SE441682B - Rostfritt gjutstal - Google Patents

Description

7714898-9 10 15 20 30 b! Ul 2 nella rostfria stål, som nyligen använts för tillverkning av rör till havsvattenvärmeväxlare, valsar till pappersframställning etc.

Det tvåfasiga rostfria stål som beskrivits ovan har emeller- tid ännu ej fått någon utbredd användning, då olika egenskaper därav ännu ej fastställts. För närvarande användes följaktligen huvudsak- ligen rostfritt stål av gruppen 18-8 eller l8-8-Mo som angivits ovan, men eftersom rostfritt stål av angiven typ har en tillåten påkänning som är lägre än stål av 13 Cr, har det ej kommit att användas med full tillförlitlighet under föreliggande omständigheter.i Ett väsentligt syfte med föreliggande uppfinning är således att åstadkomma ett rostfritt gjutstål med hög korrosionshärdighet och hög hållfasthet av en grupp med medelhög Cr-halt och låg Ni-halt, som har en mycket överlägsen sträckhållfasthet jämfört med konven- tionella rostfria stål av gruppen l8-8 eller l8-8-Mo och som i till- räcklig utsträckning kan användas under olika betingelser under in- verkan av starka syror, varvid olägenheter som är förknippade med rostfritt gjutstål av denna typ väsentligen eliminerats.

Ett annat viktigt syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett rostfritt gjutstål av ovan beskriven typ som är sta- bilt och tillförlitligt vad gäller struktur och uppträdande, och som lätt kan tillverkas genom enkla förfaranden till låg kostnad.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att 'åstadkomma ett förfarande för framställning av ett rostfritt gjut- stål av ovan beskriven typ. _ För åstadkommande av dessa och andra syften omfattar enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen det rostfria gjutstålet med medelhög Cr-halt och låg Ni-halt med hög korrosionshärdighet och hög hållfasthet, i viktprocent, C (kol): 0,l %_och mindre, Si (kisel): 1,5 ß och mindre, Mn (mangan): 2,0 % och mindre, P (fos- for): 0,0H % och mindre, S (svavel): 0,0U % och mindre, Cr (krom): 17,0 % till 20,0 %, Ni (nickel): 3,0 % till 7,0 %, Mo (molybden): 1,5 % till 2,5 %, ou (k0ppar); 5,0 % c111 7,0 z, N (kvave)= 0,1 z och mindre och en återstod som huvudsakligen utgöres av Fe som bil- dar material till det rostfria gjutstålet, som då materialet vidare utsättes för värmebehandling under förbestämda betingelser som anges, ger rostfria stål med en överlägsen sträckhållfasthet och med stabil korrosionshärdigpet mot starka syror under det att de olägenheter som är förknippade med konventionella rostfria stål väsentligen avlägs- nats. 10 15 20 30 ba' U! H0 7714898-9 Dessa och andra syften och kännetecken för föreliggande upp- finning kommer att framgå av följande beskrivning i anslutning till en föredragen utföringsform därav under hänvisning till bifogade ritning, där fig l är ett diagram som visar resultaten av jämförande försök mellan konventionella stål och stål enligt föreliggande upp- finning varvid graden av viktminskning på grund av korrosion av rost- fria stålprov som hålles sex timmar i kokande 5-procentig svavelsyra anges, och fig 2 är ett diagram som också visar resultaten av jämfö- rande försök mellan konventionella stål och stål enligt_föreliggande uppfinning vari saltsyradensiteten och korrosionshastigheten (g/cmz/2D h)_för rostfria stålprov som hålles 2U timmar i en 5 % NaCl+NEw1lösning anges.

Under hänvisning till ritningen beskrives föreliggande upp- finning nedan i detalj.

För att övervinna de olägenheter i hållfasthetshänseende som är förknippade med rostfria stål av gruppen lö-8 och 18-8-Mo som angivits ovan, har man nu undersökt egenskaperna hos ifrågavarande rostfria stål och som ett resultat utvecklat nya rostfria gjutstål som har en anmärkningsvärt överlägsen sträckhållfasthet jämfört med konventionella rostfria stål av gruppen 18-8 och 18-8-Mo och som är fullständigt användbara i varje läge där de påverkas av starka s*- ror under själva användningen.

Före beskrivningen av föreliggande uppfinning bör märkas att uppfinningen speciellt kännetecknas av följande punkter.

