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Title:
ALLOYED STEEL AND COMPONENTS PRODUCED THEREFROM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/162023
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a low alloyed steel comprising the following alloy components: - 0.3 - 0.50 wt.% carbon; preferably 0.35 - 0.4 wt.% C, - 2.0 - 5.0 wt.% silicon; preferably 2.5 - 4 wt.% Si, - 2.0 - 9.0 wt.% Cr, preferably 3.0 - 7 wt.% and more particularly 4 - 6 wt.% Cr, the remainder being iron and up to 0.5 wt.% impurities, and to the thus produced components.

Inventors:
KOLBE PETER (DE)
SCHWARZ OTTMAR (DE)
Application Number:
PCT/DE2016/100168
Publication Date:
October 13, 2016
Filing Date:
April 08, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SCHNEIDER GESENKSCHMIEDE (DE)
International Classes:
C22C38/00; C21D6/00; C21D7/13; C22C38/04; C22C38/22; C22C38/26; C22C38/28; C22C38/32; C22C38/34
Foreign References:
EP0509453A11992-10-21
DE3136722A11983-03-31
CN101967610A2011-02-09
EP1612395A12006-01-04
DE4233269A11993-04-08
JPH03294084A1991-12-25
EP2617855A22013-07-24
EP2617855A22013-07-24
Attorney, Agent or Firm:
NEIDL-STIPPLER, CORNELIA (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Niedriglegierter Stahl mit den Legierungsanteilen:

- 0,3 - 0,50 Gew.-% Kohlenstoff; bevorzugt 0,35 - 0,4 Gew.% C

- 2,0 - 5,0 Gew. Silizium; bevorzugt 2,5 - 4 Gew.% Si

- 2,0 - 9,0 Gew.% Cr, bevorzugt 3,0 - 7 Gew.% und besonders bevorzugt 4 - 6 Gew.% Cr,

Rest Eisen sowie bis 0,5 Gew.% Verunreinigungen.

2. Stahllegterung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner

- 0 bis 0,04 Gew.% Nb; bevorzugt 0,01 - 0,04 Gew.% Nb

- 0 bis 0,04 Gew.% Ti; bevorzugt 0,01 - 0,04 Gew.% Ti

wobei die Summe Ti + Nb kleiner als 0,06 Gew.% der Gesamtzusammensetzung ist, sowie

- 0,001 bis 0,006 Gew.% B, bevorzugt 0,002 - 0,005 Gew.% B

aufweist.

3. Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner bis 0,3 Gew.% Mo, bevorzugt 0,15 - 0,3 Gew.% Mo und insbesondere 0,2 - 0,3 Gew.% Mo aufweist.

4. Stahlfegierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass sie ferner 0,5 - 0,9 Gew.% Mn, bevorzugt 0,6 bis 0,8 Gew.% Mn und insbesondere 0,7 - 0,8 Gew.% Mn aufweist.

4. Bauteil, insbesondere Maschinenkomponente, hergestellt aus einer Stahllegierung nach einem der vorangehenden Ansprüche einer Zugfestigkeit von > 1000 - 1350 [MPa], einer Streckgrenze [MPa] von >700 bis etwa 1020; einer Bruchdehnung > 15% und einer Zunderbeständigkeit von > 650°C.

5. Bauteil nach Anspruch 4, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Maschinenkomponenten, ausgewählt aus Kolben, auch für Verbrennungsmotoren, Kurbelwellen, Pleuel, Lenkungsteile, Ventilteile, Förderbandteile insbesondere für warme Teile; Kraftwerksbauteile; Befestigungsteilen für warmfeste Bereiche, Dampfturbinenteilen, Brennkammerteilen, insbesondere für Gas- oder Ölbrenner; Abgasanlagen und deren Teile sowie Schutzschichten gegen Säureangriffe; Läufen für Jagdwaffen, Kupplungsteiien, thermisch beanspruchte Walzen, Pumpenteile; Schienen, Rohre; Abgasanlagen und deren Teile; Baggerschaufeln, Dispersionspumpen, wie Betonpumpen und Kratzförderern.

