Verfahren zum Herstellen eines nichtrostenden ferritischen Chromstahles

Abstract

 Bei einem warmgewalzten ferritischen Chromstahl mit 0,03 bis 0,07 % Kohlenstoff, höchstens 1 % Silizium, höchstens 1 % Mangan, 13 bis 18 % Chrom, höchstens 2 % Nickel, Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wird durch ein Wasserabschrecken im Anschluß ein ferritisch-martensiti­sches Gefüge eingestellt, um eine hohe Festigkeit, Härte und Zähigkeit zu erreichen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wärmebe­handeln eines warmgewalzten ferritischen Chromstahls.

[0002] Nichtrostende ferritische Chromstähle finden aufgrund ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegenüber oxydie­renden Medien bei hoher Festigkeit und Zähigkeit angesichts ihres im Vergleich zu austenitischen Legierungen niedri­geren Preises in vielfältiger Hinsicht als Baustähle Verwen­dung; ihre Korrosionsbeständigkeit ist im Einzelfall vom Chrom- und Kohlenstoffgehalt abhängig. Während sich die Korrosionsbeständigkeit mit zunehmendem Chromgehalt verbes­sert, führt die Anwesenheit von Kohlenstoff zum Entstehen chromreicher Karbide, die sich an den Korngrenzen ausschei­den und dort zu einer Chromverarmung führen. Diese Chrom­verarmung ist angesichts des vorerwähnten Zusammenhangs zwi­schen Chromgehalt und Korrosionsbeständigkeit mit einer Be­einträchtigung der Korrosionsbeständigkeit verbunden und führt dazu, daß die ferritischen Stähle je nach Kohlenstoff­gehalt mehr oder minder anfällig für eine interkristalline Korrosion sind. Um dem entgegenzuwirken, geht das Bestreben dahin, den Kohlenstoffgehalt ferritischer Stähle möglichst gering zu halten, zumindest aber mit Titan stabil abzubin­den, was jedoch mit einem erheblichen Verlust an Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie mit dem Entstehen von Titanoxyd verbunden ist, das die Oberflächenbeschaffenheit sowie Zähigkeit und die Warmverformbarkeit beeinträchtigt.

[0003] Niedrige Kohlenstoffgehalte sind jedoch andererseits mit dem Nachteil verbunden, daß die vom Kohlenstoffgehalt abhän­gige Umwandlungsfähigkeit verlorengeht und damit die Mög­lichkeit entfällt, im Wege einer Wärmebehandlung ein ausge­wogenes Verhältnis von hoher Festigkeit und angemessener Zähigkeit einzustellen. Demgemäß unterscheiden sich die Fe­stigkeiten der umwandlungsfreien ferritischen Chromstähle bei Raumtemperatur nur in geringem Maße.

[0004] Um dennoch höhere Festigkeiten zu erreichen, ist es aus der deutschen Patentschrift 29 23 532 bekannt, einen nichtro­stenden ferritischen Chromstahl nach dem Warmwalzen zu­nächst weichzuglühen und anschließend mit einem Verfor­mungsgrad von 18 bis 25% kalt umzuformen. Die Glühtempera­tur liegt üblicherweise bei etwa 750 bis 850^o C, da höhere Glühtemperaturen mit einer Kornvergröberung verbunden sind, die zu einem Zähigkeitsverlust bzw. zu Schwierigkeiten beim Kaltumformen führen.

[0005] Das bekannte Verfahren ist zudem angesichts des Weichglü­hens und des sich anschließenden Kaltwalzens verhältnis­mäßig aufwendig und führt lediglich zu Zugfestigkeiten von 750 bis 800 N/mm² sowie angesichts der verhältnismäßig starken Kaltverformung zu einem nicht unerheblichen Zähig­keitsverlust.

[0006] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, im Wege einer Wärmebehandlung einen warmgewalzten nichtrostenden ferriti­schen Chromstahl ohne Zähigkeitsverlust auf eine hohe Fe­stigkeit und Härte sowie ein hohes Kaltformänderungsvermö­gen einzustellen.

[0007] Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der überraschenden Feststellung, daß ein ferritischer Chromstahl mit 13 bis 18% Chrom trotz eines Kohlenstoffgehalts von höchstens 0,07% umwandlungsfähig und demgemäß härtbar ist. Demgemäß besteht die Lösung der vorerwähnten Aufgabe im einzelnen darin, daß erfindungsgemäß ein warmgewalzter Stahl mit
0,03 bis 0,07% Kohlenstoff
höchstens 1 % Silizium
höchstens 1 % Mangan
13 bis 18 % Chrom
höchstens 2 % Nickel
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen
lösungsgeglüht und auf ein ferritisch-martensitisches Zwei-Phasen-Gefüge mit beispielsweise 50 % Martensit abge­schreckt wird. Das Abschreckgefüge zeichnet sich durch eine sehr geringe Korngröße aus, die eine hohe Festigkeit von mindestens 800 N/mm², beispielsweise 900 N/mm² bei gleich­zeitig hoher Zähigkeit, die sich insbesondere beim Biegen mit geringem Biegeradius bis Null im Faltversuch erweist. Demzufolge erlaubt der erfindungsgemäß wärmebehandelte Stahl ein anrissfreies Biegen, dem insbesondere beim Her­stellen von über Gelenkbolzen miteinander verbundenen Schar­nierbandketten große Bedeutung zukommt. Dies gilt auch für die hohe Härte von etwa 105 bis 107 HRB im abgeschreckten Zustand, die mit einer entsprechend geringen Kratzempfind­lichkeit bzw. Oberflächengüte verbunden ist.