Enligt en första uppfinning är det rostfria stålet sammansatt av, i viktprocent, C: 0,l % och mindre, Si: l,5 % och mindre, Mn: 2,0 % och mindre, P: 0,0ü ß och mindre, S: 0,0ü % och mindre, Cr: 17,0 %_ti1l 20,0 1, Ni: 3,0 % till 7,0 %, Mo: 1,5 Z till 2,5 Z, Cu: 5,0 % till 7,0 %, N: 0,l % och mindre samt en återstod som vä- sentligen utgöres av Fe.

Enligt en andra uppfinning utsättes materialet enligt den första uppfinningen sedan för lösningsvärmebehandling vid en tempe- ratur av minst 900 till 115000.

Enligt en tredje uppfinning upphettas det material som erhål- lits enligt den andra uppfinningen som således utsatts för en lös- ningsvärmebehandling, vidare till 600 till 70000 mel efterföljande kylning för värmebehandling.

Enligt en fjärde uppfinning utsättes det material som erhål- les enligt den tredje uppfinningen vidare för en utskiljningshürd- ningsbehandling vid en temperatur av H30 till 600°C. 7714898-9 10 20 30 H0 aEnligt en femte uppfinning är det rostfria stålet sammansatt av, i viktprocent, C: 0,l % och mindre, Si: l,5 % och mindre, Mn: 2,0 % och mindre, P: 0,0Ä % och mindre, S: 0,0H % och mindre, Cr: 17,0 % till 20,0 %, Ni: 3,0 % till 7,0 %, Mo: 1,5 Å till 2,5 É, Cu: 2,5 % till 5,0 %, W: 0,2 Z till 2,0 %, N: 0,1 % och mindre och en återstod som väsentligen utgöres av Fe, under det att Mo och Cu finns i kompositionen i en mängd av Mo+Cu: 5,0 till 7,0 viktprocent.

Enligt en sjätte uppfinning utsättes material enligt den fem- te uppfinningen för en lösningsvärmebehandling vid en temperatur av minst 900 till 115o°c. ' -Enligt en sjunde uppfinning upphettas det material som erhål- les enligt den sjätte uppfinningen vidare till en temperatur av 600 till 700°C med efterföljande kylning för värmebehandling.

Enligt en åttonde uppfinning utsättes det material som erhål- les enligt den sjunde uppfinningen vidare för en utskiljningshärd- ningsbehandling vid en temperatur av 450 till 600°C~ En motivering till den begränsning av elementen som beskri- vits ovan anges i detalj i det följande. Det är lëmpligt att mäng- den av elementet C är så liten som möjligt, och C i en större mängd än 0,l'% försämrar korrosionshärdigheten. Även om elementet Si för- bättrar_beständigheten mot oxidation har ett införlivande därav i en mängd mer än 1,5 % en tendens att minska segheten. *Mn är nödvändig för avsvavling, men ett införlivande av mer än 2,0 % försämrar kor- rosionshärdigheten. Införlivande av elementet P i en högre mängd än 0,0Ä % förhindrar svetsning, under det att mängden av S lämpligen bör vara så låg som möjligt med hänsyn till beständipheten motpunkt- frätning och angivits vara ej högre än 0,0ü 5. Under det att Cr som utgör ett viktigt element för åstadkommande av rostfritt stål avsevärt förbättrar korrosionshärdigheten är ett införlivande därav upp till 17,0 % ej speciellt effektivt, och vid mer än 20,0 % mins- kas segheten. För att förbättra de mekaniska egenskaperna och den allmänna korrosionshärdigheten av det stål som skall bilda marten- sit- och ferritstrukturer bör införlivandet av Ni lämpligen ligga i området 3,0 till 7,0 %. Mängden införlivad Cu som är känt som ett element som förbättrar korrosionshärdigheten hos rostfritt stål mot icke-oxiderande syror är normalt från 0,2 till 1,3 % (fast löslig- hetsfas i ferritfasen är l,25 % vid 8ß0°C), och om mängden översti- ger det angivna värdet utfälles Curich-fasen (0-fas) för utskilj- ningshärdning, varigenom materialets hâllfasthet avsevärt förbätt- ras även om en alltför kraftig utskiljning påskyndar utvecklingen av lO Di UI 7714898-9 UI lokal korrosion och ej är önskvärd ur seghetssynpunkt. En lämplig mängd Cu att införliva är följaktligen mellan 2,5 och 7,0 % och den anges ligga i området från 5,0 till 7,0 % i den första till den fjärde uppfinningen, varvid den sammanlagda additionseffekten tas med i beräkningen med avseende på Mo som anges nedan, och i omrâdet från 2,5 till 5,0 3 i den femte till åttonde uppfinningen på grund av den sammanlagda additionseffekten i förhållande till Mo och till- sats av W som anges nedan. Elementet Ho som avsevärt förbättrar be- ständigheten mot lokal korrosion måste införlivas i en mängd av minst l,5 till 2,5 %, dock lämpligen ej mer än 2,5 Z med hänsyn till håll- fastheten, eftersom martensitomvandlingen påbörjas vid normal tem- peratur eller vid en temperatur som är lägre än normal temperatur och således blir förbättringen av korrosionshärdigheten genom till- sats tillsammans med Cu av betydelse, varvid den lämpliga mängden Cu för optimalt resultat ligger i området 5,0 till 7,0 5 såsom angi- vits ovan. Elementet W (volfram) som är viktigt i den femte till åttonde uppfinningen har en speciell verkan som förbättrar korro- sionshärdigheten mot starka syror då det finns närvarande tillsam- mans med Cu, Mo etc. Då den införlivade mängden Cu ligger i omrâ- det 2,5 till 5 % är ovanstående effekt speciellt iögonenfallande vid en procentuell viktmängd av Mo+Cu från 5,0 till 7,0 3 och W på 0,2 till 2,0 Ä såsom framgår av nedan angivna exempel. Även om ele- mentet N är av betydelse för att förbättra beständigneten mot punkt- frätning har segheten en tendens att minskas om N finns närvarande i en mängd högre än 0,l %, på grund av utfällning av nitrider, och därför har mängden N angivits vara icke mer än 0,l 2.