Description:
LEGIERTER STAHL UND DAMIT HERGESTELLTE BAUTEILE

Die Erfindung betrifft einen legierten Stahl mit exzellenter Verarbeitbarkeit, Zunderfestigkeit sowie Säurefestigkeit und daraus hergestellte Bauteile.

Insbesondere betrifft sie Stahl für Umformteile, die gute Zunderfestigkeit auch in saurer Umgebung haben, und daraus hergestellte Bauteile.

Die Bezeichnung der Stahllegierungen erfolgt nach folgender Regel:

An erster Stelle wird der Kohlenstoffgehalt in Massenprozent mal 100 angegeben, gefolgt von den chemischen Elementsymbolen der Legierungselemente in der Reihenfolge sinkender Massenanteile, und am Ende in der gleichen Reihenfolge, getrennt durch Bindestriche, die Massenanteile der zuvor aufgeführten Legierungselemente, die mit folgenden Faktoren multipliziert werden, um auf größere ganze Zahlen zu kommen: x-IOOO: B

x100: C, N, P, S, Ce

*10: AI, Cu, Mo, Ti, V, Be, Ta, Zr, Nb, Pb

x4: Cr, Co, Mn, Ni, Si, W

Stähle mit besonders geringem Kohlenstoffgehalt wurden in jüngerer Zeit für Umformteile, insbesondere für Fahrzeuge, Maschinenbau, Grossmotorenbau etc. usw. breit verwendet, da die Stähle eine exzellente Verarbeitbarkeit aufweisen. Rohlinge für das Schmieden werden gewöhnlich durch Dekarbonisieren von geschmolzenem Stahl, welcher durch einen Konverter usw. hergestellt wurde, erhalten, wobei bspw. ein Vakuumentgasungsverfahren, wie das RH-Verfahren, verwendet wird, um die Kohlen- stoffkonzentration auf eine besonders geringe Kohlenstoffkonzentration herabzusetzen. Danach findet meist kontinuierliches Gießen statt.

Für Umform-Anwendungen wurde häufig als niedrig legierter Stahl 42CrMo4 Stahl bzw. 43 CrMo4 oder ihre schwefelhaltigeren Variante 42 CrMoS4verwendet. Alle diese Stähle haben eine sehr ähnliche Zusammensetzung und ähnliches Verhalten. Chem. Zusammensetzung (Gew,%)

41CrMo4 42CrMo4/42CrMoS4 43CrMo4

c 0,38 - 0,44 0,38 - 0,45 0,4 - 0,46

Si 0,15 - 0,40 bis 0,40 bis 0,4

Mn 0,50 - 0,80 0,60 - 0,90 0,6 - 0,90

P max 0,025 max 0,025

S max 0,035 max 0,035

Cr 0,90 - 1 ,20 0,90 - 1 ,20 0,90 - 1 ,20

Mo 0,15 - 0,30 0,15 - 0,30 0,15 - 0,30

42CrMo4 Stahl hat im gehärteten und angelassenen Zustand eine Zugfestigkeit von 900 bis ca 1200 MPa, eine Streckgrenze Re MPa von mindestens 650 MPa

41CrMo4 Stahl hat - wie 43CrMo4 im gehärteten und angelassenen Zustand eine Zugfestigkeit und Streckgrenze Re MPa In den gleichen Bereichen.

Es besteht noch die Variante 42CrMoS4 - diese zeichnet sich durch eine genauere Eihgrenzung des Schwefelgehalts auf von 0,02 - 0,04 aus und hat im Übrigen die gleiche Zusammensetzung und Eigenschaften wie 42CrMo4.

