 0 % Mo, 10,3 % Ni, 3,4 4 % Co, 0, 8 % Ti.
Wärmebehandlung: 835 0C 1 Wasser + 835°C 1 h/Wasser + 480 0C 6 h/Luft A. Festigkeitskennwerte bei Raumtemperatur (Längsproben aus 70 mm Vierkantstäben) Rpo,2 Rm (Rmk3m0) Ar Z Kerbschlag- KIC-Wert arbeit in J N#mm-3/2 N/mm² N/mm² N/mm² % % (ISO-V-Probe) (nach ASTM) E 399-70 T) 1500 1565 2620 11,0 63 80 4000 Die ermitteln Zähigkeitskennwert liegen für einen Stahl mit einer 0,2-Grenze von 1500 N/mm² sehr hoch.
B. Korrosionseigenschaften Dauertauchversuche in Schwitzwasser (DIN 500017) und in 3 % NaCl-Lösung: keine Rostbildung ist nach über 2000 h Versuchsdauer festgestellt worden (Bild 1).
Zur Kennzeichnung der Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit wurden bruchmechanische Untersuchungen in 3 Z NaCl-Lösung gepuffert auf pH 7 durchgeführt. Dabei ist die Spannungsintensität bei der kein kritisches Rißwachstum erfolgt, also der KI -Wert (scc = stress corrosion cracking), ermittelt scc worden. Die Versuchsdauer wurde auf 3oo h beschränkt. An dem erfindungsmäßen Stahl ist ein KI scc -Wert von rd.
2600 N#mm ermittelt worden, der auf die geringe Spannungsrißkorrosionsempfindlichkeit dieses Stahles hinweist.
Zudem sind Stromdichte-Potential-Kurven in 3 % NaCl-Lösung gepuffert auf pH 7 potentiokinetisch mit 50 mV/h Vorschub gefahren worden, um die Lochfraßbeständigkeit zu ermitteln.
Es ist ein Durchbruchspotential von rd. 450 mVEH gemessen werden Da das Ruhepotential des Stahles in diesen Korrosionsmedium um rd. 300 mVEH liegt, läßt das höhere Durchbruchspotential erkennen, daß der Stahl eine gewisse Beständigkeit gegen Lochkorrosion aufweist.
Im Salz sprühtest nach DIN 50 u2 f weist der erfindungsgemäße Stahl ein besseres Korrosionsverhalten auf als der bekannte 18/8 CrNi-Stahl 2. Beispiel: Stahl mit: o,oo7 % G, 9,8 % Cr, 6,o % Mo, 8,8 S Ni, 2,0 % Co, 0,7 % Ti.
Wärmebehandlung: lloo°C 1 h/Wasser + 1000°C 1 h/Wasser + 480°C 15 h/Luft.
A. Festigkeitskennwerte: (Längsproben aus 40 mm Vierkantstäben) Rp0,2 Rm Rmk A5 Z Kerbschlagarbeit N/mm2 N/mm2 (αk#3,0) in J N/mm # # (13ß-, 11000) 1710 1800 2050 7,5 38 15 B. Korrosionseigenschaften: Lochfraßpotential in 3 % NaCl-Lösung gepuffert auf pH 7: 44o mVEH (Ruhepotential 350 mVEH).
Spannungsrißkorrosion (geprüft an gekerbten Zugproben (αk # 3,0) in künstlichem Meerwasser) Beanspruchung Laufdauer 1640 N/mm2 ca. 9oo h (9o % der o,2-Grenze) Dieses Beispiel zeigt, daß durch die Erhöhung des Molybdängehaltes die Zugfestigkeit auf 1800 N/mm2 gesteigert wird.
Das Lochfraßpotential und die lange Laufdauer des Spannungsrißkorrosionsversuches verdeutlichen die günstigen Korrosionseigenschaften dieses Stahles.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche 1. Martensitaushärtender Stahl mit hoher Festigkeit, großer Zähigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit, bestehend aus < 0,03 % C 8 bis 9, 9 % Cr 8 bis 13 % Ni 1,5 bis 6,0 % Mo O bis 4,0% Co 0,7 bis 2,0% Ti < 0,2 % Si < 0,2 % Mn < 0,1 % S O bis 0, 1 % Al 0 bis 0,1 % N O bis 0, 1 % insgesamt eines oder mehrerer der Elemente Zr, Ce, Ca, Mg Rest Fe, 2. Stahl nach Anspruch 1, bestehend aus 8 bis 9, 9 Wo Cr 9 bis 12 Wo Ni 1,5 bis 3 Wo Mo 2 bis 4 % Co 0, 7 bis 0, 9 % Ti Rest Fe.

3. Stahl nach Anspruch 1, bestehend aus 8 bis 9,9 % Cr 8 bis 12 % Ni 3 bis 6 % Mo O bis 4 % Co 0,7 bis 2,0 % Ti Rest Fe.

4. Verwendung eines Stahl nach den Ansprüchen 1 bis 3 als Werkstoff für Gegenstände, die nach dem Lösungsglühen bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1150°C mit anschließender Auslagerung bei Temperaturen zwischen 400 und 550°C eine 0,2-Grenze von 2.

mindestens 1300 N/mm in Verbindung mit einer Bruchzähigkeit (KIC-Wert) von mindestens 3300 N = mm-3/2 besitzen müssen.

5. Verwendung eines Stahls mit der Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Werkstoff für Gegenstände, die im wärmebehandelten Zustand gemäß Anspruch 4 neben hoher Festigkeit und Zähigkeit hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Medien mit einem KIscc -Wert von mindestens 2000 N mm3/2 aufweisen müssen.

6. Verwendung eines Stahles der Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der zusätzlich 0, 5 bis 2 % Kupfer enthält als Werkstoff für Gegenstände mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegenüber chloridhaltigen Medien, wie Meerwasser.