DE1303236B

DE1303236B -

Info

Publication number: DE1303236B
Application number: DE1965S0095157
Authority: DE
Original assignee: Sandvikens Jernverks AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1964-01-29
Filing date: 1965-01-26
Publication date: 1971-06-24
Also published as: SE312240B; US3337331B1; US3337331A; JPS4935486B1; GB1089824A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND C 22 c, 39/22

DEUTSCHES

PATENTAMT DeutscheKl.: 40 b, 39/22

Auslegeschrift 1 303 236

Ausstellungspriorität: — Aktenzeichen: P 13 03 236.5-24 (S 95157) Anmeldetag: 26. Januar 1965

Offenlegungstag: —
Auslegetag: 24. Juni 1971

Unionspriorität

Datum:

Land:

Aktenzeichen:

29. Januar 1964

Schweden

1059

Bezeichnung:

Zusatz zu:
Ausscheidung aus:
Anmelder:

Verwendung einer ferritisch-austenitischen Chrom-Nickel-Stahl-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von gegen Spannungskorrosion und Lochfraßkorrosion beständigen Gegenständen

Sandvikens Jernverks AB, Sandviken (Schweden)

Vertreter:

Willrath, H.-H., Dr., Patentanwalt, 6200 Wiesbaden

Als Erfinder benannt: Ljungberg, Lars Gustav Frederik, Sandviken (Schweden)

Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften:

OE-PS 146 720 / ^Λ , ' - " χ >C .??Αό

Houdremont, »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 1956, S. 783/784

CO <N CO O CO

© 6.71 109 526/102

Die Erfindung befaßt sich mit einer ferritischaustenitischen Chrom-Nickel-Stahl-Legierung von hoher Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion und Lochfraßkorrosion bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit und guter plastischer und spanabhebender Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit.

Unter den zahlreichen korrosionsfesten Chrom-Nickel-Stahl-Legierungen wurde für Gegenstände, die besondere Festigkeitseigenschaften, insbesondere eine hohe Schwingungsfestigkeit besitzen müssen, bzw. hohe Beständigkeit gegen Brüchigwerden durch interkristalline Korrosion aufweisen sollen, eine chemisch neutrale Chrom-Nickel-Stahl-Legierung mit bis 1% Kohlenstoff, 6 bis 40% Chrom, 40 bis 4% Nickel und 0,3 bis 5% Silicium, Titan, Vanadium, Molybdän, Mangan und/oder Aluminium beschrieben, die neben Austenit auch Ferrit enthält. Als bestimmte Analysen werden genannt: Etwa 0,13% Kohlenstoff, 1% Silicium, 0,73%Mangan, 9,7% Nickel, 17,9% Chrom und 2,2% Titan, sowie 0,12% Kohlenstoff, 2,13% Silicium, 0,63% Mangan, 7,08% Nickel und 21,4% Chrom. Diese beiden Legierungen sind wegen des Fehlens von Molybdän nicht beständig gegen Lochfraßkorrosion und wegen der austenitischen Grundmasse nicht beständig gegen Spannungsrißkorrosion. Um einen für die Zwecke der Erfindung verwendbaren Chrom-Nickel-Stahl zu erhalten, genügt es auch nicht, Molybdän in dem weiten Bereich von 0,3 bis 5% zuzusetzen.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß für diesen Zweck eine ferritisch-austenitische Legierung mit ziemlich hohem Chromgehalt und erheblichem Molybdängehalt erforderlich ist, wobei auch der Siliciumgehalt beträchtlich sein muß; denn das Silicium wirkt als teilweiser Ersatz des Chromes passivierend und damit korrosionsverhindernd, was gerade bei hohem Molybdängehalt wichtig ist, weil Molybdän die Neigung zur Bildung der versprödenden Sigma-Phase steigert. Andererseits ist ein erhöhter Molybdängehalt erwünscht, weil er die Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraßkorrosion beispielsweise in chloridhaltigen Lösungen erhöht. Durch Ersatz eines Teils des Chroms durch Silicium ist es aber andererseits möglich, einen Molybdängehalt anzuwenden, der höher als bisher bei solchen Stählen üblich ist, ohne daß die Neigung zur Bildung von Sigma-Phase zunimmt.

