STAHL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ZWISCHENPRODUKTES

Beschreibung

[0001] Für die Herstellung von Werkzeugen, die im praktischen Einsatz korrosiven Medien ausgesetzt sind und an die gleichzeitig hohe Anforderungen an ihre Härte gestellt werden, werden martensitische, korrosionsbeständige Werkzeugstähle verwendet.

[0002] Spanende Fertigungsverfahren sind ein wesentlicher Bestandteil der industriellen Produktionstechnologie und ein Hauptkostenträger bei der Herstellung von Werkzeugen für die Kunststoffverarbeitung. Die wirtschaftliche Verwendbarkeit von Stählen der eingangs genannten Art hängt daher wesentlich von ihrer Zerspanbarkeit und ihrer Korrosionsbeständigkeit ab, welche wiederum entscheidend durch den Chromgehalt der Stähle beeinflußt wird. Unter dem Begriff "Zerspanbarkeit" wird in diesem Zusammenhang die Eigenschaft eines Werkstoffes verstanden, sich unter bestimmten Bedingungen spanend bearbeiten zu lassen.

[0003] Besondere Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit von Werkzeugen, die aus Stählen der voranstehend erwähnten Art hergestellt sind, ergeben sich im Bereich der kunststoffverarbeitenden Industrie. So führen Kontakte mit den dort eingesetzten Kühl- und Reinigungsmitteln, der Umgebungsatmosphäre sowie mit den verarbeiteten Kunststoffen selbst in vielen Fällen zu einer korrosiven Beanspruchung des jeweiligen Werkzeugs.

[0004] Ein rostfreier martensitischer Stahl mit guter Bearbeitbarkeit ist aus der EP 0 721 513 B1 bekannt. Der bekannte Stahl enthält 10 bis 14 Mass.-% Chrom. Zur Verbesserung seiner Zerspanbarkeit weist er zudem mindestens 0,15 % Schwefel und 1,0 bis 3,5 % Kupfer auf. Die Zugabe von Kupfer hat zusätzlich einen positiven Einfluß auf die Härte der Legierung.

[0005] Neben dem in der erwähnten Europäischen Patentschrift beschriebenen Stahl ist eine Vielzahl chromlegierter, korrosionsbeständiger Stähle bekannt, deren Chromgehalt zwischen 11,0 und 17,0 Mass.-% liegt. Es sind dies beispielsweise die mit den Werkstoffnummern 1.2080, 1.2082, 1.2083, 1.2085, 1.2201, 1.2314, 1.2316, 1.2319, 1.2361, 1.2376, 1.2378, 1.2379, 1.2380, 1.2436, 1.2601 in der StahlEisen-Liste bezeichneten Stähle. Regelmäßig sind diese Stähle mit Kohlenstoff, Silizium und Mangan legiert. Wahlweise enthalten sie außerdem Carbidbildner wie Molybdän, Vanadium oder Wolfram.

[0006] Die Verarbeitung der bekannten Stähle erfolgt in Abhängigkeit vom jeweiligen Kohlenstoff- und Carbidgehalt. So werden die Stähle der in Rede stehenden Art zum einen vom Werkzeughersteller im vergüteten Zustand mit einer Härte von 285 bis 325 HB verwendet. Bei dieser Härte ist eine zerspanende Bearbeitung des Werkstoffs noch möglich. Zum anderen werden die Stähle im weichgeglühten Zustand verarbeitet, wobei die Härte der Stähle dann maximal 250 HB beträgt. Derart weniger harte Stähle lassen sich zwar besser verarbeiten. Es muß allerdings nach der Bearbeitung noch eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die üblicherweise erforderliche Einbauhärte von 46 bis 60 HRC zu erreichen. Anschließend ist eine Fertigbearbeitung erforderlich.

[0007] Eine spanende Bearbeitung läßt sich bei den von den Anwendern geforderten hohen Endhärten bei den bekannten Stählen nicht mehr wirtschaftlich durchführen. Dieses Problem wird zwar durch die Verarbeitung im weichgeglühten Zustand mit nachgeschalteter Wärmebehandlung gelöst. Ein Nachteil der abschließenden Wärmebehandlung besteht jedoch neben den für diesen zusätzlichen Arbeitsgang anfallenden Kosten darin, daß es dabei zur Rißbildung und zum Verzug des Bauteils infolge der Erwärmung kommen kann.

