Heat Treatment, Microstructure, Hardness and Corrosion Resistance of Martensitic Stainless Steel X65Cr13 (1.4037)
-
P. Rosemann
,
P. Sieber
Abstract
The corrosion resistance of martensitic stainless steels is influenced by the alloy composition and the heat treatment. It is known that the proportion of chromium carbides in the microstructure and the resulting hardness are influenced by the heat treatment (austenitization temperature and duration, cooling rate, deep freezing, tempering temperature). The connection between carbon content, the exact heat treatment parameters and corrosion resistance of martensitic stainless steels with 13 wt.% chromium is only known for lower carbon contents (X20Cr13, X46Cr13). This paper is therefore dedicated to the steel X65Cr13, which is used in particular for razor blades. Materials research results are presented that show the influence of hardening on microstructure, hardness and corrosion resistance. It is shown that the steel X65Cr13 has only limited corrosion resistance due to its high carbon content, which can be attributed to the presence of chromium carbides and local chromium depletion in the microstructure. It is also clear that higher austenitizing temperatures and durations as well as high cooling rates lead to an improvement in corrosion resistance. However, this approach also causes retained austenite, which still has to be converted into martensite by deep freezing after quenching.
Kurzfassung
Die Korrosionsbeständigkeit martensitischer nichtrostender Stähle wird durch die Legierungszusammensetzung und die Wärmebehandlung beeinflusst. Der Anteil an Chromkarbiden im Gefüge und die Härte werden durch die Wärmebehandlung (Austenitisierungstemperatur und -dauer, Abkuhlgeschwindigkeit, Tiefkühlung, Anlasstemperatur) beeinflusst. Der Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffgehalt, den genauen Wärmebehandlungsparametern und der resultierenden Korrosionsbeständigkeit von martensitischen nichtrostenden Stählen mit 13 Gew.-% Chrom ist bisher nur für geringere Kohlenstoffgehalte (X20Cr13, X46Cr13) hinreichend untersucht. Diese Veröffentlichung widmet sich daher dem Stahl X65Cr13, welcher insbesondere für die Herstellung von Rasierklingen genutzt wird. Es werden werkstofftechnische Forschungsergebnisse vorgestellt, die den Einfluss vom Härten auf Gefüge, Härte und Korrosionsbeständigkeit aufzeigen. Es wird gezeigt, dass der Stahl X65Cr13 auf Grund seines hohen Kohlenstoffgehaltes nur bedingt korrosionsbeständig ist, was auf die Anwesenheit von Chromkarbiden und lokaler Chromverarmung im Gefüge zurückgeführt werden kann. Höhere Austenitisierungstemperaturen und -dauern sowie hohe Abkühlgeschwindigkeiten führen zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Dieser Ansatz bewirkt aber den Verbleib von Restaustenit, welcher durch Tiefkühlen noch in Martensit umgewandelt werden muss.
Funding statement: Funded by the German Research Foundation (DFG) – project number 498129749 (INST 436/16-1 – scanning electron microscope) and project number 426603139 (INST 272/281-1 FUGG – X-ray diffractometer)
Funding statement: Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 498129749 (INST 436/16-1 – Rasterelektronenmikroskop) und Projektnummer 426603139 (INST 272/281-1 FUGG – Röntgendiffraktometer)
-
Contributions by the authors (CRediT):
