DE2752082C2

DE2752082C2 - Austenitischer nichtrostender Stahl

Info

Publication number: DE2752082C2
Application number: DE2752082A
Authority: DE
Inventors: Joseph Anthony Leechburg Pa. Chivinsky; Harry Edward Natrona Heights Pa. Deverell
Original assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1976-12-02
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1984-09-13
Also published as: PL202481A1; IN148610B; FR2372903A1; NO149851C; NO774108L; JPS6120620B2; DE2752082A1; SE439933B; ZA776313B; PL122887B1; CA1091478A; BE861461A; JPS5373415A; FR2372903B1; ATA857577A; NO149851B; GB1564243A; US4102677A; SE7713612L; IT1091796B

Description

Austenitische Edelstahle sind wegen ihrer guten Beständigkeit gegen den korrosiven Angriff von Chloridionen, d. h. für ihre Beständigkeit gegen Lochfraß- oder Grübchenkorrosion bekannt. Ein solcher Korrosionsangriff tritt in erster Linie durch Meerwasser auf, begegnet aber auch bei gewissen chemischen Verfahren sowie bei der Zelluloseherstellung.

Während die meisten Korrosionsangriffe mit vorhersehbarer und gleichförmiger Geschwindigkeit voranschreiten, ist die Lochfraßkoi rosion wegen ihrer großen Intensität und Unvorhersehbarkeit besonders gefürchtet. Der Lochfraßangriff tritt konzentriert an beliebigen Stahloberflächenbereichen auf und hat der Korrosionsangriff erst einmal begonnen, so schreitet er mit zunehmender Geschwindigkeit voran. Zur Lochfraß- oder Grübchenkorrosion im weiteren Sinne zählt auch die als Innenrißkorrosion bekannte Korrosionsform, in der englischen Fachsprache Crevice Corrosion. Diese Innenrißkorrosion geht aus von im Material vorhandenen Rissen oder Spalten, gehört jedoch, was den Korrosionsmechanismus angeht zur Lochfraßkorrosion.

Austenitische Stähle gemäß AISI-Typenreihe 317 besitzen insbesondere in chloridionenhaltigem Milieu eine unzureichende Beständigkeit gegen Lochfraß- oder Grübchenkorrosion und zudem eine nicht befriedigende Warmverformbarkeit. Eine austenitische Stahlzusammensetzung mit gesteigerter Korrosionsbeständigkeit gegen den Meerwasserangriff ist bereits aus der DE-AS 12 05 289 bekannt. Dieser bekannte austenitische Edelstahl enthält bis zu 0,07% Kohlenstoff, bis zu 0,7% Silicium, bis zu 12% Mangan sowie 17 bis 25% Chrom, 6 bis 25% Nickel, 1 bis 4% Molybdän, 0,17 bis 0,4% Stickstoff, bis zu 0,15% Niob, Rest Eisen.

Dieser austenitische Stahl gemäß DE-AS 12 05 289 verfügt indes über eine nicht zufriedenstellende Warmverformbarkeit, da recht hohe Schwefelgehalte in diesem Stahlwerkstoff vorliegen können.

Aus Houdremont »Handbuch der Sonderstahlkunde« (1956), Seite 1466 bis 1467, ist es bekannt, daß die Elemente, Cer, Calcium und Magnesium eine entschwefelnde Wirkung in Stahlwerkstoffen schlechthin entfalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen austenitischen Stahl der aus der DE-AS 12 05 289 bekannten Gattung in Richtung auf gesteigerte Warmverformbarkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Stahlzusammensetzung gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich durch das zuverlässige Erreichen der angestrebten guten Warmverformbarkeit in Kombination mit einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.

Der Stahl nach der Erfindung ist ein warmverformbarer, austenitischer Stahl mit gesteigerter Beständigkeit gegen Lochfraß- und Rißkorrosion, d. h. gegenüber Korrosionen, die durch Chloridionen herbeigeführt werden. Der Stahl besteht aus 18 bis 20% Chrom, 11 bis 14% Nickel, 3 bis 4% Molybdän, bis zu 2% Mangan, bis zu 0,01% Schwefel, 0,015 bis 0,1% wenigstens eines der Elemente Cer, Calcium und Magnesium, Stickstoff von 0,1% bis zur Löslichkeitsgrenze, bis zu 0,08% Kohlenstoff, bis zu 1% Silicium, bis zu 1 % Niob, bis zu 0,3% Vanadium, bis zu 0,3% Titan, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Soweit nicht ausdrücklich angegeben, beziehen sich im Rahmen dieser Erfindung alle Prozentangaben auf Gewichtsprozent.