Det bör märkas att även om ovan skälen till att sammansätt~ ningsområdet begränsats under hänvisning till effekten hos enskilda element, föreliggande uppfinning ej är baserad på en enkel addition av dessa element utan kännetecknas av att den ger en effekt som är högre än summan av effekterna av de enskilda elementen med avseende på korrosionshärdighet och sträckhällfasthet genom samverkan och multiplicering av ovan beskrivna effekter vilket framgår av det exempel som beskrives i detalj nedan.

Exempel.

Tabell l visar kemisk sammansättninn och betingelser för värmebehandling av prov av jämförande stål och av stål enligt före- liggande uppfinning. 7714898f9 1^@v 111 mm.O m.~ =O.@ m.~ H.~ w.mH -O.o [email protected] H~.fi mQ.H æO.o z E .4 1u@@smmwHwmMw 111 wm.° o.ß mo.o m.n ~.~ m.m~ n~Q.o ~No.o ~o.fl =H.~ >o.o 2 ^nv 111 @m.Q 1Q.m mo.o m.n ~.~ w.mH nHo.o HNO.o ~o.~ =~.fi >Q.Q z ^UV 111 :n.Q m1: m@_o 0.2 m.~ >.mH m~o.@ @~o.o o~.~ mH.H @o.o Q @^nv 111 >N.O .>.= :Q.o ~1= ~.~ mnmfi mHO.o mHQ.0 mw.o ~0.~ mQ.o m 1@Q@ewMwHmmmm 111 H~.@ @.= =Q.o ~.: N.~ Q.mH @HQ.0 -ø.o nm.o @m.o [email protected] w Amv 111 H~.@ w.= :o.o A1: Nflm @.m~ @Ho.0 ~No.o nm.o @m.o mQ.o w AUV 111 111 n.m _nQ.o n.m_ m.H m.w~ [email protected] .Q~Q.o _mm.o mm_o mono H Any 111 111 =.m =O.° @.m @.~ m.wH mHo.Q m~o.o ~m.o @~.H >o.ø m wcflfluømg 111 111 H.m n@.@ ~.m m.~ ~.wH w~o.o @[email protected] mm.o [email protected] æono w 1mnmEnm> can: _ A . . . . . _ 0 am Amv 111 111 H.m no 0 ~ m m H ~ wa wflo Q wwo 0 mm O mw.O mo.Q w nwnsflanflw z AUV 111 111 m.m =o.o =.w m.H =.wH mHQ.Q nHo.o HN.H ~m.Q >o1o m pwflflaw Hmpw . Apv 111 111 m.w [email protected] m.@ >.H ~.wfl =Ho.° -o.Q mm.o mH.H @o.o m 1mmWMw=mMMm 111 111 ~.w mo.o =.@ ~.~ o.w~ m~o.@ æHo.o Ho.~ oH.H mo.o Q Amv 111 111 ~.@ mo.Q =.@ ~.~ o.w~ [email protected] w~o.0 Ho.H o~.H [email protected] Q Aov 111 111 oJ> n°.o N.» m.H w.>~ m~o.Q mflp.o w>.o wH.H wo.o 0 Anv 111 111 m.m =°.° =.> @.~ H.wH @~o.o H~o.o =w.° H~.H >o.o m ^~V 111 111 æ.@ n°.o H.> o.~ o.>H m~o.Q @Ho.o »m.o Ho.~ mo.o < 111 111 111 m°.o m.~H m.N m.>H mHQ.Q -o.o °w.o [email protected] mo.o wflm HmH< w=fi=H»xg@@»~> N:.O 111 111 =O.° 1~.m 111 @.wfl æHQ.o =~o.° æ>.o mæ.O >o.o Hwm HwH< Hmaw 2 =1x o°@mo1H 111 111 111 wQ.° m.