Vorteile dieses Stahls sind:

Einschlüsse sind weniger abrasiv, sie wirken wie ein Schmiermittel und Barriere an WerkzeugA/Verkstyck-Kontaktstellen. Verglichen mit der Standard-Klasse der IM- Stähle ergibt sich bereits

• eine verbesserte Zerspanbarkeit mit reduzierten Bearbeitungskosten

• Bis zu 30% längere Standzeiten für eine bestimmte Schnittgeschwindigkeit

• Bis zu 20% höhere Schnittgeschwindigkeiten für eine bestimmte Standzeit

Die in der bekannten Legierung eingesetzten Legierungsbestandteile des Stahls haben unter anderem folgende Wirkungen

Kohlenstoff

Kohlenstoff senkt den Schmelzpunkt und erhöht über die Bildung von Fe3C die Härte und Zugfestigkeit. In größeren Mengen erhöhte er die Sprödigkeit und senkt die Schmiedefähigkeit, Schweißarbeit, Bruchdehnung und Kerbschlagzähigkeit. Insbe- sondere wird die Formbarkeit vermindert, wenn er in einer großen Menge zugegeben wird. Hier muss daher die Zugabe gering sein.

Chrom

Chrom senkt die kritische Abkühlgeschwindigkeit, erhöht die Verschleißfestigkeit, Warmfestigkeit, Zunderbeständigkeit. Die Zugfestigkeit wird erhöht, da Chrom als Carbidbildner wirkt. Ab ca 12 Gew.% steigert es die Korrosionsbeständigkeit (Edelstahl)), wirkt ferritstabilisierend. Leider verringert es die Kerbschlagarbeit und die Schweißarbeit, senkt die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit. Mit Chromzusätzen werden die besten Ergebnisse der Ein- bzw. Durchhärtung erreicht. Chrom wird auf dem Markt zu relativ höheren Preisen gehandelt, es ist aus ökonomischen Gründen erwünscht, den Cr-Gehalt nicht zu hoch anzusetzen.

Molybdän

Es verbessert die Härtbarkeit, Zugfestigkeit und Schweißarbeit. Leider verringert es die Dehnbarkeit und Schmiedefähigkeit. Molybdän erhöht ebenfalls die Einhärtbarkeit und ergänzt sich vorteilhaft mit Chrom. Außerdem verbessert Mo die Warmfestigkeit sowie die Anlassbeständigkeit, eine Eigenschaft, die beim Vergüten besonders wichtig ist. Das Molybdän verringert die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit und bildet mit Kohlenstoff stabile Karbide. In Kombination mit Chrom verbessert es die Korrosionsbeständigkeit.

Schwefel

Schwefel erhöht die Zerspanbarkeit, setzt aber die Duktilität und damit Schmiedefähigkeit der Eisenlegierung herab.

Mangan

Mangan erhöht die Tiefenhärtbarkeit der Legierung. Mangan desoxydiert. Es bindet Schwefel als Mangan-Sulfide und verringert dadurch den ungünstigen Einfluss des Eisen-Sulfids. Besondere Bedeutung hat dies bei Automatenstahl; die Rotbruchgefahr wird verringert. Mangan setzt die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit sehr stark herab und erhöht damit die Härtbarkeit. Streckgrenze sowie Festigkeit werden durch Mangan-Zusatz erhöht, ferner wirkt Mangan sich günstig auf die Schmiedbarkeit und Schweissbarkeit aus und vergrössert stark die Einhärttiefe. Durch Mangan erhöht sich der Wärmeausdehnungs-Koeffizient, während Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit sinken, Ähnlich ist der bekannte Vergütungsstahl 41CrS4, der im Wesentlichen für die gleichen Einsatzzwecke, wie 42CrMo4 IM verwendet wird, aber geringere Festigkeitswerte aufweist.:

41CrS4 Stahl hat eine Zusammensetzung von

(Gew.%) Min Max

C 0,38 0,45

Mn 0,60 0,90

Si max 0,40

S max 0,040

Cr 0,90 1 ,20

Der Vergütungsstahl 41CrS4 ist ein vielseitig einsetzbarer Werkstoff und wird hauptsächlich im Automobil- und Fahrzeugbau verwendet. Er findet Verwendung für Bauteile, deren Anforderungen an die Festigkeit nicht so hoch sind wie bei Bauteilen aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4.

41CrS4 wird bei 1310°C - 850°C warm umgeformt und soll anschließend langsam abgekühlt werden, 41CrS4 ist nur schwer schweißbar und sollte daher in

Schweißkonstruktionen nicht eingesetzt werden. Im vergüteten Zustand bei

Raumtemperatur hat der 41CrS4 - Stahl eine Streckgrenze (MPa) von 800 - 560 und eine Zugfestigkeit (MPa) 1200 - 950 MPa.