[0008] Ein weiterer Nachteil der bekannten, in der StahlEisen-Liste verzeichneten Stähle ist ihre aufgrund des Kohlenstoffgehalts und der Legierungszusammensetzung verschlechterte Schweißbarkeit. Eine gute Verschweißbarkeit ist jedoch gerade im Bereich der Kunststoffverarbeitung unabdingbar. Häufig ist es in Folge von nachträglichen Änderungen der Gestaltung und wegen erforderlich werdender Reparaturen notwendig, Schweißarbeiten an den Werkzeugen vorzunehmen.

[0009] Zusätzlich erschwert wird die Bestimmung eines den Anforderungen in der Praxis, insbesondere den sich bei der Kunststoffverarbeitung stellenden Problemen gerechtwerdenden Stahls dadurch, daß ein solcher Stahl nicht nur korrosionsbeständig, gut zerspanbar und gut schweißbar, sondern auch in ausreichendem Maße zäh sein muß, um die im praktischen Betrieb auftretenden Kräfte aufnehmen zu können. Andernfalls besteht die Gefahr, daß die auftretenden hohen Biege-, Torsions-, Druck- und Zugkräfte ebenfalls Risse verursachen.

[0010] Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Stähle allen diesen Anforderungen gleichzeitig nicht gerecht werden. So weisen aufgrund eines höheren Schwefelgehaltes gut zerspanbare Stähle eine zu geringe Zähigkeit auf, während bei infolge einer Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes härteren Stählen die Korrosionsbeständigkeit vermindert ist. JP-A-01 215 489 offenbart einen Stahl bestehend aus 0.05-0.17 % C, 0.01-1.5 % Si, 0.01-2% Mr, ≤ 0.025 % P, ≤ 0.015% S, 8-12 % Cr, ≤ 0.8% Ni, 0.5-3% Mo, 0.5-3% W, 0.1-0.2% Nb, ≤ 0.04% Al, 0.03-0.05% N, ≤ 0.010 and 0.0005-0.01 Ca, Rest Eisen.

[0011] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen insbesondere für die Herstellung von Werkzeugen für die kunststoffverarbeitende Industrie geeigneten Stahl zu finden, der bei hoher Härte und Korrosionsbeständigkeit eine den praktischen Anforderungen gerechtwerdende Zähigkeit, Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit aufweist. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Herstellung von Zwischenprodukten aus einem solchen Stahl angeben werden. Unter dem Begriff "Zwischenprodukt" werden in diesem Zusammenhang auch Langprodukte, Flachprodukte oder andere Gegenstände verstanden, die anschließend einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

[0012] In Bezug auf den Werkstoff wird diese Aufgabe durch einen Stahl für insbesondere korrosionsbeanspruchte Werkzeuge gelöst, der folgende Zusammensetzung aufweist (in Mass.-%) :

C:

mindestens 0,02 und höchstens 0,12 %,

Si:

höchstens 1,5 %,

Mn:

mehr als 1,0 - 2,50 %,

P:

höchstens 0,035 %,

S:

mindestens 0,04 % und weniger als 0,15 %,

Cr:

mehr als 8,0 % und weniger als 12 %,

Mo:

mehr als 0,0 % und höchstens 0,20 %,

V:

mehr als 0,0 % und höchstens 0,25 %,

Nb:

mehr als 0,1 % und höchstens 0,5 %,

N:

mindestens 0,02 und höchstens 0,12 %,

Ni:

höchstens 0,5 %

B:

höchstens 0,005 %,

Cu:

höchstens 0,3 %,

Al:

höchstens 0,035 %,

Sn:

höchstens 0,035 %,

As:

höchstens 0,02 %,

mindestens eines der Elemente Ca, Mg oder Ce, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen mehr als 0,0002 % und höchstens 0,015 % beträgt,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

[0013] Der erfindungsgemäße nioblegierte Werkzeugstahl weist eine optimierte Kombination von Zerspanbarkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Zähigkeit auf. Er erreicht Härtelagen, die zwischen 300 und 450 HB liegen. Trotz des relativ hohen Schwefelgehalts weist er eine für Stähle der gattungsgemäßen Art gute Zähigkeit auf, die den in der Praxis sich stellenden Anforderungen genügt.

