NO149850B - Varmebearbeidbart austenittisk rustfritt staal. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et varmbearbeidbart, austenittisk, rustfritt stål med særlig god gropkorrosjons- og spaltekorrosjonsbéstandighet mot kloridioner, og som i en gummi-båndprøve på 7 2 timer ved romtemperatur i en løsning av 10 vekt% jern-III-klorid og 90 vekt% destillert vann har et vekttap på

høyst 0,01 vekt%.

Kontakt mellom metallflater og kloridioner fører ofte til

en korrosjonstype som er kjent som gropkorrosjon og som er særlig alvorlig i slike miljøer som sjøvann og slike som forekommer i visse kjemiske prosesser og i medier innen masse- og papirindu-strien. Mens de fleste former for korrosjon forløper med en forutsigelig og jevn hastighet, utmerker gropkorrosjonen seg med sin uforutsigelighet. Gropkorrosjon er konsentrert til spe-sielle og uforutsigelige partier av metallflater, og når den vel har startet akselererer den seg selv ved konsentrasjon av kloridionene i den dannete korrosjonsgrop. Med gropkorrosjon menes her både gropkorrosjon i vanlig forstand og spaltekorrosjon. Når det foreligger en spalte gjennom en konstruksjon eller et belegg er angrepstypen bedre beskrevet som spaltekorrosjon. Spaltekorrosjon betegnes imidlertid her generelt som gropkorrosjon.

I det etterfølgende vil det bli beskrevet et austenittisk stål med høy gropkorrosjonsbestandighet, hvor stålet utmerker seg ved et vekttap på høyst 0,01% i en gummibåndprøve som utføres på 72 timer ved romtemperatur i en løsning av 10% jern-III-

klorid og 90% destillert vann. Det er inkludert spesifikke til-setninger av krom og særlig molybden, idet disse øker gropkorrosjonsbestandigheten. Idet krom og molybden er ferrittfremmende elementer må legeringen inneholde en tilstrekkelig mengde auste-nittfremmende elementer for at det skal være sikkert at det dannes et austenittisk stål. Slike elementer omfatter nikkel,

mangan (opptil et visst nivå), kobber og nitrogen, som også øker gropkorrosjonsbestandigheten. Austenittiske stål har oppnådd større popularitet enn ferrittiske og martensittiske på grunn av deres generelt ønskete kombinasjon av egenskaper, som omfat-

ter god sveisbarhet, utmerket seighet og bestandighet mot vanlig korrosj on.

Stålet ifølge oppfinnelsen utmerker seg også ved meget

god varmbearbeidbarhet. Dette er oppnådd ved at det er fullstendig austenittisk og har et meget lavt svovelinnhold. Lavt svovelinnhold oppnås fortrinnsvis ved tilsetning av cerium, kalsium og/eller magnesium. En legering ansees her være fullstendig austenittisk når den inneholder bare spor (høyst noen få prosent)

av ferritt sammen med ved stålfremstilling normale innesluttinger og eventuelt en vilkårlig sigma- eller chifase.

Visse utførelsesformer av stålet utmerker seg dessuten

ved å være særlig egnet for anvendelse ved sveising. Sammenset-ningene av disse utførelsesformer er nøye avveiet slik at de inneholder en tilstrekkelig mengde av de elementer som øker stålets løselighet for nitrogen, særlig tilstrekkelige mengder mangan.

Flere kjente stål har visse likheter med stålet ifølge oppfinnelsen, men avviker ikke desto mindre betydelig fra dette.

I den forbindelse henvises det spesielt til US-patentskrifter 2.553.330, 2.894.833, 3.171.738, 3.311.511, 3.561.953, 3.598.574, 3.726.668, 3.854.938, Re. 26.903 og Re. 28.772 samt amerikansk patentsøknad 571.460 av 25. april 1975.

Stålet ifølge den foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at det inneholder 19-23 vekt% Cr, 8-16 vekt% Ni, 3,5-4,5

vekt% Mo, 7,5-15 vekt% Mn, 0-0,01 vekt% S, 0,01-0,1 vekt% av minst ett av elementene cerium, kalsium og magnesium, nitrogen fra 0,2 vekt% opptil dets løselighetsgrense på 0,38 vekti, opp til 0,1 vekt% C, 0-1 vekt% Si, 0-3 vekt% Cu, 0-1 vekt% Nb, 0-0,3 vekt%

V, 0-0,3 vekt% Ti, resten jern og uunngåelige forurensninger.

Krom, molybden og silisium er ferrittdannende elementer.

Krom tilsettes for å oppnå bestandighet mot oksydasjon og van-

lig korrosjon samt mot gropkorrosjon. Foretrukne kromnivåer er 19,5-22%. Molybden må være nærværende i en mengde på minst 3,5%

for å frembringe tilstrekkelig gropkorrosjonsbestandighet mot kloridioner. Silisium gjør at legeringen smelter lettere. Sili-siumnivåene holdes fortrinnsvis på under 0,75%, idet silisium

er et ferrittdannende element som kan gjøre stålet altfor flytende og derved hindre sveising.