Die bekannten Vergütungs-Stähle 42CrMo4/42CrMoS4, 41Cr4/41CrS4 und

41CrMo4/41CrMoS4, die sehr ähnliche Eigenschaften haben, sind umfangreich im Einsatz. Mit den beschriebenen Eigenschaften sind die Werkstoffe für hohe und höchste dynamische und statische Belastbarkeit geeignet, Ihre Anwendung ergibt sich aus den geforderten Festigkeits- und Zähigkeitswerten, wobei aber immer die

Dimensionierung der Bauteile berücksichtigt werden muss. Die mechanische

Bearbeitbarkeit dieser Stähle, insbesondere in Warm-/ und Kaltumformprozessen ist hervorragend und sie werden daher umfangreich im Fahrzeugbau, Maschinenbau, Grossmotorenbau etc. eingesetzt. Für bestimmte Anwendungen sind sie aber nicht ausreichend zunderbestaendig (thermisch hochbelasteste Teile) und haben keine ausreichende Festigkeit für Stahlleichtbauteile Durch die verschärfte Umweltgesetzgebung vor allem in den USA mussten zur Reduzierung der Schadstoffe im Abgas die Drücke und damit auch die Temperaturen im Brennraum der Dieselmotoren erhöht werden.

Unter den neueren, verschärften Bedingungen für Ferrothermkolben dürften im Brennraum die Temperaturen bis zu 500°C liegen und auf der Innenseite des Kolbens eher etwas niedriger.

Den geforderten Belastungssteigerungen ist die bis dahin häufig für PKW verwendete Aluminiumtegterung immer weniger gewachsen. Als Ausweg bot sich in diesem Fall eine zweiteilige Lösung an, die aus einem hoch belastbaren Kolbenoberteil und dem Kolbenhemd besteht. Als Standardwerkstoff für das Kolbenoberteil wird häufig auch der Werkstoff 42CrMo4 in vergüteter Ausführung gewählt. Die Festigkeit dieser Bauteile beträgt zwischen 870 und 1 080 MPa. Auch die Warmfestigkeit, Wechsellast-Beständigkeit, Temperaturschock-Beanspruchbarkeit und Oxidationsbeständigkeit dieses Vergütungsstahles sind für die vorliegenden Bedingungen gerade ausreichend.

Wegen der für die neuen Anwendungen verbesserungsfähigen Zunderfestigkeit und der hohen Preise für diese herkömmlichen Stähle, die insbesondere durch den Mo- Zusatz bedingt sind, wird versucht, einen Stahl mit besseren mechanischen Eigenschaften zu schaffen.

Bisher ging man davon aus, dass: bis 400 °C: Einsatz unlegierter und Mangan-legierter Stähle möglich

bis 550 °C: Einsatz Mo(-V) legierter Stähle

bis 600 °C: Einsatz mit Cr hochlegierter, zunderbeständiger Stähle

> 600 °C: Einsatz hochlegierter, austenitischer Cr-Ni-Stähle - hochlegierte Stähle sind allerdings teuer.

Ein überraschend zunderfester und niedrig legierter Stahl wurde in der EP2617855 A2 offenbart. Dieser Stahl verwendet im Wesentlichen die folgenden Legierungsanteile unter Zusatz von Chrom: - 0,3 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff;

- 2,0 bis 5 Gew.-% Silizium;

- 0,9 bis 1,2 Gew.% Cr

- 0,6 - bis 0,9 Gew.% Mn

Max. 0,025 Gew.% P

Max, 0,035 Gew.% S

0,02 - 0,04 Gew.% Ti

0,001 - 0,006 Gew.% B

Rest Eisen sowie bis 0.5 Gew.% Verunreinigungen.

Er hat zufriedenstellende Eigenschaften und ist insbesondere zunderfest, ist jedoch für einige Spezialanwendungen, bei denen chemische Angriffe bei erhöhter Temperatur auf seine Oberfläche stattfinden, noch verbesserungsfähig.

Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zunderbeständigkeit von niedrig legierten Vergütungsstählen bei thermisch hochbelastbaren Stahlteilen auch in chemisch aggressiver Umgebung weiter zu verbessern.

Die Aufgabe wird überraschenderweise durch den legierten Stahl mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie daraus hergestellte Bauteile gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung bezieht sich demzufolge auf einen recht gering legierten Stahl mit den Legierungsanteilen;

- 0,3 - 0,50 Gew.-% Kohlenstoff; bevorzugt 0,35 - 0,4 Gew.% C

- 2,0 - 5,0 Gew. -% Silizium; bevorzugt 2,5 - 4 Gew.% Si

- 2,0 - 9,0 Gew.% Cr, bevorzugt 3,0 - 7 Gew.% und besonders bevorzugt 4 - 6 Gew.% Cr,

0,5 - 0,9 Gew.% Mn, bevorzugt 0,6 bis 0,8 Gew.% Mn und insbesondere 0,7 - 0,8 Gew.% Mn

Rest Eisen sowie bis 0,5 Gew.% Verunreinigungen.

In einigen Fällen ist die Zulegieurung geringer Mengen von Titan und/oder Niob und B zwecks Abfangen des Kohlenstoffs und Erhöhung der Härte sinnvoll, so dass sich eine Stahllegierung folgender Zusammensetzung bildet: - 0,3 bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff;

- 2,0 bis 5,0 Gew.-% Silizium;

- 2,0 bis 9 Gew.% Cr

- 0, 15 bis 0,3 Gew.% Mo

- 0,5 bis 0,9 Gew.% Mn

- 0,02 bis 0,06 Gew.% (Ti + Mb)

- 0,001 bis 0,006 Gew.% B

Rest Eisen sowie bis 0,5 Gew.% Verunreinigungen.

Die erfindungsgemässen Stähle enthalten zumindest 92,00 Gew.-% Eisen, bevorzugt zumindest 96,00 Gew.-% Elsen.

Es ist günstig, wenn Verunreinigungen und unvermeidbaren Elemente jeweils in Konzentrationen von unter 0,10 Gew.-%, bevorzugt unter 0,05 Gew.-% vorliegen.

Eine typische Anwendung ist in Säureangriffen ausgesetzten Bauteilen, wie Allesbrennern und Dieselmotoren, welche mit ungereinigten Treibstoffen betrieben werden (bspw. nicht entschwefelten Diesel). In diesen Maschinenkomponenten kann er mit einer Zugfestigkeit von > 950 - 1250 [MPa], einer Streckgrenze (Mpa)von >7Q0 bis etwa 770; einer Bruchdehnung > 10% und einer Zunderbeständigkeit von ca 600°C bis ca 650° C und mehr überzeugen.

Typische derartige Bauteile sind Maschinenkomponenten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kolben, auch für Verbrennungsmotoren, Kurbelwellen, Pleuel, Lenkungsteilen, Ventilteile, Förderbandteile insbesondere für warme Teile; aber auch Kraftwerksbauteile; Befestigungsteile für warmfeste Bereiche, Dampfturbinenteile, Brennkammerteile für Gas- oder Ölbrenner; Abgasanlagen und deren Teile;

Baggerschaufeln, Dispersionspumpen, wie Betonpumpen und Kratzförderer.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Stahls ist in Bereichen möglich, wo hohe Abriebfestigkeit/Härte mit guter Umformbarkeit und Widerstandsfähigkeit besonders gegen Oxidation erwünscht ist. Dies sind typische Verhältnisse, wie sie bei

Förderanlagen für Bergbau und chemische Erzeugnisse auftreten. Die Kosten für den erfindungsgemässen Stahl sind aufgrund des vermehrten Zusatzes von Cr nur unwesentlich höher als die von 42CrMo4, wobei aber gleichzeitig eine erhebliche Erhöhung der Oxidationsfestigkeit auftritt. Die Streckgrenze sowie die Zugfestigkeit erhöht sich um etwa 200 Mpa bei den erfindungsgemässen Stählen mit Cr-Gehalten > 2 Gew.% gegenüber dem bekannten 42CrMo4, einhergehend mit einer leichten Verringerung der Bruchdehnung. Die Bearbeitung verändert sich nicht und kann mit den üblichen Werkzeugen und Verfahren durchgeführt werden.