Im Rahmen der vorstehend genannten Legierungsbereiche wurde unter der Werkstoff-Nr. 1.4460 ein Chrom-Nickel-Stahl mit bis zu 0,10% C, ferner 0,45% Si, 0,45% Mn, 26% Cr, 5% Ni und 1,5% Mo entwickelt und in »SANDVIK 10 RE 21« vom Jahre 1963 beschrieben, der eine hinreichende Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraßkorrosion sowie in einem gewissen Umfang gegen Spannungsrißkorrosion besitzt, aber der vor allem eine hohe Empfindlichkeit für Versprödung in Temperaturbereich 425 bis 525°C und auch im Vergleich zu den austenitischen rostbeständigen Stählen, eine schlechte Duktilität oder Verformbarkeit besitzt, was die Verwendung dieses Stahls in chemischem Apparatebau stark erschwert.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, die dem vorstehend genannten Chrom-Nickel-Stahl noch für die Verwendungszwecke der Erfindung anhaftenden Mängel zu beseitigen und insbesondere gleichzeitig eine Beständigkeit gegen Spannungskorrosion und Lochfraßkorrosion bei fehlender Anlaßsprödigkeit zu erzielen.

Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung einer ferritisch-austenitischen Chrom-Nickel-Stahl-Legierung, bestehend aus 0,008 bis 0,15% Kohlenstoff, 15,0 bis 22,0% Chrom, 3,0 bis 8,0% Nickel, 1,0 bis 4,0% Silicium, 0 bis 2,5% Mangan, 2,0 bis 4,0% Molybdän, bis 1,5% Titan, Tantal und/oder Niob, Rest Eisen, mit der Maßgabe, daß der Stahl 40 bis 90 Volumprozent Ferrit enthält und der Rest aus Austenit besteht, als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen, die beständig gegen Spannungskorrosion und Lochfraßkorrosion sein müssen, die keine Anlaßsprödigkeit, insbesondere nach Wärmebehandlung oder anderen kurzfristigen Aufheizungen wie beim Schweißen, innerhalb des Temperaturbereiches von 425 bis 525°C zeigen dürfen, und die gleichzeitig hohe Zugfestigkeit, gute spanabhebende Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit aufweisen müssen.

Vorzugsweise verwendet man gemäß der Erfindung eine solchen Stahl mit 0,008 bis 0,030% Kohlenstoff, 16 bis 21% Chrom, 3 bis 8% Nickel, 1,4 bis 2,0% Silicium, 0,5 bis 2,0% Mangan, 2,0 bis 3,2% Molybdän und bis 1,5% Titan, Tantal und/oder Niob, Rest Eisen.

Ein Stahl einer solchen Zusammensetzung besitzt hohe Korrosionsfestigkeit gegen Lochfraß sowie gegen Lösungen von nicht oxydierendem Charakter, wie z. B. Ameisensäure, Oxalsäure und Schwefelsäure, und seine Neigung zur Versprödung im Temperaturbereich von 425 bis 525°C, die sogenannte 475°C-Brüchigkeit, ist sehr gering, und die Bildung der Sigma-Phase innerhalb des Temperaturbereiches von 550 bis 850° C ist sehr stark verzögert.

Um die vorteilhaften Eigenschaften zu erzielen, die für die Gegenstände nach der Erfindung bezeichnend sind, sollen sie aus einer Stahllegierung gefertigt werden, die durch Abschrecken von einer Temperatur von 900 bis 1025⁰C geglüht ist und eine Zusammensetzung innerhalb der oben angegebenen Grenzen hat. Von besonderer Bedeutung in diesem Zusammenhang und für die Erfindung wesentlich sind die Kombination des hohen Molybdängehaltes in der Legierung und des Ferritanteiles von 40 bis 90 °/₀, während der Rest aus Austenit besteht. Im besonderen aber soll gemäß der Erfindung der Ferritanteil mehr als 50% und häufig vorzugsweise mehr als 55% betragen, jedoch 90% nicht überschreiten. Ein geeigneter und zweckmäßiger Wert liegt bei etwa 75%·

Der Zusatz von bis 1,5% Titan, Tantal und/oder Niob, vorzugsweise jedoch nur bis 1,0% empfiehlt sich, wenn der Kohlenstoffgehalt relativ hoch ist, also über 0,030 bis 0,08% beträgt. Der Siliciumgehalt von 1 bis 4% trägt wesentlich zu der Widerstandsfähigkeit gegen verschiedenerlei Korrosion, insbesondere Spannungskorrosion bei und beseitigt außerdem die Neigung zur Anlaßsprödigkeit. Dieser Siliciumgehalt ist größer als bei der erwähnten vorbekannten Legierung mit 26% Chrom, 5% Nickel und 1,5% Molybdän.