Idet stålet ifølge oppfinnelsen er austenittisk må den ferrittdannende virkning av krom, molybden, silisium og valgfrie elementer, såsom niob, motvirkes av austenittdannende elementer. De austenittdannende elementer i stålet er nikkel, mangan (opptil et visst nivå), kobber, nitrogen og karbon. Foruten å virke som austenittdannere bidrar nikkel, nitrogen og mangan til stålets egenskaper. Nikkel øker dets slagseighet. Foretrukne nikkelnivåer er 9-13%. Nitrogen bidrar til legeringens fasthet og øker dens gropkorrosjonsbestandighet. Nitrogen foreligger fortrinnsvis i mengder på 0,23-0,33%. Mangan øker stålets løse-lighet for nitrogen og derved dets anvendbarhet i forbindelse med sveising. Dersom stålet skal sveises bør det ha et mangan: nitrogenforhold på minst 20, fortrinnsvis minst 25. Mangannivåene er fortrinnsvis 8-13,5%. Karboninnholdet holdes fortrinnsvis under 0,08%, idet karbonet kan forårsake interkrystallinsk korrosjon i den sveisevarmepåvirkete sone. Karbonet kan bindes ved tilsetning av stabiliserende elementer i form av niob, vanadium eller titan. Stålet inneholder derved minst 0,1% av ett eller flere av disse elementer. For økt bestandighet mot svovelsyre inneholder stålet opptil 3% kobber, vanligvis minst 1%.

For å øke varmbearbeidbarheten til stålet ifølge oppfinnelsen holdes svovelinnholdet på høyst 0,01, fortrinnsvis på høyst 0,007%. Lavt svovelinnhold oppnås fortrinnsvis ved tilsetning av cerium, kalsium og/eller magnesium. Stålet inneholder 0,01-0,1, fortrinnsvis 0,014-0,1% av disse elementer. Ceriumtil-setninger kan oppnås ved tilsetning av Mischmetall. Foruten å minske svovelinnholdet anses cerium, kalsium og magnesium for å hemme kaldsprøhet som kan forårsake kantsprekker. Kantsprekker, som omfatter kant- og hjørnesprekker og riper, er varmbearbeid-ingsfeil som skyldes dårlig duktilitet, hovedsakelig i den kalde ende av varmbearbeidingsområdet.

Eksempel 1

To legeringer (legeringene A og B) ble glødet ved 1121°C og underkastet gummibåndprøve i 72 timer ved romtemperatur i en løsning av 10% jern-III-klorid og 90% destillert vann. Legeringenes sammensetning er angitt i tabell 1.

Tre prøver av hver legering (A^, og A^ samt B^, B_ og B^) ble underkastet gummibåndprøven. Resultatene er angitt i tabell 2.

Av tabell 2 fremgår det klart at legeringen A har et vekttap på under 0,01% i gummibåndprøven i 3 døgn i jern-III-klorid, og at legeringen B tapte betydelig mer enn 0,01%. Legeringen A oppfyller sammensetningsbetingelsene ifølge den foreliggende oppfinnelse, mens legeringen B ikke gjør dette. Legeringen A har et molybdeninnhold på over 3%, mens legeringens B molybdeninnhold er under 3%.

Eksempel 2

To legeringer (legeringene C og D) ble Gleeble-prøvet på følgende måte: Oppvarming til 1232°C i løpet av 10 sek., opphold i 1 minutt, avkjøling til prøvetemperaturer med en av-kjølingshastighet på 2,8°C/s, opphold i 1 sek. samt strekking til brudd for å bestemme duktiliteten som kan itakttas i den nedre ende av varmbearbeidingsområdet. Legeringenes sammensetning er angitt i tabell 3.

Resultatene av Gleeble-prøven er angitt i tabell 4.

Av tabell 4 fremgår det klart at legeringens C varmbearbeidbarhet er bedre enn legeringens D varmbearbeidbarhet. Legeringen C oppfyller sammensetningsbetingelsene ifølge den foreliggende oppfinnelse, mens legeringen D ikke gjør dette. Legeringen C har et svovelinnhold på under 0,01%, mens legeringens D svovelinnhold er over 0,01%.

Claims (10)

1. Varmbearbeidbart, austenittisk, rustfritt stål med særlig god gropkorrosjons- og spaltekorrosjonsbestandighet mot kloridioner, og som i en gummibåndprøve på 72 timer ved romtemperatur i en løsning av 10 vekt% jern-III-klorid og 90 vekt% destillert vann har et vekttap på høyst 0,01 vekt%, karakterisert ved at det inneholder 19-23 vekt% Cr, 8-16 vekt% Ni, 3,5-4,5 vekt% Mo, 7,5-15 vekt% Mn, 0-0,01 vekt% S, 0,01-0,1 vekt% av minst ett av elementene cerium, kalsium og magnesium, nitrogen fra 0,2 vekt% opptil dets løselighetsgrense på 0,38 vekt%, opp til 0,1 vekt% C, 0-1 vekt% Si, 0-3 vekt% Cu, 0-1 vekt% Nb, 0-0,3 vekt% V, 0-0,3 vekt% Ti, resten jern og uunngåelige forurensninger.

2. Rustfritt stål i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det inneholder 19,5-22 vekt% Cr.

3. Rustfritt stål i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at det inneholder 0,23-0,33 vekt% N.

4. Rustfritt stål i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det inneholder 9-13 vekt% Ni.

5. Rustfritt -stål i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at det inneholder 8-13,5 vekt% Mn.

6. Rustfritt stål i samsvar med krav 5, karakterisert ved at forholdet mellom mangan og nitrogen er minst 20, fortrinnsvis minst 25.

7. Rustfritt stål i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at det inneholder minst 0,014 vekt% av minst ett av elementene cerium, kalsium og magnesium.

8. Rustfritt stål i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at det inneholder høyst 0,007 vekt% S.

9. Rustfritt stål i samsvar med et av kravene 1-8, karakterisert ved at det inneholder minst 0,1 vekt% av minst ett av elementene niob, vanadium og titan.

10. Rustfritt stål i samsvar med et av kravene 1-9, karakterisert ved at det inneholder minst 1 vekt% Cu.