Paul Rosemann: Writing original draft, conception, supervision, resources, analysis, visualization, project management; Philipp Sieber: Investigations (heat treatment, EPR, hardness, metallography, microscopy), data curation, visualization; Luca David Kukuk: Investigations (pitting corrosion potentials), validation (EPR), data curation, visualization; Saskia Roßberg: Investigations (SEM), visualization, correction and revision; Ulf Betke: Investigations (XRD), analysis (Rietveld); Sebastian Hütter: Analysis (ThermoCalc); Peter Jakob: Investigations (metallography, microscopy); Konrad Sehnert: Validation (hardness)
-
Beiträge der Autoren (CRediT):
Paul Rosemann: Originalentwurf schreiben, Konzeption, Betreuung, Ressourcen, Analyse, Visualisierung, Projektleitung; Philipp Sieber: Untersuchungen (Wärmebehandlung, EPR, Härte, Metallographie, Mikroskopie), Datenkuration, Visualisierung; Luca David Kukuk: Untersuchungen (Lochkorrosionspotentiale), Validierung (EPR), Datenkuration, Visualisierung; Saskia Roßberg: Untersuchungen (REM), Visualisierung, Korrektur und Überarbeitung; Ulf Betke: Untersuchungen (XRD), Analyse (Rietveld); Sebastian Hütter: Analyse (ThermoCalc); Peter Jakob: Untersuchungen (Metallographie, Mikroskopie); Konrad Sehnert: Validierung (Härte)
* Vortrag gehalten von Prof. Dr.-Ing. Paul Rosemann auf dem 79. HärtereiKongress (HK), 25.–26. Oktober 2023 in Köln
References
1 Rosemann, P.; Müller, Th.; Babutzka, M.; Heyn, A.: Qualitätsbewertung von Schneidwaren durch Kurzzeit-Korrosionsprüfung. HTM J. Heat. Treatm. Mat. 68 (2013) 5, pp. 224−235, DOI:10.3139/105.11019510.3139/105.110195Suche in Google Scholar
2 Heyn, A.; Goebel, M.: Kurzzeit-Korrosionsprüfung von Schneidwaren auf Basis der Erfassung und Bewertung elektrochemischer Rauschsignale. HTM J. Heat. Treatm. Mat. 64 (2009) 3, pp. 171−175, DOI:10.3139/105.11002010.3139/105.110020Suche in Google Scholar
3 Rosemann, P.; Kauss, N.; Müller, C.; Halle, T.: Influence of solution annealing temperature and cooling medium on microstructure, hardness and corrosion resistance of martensitic stainless steel X46Cr13. Mater. Corros. 66 (2015) 10, pp. 1068−1076, DOI:10.1002/maco.20140808110.1002/maco.201408081Suche in Google Scholar
4 Truman, J. E.: Corrosion Resistance of 13 % Chromium Steels as Influenced by Tempering Treatments. Br. Corros. J. 11 (1976) 2, pp. 92–9610.1179/000705976798320124Suche in Google Scholar
5 Hidalgo, P. J.: Pitting corrosion of martensitic cutlery steels. Surf. Technol. 10 (1980) 3, pp. 193−208, DOI:10.1016/0376-4583(80)90075-810.1016/0376-4583(80)90075-8Suche in Google Scholar
6 Heyn, A.; Burkert, A.; Göllner, J.: Einfluss des Oberflächenzustandes auf die Initiierung örtlicher Korrosion. 3-Länder-Korrosionstagung „Korrosion nichtrostender Stähle – Auf die Oberfläche kommt es an!“, 24.–25.04.2008, Vienna, Austria, Gesellschaft für Korrosionsschutz e.V., Frankfurt/M., 2008, pp. 46–54Suche in Google Scholar
7 Burkert, A.; Schilling, K.; Heyn, A.: Einfluss der Schleifbehandlung auf das Korrosionsverhalten von Chrom-Nickel-Stählen. Mater. Corr. 55 (2004) 10, pp. 787– 793, DOI:10.1002/maco.20040381710.1002/maco.200403817Suche in Google Scholar
8 Bierwirth, M.; Goellner, J.; Heyn, A.: The factor time at the formation and development of the passive layer in the atmosphere, Mater. Corr. 58 (2007) 12, pp. 946– 952, DOI:10.1002/maco.20070408710.1002/maco.200704087Suche in Google Scholar
9 Rosemann, P.: Einfluss der Wärmebehandlung auf die Korrosionsbeständigkeit martensitischer nichtrostender Stähle. Dissertation, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, 2017, DOI:10.2370/978384405404010.2370/9783844054040Suche in Google Scholar
10 Rosemann, P.; Müller, Th.; Babutzka, Th.; Heyn, A.: Influence of microstructure and surface treatment on the corrosion resistance of martensitic stainless steels 1.4116, 1.4034 and 1.4021. Mater. Corr. 58 (2015) 1, pp. 45–53, DOI:10.1002/maco.20130727610.1002/maco.201307276Suche in Google Scholar