[0014] Zur Verbesserung der Zerspanbarkeit sind erfindungsgemäße Stähle schwefellegiert, dessen Anteil jeweils weniger als 0,15 Mass.-% beträgt. Vorzugsweise weist der Stahl dabei mindestens 0,04 Mass.-% auf, wodurch eine gute Zerspanbarkeit sicher gewährleistet werden kann. Noch bessere Zerspanbarkeiten können bei Berücksichtigung der sonstigen an die Zusammensetzung gestellten Bedingungen dann erreicht werden, wenn erfindungsgemäßer Stahl mindestens 0,07 Mass.-% Schwefel enthält.

[0015] Trotz eines derart bemessenen Schwefelanteils weist erfindungsgemäßer Stahl eine gute Zähigkeit auf. Dies wird dadurch erreicht, daß der Stahl zusammen mit dem Schwefel wenigstens eines der Elemente Calcium, Mangan oder Cer in Mengen enthält, deren Summe mehr als 0,0002 jedoch höchstens 0,015 Mass.-% beträgt. Diese Elemente ermöglichen die Einformung von Sulfiden in die Matrix des Stahls und führen so zur Verbesserung seiner Zähigkeit. Erreichen läßt sich dies beispielsweise zielsicher dann, wenn der erfindungsgemäße Stahl 0,001 - 0,009 Mass.-% Calcium enthält.

[0016] Durch die Verwendung niedriger Kohlenstoffgehalte von maximal 0,12 Mass.-% sowie niedriger Stickstoffgehalte von höchstens 0,12 Mass.-% und eines Niobgehalt von 0,11 bis 0,5 Mass.-% werden bei erfindungsgemäßem Stahl Hartphasen gebildet, welche zur erreichten Härte von 300 bis 450 HB beitragen. Gleichzeitig werden die betreffenden Hartphasen in besonders feiner und gleichmäßiger Verteilung ausgeschieden, was einen positiven Einfluß auf die Zähigkeitseigenschaften hat.

[0017] Besonders deutlich machen sich diese vorteilhaften Eigenschaften des Legierens mit Niob bemerkbar, wenn der Niobgehalt so eingestellt wird, daß der Härtefaktor H_f bei erfindungsgemäßem Stahl folgende Bedingung erfüllt:

wobei sich der Härtefaktor H_f nach der Formel

berechnet und mit %Nb der jeweilige Nb-Gehalt des Stahls bezeichnet ist. Bei einer solchen Bemessung des Niobgehaltes wird der vorhandene Kohlenstoff und Stickstoff durch das Element Niob weitgehend zu Hartphasen abgebunden, so daß das bei erfindungsgemäßem Stahl mit einem Gehalt von weniger als 12 % in der Matrix enthaltene Chrom voll zur Bildung von korrosionshemmenden Passivschichten zur Verfügung steht. Auf diese Weise weist erfindungsgemäßer Stahl trotz der relativ geringen Chromgehalte bei gleichzeitig hoher Härte eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf.

[0018] Bei erfindungsgemäßem Stahl sind zudem die Gehalte an solchen Elementen, die zur Rißbildung in der Schweißnaht führen könnten, auf ein Minimum abgesenkt. Eine optimale Schweißbarkeit von erfindungsgemäßem Stahl läßt sich dabei dadurch gewährleisten, daß der sich nach der Formel

berechnende Schweißfaktor S_f bei erfindungsgemäßem Stahl folgende Bedingung erfüllt:

wobei mit %C, %B, %Cu, %P, %S, %Mo, %Cr, %Mn die jeweiligen C-, B- ,Cu- , P-, S-, Mo-, Cr-, Mn-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.

[0019] Die Zähigkeit der eingangs genannten bekannten Werkzeugstähle wird durch den Kohlenstoff- und Carbidgehalt sowie durch die Höhe des Schwefelgehaltes, die Verteilung und die Morphologie der Sulfide negativ beeinflußt. Erfindungsgemäßer Stahl enthält nur maximal 0,12 % Kohlenstoff. Auf diese Weise ist auch sein Carbidgehalt beschränkt. Zusätzlich ist bei einem erfindungsgemäßen Stahl dadurch, daß in ihm die Gehalte an korngrenzwirksamen Elementen auf ein Minimum reduziert ist, die Zähigkeit gegenüber anderen schwefellegierten Stählen erhöht.