Chrom, Molybdän und Silicium sind ferritbildende Elemente. Chrom wird zum Zwecke der Oxidationsbeständigkeit sowie zur Steigerung der aligemeinen Korrosionsbeständigkeit als auch zur Beständigkeit gegen Lochfraß zugesetzt. Bevorzugte Chromgehalte liegen zwischen 18,2 und 19,5%. Wie Chrom, wird Molybdän zur Erhöhung der Beständigkeit gegen Lochfraß- oder Grübchenbildungskorrosion zugesetzt. Bevorzugte Molybdängehalte liegen zwischen 3,25 und 3,75%. Silicium unterstützt das Schmelzen oder Erschmelzen der Legierung und er ist vorzugsweise in einer Menge von nicht mehr als 0,75% vorhanden.

Da es sich bei der erfindungsgemäßen Legierung um eine austenitische Legierung handelt, muß der ferritisie-

b5 rende Einfluß des Chroms, Molybdäns, Siliciums und von Wahlkomponenten, wie Niob, durch austenitisierende Elemente ausgeglichen werden. Die austenitisierendcn Elemente der erfindungsgemäßen Legierung sind Nickel, Mangan, Stickstoff und Kohlenstoff. Von diesen ist Nickel der primäre Austenitbildner. Vorzugsweise liegt Nickel in Mengen von 12 bis 13,75% vor. Stickstoff trägt neben seiner Wirkung als Austenitbildner zur

Festigkeit der Legierung bei und steigert in beachtlichem Ausmaß deren Beständigkeit gegen Lochfraß- oder Grübchenbildungskorrosion. Stickstoff muß in Mengen von wenigstens 0,1% und vorzugsweise in Mengen von wenigstens 0,15% vorhanden sein. Mangan erhöht das Lösungsvermögen der Legierung für Stickstoff. Die Stickstofflöslichkeitsgrenze für die erfindungsgemäße Legierung liegt bei etwa 0,3%. Kohlenstoff wird häufig unter 0,03% gehalten, da er in der von der Schweißwärme betroffenen Zone intergranulare Korrosion herbeiführen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Kohlenstoff durch Zusätze von Stabilisatoren aus der aus Niob, Vanadium und Titan bestehenden Gruppe unschädlich gemacht Derartige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Legierung enthalten wenigstens 0,1 % oder mehr der vorstehend genannten Elemente, aber nicht mehr als 1 % Niob, 0,3% Vanadium und 0,3% Titan.

Zur Steigerung der Warmverformbarkeit ist der Schwefelgehalt auf maximal 0,01% begrenzt, wobei ein Maximalgehalt von 0,007% bevorzugt ist Niedrige Schwefelgehalte werden durch Zusätze an Cer, Calcium und/oder Magnesium erreicht Erfindungsge.mäße Legierungen enthalten 0,015 bis 0,1% an wenigstens einem dieser Elemente, vorzugsweise jedoch 0,02 bis 0,1%. Cerzusätze können durch Verwendung von Mischmetall erfolgen. Außer ihrer den Schwefelgehalt vermindernden Wirkung werden Cer, Calcium und Magnesium auch für eine Verzögerung der Kaltbrüchigkeit verantwortlich gemacht, die für Kantenrisse ursächlich ist. Kantenrisse, welche Kanten- und Eckrisse sowie Tränen umschließen, sind Warmverformungsfehler, die aus einer unzureichenden Duktilität, üblicherweise am kalten Ende des Warmverformungsbereiches resultieren. Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

B e i s ρ i e 1 1

5 Legierungen (Legierungen A, B, C, D und E) wurden zu einem 3,5 mm-Band warmgewalzt, bei 1121°C geglüht, kalt auf 1,65 mm heruntergewalzt, erneut geglüht, gebeizt und mit einem Dressierstich auf 1,52 mm verformt, woran sich ein 72 Stunden währender Gummibandtest in einer Lösung aus 10% Eisenchlorid und 90% destilliertem Wasser bei Raumtemperatur anschloß. Die chemische Zusammensetzung der Legierungen sind in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt.

Tafel 1

Leg.	Zusammensetzung (%) Cr Ni Mo	13,5 13,5 13,4	3,50 3,50 3,57	Mn	S	Ca	Ce	N	Si	C	Fe	30
A B C	18,52 18,50 18,52	13.59 13,49	3,59 3,55	1,57 1,57 1,57	0,026 0,006 0,002	0,004	0,038	0,030 0,032 0,030	0,50 0,50 0,49	0,064 0,060 0,075	Rest Rest Rest	35
D E	18,23 18,50	1,57 1,57	0,002 0,003	0,004 0,004	0,028 0,022	0,11 0,20	0,50 0,51	0,065 0,069	Rest Rest

3 Proben einer jeden Legierung wurden dem Gummibandtest unterworfen. Das Ausgangsgewicht der Proben lag zwischen 15 und 16 g. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tafel 2 zusammengestellt.