Ein typischer erfindungsgemäßer Stahl hat eine Zusammensetzung von.

Chemische Zusammensetzung (Gew.%) Min Max

C 0,38 0,45

Cr 2,0 9,0

Mo 0 0,3

Mn 0,5 0,9

Ti 0,00 0,04

Nb 0,00 0,04

Si 3,0 6,0

B 0,002 0,005

Die gegenüber 42CrMo4 neu eingeführten Legierungsbestandteile haben folgende Wirkungen:

Silizium

Es erhöht die Zunderbeständigkeit, ist ein Mischkristallhärter und behindert die Carbid- Bildung. Es macht die Schmelze bei der Stahlherstellung dünnflüssiger und wirkt auch als Reduktionsmittel. Schließlich erhöht es die Zugfestigkeit, die Streckgrenze und die Zunderbeständigkeit und wirkt ferritstabilisierend. Ein zu hoher Zusatz verringert die Formbarkeit der Legierung.

Titan

Titan verhindert in Eisenlegierungen die interkristalline Korrosion durch TiC-Bildung. Der starke Nitridbildner (Titan) dient u.a. zum Schutz von Bor durch Reaktion mit Stickstoff. Zum Beispiel tritt dann, wenn Stickstoff mit Titan fixiert ist, zufriedenstellende Härtbarkeit im Temperaturbereich bis 1000 ° C auf, wenn der Stahl etwa 5-20 ppm Bor enthält. Ti wird zur Reduktion des Stahls und zur Fixierung von C und N als TiC be- ziehungsweise TiN verwendet. Der Ti-Gehalt muss deshalb mindestens 0,02% betragen. Da jedoch die Wirkung der Ti-Zugabe von Ti gesättigt ist, wenn der Ti-Gehalt über 0,08% steigt, wird die obere Grenze des Ti-Gehalts auf 0,08% definiert. Das Titan ist ein starkes Reduktionsmittel und bildet stabile Oxide, Karbide, Nitride und Sulfide.

Niob

Niob wirkt - ähnlich wie Titan - als starker Karbid- und Nitridbildner und dient hier insbesondere zum Schutz des Bors vor der Reaktion mit Stickstoff. Es kann Titan ersetzen öder ergänzen.

Bor

Bor erhöht die Streckgrenze und Festigkeit des Stahls, selbst bei Zusatz in geringsten Mengen. Es wirkt dabei auch als Neutronenabsorber und macht den Stahl für Kernkraftswerks- und ähnliche Anwendungen geeignet. Der Zusatz von Bor in einer Menge von bis zu 0,01% auf austenitischen Stählen verbessert auch ihre hohe Temperaturbeständigkeit. Bor-Stähle sind hochwertige Kaltumformstähle. Die basische Wirkung von Bor in Stahl zeigt sich in der Verbesserung der Härtbarkeit, was sich bereits bei einer sehr geringen Konzentration von 0,0010% Bor, auswirkt. Auch in der geringen Menge bis 100 ppm, erhöht Bor die Härtbarkeit mehr als andere, teurere Elemente, die in viel größeren Mengen eingesetzt werden müssen

Ein herausragendes Merkmal der Bor-Stähle ist die Verbesserung der Härtbarkeit durch die Zugabe von selbst winzigen Mengen Bor. zwischen 3 und 15 ppm. Die Menge Bor ist kritisch, denn eine übermäßige Menge von Bor (> 30 ppm) kann die Zähigkeit senken, zum Verspröden und Warmbrüchigkeit führen. Der Einfluss von Bor auf Härtbarkeit hängt auch von der Menge an Kohlenstoff im Stahl ab, wobei die Wirkung von Bor sich umgekehrt proportional zum Prozentsatz des vorhandenen Kohlenstoffs erhöht.