@ 111 H.m~ mHo.O -o.Q =m.0 ~m.Q m0_o :on HmH< wwnmnwwæww mcflfløcmn 1@p@e§w> fia 2 so 2 .flz .az .po m m ns dm U wnfipwufluflwwflflx ^»:moonmuxw>v . wnwcnumwcmäëmm xwflsmm H Aamndß 10 15 20 BJ bl S0 55 H0 7 7714898-9 För att fastställa korrosionshärdigheten för vart och ett av stâlen i tabell l mot kokande 5-procentig svavelsyra utfördes däref- ter korrosionsförsök i laboratorieskala, varvid prov som vardera hade en diameter av l0 mm och en längd av 30 mm nedsänktes under 6 timmar i den kokande 5-procentíga svavelsyran, och därefter väg- des för fastställande av graden av viktminskning. I fig l som vi- sar viktminskningen i procent kan korrosionshärdigheten vid beting- elser som står under inverkan av syror sägas vara höggradigt över- lägsen vid en viktminskning mindre än 0,06 %. Av försöksresultaten för stâlen AISI BOU, 321 och 316 som ges som en jämförelse i fig l, och som allmänt anses vara utmärkta vad gäller korrosionshärdighet, framgår att proven av BOÄ och 321 har en avsevärt hög korrosion un- der det att provet av 316 fortfarande är föremål för en avsevärd korrosion, även om dess korrosionshärdighet i avsevärd grad förbätt- rats genom tillsats av Mo. I motsats härtill har vart och ett av stålen enligt föreliggande uppfinning visat sig ha en överlägsen korrosionshärdighet.

Fig 2 visar korrosionshastigheten för vart och ett av stålen enligt tabell l i en 3-procentig lösning av NaCl+HCl, vilka resultat erhölls genom en kortvarig accelererande värdering av beständigheten mot pumktfrätning vid kondensation av Cl' koncentration, varvid jäm- förelsestålen AISI BOU och 321 hade en så hög korrosionshastighet vid 0,02 H01 till 0,1 NHCl att det var svårt att bevara ett passivt tillstånd därav som sedan kan utsättas för aktiv upplösning, och AISI 516-stålet och stål enligt föreliggande uppfinning förelåg i ett passivt tillstånd upp till 0,06 NHGlmed åtföljande mycket lång- sam korrosionshastighet, och det bör speciellt märkas att stål en- ligt föreliggande uppfinning har ett mer stabilt passivt tillstånd än AISI 316-stålet.

Tabell 2 nedan visar följaktligen tillståndet för utskilj- ningshärdning av Cu genom värmebehandling av vart och ett av stålen i tabell 1.

Det bör märkas att i tabellerna l och 2 symbolerna (a), (b) och (c) står för följande betingelser för värmebehandlingen. (a) Kylning med vatten efter det att temperaturen hållits vid 1o5o°c i 14 timmar. (b) Kylning med vatten efter det att temperaturen hållits vid l050°C i U timmar-»-~>Återupphettninß till 53000 med efterföljande luftkylning. (c) Kylning med vatten efter det att temperaturen hållits vid 10 l5 7714898-9 f ' 8 l050°C i U timmar~-¿>Återupphettning till 68000 med efterföljande luftkylning--4>Återupphettning till 550°C med efterföljande kyl- .ning i ugn.