Tafel 2
Gewichtsänderung (%)

45 ABCDE

0,1913 0,1933 0,2115 0,0627 0,0068

0,5608 0,5291 0,4226 0,0314 0,0111

0,3040 0,1971 0,3070 0,1292 0,0254

0,3520 0,3065 0,3137 0,0744 0,0144

(Mittel) (Mittel) (Mittel) (Mittel) (Mittel)

Aus Tafel 2 geht deutlich hervor, daß die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Legierungen D und E besser ist als diejenige der Vergleichslegierungen A, B und C. Signifikanterweise besaßen die Legierungen D und E einen Stickstoffgehalt von mehr als 0,1 %, wohingegen die Stickstoffgehalte der Legierungen A, B und C unter 0,1% lag. Für die erfindungsgemäße Legierung ist ein Stickstoffgehalt von wenigstens 0,1% und vorzugsweise von mehr als 0,15% 'ypisch.

Beispiel 2

Zusätzliche Proben aus den Legierungen A bis E wurden auf 1232° C erhitzt, warmgewalzt und bei verschiedenen Walzendtemperaturen auf Kantenrisse untersucht. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tafel 3 zusammengestellt.

	Tafel 3	Abmessung (mm)	27 52	082
	Legierung	15,87 3,05 3,58
	A	15,87 2,79 3,65	Walzendlemp. ("C)	Befund
5	B	15,87 2,59 3,45	1066 938 843	kein Riß einige leichte Kantenrisse am hinteren Ende leichte Risse 0,25—037 mm
10	C	15,87 2,92 3,53	1093 1016 843	keine Risse keine Risse leichte Risse bis 0,25 mm
15	D	15,87 2,89 3,65	1121 993 843	keine Risse keine Risse keine Risse
20	E	1121 1082 860	keine Risse keine Risse keine Risse
		1135 1004 875	keine Risse keine Risse keine Risse

Aus Tafel 3 geht hervor, daß die Warmverformbarkeit der Legierungen D und E weit besser ist als diejenige der Vergleichslegierungen A und B. Kantenrisse sind bei der Legierung A ausgeprägter zu beobachten als bei den Legierungen B und C. Signifikanterweise besitzt die Legierung A einen Schwefelgehalt von mehr als 0,01%, wohingegen die Schwefelgehalte der Legierungen B, C, D und E weniger als 0,01% betragen, wie erfindungsgemäß vorgesehen. Die Kantenrißneigung ist auch stärker in der Legierung B als in den Legierungen C, D und E vorhanden. Signifikanterweise enthalten die Legierungen C, D und E Zusätze an Calcium und Cer von mehr als 0,015%, wohingegen die Legierung B diese Zusätze nicht aufweist. Wie bereits erwähnt, sind Kantenrisse, welche Kanten- und Eckrisse sowie -tränen umschließen, Warmverformungsfehler, die aus einer unzureichenden Duktilität im allgemeinen am kalten Ende des Warmverformungsbereiches herrühren. Sie führen zu Rißstellen im Metall, welche herausgeschliffen oder geschnitten werden müssen, wodurch das Metallausbringen vermindert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Warmverformbarer, gegen Lochfraß- und Rißkorrosion beständiger austenitischer, nichtrostender Stahl, bestehend aus 18 bis 20% Chrom, 11 bis 14% Nickel, 3 bis 4% Molybdän, bis zu 2% Mangan, bis zu 0,01 % Schwefel, 0,0' j bis 0,1 % wenigstens eines der Elemente Cer, Calcium und Magnesium, Stickstoff von 0,1% bis zur Löslichkeitsgrenze, bis zu 0,08% Kohlenstoff, bis zu 1% Silicium, bis zu 1% Niob, bis zu 0,3% Vanadium, bis zu 0,3% Titan, Rest im wesentlichen Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

2. Stahl nach Anspruch 1 mit 18,2 bis 19,5% Chrom.

3. Stahl nach Anspruch 1 mit wenigstens 0,15% Stickstoff.

4. Stahl nach Anspruch 1 mit 12 bis 13,75% Nickel.

5. Stahl nach Anspruch 1 mit 3,25 bis 3,75% Molybdän.

6. Stahl nach Anspruch 1 mit 0,015 bis 0,1% wenigstens eines der Elemente Cer und Calcium.

7. Stahl nach Anspruch 1 mit bis zu 0,007% Schwefel.

8. Stahl nach Anspruch 1 mit wenigstens 0,1 % wenigstens eines der Elemente Niob, Vanadium und Titan.

9. Stahl nach Anspruch 1 mit 18,2 bis 19,5% Chrom, wenigstens 0,15% Stickstoff, 12 bis 13,75% Nickel, 3,25 bis 3,75% Molybdän und 0,015 bis 0,1 % wenigstens eines der Elemente Cer, Calcium und Magnesium.

10. Stahl nach Anspruch 1 oder 9 mit wenigstens 0,02% wenigstens eines oder Elemente Cer, Calcium und Magnesium.