NO131944B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et rustfritt stål som er egnet til støpning og har høy korrosjonsutmatningsstyrke og god sveisbarhet. Et slikt stål egner seg spesielt til støpning av gjen-stander som skipspropeller og vannturbinrotorer.

I den senere tid har tendensen til fremstilling av store skip med høy hastighet fremmet stadig økende alvorlige krav med henblikk på skipspropellkonstruksjon når det gjelder høyere korrosjonsmotstandsdyktighet, høyere motstandsdyktighet overfor kavitasjonsskader og større utmatningsstyrke i korrosive omgivelser slik som sjøvann selv når materialet står under vedvarende påkjenninger.

Videre er fra et reparasjonssynspunkt god sveisbarhet en nødvendighet spesielt for vannturbinrotorer for hvilke det til nå er benyttet 13% kromjoldig martensitisk rustfritt stål, noe man kan til-late seg når det benyttes ferskvann. Hvis i dette tilfelle sveisear-beider er nødvendige, bør det benyttes austenitiske sveiseelektroder på grunn av den dårlige sveibarhet i det 13% kromhoIdige rustfrie stål, men da til en viss grad på bekostning av styrken i basismaterialet.

Når det gjelder skipspropeller til bruk i sjøvann er det tidligere kjent å bruke manganbronse eller nikkelaluminiumbronse med henblikk på støpbarhet, korrosjonsmotstand og bearbeidbarhet. Som nevnt har denne type legeringer ikke lenger en slik anvendelse på grunn av de nevnte, stadig strengere, krav til materiale når det gjelder skipspropeller eller vannturbinmotorer.

Det er tidligere kjent, f.eks. som beskrevet i tysk patent nr. 1.264.07<*>1 å legere stål med aluminium balansert med nitrogen og molybden, men dette gjøres for å redusere faren for rissdannelser ved korrosjon. Kjent stål av denne art består dessuten bare av martensit og riss oppstår når stålet sveises, særlig når det har høyt karboninn-hold og der er legeringsbestanddeler som aluminium, nitrogen og molybden på sin plass.

Ingen av de hittil kejnte rustfrie stål er imidlertid egnet til støpning av skipspropeller eller rotorer for'vannturbiner, -idet et slikt stål må ha en høy korrosjonsutmatningsstyrke og god sveisbarhet. I tillegg til dette er det ønskelig å spare nikkel som. legeringselement samtidig med at stålets seighet økes.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til- et rustfritt stål med høy korrosjonsutmatningsstyrke, høy motstandsevne overfor kavitasjonsskader og en god sveisbarhet sammen med utmerkede mekaniske egenskaper. Et slikt stål er godt egnet som støpe-stål for skipspropeller eller vannturbinrotorer.

Foreliggende oppfinnelse bygger på oppdagelsen at tilsetning av en viss mengde av minst ett av metallene Ti, Nb og Ta i nærvær av molybden i dette stål eliminerer den.negative virkning av karbon og .nitrogen-forbindelser, som igjen forårsaker sprøhet i stålet. De nevnte tilsetninger forbedrer korrosjonsutmatningsstyrken og videre er oppfinnelsen basert på den oppdagelse at en minimal mengde av C og N tjener til å forbedre korrosjonsutmatningsstyrken, at egnede nivåer for Cr og Ni også tjener til å forbedre korrosjonsutmatningsstyrken og sveisbarheten, at en viss mengde Mo også tjener slike formål, at en viss mengde Si fremmer sprøhet og at tilsetningen av mangan i en viss mengde ikke bare gir betydelige innsparinger i forbruket av Ni som legeringselement, men også gir forbedret seighet i stålet.

I henhold til dette gir et rustfritt stål med en sammensetning ifølge oppfinnelsen en høy korrosjonsutmatningsstyrke og utmerket sveisbarhet kombinert med forbedret seighet og innsparing i andelen nikkel som et legeringselement.

Ifølge oppfinnelsen oppnås det således et rustfritt støpe-stål med høy korrosjonsutmatningsstyrke, og stålet karakteriseres ved at det i vekt-55 har en sammensetning på mindre enn 0,07% karbon, mindre enn 0,05% nitrogen, fra 0,1 til 2% silicium, fra 0,1 til 4% mangan, fra 10 til 15% krom, fra 2 til 1% nikkel, fra 0,1 til 3% molybden og tilsammen fra 0,01 til 1,0% av minst ett av metallene titan, niob og tantal, og resten jern sammen med urenheter og/eller tilfeldige bestanddeler, hvor eventuelt en andel av nikkelet kan være erstattet med

kobber, med en struktur som i det vesentlige er martensitisk med et restaustenitisk nivå innen området 10 til 45% og et ferritnivå på under 20%, oppnådd ved normalisering ved temperaturer på 900 til 100°C og deretter anløpning ved fra 550 til 750°C (spenningsglødning).

Videre angår oppfinnelsen en rustfritt støpestål som inneholder fra 0,2 til 2,5% kobber som erstatning for en andel av nikkelet.

