(57) Die Erfindung bezieht sich auf eine korrosionsbeständige Legierung zur Verwendung
als Werkstoff für strukturierfähige Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt
mit der Haut von Lebewesen, insbesonsere von Menschen, stehen und keine überempfindlichen
Reaktionen bzw. Allergien auslösen. Erfindungsgemäß ist dafür eine Legierung im wesentlichen
enthaltend die Elemente in Gew.-%
Kohlenstoff |
max. 0,10 |
Silizium |
max. 1,0 |
Mangan |
11,0 bis 25,0 |
Chrom |
10,0 bis 20,0 |
Molybdän |
bis 1,0 |
Stickstoff |
0,05 bis 0,55 |
Rest Eisen mit der Maßgabe vorgesehen, daß der Nickelgehalt unter 0,5 Gew.-% liegt,
der Werkstoff nach einer Lösungsglühbehandlung abgeschreckt, gegebenenfalls kaltverformt
ist und austenitische Gefügestruktur aufweist.
[0001] Die Erfindung betrifft eine korrosionsbeständige und strukturierfähige Legierung
zur Verwendung als Werkstoff für Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt
mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen, enthaltend im wesentlichen
die Bestandteile Mangan, Chrom und Stickstoff, Rest Eisen. Weiters befaßt sich die
Erfindung mit der Verwendung einer korrosions- beständigen Legierung als Werkstoff
für insbesondere strukturierte Teile der Bekleidung und/oder für Schmuckstücke sowie
Gebrauchsgegenstände, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von
Lebewesen, insbesondere von Menschen, stehen.
[0002] Die Haut von Lebewesen kann bei Reizung durch bestimmte Stoffe oder Strahlen überempfindlich
reagieren. Derartige Überreaktionen nennt man Allergien, wobei auch Lebewesen derselben
Gattung auf gleiche Reize keine oder überempfindliche, gegebenenfalls unterschiedliche
Intensität aufweisende Reaktionen zeigen können. Insbesondere die Haut des Menschen
betreffend sind viele Stoffe bekannt, welche gegebenenfalls Allergien bewirken können.
[0003] Unter den durch eine Berührung mit Metallen ausgelösten sogenannten Metallberührungsallergien
ist die Nickelallergie besonders häufig gegeben. Dabei wurde festgestellt, daß nicht
nur reines Nickel sondern auch Legierungen mit einer Nickelkonzentration von einigen
Prozenten schon eine allergische Reaktion auslösen können. Lebewesen, insbesondere
Menschen, kommen im täglichen Leben zwangsläufig mit metallischen Werkstoffen, insbesondere
rostfreien Stählen und Legierungen, welche Nickel enthalten können, in Berührung.
Viele Gegenstände des täglichen Gebrauches wie Armbanduhren, Uhrbänder, Brillengestelle,Modeschmuckstücke
und dgl. sowie Teile von bzw. an Kleidungsstücken, z.B. Verschlußeinrichtungen, Hosennieten
von Jeans und auch Teile an medizinischen, am Körper zu tragenden, gegebenenfalls
prothetischen Stütz- oder Haltevorrichtungen, werden aus Gründen der erforderlichen
Materialfestigkeit und der bevorzugten Materialeigenschaften insbesondere aus metallischen
Werkstoffen gefertigt.
[0004] Um eine, insbesondere bei einer Reinigung oder Lagerung erforderliche Rostbeständigkeit
der Teile zu erreichen, können diese z.B. galvanisch, gegebenenfalls mit Chrom, beschichtet
werden. Die Nachteile derartiger Beschichtungen sind ein hoher Aufwand bei der Herstellung
und ein durch Risse in der Schicht ausgelöstes Abblättern derselben. Soll mit Sicherheit
ein Auslösen einer Nickelallergie vermieden werden, so dürfen die klassischen rostbeständigen
Stähle mit ca. 8 bis 12 Gew.-% Nickel, wie z.B. DIN Werkstoff Nr. 1.4401 und Nr. 1.4404,
für zumindest teilweise in Hautkontakt stehende Teile nicht verwendet werden. Es wurde
schon versucht, nickelfreie, rostbeständige Chromstähle wie DIN Werkstoff Nr. 1.4001
und Nr. 1.4016 einzusetzen. Nachteilig bei derartigen Werkstoffen ist, daß an den
mehr als 12 Gew.-% Chrom zur Ausbildung einer Passivierungsschicht an der Oberfläche
enthaltenden Teilen in Anwesenheit von Schweiß oder Salzlösungen Risse durch durch
Zugspannungen ausgelöste örtliche Korrosion, der sog. Spannungsrißkorrosion, gebildet
werden können und/oder ein großer fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist.