11 Müller, T.; Heyn, A.; Babutzka, M.; Rosemann, P.: Examination of the influence of heat treatment on the corrosion resistance of martensitic stainless steels. Mater. Corr. 58 (2015) 7, pp. 656–662, DOI:10.1002/maco.20140786110.1002/maco.201407861Suche in Google Scholar
12 Bäumel, A.; Carius, C.: Zusammenhang zwischen Anlassbehandlung und Korrosionsverhalten von härtbaren nichtrostenden Chromstählen. Archiv Eisenhüttenwes. 32 (1961) 4, pp. 237–249, DOI:10.1002/srin.19610321210.1002/srin.196103212Suche in Google Scholar
13 Bäumel, A.: Korrosionsverhalten nichtrostender Vergütungsstähle mit rund 13 % Chrom. Mater. Corr. 18 (1967) 4, pp. 289–302, DOI:10.1002/maco.1967018040210.1002/maco.19670180402Suche in Google Scholar
14 Schilling, K.: Selektive Korrosion hochlegierter Stähle. Dissertation, Otto von Guericke Universität Magdeburg, 2005. – ISBN: 978-3-8322-4469-9Suche in Google Scholar
15 Schultze, S.: Selektive Korrosion von Duplexstahl. Dissertation, Otto von Guericke Universität Magdeburg, 1999. – ISBN: 978-3826563676Suche in Google Scholar
16 Rosemann, P.; Müller, C.; Kauss, N.; Halle, T.: Einfluss der Wärmebehandlung auf die Korrosionsbeständigkeit von Schneidwaren, HTM J. Heat. Treatm. Mat. 72 (2017) 2, pp. 87–98, DOI:10.3139/105.11031710.3139/105.110317Suche in Google Scholar
17 Babutzka, M.; Heyn, A.; Rosemann, P.: Influence of austenitizing and tempering on the corrosion behavior and sensitization of martensitic stainless steel X50CrMoV15. Mater. Corr. 69 (2018) 10, pp. 1338–1349, DOI:10.1002/maco.20181017010.1002/maco.201810170Suche in Google Scholar
18 Heyn, A.; Rosemann, P.: Quantitative evaluation of global and local chromium contents with the EPR test on ferritic and martensitic stainless steels. Symposium on Materials and Joining Technology, 07.–08.09.2020, Magdeburg, Germany, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 882, 2020, 012009, DOI: 10.1088/1757-899X/882/1/012009, open access10.1088/1757-899X/882/1/012009Suche in Google Scholar
19 Berns, H.; Karlsohn, M.; Schmalt, F.; Trojahn, W.: Steigerung der Härte nicht-rostender martensitischer Stähle. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung 59 (2004) 2, pp. 87–97, DOI:10.3139/105.10027710.3139/105.100277Suche in Google Scholar
20 Krasokha, N.; Berns, H.: Konzept zur Verbesserung der Meerwasserbeständigkeit von Wälzlagerstahl. Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 44 (2013) 6, pp. 547–554, DOI:10.1002/mawe.20130008910.1002/mawe.201300089Suche in Google Scholar
© 2024 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston, Germany
Artikel in diesem Heft
- Contents / Inhalt
- Integration of Artificial Intelligence into Metallography: Area-wide Analysis of Microstructural Components of a Jominy Sample
- Heat Treatment, Microstructure, Hardness and Corrosion Resistance of Martensitic Stainless Steel X65Cr13 (1.4037)
- Welding Processing of Medium-Manganese Austenitic Steels for Cryogenic Applications
- Imprint / Impressum
- Imprint / Impressum
- From and for Practice / Praxis-Informationen
- AWT-Info / HTM 01-2024
- HTM Praxis
Artikel in diesem Heft
- Contents / Inhalt
- Integration of Artificial Intelligence into Metallography: Area-wide Analysis of Microstructural Components of a Jominy Sample
- Heat Treatment, Microstructure, Hardness and Corrosion Resistance of Martensitic Stainless Steel X65Cr13 (1.4037)
- Welding Processing of Medium-Manganese Austenitic Steels for Cryogenic Applications
- Imprint / Impressum
- Imprint / Impressum
- From and for Practice / Praxis-Informationen
- AWT-Info / HTM 01-2024
- HTM Praxis