Mengden karbon bør begrenses oppad til 0,07%, da karbonnivå-et som går ut over denne øvre grense forringer seigheten i stor grad, når de rustfrie stål ifølge oppfinnelsen støpes og avkjøles langsomt, og samtidig har en negativ virkning på korrosjonsutmatningsstyrken,

korrosjonsmotstandsdyktigheten og sveisbarheten.

Mengden av N bør også begrenses oppad til 0,05%, da det ellers dannes nitrider som deretter forårsaker sprøgjøring og således reduserer korrosj onsutmatningsstyrken.

Mengden av Si kan ligge mellom 0,1 og 2%. Si innarbeides i smeiten under fremstilling av det rustfrie stål som desoksydasjonsmiddel i en mengde over 1,0%. Hvis mengden imidlertid går ut over 2%, forårsaker den sprøgjøring av stålet.

Mangan bør være tilstede i området fra 0,1 til 4%. Et mini-mum på 0,1% mangan er nødvendig som anstenitiseringselement for å forbedre seigheten såvel som å thene som desoksydasjonsmiddel. Nivåer ut over 4% er for høye, da de ikke forårsaker noen ytterligere forbedring i disse egenskaper.

Krom bør begrenses til området fra 10 til 15,00%. Krom er et vesentlig element ved sammensetninger av denne type rustfritt stål og tjener til sterkt å forbedre korrosjonsmotstandsdyktigheten for disse. For å oppnå målet for foreliggende oppfinnelse, dvs. den krevede korrosjonsmotstandsdyktighet i sjøvann eller ferskvann, er det nødvendig at krom er tilstede i en mengde ut over minst 10%, og legeringens korrosjonsmotstandsdyktignet øker med økende krommengder. Krommengder ut over 15,00% er imidlertid skadelige, da de øker sann-synligheten for dannelse av 6-ferrit, noe som forårsaker sprøgjøring av og reduksjon av korrosjonsutmatningsstyrken.

Nikkelnivået bør ligge innen området fra 2.til 7%. Nikkel som et legeringselement tjener som et fremragende austenittdannende element. Minst 3% nikkel er nødvendig for å forbedre seigheten og sveisbarheten. De optimale nikkelnivåer, som øker korrosjonsutmatningsstyrken uten å forringe seigheten, avhenger av kombinasjonen med krom- og molybdenmengdene. F.eks. er ved 13% krom, fra 4,5 til 5,5% nikkel tilstedeværende. Mens krommengden og nikkelmengden kan sies i det vesentlige å være omvendt proporsjonal til hverandre, dvs. hvis kromnivået går ut over 1'3%, vil det optimale nikkelni-vå synke, og omvendt, hvis kromnivået er mindre enn 13%} vil det optimale nivå for nikkel øke. Nikkelnivået ut over 7% øker imidlertid austenittinnhold-et. som igjen fører til at den ønskede korrosjonsutmatningsstyrke ikke oppnås. Nikkelvinåene slik de er definert ovenfor møter kravene for fra 10 til 45% gjenværende austenitt og mindre enn 20% 6-ferrit i for-skjellig^ tilstander, dvs. etter forskjellige behandlinger inkludert varmebehandling, for derved å gi de ønskede mekaniske.egenskaper.

Imidlertid er det fra forsøk funnet at hvis en del av nikkelet erstattes av kobber, kan nikkelmengden ligge i området fra 3 til 5%, mens. kobbermengden bør ligge i området fra 0,2 til 2,5%.

Molybden er tilstede i mengder på fra 0,1 til 3%. Molybden-nivået på 0,1% er nødvendig for betydelig å' heve korrosjonsutmatningsstyrken såvel som korrosjonsmotstandsevnen i korrosive omgivelser slik som sjøvann, sammen med karbiddannende.elementer slik som titan, niob, tantal, osv. Hvis mengden imidlertid går ut over 3%s vil den ikke gi merkbar forbedring på slike egenskaper, men heller fremme sprøgjøring samt gi dårlig korrosjonsutmatningsstyrke.

Titan, niob og tantal skal være tilstede i slike mengder at summen av dem ligger i området fra 0,01 til 1%. Titan, niob eller tantal i nærvær av molybden undertrykker utfelling av karbider eller nitrider av krom og hever på den måten korrosjonsutmatningsstyrken. Videre er de effektive ved å forbedre motstandsevnen overfor erosjon og intergranulær korrosjon. Por disse formål er titan, niob og/eller tantal i form av en enkelt eller sammensatte besteanddeler i nærvær av molybden nødvendig i mengder på minst 0,01%. Hvis det ovenfor nevnte nivå imidlertid går" ut over 1%, vil den gjøre legeringen mottagelig for dannelse av forringende utskilling, noe som forringer seigheten av stålet.