[0008] Der Stahl sollte mindestens 1,0 % Nickel, höchstens 0,035 % Phosphor und höchstens 0,025 % Schwefel sowie im Hinblick auf das ferritische Gefüge höchstens 0,03 % Stickstoff enthalten; er enthält vorzugsweise höchstens 0,06 % Kohlen­stoff, mindestens 0,01 % Stickstoff sowie mindestens 0,025 % Kohlenstoff und Stickstoff. Höhere Nickelgehalte erhöhen den Austenitanteil im Gefüge und führen zu Schwierigkeiten beim Warmwalzen, insbesondere zu einer Rissbildung beim Wickeln. Der Chromgehalt beträgt vorzugsweise mindestens 16 %.

[0009] Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren warm­gewalztes Band nach einem Durchlaufglühen beispielsweise bei einer Temperatur über 1050^oC mit Wasser abgeschreckt, wobei sich ein über die Länge außerordentlich gleichmäßiges Gefüge mit entsprechend gleichmäßig hoher Zugfestigkeit, Streckgrenze und Härte sowie ausgezeichneter Oberflächenbe­schaffenheit einstellt. Dies führt bei der Weiterverarbei­tung inbesondere beim Herstellen von Scharnierbandketten zu entsprechend gleichmäßigen Kettengliedern, gleichviel ob diese nun aus dem Bandanfang, der Bandmitte oder vom Band­ende stammen.

[0010] Je nach der Glüh- bzw. Abschrecktemperatur über etwa 1000^oC ergeben sich unterschiedliche Härten, wobei sowohl die Makro- als auch die Mikrohärte mit steigender Abschrecktem­peratur zunimmt.

[0011] Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung macht ein Kaltwalzen zur Festigkeitserhöhung überflüssig; dennoch kann sich der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung ein Dressieren mit einem oder zwei Stichen bei einer Dickenabnahme bis 10 %, vorzugs­weise 2 bis 8 %, insbesondere bis 6 % anschließen, um ein Band mit äußerst geringer Dickentoleranz und hoher Oberflä­chenglätte zu schaffen, die ihrerseits die Korrosionsbestän­digkeit verbessert und bei der Verwendung des erfindungsge­mäß wärmebehandelten Stahls für Rollen- und Scharnierband­ ketten von großer Bedeutung ist. Scharnierbandketten weisen nämlich an ihren Unterseiten angeschweißte, zumeist schwal­benschwanzförmige Führungen auf und gleiten mit den Unter­seiten der plattenförmigen Kettenglieder und den Führungs­schuhen bei hoher Geschwindigkeit von beispielsweise etwa 2 m/s über entsprechend geformte, teilweise kurvenförmige Füh­rungsschienen. Das verhältnismäßig hohe Gewicht metalli­scher Scharnierbandketten und deren erhebliche Belastung durch das Transportgut erfordert für einen derartigen Ket­tenförderer eine entsprechend hohe Antriebsleistung und ist mit einem erheblichen Verschleiß an den Kettengliedern und Führungsschienen verbunden, der umso größer ist, je weniger maßhaltig die Kette und je rauher die Oberfläche der Ketten­glieder ist.

[0012] Insgesamt zeichnet sich der nach dem erfindungsgemäßen Ver­fahren wärmebehandelte Stahl durch eine um etwa 50% höhere Streckgrenze, eine um etwa 10% höhere Härte, eine hohe Zähigkeit und Gleichmäßigkeit, eine ausgezeichnete Kaltver­formbarkeit, eine bessere Oberflächenbeschaffenheit, eine höhere Dauerfestigkeit, gute Schweißbarkeit und eine län­gere Lebensdauer aus. Dies wirkt sich bei der Verwendung des Werkstoffs zum Herstellen von Scharnierbandketten in Richtung einer geringeren Geräuschempfindlichkeit, eines ge­ringeren Verschleißes und eines geringeren Wartungsaufwan­des aus. Außerdem bewirkt die hohe Maßhaltigkeit der Ketten­glieder eine geringere Kippgefahr für das Transportgut ins­besondere bei einem Flaschentransport.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläu­tert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Eine Ansicht von unten auf zwei miteinander ver­bundene Kettenglieder,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 bei in die Zeichenebene geklappten Plattenglie­dern.

