AT395018B - METHOD FOR PRODUCING A CORROSION-RESISTANT FERRITIC-AUSTENITIC STEEL - Google Patents
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Description
AT 395 018 BAT 395 018 B
Die vorliegende Erfindung betrifft das Ausscheidungshärten von fenitisch-austenitischem korrosionsfreiem Stahl mit sehr hoher Festigkeit, guter Dehnbarkeit und Kerbschlagzähigkeit sowie guter Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion und Komgrenzenkorrosion.The present invention relates to the precipitation hardening of fenitic-austenitic corrosion-free steel with very high strength, good ductility and notched impact strength and good resistance to general corrosion and grain boundary corrosion.
Eine der besonderen Eigenschaften von hochchromhaltigen ferritisch-austenitischen Stählen besteht darin, daß sie auch in agressiver Umgebung sehr gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Stahl der Güte SIS 2324, der ca. 0,1 % C, 26 % Cr, 5 % Ni und 1,5 %Mo enthält, ist ein Beispiel für diese Art von Stählen. Dieser Stahl wird für viele Zwecke eingesetzt, wo hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt werden, und gegenüber konventionellem austenitischem korrosionsfreiem Stahl hat Stahl dieser Güte auch eine hohe Festigkeit Häufig besteht jedoch ein großer Bedarf für einen Stahl noch höherer Festigkeit als Stahl der Güte SIS 2324 in Verbindung mit guter Dehnbarkeit und Kerbschlagzähigkeit sowie guter KorrosionsbeständigkeitOne of the special properties of high-chromium ferritic-austenitic steels is that they have very good corrosion resistance even in aggressive environments. Steel of grade SIS 2324, which contains approx. 0.1% C, 26% Cr, 5% Ni and 1.5% Mo, is an example of this type of steel. This steel is used for many purposes where high demands are placed on corrosion resistance, and steel of this grade also has high strength compared to conventional austenitic corrosion-free steel. Often, however, there is a great need for a steel with even higher strength than steel of grade SIS 2324 in Combination with good ductility and impact strength as well as good corrosion resistance
Die Ausscheidungshärtung istein häufig angewandtes Verfahren zum Erhalt einer derart erhöhten Festigkeit Um die feindisperse Ausscheidung zu erzielen, die für die erwünschte Steigerung der Festigkeit notwendig ist, besteht eine Voraussetzung darin, daß der Stahl eine geeignete Legierungszusammensetzung hat und eine geeignete Auslagerungsbehandlung durchgeführt wird Die Auslagerungsbehandlung, die konventionell bei relativ niedriger Temperatur durchgeführt wird, folgt üblicherweise auf eine Lösungsglühbehandlung bei hoher Temperatur.Precipitation hardening is a frequently used method for obtaining such increased strength. In order to achieve the finely dispersed precipitation which is necessary for the desired increase in strength, a prerequisite is that the steel has a suitable alloy composition and a suitable aging treatment is carried out. which is conventionally carried out at a relatively low temperature usually follows solution heat treatment at a high temperature.
Soweit die vorgenannten hochchromhaltigen ferritisch-austenitischen Stähle der Güte SIS 2324 betroffen sind, hat es sich jedoch als schwierig erwiesen, eine Ausscheidungshärtung mit befriedigenden Ergebnissen durchzuführen. Wenn die Auslegerung bei einer Temperatur zwischen ca. 400 °C und 525 °C durchgeführt wird, tritt die wohlbekannte475-°C-Versprödung auf, und wenn die Auslagerung zwischen 700 °C und 850 °C durchgeführt wird, tritt ebenfalls eine Versprödung durch Ausscheidung der σ-Phase auf.As far as the aforementioned high-chromium ferritic-austenitic steels of grade SIS 2324 are concerned, it has proven to be difficult to carry out precipitation hardening with satisfactory results. If the canting is carried out at a temperature between about 400 ° C and 525 ° C, the well-known 475 ° C embrittlement occurs, and if the canting is carried out between 700 ° C and 850 ° C, embrittlement embrittlement also occurs the σ phase.