Das Silicium kann zu gewissem Grade das Chrom als passivierendes und damit korrosionsverhinderndes Element ersetzen, und in dieser Beziehung hat es sich gemäß der Erfindung gezeigt, daß 1 % Silicium gleichwertig mit 2% Chrom ist. Der Chromgehalt kann jedoch nicht zu stark gesenkt werden, da sonst Martensit statt Austenit gebildet wird. Der Ersatz von Chrom durch Silicium hat die vorteilhafte Wirkung, daß die Anlaßsprödigkeit (Brüchigkeit nach Erwärmen bei 475°C) unterdrückt ist. Auch wird ein weiterer

Claims

Vorteil erzielt, nämlich daß der Ersatz den Chromgehalt vermindert, wodurch die Neigung zur Bildung von Sigma-Phase herabgesetzt wird. Früher ist es schwierig gewesen, die Bildung von Sigma-Phase in rostfesten Stählen von ferritischaustenitischer Struktur und mit mehr als 2% Molybdän zu vermeiden, weil das Molybdän die Neigung zur Bildung der Sigma-Phase steigert. Andererseits ist ein erhöhter Molybdängehalt erwünscht, weil er die Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraßkorrosion, beispielsweise in chloridhaltigen Lösungen, erhöht. Durch Ersatz eines Teiles des Chroms durch Silicium ist es gemäß der Erfindung möglich geworden, einen Molybdängehalt anzuwenden, der höher als in bisher üblichen Stählen ist, ohne daß die Neigung zur Bildung von Sigma-Phase zunimmt. Als Regel nach der Erfindung soll der Siliciumgehalt 1,2%. vorzugsweise 1,4%, überschreiten und in der Regel höchstens 2,8% betragen. Gewöhnlich liegt also die untere Grenze des Siliciumgehaltes bei 1,2 bis 1,4% und die obere Grenze bei 1,9 bis 2,1%. Der hohe Siliciumgehalt trägt somit zur Erzielung eines Chromgehaltes bei, der für einen ferritischaustenitischen Stahl mit gewöhnlich 16 bis 21 % Chrom außergewöhnlich niedrig ist. Die folgende Tabelle gibt Beispiele einiger Legierungen, die im Rahmen der Erfindung zu verwenden sind. Die Legierungen waren eine halbe Stunde lang bei 975°C geglüht und in Wasser abgeschreckt: Ti Si Mn Cr

1. 0,018 0,007 — 1,74 1,44 18,4

2. 0,018 0,009 — 1,61 1,38 18,4

3. 0,018 0,018 0,21 1,94 1,40 20,1

4. 0,044 0,021 — 1,80 1,63 18,7

Ni Mo Nb Ta ^a:^Ptlf^e rJ*™*

in % in °/o

3,4 2,76 — — 90 10

4.7 2,65 — — 55 45
7,0 2,62 — — 60 40

6.8 2,61 0,67 0,05 70 30

Aus der Tabelle geht hervor, daß die Legierungen ausschließlich «-Phase und y-Phase enthielten und daher von anderen Metallphasen frei waren, die in der Regel versprödend sind. Alle diese Legierungen zeigten eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen Spannungskorrosion bei 150 bis 250° C in 0,1 bis l%igen Chloridlösungen. Bei sieben Tage langem Sieden in 10%iger Oxalsäure waren sie unangegriffen, was die allgemeine Korrosionsbeständigkeit beweist.

Ferner waren sie praktisch völlig unanfällig gegen Lochfraßkorrosion in einer l%igen Kaliumchloridlösung bei pH 3 oder einer 7,5%igen Kaliumchloridlösung bei pH 7. Es sei erwähnt, daß entsprechende Versuche in einer Kaliumchloridlösung mit ferritischaustenitischem Stahl mit 26 % Chrom, 5 % Nickel und 1,5% Molybdän eine starke Lochfraßkorrosion ergaben.

Patentansprüche:

1. Verwendung einer ferritisch-austenitischen Chrom-Nickel-Stahl-Legierung, bestehend aus0,008 bis 0,15% Kohlenstoff, 15,0 bis 22,0% Chrom, 3,0 bis 8,0% Nickel, 1,0 bis 4,0% Silicium, 0 bis 2,5% Mangan, 2,0 bis 4,0% Molybdän, bis 1,5% Titan, Tantal und/oder Niob, Rest Eisen, mit der Maßgabe, daß der Stahl 40 bis 90 Volumprozent Ferrit enthält und der Rest aus Austenit besteht, als Werkstoff zur Herstellung von Gegenständen, die beständig gegen Spannungskorrosion und Lochfraßkorrosion sein müssen, die keine Versprödung innerhalb des Temperaturbereiches von 425 bis 525°C zeigen dürfen, und die gleichzeitig hohe Zugfestigkeit, gute spanabhebende und plastische Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit aufweisen müssen.

2. Verwendung einer Chrom-Nickel-Stahl-Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 0,008 bis 0,030% Kohlenstoff, 16,0 bis 21,0% Chrom, 3,0 bis 8,0% Nickel, 1,4 bis 2,0% Silicium, 0,5 bis 2,0% Mangan, 2,0 bis 3,2% Molybdän und bis 1,5% Titan, Tantal und/oder Niob, Res Eisen, für den in Anspruch 1 genannten Zweck