Bei obigen Stählen ist auch ein z.B. chemisches Strukturieren der Oberfläche der Teile
mit einer gewünschten Gleichartigkeit zur Erzielung eines besonderen Oberflächenaussehens
wie dies für Uhrbänder, Uhrböden, Brillengestelle und dgl. oft vorgesehen ist, meist
nicht möglich. Weiters sind rostfreie Chromstähle magnetisierbar, was deren Einsatz
für Gehäuse von durch Magnetfelder in ihrer Funktion beeinflußbaren Uhren ausschließt.
Es ist bekannt, daß Titan keinerlei allergische Reaktionen auslöst, also besonders
gut hautverträglich für Lebewesen ist. Der hohe Preis und eine oft aufwendige Herstellung
von Teilen aus Titan stellen jedoch wesentliche Nachteile dar.
[0005] Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Materialien zu beseitigen
und eine korrosionsbeständige und strukturierfähige Legierung zur Verwendung als Werkstoff
für Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen,
insbesondere von Menschen, stehen, keine Allergien bewirkt, hohe Festigkeit besitzt
und amagnetische Eigenschaften aufweist, zu erstellen.
[0006] Dieses Ziel wird bei einer Legierung der eingangs genannten Art dadurch erreicht,daß
diese Legierung in Gew.-%
Kohlenstoff |
max. 0,10 |
Silizium |
max. 1,0 |
Mangan |
11,0 bis 25,0 |
Chrom |
10,0 bis 20,0 |
Molybdän |
bis 1,6 |
Stickstoff |
0,05 bis 0,55 |
gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob, Tantal, Wolfram, Aluminium,
Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Rest Eisen und
herstellungsbedingte Verunreinigungen mit der Maßgabe aufweist, daß deren Nickelgehalt
unter 0,5 Gew.-% liegt und der Werkstoff nach einer bei einer Temperatur von 1010°C
bis 1080°C durchgeführten Lösungsglühbehandlung abgeschreckt und gegebenenfalls zur
Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kaltverformt ist und austenitische
Gefügestruktur besitzt.
[0007] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen,
daß einerseits, wie gefunden wurde, durch eine unterkritische Nickelkonzentration
der Legierung keine allergischen Reaktionen ausgelöst werden, der Werkstoff jedoch
andererseits zumindest die von nickelhältigen, austenitischen, rostfreien Stählen
bekannten günstigen Gebrauchseigenschaften besitzt. Dabei ist wichtig, daß der Werkstoff
erfindungsgemäß einer Lösungsglühbehandlung mit anschließendem Abschrecken unterworfen
wird, weil dadurch Ausscheidungen, z.B. Karbide und/oder Gefügephasen aufgelöst und
ein rein austenitischer Gefügezustand stabilisiert werden. Gefügeinhomogenität bzw.
Ausscheidungen sind nämlich zumeist mit örtlichen Konzentrationsunterschieden von
Legierungs- oder Spurenelementen verbunden, wodurch Konzentrationsmaxima entstehen
und allergische Reaktionen verursacht werden können. Auch eine chemische Strukturierfähigkeit
des Teiles wird durch Materialinhomogenität nachteilig beeinflußt. Ein Molybdängehalt
bis 1,6 Gew.-% verbessert die Korrosionsbeständigkeit und kann die mechanischen Eigenschaften
des Werkstoffes anheben. Höhere Gehalte erwiesen sich, weil Molybdän ein ferrit- und
karbidbildendes Element ist, als nicht günstig.
[0008] Sowohl für besondere Sicherheit gegen ein Auftreten von allergiebedingten Hauterkrankungen
als auch zur Verbesserung der korrosionschemischen Eigenschaften hat es sich als besonders
vorteilhaft herausgestellt, wenn die Legierung die in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichneten
Konzentrationen der Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Stickstoff und Nickel aufweist.
[0009] Um die mechanischen Eigenschaften der Teile , insbesondere die 0,2% Dehngrenze Rp0,2
von ca. 400 N/mm zu erhöhen und leichtere bzw. sicherere Bauformen zu erreichen, kann
es weiters von Vorteil sein, daß der aus der Legierung gebildete Teil eine Kaltverformung
von mindestens 5 %, vorzugsweise von größer als 15 %, aufweist. Mittels einer Kaltverformung
kann die 0,2% Dehngrenze des Werkstoffes von ca. 400 N/mm² auf zum Beispiel ca. 900
N/mm² durch einen ca. 25 bis 30 % betragenden Umformgrad erhöht werden. Eine gewünschte
Dehngrenze kann also durch eine entsprechend große Kaltverformung leicht eingestellt
werden, ohne daß, wie durch zahlreiche Versuche gefunden wurde, die Spannungsrißkorrosion
sowie die Zähigkeit des Materials und die Ermüdung bei elastischer Formänderung, insbesondere
Biegung, nachteilig beeinflußt werden.