Es ist daher schwierig, die Auslagerung in der Praxis innerhalb der vorgenannten Temperaturbereiche durchzuführen, ohne daß eine unannehmbare Verringerung der Kerbschlagzähigkeit in Kauf genommen werden muß. Auch sind Auslagerungsbehandlungen zwischen 525 °C und 700 °C ungünstig, weil eine Auslagerungsbehandlung zwischen 500 °C und 750 °C sehr schnell zu einer unannehmbar hohen Anfälligkeit gegenüber Komgrenzenkorrosion führt.It is therefore difficult to carry out the aging in practice within the above-mentioned temperature ranges without having to accept an unacceptable reduction in the impact strength. Also, aging treatments between 525 ° C and 700 ° C are unfavorable because aging treatments between 500 ° C and 750 ° C very quickly lead to an unacceptably high susceptibility to grain boundary corrosion.
In den letzten fünfzehn Jahren wurden jedoch in der technischen Literatur und in Patentanmeldungen verschiedene Ausscheidungshärtungsverfahren für ferritische korrosionsfreie Stähle vorgeschlagen. Beispielsweise hat es sich als möglich erwiesen, die 475-°C-Versprödung in gewissem Umfang für die Ausscheidungshärtung zu nützen, wenn der Austenitgehalt ausreichend hoch gehalten wird. Eine Ausscheidungshärtung mit Cu und Al ist ebenso möglich wie mit Be. Für einem Verschleiß unterliegende Güter ist es sogar möglich, die σ-Phase zum Zweck der Ausscheidungshärtung zu nützen. Die Ausscheidungshärtung mit Austenit oder Ferrit wurde ebenfalls vorgeschlagen (z. B. in US-PS 4 353 755). Bisher wurde jedoch noch kein industriell herstellbarer Stahl als Ergebnis dieser Arbeiten erhalten. Der Hauptgrund dafür ist eine ungünstige Kombination von Eigenschaften des Stahls oder die Rißempfindlichkeit während des Schmiedens, oder die Stähle benötigen eine Lösungsglühtemperatur, die in praktischer Hinsicht unrealistisch ist (> 1200 °C).In the past fifteen years, however, various precipitation hardening processes for ferritic corrosion-free steels have been proposed in the technical literature and in patent applications. For example, it has proven possible to use the 475 ° C embrittlement to a certain extent for precipitation hardening if the austenite content is kept sufficiently high. Precipitation hardening with Cu and Al is just as possible as with Be. For goods subject to wear, it is even possible to use the σ phase for the purpose of precipitation hardening. Precipitation hardening with austenite or ferrite has also been proposed (e.g. in U.S. Patent 4,353,755). However, no industrially manufactured steel has yet been obtained as a result of this work. The main reason for this is an unfavorable combination of properties of the steel or the sensitivity to cracking during forging, or the steels require a solution annealing temperature which is practically unrealistic (> 1200 ° C).
Bei der Suche nach einem hochfesten ferritisch-austenitischen Stahl mit guten Korrosionseigenschaften hat es sich aber nunmehr überraschend als möglich erwiesen, diese Eigenschaften bei ferritisch-austenitischen Stählen des folgenden Typs zu erzielen: ca. 20 % Cr, ca. 6 % Ni, ca. 2 % Mo etc., wenn der Si-Anteil auf ca. 2 % erhöht wird und wenn Nb oder Ti dem Stahl zugesetzt wird, um C und N zu binden, und wenn der Stahl bei 1050-1150 °C lösungsgeglüht und anschließend bei 500-700 °C ausgelagert wird. Ferner können günstige Warmumform-eigenschaften erhalten werden, wenn die Stahlzusammensetzung im übrigen richtig ausgeglichen ist und wenn der Anteil an Verunreinigungen relativ niedrig gehalten wird. Der vorliegende Stahl ist daher neu und befriedigt einen hohen Bedarf auf dem Markt der Guß- und Schmiedeerzeugnisse.When looking for a high-strength ferritic-austenitic steel with good corrosion properties, it has now surprisingly proven to be possible to achieve these properties with ferritic-austenitic steels of the following type: approx. 20% Cr, approx. 6% Ni, approx. 2% Mo etc. if the Si content is increased to approx. 2% and if Nb or Ti is added to the steel to bind C and N, and if the steel is solution annealed at 1050-1150 ° C and then at 500 -700 ° C is outsourced. Furthermore, favorable hot forming properties can be obtained if the steel composition is otherwise properly balanced and if the proportion of impurities is kept relatively low. The present steel is therefore new and satisfies a high demand in the market for cast and forged products.