[0014] Ein Plattenbandförderer mit einer Scharnierbandkette 1 dient beispielsweise zum Fördern von Flaschen und Behältern in Industrie- und Verpackungsanlagen. Ein solcher Förderer besteht aus hintereinander angeordneten Kettengliedern 2, die eine flache Tragfläche 3 für das Transportgut besitzen. Die Kettenglieder 2 bestehen aus einem flachen Mittelteil, dessen hintere Seitenkante 4 ein mittiges Scharnierauge 6 und die gegenüberliegende vordere Seitenkante 5 zwei mit Abstand voneinander angeordnete Scharnieraugen 7 aufweist. Das mittige Scharnierauge 6 greift in den Zwischenraum der Scharnieraugen 7 des benachbarten Plattengliedes ein und ist mit diesem durch einen nicht dargestellten Scharnierbol­zen gelenkig verbunden. Die mittigen Scharnieraugen 6 sind so ausgebildet, daß sie ein seitliches Verschwenken der einzelnen Kettenglieder 2 erlauben.

[0015] Bei kurvengängigen Förderern wird die Scharnierbandkette in einer ortsfesten Führungsbahn geführt, die aus zwei ein­ander gegenüberliegenden Führungsschienen 8 besteht sowie die Scharnierbandkette in einer horizontalen Ebene hält und in den Kurven führt. Gemäß Fig. 2 besitzt jedes Kettenglied sich im wesentlichen vertikal nach unten erstreckende Füh­rungsflächen 11 mit rechtwinklig nach außen abgewinkelten, die Führungsschienen 8 untergreifenden Führungslappen 12 zum seitlichen und horizontalen Führen an den Führungsschie­nen 8.

[0016] Sofern die Führungsflächen 10, 11 nicht unmittelbar aus einem mit dem Plattenglied 2 einstückigen Blech hergestellt werden, sondern - wie dargestellt - mittels Schweißpunkten 13 unten an das Kettenglied 2 angeschweißt und über einen Verbindungssteg 14 miteinander verbunden sind, lassen sich die Plattenglieder 2 mit vorgefertigten, C-förmigen Füh­rungsschuhen versehen. Die Führungsschuhe bestehen somit jeweils aus zwei durch einen mit zumindest einem Schweiß­punkt 13 an die Kettenglied-Unterseite angeschweißten Ver­bindungssteg 14 miteinander verbundenen Führungsflächen 10 bzw. 11, wobei die Führungsflächen 10, 11 bereits außer­mittig mit dem Verbindungssteg 20 verschweißt sind.

[0017] Wie sich aus der zeichnerischen Darstellung ergibt, kommt es bei den Kettengliedern insbesondere auf eine gute Kalt­verformbarkeit, Schweißbarkeit, Härte und Verschleißfestig­keit an; denn die Scharnieraugen 6, 7 werden aus den Lappen eines gestanzten Flachmaterialzuschnitts gebogen und neigen bei der Verwendung herkömmlicher Werkstoffe zum Zurückfe­dern, das zumindest mit stark verschleißerhöhenden Toleran­zen verbunden ist, wenn es nicht zu Ausschuss führt. Außer­dem erfordert das Anschweißen der Führungsschuhe 11, 12, 20 einen ohne wesentliche Versprödung und einen Verlust an Korrosionsbeständigkeit in der wärmebeeinflussten Zone schweißbaren Werkstoff.

Ansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines nichtrostenden fer­ritischen Chromstahls, dadurch gekennzeichnet, daß ein warmgewalzter Stahl mit
0,03 bis 0,07% Kohlenstoff
höchstens 1 % Silizium
höchstens 1 % Mangan
13 bis 18 % Chrom
höchstens 2 % Nickel
Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
lösungsgeglüht und auf ein ferritisch-martensitisches Gefüge abgeschreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt des Stahls mindestens 16% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Glühtemperatur mindestens 1050^o C beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl einzeln oder nebeneinan­der
höchstens 0,06 % Kohlenstoff
mindestens 1 % Nickel
höchstens 0,035% Phosphor
höchstens 0,025% Schwefel
0,02 bis 0,04 % Stickstoff
sowie mindestens 0,025 % Kohlenstoff und Stick­stoff
enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wärmebehandeltes Blech oder Band mit einer Dickenabnahme bis 10 % nachgewalzt wird.

6. Verwendung eines nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5 wärmebehandelten Stahls als Werkstoff zum Her­stellen von Scharnierband- oder Rollenketten.

7. Kettenglied für eine Scharnierband- oder Rollenkette, gekennzeichnet durch einen Stahl aus
0,03 bis 0,07% Kohlenstoff
höchstens 1 % Silizium
höchstens 1 % Mangan
13 bis 18 % Chrom
höchstens 2 % Nickel
Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
im lösungsgeglühten und abgeschreckten Zustand mit ei­nem ferritisch-martensitischen Gefüge.

8. Kettenglied nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es nachgewalzt ist.

Zeichnung