[0020] Es wurde festgestellt, daß die korngrenzwirksamen Elemente in Stählen der in Rede stehenden Art während des Erstarrungsvorganges sowie während der Warmumformung und /oder während einer Wärmebehandlung bei bestimmten Temperaturen an den Korngrenzen seigern. Diese Seigerungen führen zu einer Verminderung der Kohäsion und bilden so bevorzugt die Quelle der Entstehung von Rissen. Indem bei einem erfindungsgemäßen Stahl der Versprödungsfaktor KG_f die folgende Bedingung erfüllt, kann der negative Einfluß der korngrenzenwirksamen Elemente und damit einhergehend die Gefahr der Entstehung von Rissen zielgerichtet minimiert werden:

wobei sich der Versprödungsfaktor KG_f nach der Formel

berechnet und mit %Cu, %Sn, %As, %Al, %P und %N die jeweiligen Cu-, Sn-, As-, Al-, P- und N-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.

[0021] In Bezug auf das Verfahren zum Erzeugen eines Zwischenprodukts für die Herstellung von Bauteilen, insbesondere für die Herstellung eines korrosionsbeanspruchten Werkzeugs, aus erfindungsgemäß zusammengesetztem Stahl wird die oben angegebene Aufgabe gelöst, indem mindestens folgende Herstellungsschritte durchlaufen werden:

• Erschmelzen eines erfindungsgemäßen Stahls,
• Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie Blöcken, Brammen, Stranggußriegeln, Dünnbrammen oder gegossenem Band,
• Diffusionsglühen des Vormaterials bei einer 1200 - 1280 °C betragenden Temperatur,
• Warmumformen des geglühten Vormaterials zu dem Bauelement.

[0022] Durch das im erfindungsgemäß gewählten Temperaturbereich durchgeführte Diffusionsglühen des Vormaterials wird ein Ausgleich der erstarrungsbedingten Seigerungen herbeigeführt, so daß eine gleichmäßige Verteilung der enthaltenen Legierungselemente erzielt wird. Bei der anschließenden Warmumformung des Vormaterials zu dem Zwischenprodukt wird die Gefügestruktur und die Werkstoffisotropie beeinflußt. Eine verbesserte Struktur des Gefüges und eine höhere Isotropie des Werkstoffs kann dabei dadurch erreicht werden, daß die Warmverformung unter Anwendung eines Umformgrades ϕ von mindestens 1,5 durchgeführt wird.

[0023] Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Warmumformung als Schmieden oder, zur Herstellung größerer Abmessungen, als Warmwalzen durchgeführt werden. Die Warmumformung findet dabei bevorzugt bei Temperaturen von 850 °C - 1100 °C durchgeführt. In diesem Temperaturbereich weist der erfindungsgemäß verwendete Werkstoff eine niedrige Fließspannung und eine hohe Zähigkeit auf, so daß eine optimale Umformbarkeit gegeben ist. Die Warmumformung läßt sich somit schnell, kostengünstig und mit hoher Ausbringung durchführen.

[0024] Das erfindungsgemäß erzeugte Werkstück wird nach der Warmumformung aus der Umformhitze vorzugsweise an Luft abgelegt. Bei der Ablage an Luft wird der Werkstoff langsam und vollständig vom austenitischen in den martensitischen Zustand überführt. Durch eine solche langsame Abkühlung wird einerseits die gewünschte Härte des Werkstoffes von bis zu 450 HB eingestellt. Andererseits werden Wärme- und Umwandlungsspannungen weitgehend vermieden, so daß keine Verzüge oder Spannungsrisse am fertigen Zwischenprodukt auftreten.

[0025] Durch eine gegebenenfalls zusätzlich durchzuführende Wärmebehandlung bei Temperaturen von 850 °C - 1050 °C mit nachfolgendem kontrollierten Abkühlen an einem Abkühlungsmedium, wie Luft, Öl, Wasser oder einem Polymer, auf das vorzugsweise ein Anlassen bei Temperaturen zwischen 400 °C und 650 °C folgt, kann eine Härte des erzeugten Zwischenprodukts hergestellt werden, die sich von der nach der Ablage an Luft aus der Umformhitze vorliegenden Härte unterscheidet. Insbesondere lassen sich über diese Wärmebehandlung auch niedrigere Härtewerte bis zu einer Untergrenze von 300 HB erzielen.