Die vorliegende Erfindung kann daher als ein Verfahren zur Erzeugung eines korrosionsbeständigen ferritisch-austenitischen Stahls mit hoher Festigkeit und Zähigkeit sowie guten Herstellungseigenschaften definiert werden, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stahl die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat: C so niedrig wie möglich, aber maximal 0,10, bevorzugt maximal 0,06, zweckmäßig maximal 0,04;The present invention can therefore be defined as a method for producing a corrosion-resistant ferritic-austenitic steel with high strength and toughness and good manufacturing properties, which method is characterized in that the steel has the following composition in percent by weight: C as low as possible, but at most 0.10, preferably at most 0.06, suitably at most 0.04;
Si 1,0-3,0, bevorzugt zwischen 1,5 und 2,5;Si 1.0-3.0, preferably between 1.5 and 2.5;
Mn maximal 5,0, bevorzugt maximal 2,5, aber zweckmäßig maximal 2,0;Mn at most 5.0, preferably at most 2.5, but expediently at most 2.0;
Cr 18,0-26,0, bevorzugt 18,0-24,0, aber zweckmäßig 18,0-22,0;Cr 18.0-26.0, preferably 18.0-24.0, but expediently 18.0-22.0;
Ni 4,0-10,0, bevorzugt 4,0-8,0;Ni 4.0-10.0, preferably 4.0-8.0;
Mo 1,0-4,0, bevorzugt 1,5-3,5, aber zweckmäßig 1,5-3,0;Mo 1.0-4.0, preferably 1.5-3.5, but expediently 1.5-3.0;
Nb maximal 2,0, bevorzugt maximal 1,5, aber zweckmäßig maximal 1,0;Nb at most 2.0, preferably at most 1.5, but expediently at most 1.0;
Ti maximal 1,5, bevorzugt maximal 1,0, aber zweckmäßig maximal 0,5;Ti at most 1.5, preferably at most 1.0, but expediently at most 0.5;
Rest Eisen und Verunreinigungen sowie für diese Stahlart übliche Zusatzkomponenten, -2-Remainder iron and impurities as well as additional components usual for this type of steel, -2-
AT 395 018 B wobei (Atom-% Nb + Atom-% Ti) > Atom-% C, bevorzugt 2 (Atom-% C + Atom-% N) und daß der Stahl bei 1000-1200 °C lösungsgeglüht und bei 500-700 °C ausgelagert wird. Die Auslagerung wird vorteilhaft einer Vor-Auslagerung bei 400-500 °C und einer Endauslagerung bei 500-700 °C unterworfen.AT 395 018 B where (atomic% Nb + atomic% Ti) > Atomic% C, preferably 2 (atomic% C + atomic% N) and that the steel is solution annealed at 1000-1200 ° C and aged at 500-700 ° C. The aging is advantageously subjected to pre-aging at 400-500 ° C and a final aging at 500-700 ° C.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to illustrate the invention.