[0010] Überraschenderweise bleibt auch bei hohen Kaltumformgraden der austenitische amagnetische
Materialzustand erhalten, es tritt also keine dem Fachmann von Manganstählen bekannte
Bildung von Verformungsmartensit, der magnetisch ist, auf, wodurch sich der Werkstoff
besonders gut für Uhrengehäuse und Uhrbänder eignet.
[0011] Es hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Werkstoff besonders gut für Teile der
Bekleidung,vorzugsweise der Unterbekleidung, wie beispielsweise Mieder, gegebenenfalls
medizinische Stützmieder, verwendbar ist, weil bei guter Hautverträglichkeit eine
leicht erreichbare hohe Materialfestigkeit eine geringe Wandstärke der Verschlußteile
ermöglicht. Bei einer Verwendbarkeit der Legierung zur Fertigung von Modeschmuck und
dgl. ist es von Vorteil, daß nach einer mechanischen, insbesondere jedoch nach einer
chemischen Strukturierung, ein besonders effektvoller Glanz der Oberfläche erreicht
werden kann, ohne die gute Hautverträglichkeit des Teiles zu verschlechtern. Die gute
Hautverträglichkeit kann auch bei der Verewendung der Legierung für Gebrauchsgegenstände
wie Brillenfassungen, Banknotenclips, Teile von Schreibgeräten, Haushaltsgegenständen,
Schlüssel, Münzen und dgl. vorteilhaft genutzt werden.
1. Korrosionsbeständige und strukturierfähige Legierung zur Verwendung als Werkstoff
für Teile, die zumindest teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen,
insbesondere von Menschen, stehen, im wesentlichen enthaltend die Bestandteile Mangan,
Chrom und Stickstoff, Rest Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Legierung in Gew.-%
Kohlenstoff |
max. 0,10 |
Silizium |
max. 1,0 |
Mangan |
11,0 bis 25,0 |
Chrom |
10,0 bis 20,0 |
Molybdän |
bis 1,6 |
Stickstoff |
0,05 bis 0,55 |
gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob, Tantal, Wolfram, Aluminium,
Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Rest Eisen und
herstellungsbedingte Verunreinigungen mit der Maßgabe aufweist, daß deren Nickelgehalt
unter 0,5 Gew.-% liegt und der Werkstoff nach einer, bei einer Temperatur von 1010°C
bis 1080°C durchgeführten Lösungsglühbehandlung abgeschreckt und gegebenenfalls zur
Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials kaltverformt ist und austenitische
Gefügestruktur besitzt.
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese in Gew.-%
Kohlenstoff |
max 0,06 |
Mangan |
18,0 bis 21,5 |
Chrom |
12,0 bis 15,0 |
Stickstoff |
0,2 bis 0,4 |
aufweist.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß deren Nickelgehalt unter
0,25 Gew.-% liegt.
4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dieser
gebildete Teil eine Kaltverformung von mindestens 5 %, vorzugsweise von größer als
15 %, aufweist.
5. Verwendung einer korrosionsbeständigen Legierung enthaltend in Gew.-%
Kohlenstoff |
max. 0,1 |
Silizium |
max. 1,0 |
Mangan |
11,0 bis 25,0 |
Chrom |
10,0 bis 20,0 |
Molybdän |
bis 1,6 |
Stickstoff |
0,05 bis 0,55 |
gegebenenfalls ein oder mehrere der Elemente Vanadin, Niob,Tantal, Wolfram, Aluminium,
Titan, Kupfer, Bor in einer Konzentration von höchstens 2,0 Gew.-%, Eisen und herstellungsbedingte
Verunreinigungen als Rest, welche Legierung einen Nickelgehalt von unter 0,5 Gew.-%
aufweist, im von einer Temperatur von 1010°C bis 1080°C zur Lösungsglühbehandlung
abgeschreckten und gegebenenfalls zur Erhöhung der Dehngrenze und Festigkeit des Materials
kaltverformten Zustand als austenitischer Werkstoff für insbesondere strukturierte
Teile der Bekleidung und/oder für Schmuckstücke sowie Gebrauchsgegenstände, die zumindest
teilweise in Berührungskontakt mit der Haut von Lebewesen, insbesondere von Menschen,
stehen.
6. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 5 enthaltend im wesentlichen in Gew.-%
Kohlenstoff |
max. 0,06 |
Mangan |
18,0 bis 21,5 |
Chrom |
12,0 bis 15,0 |
Stickstoff |
0,2 bis 0,4 |
7. Verwendung einer Legierung gemäß den Ansprüchen 5 oder 6 mit einem Nickelgehalt von
höchstens 0,25 Gew.-%.
8. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 mit einer Kaltverformung
von mindestens 5%, vorzugsweise von größer als 15 %.
9. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 als amagnetischer Werkstoff
für Gehäuse von Uhren und/oder Armbändern von Uhren.