[0026] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Diag. 1

den Schneidenverschleiß im Bohrversuch aufgetragen über den Bohrweg,

Diag. 2

die für verschiedene Stähle ermittelte Schlagbiegearbeit aufgetragen über den Versprödungsfaktor KG_f.

[0027] In Tabelle 1 sind die Legierungen erfindungsgemäßer Stähle A,B,C den Zusammensetzungen von vier außerhalb der Erfindung liegenden Vergleichsstählen D,E,F,G gegenübergestellt. In Tabelle 2 sind zusätzlich die zu den Stählen A bis G gehörenden Brinell-Härtewerte sowie die Härte- (H_f), Schweiß- (S_f), und Versprödungsfaktoren (KG_f) angegeben.

[0028] Zur Überprüfung der Zerspanbarkeit der Stähle A - G wurden an aus diesen Stählen erzeugten Bauelementen Bohrversuche mit unbeschichteten Wendelbohrern aus dem Schnellarbeitsstahl mit der Werkstoffnummer 1.3343 durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden 24 mm tiefe Löcher in die mit einer Härte von 300 bis 400 HB vorliegenden Stähle gebohrt. Die Schnittgeschwindigkeit betrug jeweils 12 m/min und der Vorschub 0,12 mm/U.

[0029] Nach einem Gesamtbohrweg von 200, 1200 und 2400 mm wurde der an den Wendelbohrern aufgetretene Verschleiß der Schneidkanten ausgemessen. Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Stähle A, B und C trotz ihrer höheren Härte weniger Verschleiß an den Schneidkanten der Bohrer erzeugen (Diag. 1). Ihre Zerspanbarkeit ist somit deutlich gegenüber der der herkömmlichen, außerhalb der Erfindung liegenden Stähle D, E, F und G verbessert.

[0030] Zur Bestimmung der Zähigkeit von Werkzeugstählen wurde der Schlagbiegeversuch nach Stahl-Eisen-Prüfblatt 1314 durchgeführt. In diesem Versuch wird als Maß für die Zähigkeit eines Werkstoffes die zum Zerschlagen von ungekerbten Proben notwendige Schlagbiegearbeit ermittelt. Die verwendeten Proben mit der Abmessung 7 x 10 x 55 mm wurden aus der Verformungsrichtung der überprüften Stähle A - G entnommen, die mit einer Härte von 300 bis 400 HB vorlagen.

[0031] Die Prüfung erfolgte bei Raumtemperatur. Wie die im Diag. 2 zusammengefaßten Werte für die Schlagbiegearbeit (Mittelwerte aus 3 geprüften Einzelproben) zeigen, kann mit zunehmendem Versprödungsfaktor KG_f ein deutliches Absinken der gemessenen Schlagbiegearbeit festgestellt werden. Die erfindungsgemäßen Stähle A, B und C weisen mit Werten deutlich oberhalb von 200 J das gewünschte hohe Zähigkeitsniveau auf, während bei den zum Vergleich aufgeführten Stählen D, E, F und G mit zunehmendem Versprödungsfaktor lediglich Werte zwischen 50 und 150 J gemessen werden konnten, ihre Zähigkeit daher deutlich niedriger war.

[0032] Um die Korrosionsbeständigkeit der in Tabelle 1 aufgeführten Stähle zu überprüfen, wurden Eintauchversuche in einer 0,5 % wässrigen Natriumchloridlösung durchgeführt. Nach einer Tauchdauer von 1 h wurden die Proben jeweils eine halbe Stunde lang an Luft getrocknet und dann erneut eingetaucht. Nach insgesamt neun Tauch- und Trockenzyklen wurde das Aussehen der ehemals fein geschliffenen Proben beurteilt.