Beispiel 1example 1
Die Tabellen I und Π betreffen Untersuchungen ein» Anzahl von Stählen 1-4, die im Gußzustand untersucht wurden. Die Tabellen zeigen Beispiele für hohen Si-Anteil (> 1 %), definiert durch die Zusammensetzungsgrenzen der Patentansprüche sowie oben definiert, und die Beispiele verdeutlichen ferner die Vorbedingung, daß der Stahl durch Nb oder Ti stabilisiert sein sollte. Somitfallen die Stähle 3 und 4 in die für dieErfindung angegebenen Bereiche. laMfelTables I and Π relate to investigations of a »number of steels 1-4 which were investigated in the as-cast state. The tables show examples of high Si content (> 1%) defined by the composition limits of the claims as defined above, and the examples further clarify the precondition that the steel should be stabilized by Nb or Ti. Steels 3 and 4 thus fall within the ranges specified for the invention. lamp
Zusammensetzungcomposition
Stahl -Stole -
Nr. C Si Mn Cr Ni Mo Ti Nb N 1 0,02 0,8 0,6 22,0 6,4 2,4 0,35 _ 0,05 2 0,03 1,9 0,7 18,8 5,4 2,4 - - 0,06 3 0,03 1,9 0,7 18,8 6,0 2,4 - 0,72 0,06 4 0,03 2,0 0,6 193 6,3 23 0,39 - 0,04No. C Si Mn Cr Ni Mo Ti Nb N 1 0.02 0.8 0.6 22.0 6.4 2.4 0.35 _ 0.05 2 0.03 1.9 0.7 18.8 5.4 2.4 - - 0.06 3 0.03 1.9 0.7 18.8 6.0 2.4 - 0.72 0.06 4 0.03 2.0 0.6 193 6, 3 23 0.39 - 0.04
Anschließend an das Lösungsglühen bei 1150 °C, gefolgt von Auslagerung bei 600 °C, wurden die folgenden Häitewerte gemessen.Following solution annealing at 1150 ° C, followed by aging at 600 ° C, the following thickness values were measured.
Tabelle!!Table!!
Binell-Härte (HB) nach dem Lösungsglühen nach der Auslagerung Steigerung der Härte 1 235 245 10 2 245 260 15 3 255 315 60 4 250 310 60Binell hardness (HB) after solution annealing after aging Increase hardness 1 235 245 10 2 245 260 15 3 255 315 60 4 250 310 60
Die Lösungsglühbehandlung bei 1200 °C ergab eine höhere Härte um ca. 5-15 Einheiten HB, während eine Lösungsglühbehandlung bei 1000 °C oder niedriger einen relativ unbedeutenden Ausscheidungshärtungseffekt in sämtlichen Stählen ergab. Eine Vor-Auslagerung bei ca 475 °C, gefolgt von einer Endauslagerung bei 600 °C, hat sich vom Gesichtspunkt der Ausscheidungshärtung als sehr günstig erwiesen. Bei den S tählen 3 und 4 konnten Härten bis zu 350 HB durch diese doppelte Auslagerung erzielt werden.Solution heat treatment at 1200 ° C gave a higher hardness by about 5-15 units HB, while solution heat treatment at 1000 ° C or lower gave a relatively insignificant precipitation hardening effect in all steels. A pre-aging at approx. 475 ° C, followed by a final aging at 600 ° C, has proven to be very favorable from the point of view of precipitation hardening. With steels 3 and 4, hardnesses of up to 350 HB could be achieved through this double outsourcing.
BeigpieUBeigpieU
Um die Eigenschaften eines Stahls nach der Erfindung gründlicher untersuchen zu können, wurde ein Stahl der folgenden Zusammensetzung hergestellt:In order to be able to investigate the properties of a steel according to the invention more thoroughly, a steel of the following composition was produced:
C Si Mn Cr Ni Mo Ti N 0,03 2,0 0,6 19,5 6,0 2,0 037 0,04 -3-C Si Mn Cr Ni Mo Ti N 0.03 2.0 0.6 19.5 6.0 2.0 037 0.04 -3-
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