Kobber kan være tilstede i mengder på fra 0,2 til 2,5% av

de ovenfor nevnte grunner. På samme måte som med nikkel, er 0,2% kobber nødvendig for å øke seigheten. Kobbernivåer ut over 2,5% vil imidlertid forringe sveisbarheten, og tjener til å redusere nikkelan-delen som legeringselement.

I den følgende del av beskrivelsen gis det eksempler på de rustfrie stål ifølge oppfinnelsen for ytterligere å illustrere denne, og eksemplene skal ikke på noen måte være begrensende for oppfinnelsen. Eksempler.

Tabell 1 viser sammensetninger av prøvene, og tabell 2 gir prøvenes mekaniske egenskaper, motstandsevne overfor kavitasjonsskade samt korrosjonsutmatningsstyrke.

Prøvene 1 til 4 er typiske sammensetninger av rustfrie stål ifølge oppfinnelsen. Prøvene 5 til 11 er vist som sammenlignende eksempler og faller ikke innenfor rammen av oppfinnelsen. Disse prøver ble preparert ved oppvarming av 20 kg av støpematerialet til 1150°C, deretter avkjøling av dette til romtemperatur med en avkjølingshastig-het på 15°C/time i et forsøk på å frembringe store støper med en varmebehandling som tilsvarer støpning og langsom avkjøling, og deretter behandling ved en temperatur som tilsvarer utglødningstemperatur-en for å fjerne restpåkjenninger.

Det fremheves at de rustfrie stål ifølge oppfinnelsen tyde-lig er overlegne de andre prøver med henblikk på korrosjonsutmatningsstyrken, slik som vist i tabell 2.

Bemerkninger:

(x) angir vekttap på grunn av kavitasjonserosjon ved vibrasjonsfor-søk (forsøksbetingelser: frekvens 6,5 kc ; amplitude, 60 mikron,

3% NaCl, 25°C, 3 timer),

(xx) betyr et rotasjonsbøyeforsøk (10^ cykler).

Tabell 3 og 4 gir sveiseforsøksresultater for prøver ifølge oppfinnelsen og sammenlignende prøver.

De foreliggende sveiseforsøk ble utført i henhold til såkalt sveisebruddsforsøk av "Y"-typen som etter sin type kan være en slags bindeprøve. Da forsøksprosedyren i seg selv ikke er av betydning, da dette forsøk kun er ment å være sammenlignende for prøvene, er en skisse av forsøksinnretningen vist i fig. 1 kun til bedre forståelse av oppfinnelsen. I dette forsøk er rotavstanden 2 mm og omgivelses-temperaturen er romtemperatur.

Fig. 2 til 5 viser de .f orskej Hige f orsøksinnretninger og prøvestykkene som ble benyttet.

Tabell 4 gir de mekaniske egenskaper og korrosjonsutmatningsstyrken for sveisede prøver.

Tabell 5 viser de karakteristiske egenskaper for en typisk prøve på rustfritt stål som inneholder kobber, hvori det er oppnådd en betydelig innsparing av Ni-innholdet uten påvirkning av de mekaniske egenskaper.

Forsøksresultatene som fremgår av tabelelne 1-5 er illustrer-ende for den utmerkede kombinasjon av korrosjonsutmatningssjjyrke, motstandsevne overfor kavitasjonssakder, sveisbarhet såvel som utmerkede mekaniske egenskaper, og betraktelig innsparing av nikkelinnholdet som legeringselement. F.eks. hadde den prøvede legering en korrosjonsutmatningsstyrke på over 30 kg/mm p. og viste ingen sprekkdannelse ved sveiseprøver.

Disse tall er meget imponerende sammenlignet med legeringer av denne type ifølge teknikkens stand.

De rustfrie stål ifølge oppfinnelsen kan lett lages i kon-vensjonelle elektriske bueovner eller høyfrekventerte induksjonsovner, krever ingen spesiell prosess for støpning, og de er vel egnet til anvendelse som støpematerialer til skipspropeller og vannturbinløpere hvor høy korrosjonsutmatningsstyrke og utmerket sveisbarhet er nødven-dig.

Claims (2)

1.. Rustfritt støpestål med høy korrosjonsutmatningsstyfke, karakterisert ved at det i vekt-% har en sammensetning på mindre enn 0,0755 karbon, mindre enn'0,05% nitrogen, fra 0,1 til 2% silicium, fra 0,1 til 4% mangan, fra 10 til 15% krom, fra 2 til 7% nikkel, fra 0,1 til 3% molybden og tilsammen fra 0,01 til 1% av minst ett av metallene titan, niob og tantal, og resten jern sammen med urenheter og/eller tilfeldige bestanddeler, hvor eventuelt en andel av nikkelet kan være erstattet med kobber, med en struktur som i det vesentlige er martensitisk med et restaustenitisk nivå innen området 10 til 45% og et ferrit-nivå på under 20%, oppnådd ved normalisering ved temperaturer på 900 til 1100°C, og deretter anløpning ved fra 550 til 750°C (spenningsutglødning).

2. Stål ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder fra 0,2 til 2,5% kobber.