[0033] Nach Beendigung der Versuche war bei den erfindungsgemäßen Stählen A bis C so gut wie kein Rostbefall auf der Oberfläche der Proben feststellbar, was auf eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit hindeutet. Die zum Vergleich aufgeführten Stähle D, E und G zeigten dagegen einen starken Angriff durch die Prüflösung, so daß der größte Teil der Oberfläche nach den durchgeführten Prüfzyklen bereits korrodiert war. Lediglich der Vergleichsstahl F war aufgrund seines hohen Chromgehaltes und wegen des Fehlens von Schwefel korrosionsbeständiger. Aufgrund des Fehlens von Schwefel in der Zusammensetzung wies dieser Stahl F jedoch die bei weitem schlechteste Zerspanbarkeit aller untersuchten Stähle auf.

[0034] Die erläuterten Beispiele belegen, daß erfindungsgemäßer Stahl einerseits die angestrebte Härte von 300 HB bis 450 HB sicher erreicht und andererseits gut zerspanbar ist. Bei außerhalb der Erfindung liegenden Stählen, welche die für den Härtefaktor H_f erfindungsgemäß zu beachtenden Bedingungen nicht erfüllen, wird diese Eigenschaftskombination dagegen nicht erreicht.

[0035] Vergleichbares erweist sich im Zusammenhang mit dem für den Schweißbarkeitsfaktor S_f erfindungsgemäßer Stähle einzuhaltenden Wert. So weisen die Vergleichsstähle, deren Schweißfaktor S_f jeweils oberhalb des erfindungsgemäß vorgesehenen Grenzwertes liegen, ein deutlich schlechteres Schweißverhalten auf als erfindungsgemäße Stähle. Dies zeigt sich insbesondere in dem Auftreten von Schweißrissen, zu deren Vermeidung bei den nicht erfindungsgemäßen Stählen eine aufwendige Vorwärmung und Nachbehandlung notwendig ist.

[0036] Schließlich belegen die Beispiele, daß durch die erfindungsgemäße Beschränkung der Gehalte an korngrenzenwirksamen Elementen, wie Cu, Sn, As, Al, P und N bei den Stählen A, B, C der jeweilige Versprödungsfaktor KG_f niedrig gehalten und damit einhergehend eine für Stähle der in Rede stehenden Art gute Zähigkeit erreicht worden ist.

Tabelle 2

Erfindung
Stahl	Härte [HB]	Sf	KGf	Hf
A	395	3,28	0,76	0,0889
B	380	3,04	0,42	0,0646
C	370	3,54	0,69	0,0552

Vergleich
Stahl	Härte [HB]	Sf	KGf	Hf
D	330	5,12	2,95	0,1099
E	300	5,10	1,09	0,1099
F	315	4,99	0,98	0,1099
G	325	6,48	4,06	0,0005

Ansprüche

1. Stahl für insbesondere korrosionsbeanspruchte Werkzeuge, welcher folgende Zusammensetzung aufweist (in Mass. -%) :

C:   mindestens 0,02 und höchstens 0,12 %,

Si:   höchstens 1,5 %,

Mn:   mehr als 1,0 - 2,50 %,

P:   höchstens 0,035 %,

S:   mindestens 0,04 % und weniger als 0,15 %,

Cr:   mehr als 8,0 % und weniger als 12 %,

Mo:   mehr als 0,0 % und höchstens 0,20 %,

V:   mehr als 0,0 % und höchstens 0,25 %,

Nb:   mehr als 0,1 % und höchstens 0,5 %,

N:   mindestens 0,02 und höchstens 0,12 %,

Ni:   höchstens 0,5 %,

B:   höchstens 0,005 %,

Cu:   höchstens 0,3 %,

Al:   höchstens 0,035 %,

Sn:   höchstens 0,035 %,

As:   höchstens 0,02 %,

mindestens eines der Elemente Ca, Mg oder Ce, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen mindestens 0,0002 % und höchstens 0,015 % beträgt,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,001 - 0,009 Mass.-% Ca enthält.

3. Stahl nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sein Härtefaktor H_f folgende Bedingung erfüllt:

wobei

und mit %Nb der jeweilige Nb-Gehalt des Stahls bezeichnet ist.

4. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sein Schweißfaktor S_f folgende Bedingung erfüllt:

wobei

und mit %C, %B, %Cu, %P, %S, %Mo, %Cr, %Mn die jeweiligen C-, B- ,Cu- , P-, S-, Mo-, Cr-, Mn-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.

5. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sein Versprödungsfaktor KG_f folgende Bedingung erfüllt:

wobei

und mit %Cu, %Sn, %As, %Al, %P und %N die jeweiligen Cu-, Sn-, As-, Al-, P- und N-Gehalte des Stahls bezeichnet sind.

6. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 0,05 Mass.-% Schwefel enthält.

7. Stahl nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 0,07 Mass.-% Schwefel enthält.

8. Verfahren zur Erzeugung eines Zwischenprodukts für die Herstellung von Bauelementen, insbesondere für die Herstellung von korrosionsbeanspruchten Werkzeugen, aus einem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zusammengesetzten Stahl umfassend folgende Schritte:

- Erschmelzen des Stahls,

- Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie Blöcken, Brammen, Stranggußriegeln, Dünnbrammen oder gegossenem Band,

- Diffusionsglühen des Vormaterials bei einer 1200 - 1280 °C betragenden Temperatur,

- Warmumformen des geglühten Vormaterials zu dem Zwischenprodukt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmumformung als Schmieden durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmumformung als Warmwalzen durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt nach der Warmumformung an Luft abgelegt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmumformung bei Temperaturen von 850 °C - 1150 °C durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenprodukt im Anschluß an die Warmumformung bei Temperaturen von 850 °C - 1050 °C wärmebehandelt und nach der Wärmebehandlung an einem Abkühlmedium, wie Luft, Öl, Wasser oder einem Polymer kontrolliert abgekühlt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abkühlung ein Anlassen bei Temperaturen von 400 °C - 650 °C durchgeführt wird.

15. Verwendung eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zusammengesetzten Stahls zur Herstellung von Werkzeugen für die Kunststoffverarbeitung.

Claims

1. A steel, in particular for tools exposed to corrosion, of the following composition (in mass-%):

C:   min. 0.02 and max. 0.12 %;

Si:   max. 1.5 %;

Mn:   more than 1.0 - 2.50 %;

P:   max. 0.035 %;

S:   min. 0.04 % and less than 0.15 %;

Cr:   more than 8.0 % and less than 12 %;

Mo:   more than 0.0 % and max. 0.20 %;

V:   more than 0.0 % and max. 0.25 %;

Nb:   more than 0.1 % and max. 0.5 %;

N:   at least 0.02 % and max. 0.12 %;

Ni:   max. 0.5 %;

B:   max. 0.005 %;

Cu:   max. 0.3 %;

Al:   max. 0.035 %;

Sn:   max. 0.035 %;

As:   max. 0.02 %;

at least one of the element Ca, Mg or Ce, wherein the sum of the contents of these elements is more than 0.0002 % and max. 0.015%;
with the remainder being iron and unavoidable impurities.

2. The steel according to claim 1, characterised in that it contains 0.001 - 0.009 mass-% of Ca.

3. The steel according to one of claims 1 or 2, characterised in that its hardness factor Hf meets the following condition:

wherein

with %Nb designating the respective Nb content of the steel.

4. The steel according to one of the preceding claims, characterised in that its weld factor Sf meets the following condition:

wherein

and wherein %C, %B, %Cu, %P, %S, %Mo, %Cr, %Mn designate the respective contents of C, B, Cu, P, S, Mo, Cr and Mn of the steel.

5. The steel according to one of the preceding claims, characterised in that its embrittlement factor KGf meets the following condition:

   wherein

   with %Cu, %Sn, %As, %Al, %P and %N designating the respective contents of Cu, Sn, As, Al, P and N of the steel.

6. The steel according to any one of the preceding claims, characterised in that it comprises at least 0.05 mass-% of sulphur.

7. The steel according to any one of the preceding claims, characterised in that it comprises at least 0.07 mass-% of sulphur.

8. A method for producing an intermediate product for the production of components, in particular for the production of tools exposed to corrosion, made from a steel with a composition according to any one of claims 1 to 7, comprising the following steps:

- melting the steel;

- casting the steel to form a raw material such as ingots, slabs, continuous-cast bars, thin slabs or cast strip;

- diffusion annealing of the raw material at a temperature between 1200 and 1280 °C; and

- hot forming the annealed raw material to form the intermediate product.