Bor kann auch unwirksam sein, wenn dessen Zustand durch fehlerhafte Wärmebehandlung verändert wird. Zum Beispiel muss eine hohe Austenitisierungstemperatur sowie Temperaturbereiche, in denen bestimmte Bor-Präzipitate auftreten, vermieden werden. Generell ist die Härtbarkeit von Stahl in hohem Maße auf das Verhalten von Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff in Stahl zurückzuführen. Bor reagiert mit Sauerstoff zu Boroxid (B 2 0 3) ; mit Kohlenstoff zu Eisen Borcementit (Fe 3 (CB)) und Eisen Borcarbid (Fe 2 3(CB) 6 ) und mit Stickstoff zu Bornitrid (BN) . Ein Verlust von Bor kann durch Sauerstoff erfolgen, Die Härtbarkeit von Bor-Stahl steht auch eng mit austentisierenden Bedingungen im Zusammenhang und fällt in der Regel durch Erhitzen über 1000° C. Bor- Stähle müssen auch bei einer niedrigeren Temperatur als andere Legierte Stähle gleicher Heilbarkeit temperiert werden.

Die erfindungsgemässen Stähle werden für viele Anwendungen eingesetzt, wie verschleißfestes Material und als hochfester Stahl-. Beispiele hierfür sind Stanz-Werk- zeuge, Spaten, Messer, Sägeblätter, Sicherheitsträger in Fahrzeugen etc.

Bor Stähle sind angezeigt, wenn die Grundmasse die mechanischen Anforderungen (Zähigkeit, Versehleißfestigkeit, etc.) erfüllt, aber die Härtbarkeit nicht für die vorgesehene Abschnitts Größe ausreicht. Anstatt Forderung nach einem höher legierten und damit teureren Stahl, kann ein Benutzer entsprechende Bor-Mengen einsetzen, wodurch eine geeignete Härtbarkeit erzielt wird.

Besondere Vorteile der erfindungsgemässen Stähle sind eine gute Kaltumformbarkeit, verlängerte Werkzeugstandzeiten für daraus hergestellte Werkzeuge, verbesserte Schweißbarkeit aufgrund der niedrigen Kohlenstoff-Äquivalente, geringere Anlasstemperaturen. Dadurch resultieren Einsparungen an Energie und gute Einsatzhärten.

Der erfindungsgemäße Stahl mit dem gegenüber 42CrMo4 stark erhöhten Chrom-Gehalt ist noch dazu erheblich säurefester - auch bei höheren Temperaturen. Daher eignet er sich besonders u.a. zur Auskleidung von Brennkammern, in denen Schwefelhaltige Brennstoffe (Diesel, Naphta etc.) verbrannt werden oder für Behältnisse jeglicher Art, in denen saure Verbindungen auftreten (S02-Leitungen, etc.). Klassische Anwendungsgebiete sind auch sog. Allesbrenner oder Motoren, die in Spezialfahrzeugen mit allen Brennstoffen laufen können sollen

Qxidationsversuch:

Vergleichsstahl nach EP2617855A MCG3:

0,4 Gew.% G+ 1.0 Gew.% Cr+ 0,2 Gew.% Mo +0,8 Gew.%Mn + 4%Si + 0,04Gew.%Ti + 0,005 B, Rest Eisen und 0,05 Gew.% Verunreinigungen = MCG3 Erfindungsgemäßer Stahl MCG35

0,4 Gew.% C+ 3.6 Gew.% Cr + 0,2 Gew.% Mo +0,8 Gew.% Mn + 4%Si +

0,04Gew.%Ti + 0,005 B, Rest Eisen und 0,05 Gew.% Verunreinigungen = MCG35 Es sollte das Verhalten der beiden Werkstoffe MCG 35 und MCG3 bei einem

Oxidationsversuch gegenübergestellt werden.

Es wurden Proben der Form 30x30x2 mm3 aus jedem Werkstoff gefertigt und bei verschiedenen Temperaturen jeweils 2h einer Sauerstoffatmosphäre im Ofen ausgesetzt. Um das Verhalten der Werkstoffe zu vergiiechen, wurde das Gewicht der Proben vor und nach der oxidativen Wärmebehandlung teestimmt.