Tabell 2 Tillstånd vid utskiljningshärdninq av Cu genom värmebe- handling Klassificering ~ Värmebehandling 0,2 % sträekhållfasthet MPa 1 Jämförel-I AISI BUU (a) ' 259 i sescål eAIsI 321 _ (9) l_ 253 ; AIsI_316 } (a). 280 _ § - Å (a) ' 377 s (b) i I 14172 ¶ C (c) i 495 'I u*'D (a) I 367' 1 É E (b) uoo f E F nuèc) H81 Stål en- G (a) 2 349 I ligt *W H p (b) e. 586 i finningen I (C) u8Q¶- _ 2 J (a) 385 __-K (b) H54 _ L (e) 5152 M (b) 438 N (c) 509 Av ovanstående tabell 2 framgår att för 0,2 % sträckhållfast- het stålen enligt föreliggande uppfinning vart och.ett har höga värden även om jämförelsestålen AISI BOU, 321 och 316 har extremt låga värden i området 235-265 MPa, och speciellt uppvisar Värmeba- handlingsbetingelserna enligt (b) en högre effekt än betingelserna enligt (a), under det att värmebehandlingsbetingelserna enligt (c) också har en högre effekt än enligt (b).

Tabell 3 nedan visar 0,2 % sträckhâllfasthet i MPa för rost- fria stål enligt föreliggande uppfinning utan någon värmebehandling (dvs i det tillstånd vari de gjutits), och av tabellen 3 framgår att V1 10 15 20' 25 30 9 7714898-9 stålen enligt uppfinningen är överlägsna jänförelsestålen även i detta avseende.

Tabell 3 Sträckhâllfasthet för stål enligt föreliggande uppfinning utan värmebehandling Klassificering 0,2 % sträckhållfasthet, MPa . D' - Bil V",______.___,____,______________ Stål enligt G' 5U3q_u ”_ uppfinningen “§1_ __ 375 M' I 3 8 'j r Såsom framgår av ovanstående beskrivning är, även om håll- fasthetsökningen i stål enligt föreliggande uppfinning huvudsakli- gen kan tillskrivas införlivandet av Cu i en mängd inom det förbe- stämda_området samt även den specifika värnebehandlingen, effekten speciellt framträdande i stål som utsatts för värmebehandlingen en- ligt (c) som angivits ovan, dvs lösningsvärmebehandling vid en tem- peratur av 900 till ll50°C, upphettning till en temperatur av 600 till 70000 med efterföljande kylning och vidare utsklljningshärd- ningsbehandling vid en temperatur av N50 till EOOOC. I ovanstående fall är skälen för att begränsa temperaturen i den andra behandling- en till 600 till 700°C att martensitomvandlingshastigheten för stål enligt föreliggande uppfinning (temperaturer för påbörjande av mot- omvandling ligger i området 700 till 750°C) i den första värmebe- handlingen i fast lösning är 80 till 85 %, och att hastigheten för martensitbildningen avsevärt förbättras genom upphettning till en temperatur omedelbart under ovan angivna motomvandlingstemperatur med en efterföljande kylning efter den första värmebehandlingen som angivits ovan. Temperaturen har specificerats till från 600 till 70000 då ett sådant temperaturområdet bäst lämpar sig för ändamålet.

Stål som innehåller element i sammansättningsområdet för rostfritt gjutstål enligt föreliggande uppfinning och stål som vida- re utsatts för värmebehandlingen har en extremt överlägsen sträck- hållfasthet jämfört med konventionella rostfria stål, och härigenom erhålles praktiska rostfria stål med stabil korrosionshärdighet un- der betingelser som står under inverkan av starka syror speciellt inom den kemiska industrin, pappersframstïllningsindustrin etc.

Stålen enligt föreliggande uppfinning och som speciellt lämpar sig att använda i sugvalsar för papperstillverkning kan också användas I 10. till andra industriella komponenter och delar som kräver de olika egenskaper som beskrivits ovan. _ Uppfinningen omfattar även olika ändringar och modifieringar som är uppenbara för faclcmannen. '

Claims (1)

1. 1 7714898-9 Patentkrav , Rostfritt gjutstâl med medelhög Cr-halt och lag Ni-halt med hög korrosionshärdighet och hög hållfasthet k ä n n e L e.c k - n a t av, i víktpr-ocent, C: 0,1 % och mindre, (li: 1,5 v%_ och mindre, Mn: 2,0 % och mindre, P: 0,0H % och mindre, S: U,0ü % och mindre, Cr: 17,0 % till 20,0 %, Ni: 3,0 % till 7,0 %, Mo: 1,5 % till 2,5 %, CU! 5,0 % till 7,0 75, N: 0,1 % och mindre och en återstod som väsentligen utgöres av Fe som bildar materialet till det rost- fria gjutstålet och att gjutstålet eventuellt är värmebehandlat.