9. The method according to claim 8, characterised in that hot forming is carried out by way of forging.

10. The method according to claim 8, characterised in that hot forming is carried out by way of hot rolling.

11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterised in that following hot forming, the intermediate product is held where it is exposed to air.

12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterised in that hot forming takes place at temperatures between 850 °C and 1150 °C.

13. The method according to any one of claims 7 to 12, characterised in that following hot forming, the intermediate product is heat treated at temperatures between 850 °C and 1050 °C and after heat treatment is subjected to controlled cooling with the use of a cooling medium such as air, oil, water or a polymer.

14. The method according to claim 13, characterised in that after cooling, tempering at temperatures between 400 °C and 650 °C is carried out.

15. The use of a steel with a composition according to any one of claims 1 to 6 for the production of tools for plastics processing.

Revendications

1. Acier, en particulier pour des outils sollicités par la corrosion, qui présente la composition suivante (en % en poids) :

C :   au minimum 0,02 % et au maximum 0,12 %

Si :   au maximum 1,5 %

Mn :   supérieur à 1,0 - 2,50 %,

P :   au maximum 0,035 %,

S :   au minimum 0,04 % et inférieur à 0,15 %,

Cr:   supérieur à 8,0 % et inférieur à 12 %,

Mo :   supérieur à 0,0 % et au maximum 0,20 %,

V :   supérieur à 0,0 % et au maximum 0,25 %,

Nb :   supérieur à 0,1 % et au maximum 0,5 %,

N :   au minimum 0,02 % et au maximum 0,12 %,

Ni :   au maximum 0,5 %,

B :   au maximum 0,005 %,

Cu :   au maximum 0,3 %,

Al :   au maximum 0,035 %,

Sn :   au maximum 0,035 %,

As :   au maximum 0,02 %,

au moins un des éléments Ca, Mg ou Ce, la somme des teneurs de ces éléments étant égale au minimum à 0,0002 % et au maximum à 0,015 %,
le reste étant du fer et des impuretés inévitables.

2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 0,001 à 0,009 % en poids de Ca.

3. Acier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que son facteur de dureté H_f remplit la condition suivante :

sachant que

et % Nb désigne la teneur respective en Nb de l'acier.

4. Acier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son facteur de soudabilité S_f remplit la condition suivante :

sachant que

et % C, % B, % Cu, % P, % S, % Mo, % Cr, % Mn désignent dans chaque cas les teneurs respectives en C, en B, en Cu, en P, en S, en Mo, en Cr, en Mn de l'acier.

5. Acier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son facteur de fragilité KG_f remplit la condition suivante :

sachant que

et % Cu, % Sn, % As, % Al, % P, % N désignent les teneurs respectives en Cu, en Sn, en As, en Al, en P et en N de l'acier.

6. Acier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient au minimum 0,05 % en poids de soufre.

7. Acier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient au minimum 0,07 % en poids de soufre.

8. Procédé de préparation d'un demi-produit pour la fabrication d'éléments de construction, en particulier pour la construction d'outils sollicités par la corrosion, à partir d'un acier ayant la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes :

- fusion de l'acier,

- coulée de l'acier pour obtenir un produit de départ, tel que des lingots, des brames, des barres de coulée continue, des brames minces ou un feuillard coulé,

- homogénéisation du produit de départ à une température de 1 200 à 1 280°C,

- formage à chaud du produit de départ ayant subi une homogénéisation, en vue d'obtenir le demi-produit.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le formage à chaud effectué est un forgeage.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le formage à chaud effectué est un laminage à chaud.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que, après le formage à chaud, le demi-produit est stocké à l'air.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le formage à chaud est effectué à des températures de 850°C à 1 150°C.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le demi-produit, à la suite du formage à chaud, subit un traitement thermique à des températures de 850°C à 1 050°C et, après le traitement thermique, est refroidi de manière contrôlée avec un milieu de refroidissement, tel que l'air, l'huile, l'eau ou un polymère.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, à l'issue du refroidissement, est effectué un traitement de revenu à des températures de 400°C à 650°C.

15. Utilisation d'un acier ayant la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, destiné à la construction d'outils pour la transformation des matières plastiques.

Zeichnung