Die Gewichtszunahme zeigt die Oxidation an:

PROBE T(°C)/h Gewicht vor Gewicht nach Zunahme(g) Zunahme (%) MCG 35 500°C/2h 17,6936g 17,6941g 0,0005 0,002825881 MCG3 500°C/2h 16,0558 16,0563 0,0005 0,003114139

MCG35 550°C/2h 15,7848 15,7849 0,0001 0,000633521 MCG3 550°C/2h 16,6726 16,6728 0,0002 0,001199573

MCG35 600°C/2h 18,2617 18,2619 0,0002 0,001095188 MCG3 600°C/2h 16,5440 16,5445 0,0005 0,003022244

MCG35 650°C/2h 16,7342 16,7343 0,0001 0,000597579 MCG3 650°C/2h 16,2336 16,2361 0,0025 0,015400158

Deutlich ist erkennbar, dass der Chrom-ärmere bekannte MCG3 bei erhöhten Temperaturen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre stärker an Gewicht zunimmt /oxidiert.

Ausführungsbeispiel

Ein gegossener Stahlknüppel aus dem erfindungsgemäßen Stahl der Zusammensetzung: 0,5 Gew. -% Kohlenstoff; 3,0 Gew.-% Si, 7 Gew.% Cr; 0,15 Gew.% Mo; 0,75 Gew.% Mn; 0,03 Gew.% Ti, 0,02 Gew.% Nb und 0,005 Gew.% B wird in einem Schmiedeverfahren bei 1150°C zu einem Kolben geschmiedet. Dieser so hergestellte Kolben wird in üblicher Weise als Brennkammer für einen Schiffsdieselmotor für schwefelhaltige Brennstoffe eingesetzt.

Nach einer mehrmonatigen Brenndauer mit nicht entschwefeltem Diesel zeigte sich im Brennbereich/Zündbereich keine Verzunderung der Stahloberfläche des Kolbens. Ein aus 42CrMoS4 hergestellter identischer Kolben wies demgegenüber bereits nach 70% dieser Laufzeit bei Verwendung des gleichen Treibstoffs deutliche Verzunderungs-spu- ren auf.

Die Erfindung bezieht sich somit auch auf Maschinenkomponenten oder Bauteile mit einer Zugfestigkeit von über 1000 [MPa] für wechselnde, mechanische Belastungen bis zu einer Temperatur von mindestens 650°C, gebildet aus der thermisch vergüteten Stahllegierung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf Motor- und/oder Antriebskomponenten von Fahrzeugen. Aber auch andere Maschinenkomponenten mit wechselnder, mechanischer und thermischer Beanspruchung werden in der modernen Technik in zunehmendem Maß höher, bis an die Grenzen des jeweiligen Materialwiderstandes, belastet. Insbesondere trifft dies für Motoren zu, weil die dadurch erreichten Gewichtsverminderungen auch für Einsparungen von Treibstoffen und dgl. nutzbar sind .

Von den Werkstoffen, aus welchen diese Komponenten gebildet sind, werden im thermisch vergüteten Zustand hohe Werte für das Eigenschaftsprofil Zähigkeit, Festigkeit und Duktilität verlangt, weil diese Eigenschaftswerte für eine dimensionale Auslegung der Teile von entscheidender Bedeutung sind. Begründet durch Versagen von Teilen im Langzeitbetrieb sind, wie evident wurde, auch die Eigenschaften der Materialermüdung zu berücksichtigen, um eine hohe Betriebssicherheit zu erreichen.

Für Teile mit bedeutender, mechanischer Wechselbelastung im Bahn-, Automobil- und Luftfahrtbereich werden nun die erfindungsgemässen niedrig legierten Vergütungsstähle in vorteilhafter Weise verwendet. Eine Verwendung von Stahllegierungen mit einer Zusammensetzung entsprechend jener von Vergütungsstählen der vorher genannten Art hat sich für eine Herstellung von hoch beanspruchten Maschinenkomponenten bewährt, wobei ihre Ermüdungseigenschaften sowie thermische Beständigkeit ausreichend für eine mechanische Wechselbelastung im Grenzwertbereich der eingesetzten Werkstoffe sind. Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich exemplarisch und dem Fachmann geläufige Variationen fallen ebenfalls unter den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert ist.