Heat Treatment, Microstructure, Hardness and Corrosion Resistance of Martensitic Stainless Steel X65Cr13 (1.4037)
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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)
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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)
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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
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