CS101692A3

CS101692A3 - Filler material for welding austenitic steels with high resistance tocorrosion

Info

Publication number: CS101692A3
Application number: CS921016A
Authority: CS
Inventors: Christoph Dr Gillessen; Thomas Dr Ladwein; Detlev Dr Lunebach
Original assignee: Thyssen Schweisstechnik
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1992-10-14
Also published as: CA2064925A1; FI921458A; EP0507229A1; DE4110695A1; PL294087A1; NO921275D0; NO921275L; FI921458A0

Description

ř[/ <7 A; 1 Přídavný materiál pro svařování austenitic'kých_ ocelí s vyso-kou odolnosti proti korozi

Oblast techniky

Vynález se týká přídavného materiálu pro svařování auste-nitických ocelí s vysokou odolností proti korozi.

Dosavadní stav techniky

Pro díly vystavené účinku látek s obsahem chloru, kterémusí mít přitom velkou odolnost proti hloubkové korozia proti erodující korozi v oxidujících kyselinách, se osvěd-čily látky s vysokým ekvivalentem odolnosti PRE - % Cr + 3,3x % Mo + 30 x % N > 45, kde PRE je ekvivalent odolnosti protidůlkové korozi, a kritickou teplotu (kritickou teplotu výsky-tu důlkové koroze, CPT), zjišťovanou v 6% FeCl3, vyšší než80°C, například ocel 1.4565 s obsahem 24% Cr, 16% Ni 4,5% Mo,6 % Mn a 0,4% N. Je také známo svařovat austenitické oceli,které jsou vysoce odolné proti důlkové nebo trhlinové korozi,s přídavným materiálem na bázi niklu a s vysokým obsahem molybdenu, například s SG-NiCr 20 Mo 15, 2.4839 nebo s SG-NiCr 21 Mo 9 Nb, 2.4831. Vysokým obsahem molybdenu mábýt kompenzována nízká odolnost svaru proti korozi, způsobenástrukturou kovu svaru po odlití. Podobné druhy svařovacíchpřísad na bázi železa nebyly používány, protože svarové švyvytvořené při použití těchto přásad měly velmi nízkou odol-nost proti důlkové korozi, jak je patrno z publikaceM.Liljase, B.Holmberga a A.Ulandera: Nerezavějící oceli '84,str. 323 až 329, The Institute of Metals, Londýn 1985.

Pro použití v prostředí vyvolávajícím důlkovou korozi,například v odsiřovacích zařízeních pro odsiřování spalinnebo v pobřežních zařízeních, vystavených účinku slané vody,je k dispozici pro použití společně s SG-NiCr 20 Mo 15, po-případě E-NiCr 19 Mo 15 svařovací přídavná látka, s kterou jemožno vytvářet svarové švy na ocelových předmětech u ocelí 2 uvedených typů, mající přibližně stejně vysokou odolnostproti důlkové korozi jako nesvařované dílce ze základního ma-teriálu. U svarových švů, hotovených s přidáním této přídavnélátky a vystavených účinku oxidujících kyselin, je však třebapočítat s místní erozí v některých místech těchto spojů,v takovém případě je výhodnější použití svařovací přísadytypu SG-NiCr29Mo, 2,4656. Tím jsou pro oba druhy zatížení ma-teriálů okolním prostředím k dispozici vhodné přísady prosvařování. V prostředí vyvolávajícím jak důlkovou korozi, taki v oaxidačním prostředí jsou svařovací přídavné materiály,odolné proti hloubkové korozi a obsahující asi 20% Cr, ohro-ženy stejnoměrnou erozí a slitiny s vyšší odolností protioxidačním kyselinám a mající vyšší obsah chrómu jsou zaseohroženy důlkovou a trhlinovou korozí. Proto je třeba najíttakovou svařovací přísadu, která by poskytovala svarovým ko-vům odolnost pro oba tyto druhy nepříznivého působeni a kteráby tedy byla univerzálně použitelná.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen přídavným materiálem pro svařovánípodle vynálezu, který je plně austenitický, je řešen pro vy-tváření svarů odolných proti důlkové nebo trhlinové korozia/nebo proti působení oxidačních látek u nerezavějících ocelia který má celkový ekvivalent odolnosti % Cr + 3,3% Mo + 30 x % N rovný nebo větší než 35 a je přitom použitelný také pro vytvářeni povlakových vrstev, který sestává v hmotnostních množstvích z nejvýše 0,04 % c, nejvýše 1,0 % Si, 2,0 až 8,9 % Mn, 4,0 až 9,0 % Mo, 15,0 až 30,0 % Ni, 20,0 až 30,0 % Cr, 0,31 až 0,8 % N, nejvýše 0,01 % Ti, nejvýše 0,0050 % B, nejvýše 0,04 % P, nejvýše 0,03 % s, do 2,0 o. o Cu, do 1,0 % V, do 1,0 % w, do 1,0 % Nb, zbytek tvoří železo, přičemž jeho ekvivalent odolnosti (% Cr) +3,3 (% Mo) +30(% N) je větší než 52.

Ve výhodném provedení vynálezu obsahuje tento přídavnýmateriál pro svařování chrom v hmotnostním množství vyššímnež 25% a nižším než 27%. V jiném výhodném provedení vynálezuobsahuje přídavný materiál v hmotnostních množstvích molybdenod 4,5% do 6% a dusík od 0,4% do 0,6%.

Složením přídavného materiálu podle vynálezu byl poprvézískán přídavný svařovací materiál na bázi železa, s pomocíkterého je možno vytvářet svarové spoje dílů z vysoce legova-ných ocelí, jejichž odolnost proti důlkové a trhlinové koroziodpovídá odolnosti základního nesvařovaného materiálu.Zvláštní význam pro vysokou odolnost tohoto přídavného mate-riálu proti důlkové a trhlinové korozi svarových spojů, hoto-vených s přidáním přídavného materiálu podle vynálezu, má vy-soký obsah dusíku, který však může být účinný jen v případě,jestliže je dusík také rozpuštěn intersticiálné ve svarovémkovu, který má mít nízký bod tavení. Vyváženým složením sli-tiny se dosáhne toho, že rozpustnost dusíku ve svarovém kovu,vytvořeném vmícháváním, je tak velká, že nedochází k násled- nému výraznějšímu vývinu plynuv kovu nevytvářejí žádné póry. a uvolňování dusíku, takže seSložení slitiny bylo upraveno tak, že bylo dosaženo plně austenitické struktury a celkového - 4 - ekvivalentu odolnosti proti důlkové korozi PRE větší než 52. K jednotlivým složkám slitiny je třeba doplnit:

Omezení obsahu uhlíku na nejvýše 0,04% slouží pro zamezenítvorby karbidů, které usnadňují zejména mezikrystalickou ko-rozi .

Omezení obsahu křemíku na nejvýše 1% slouží pro zajištěníodolnosti proti korozi.

Stanoveni obsahu manganu na 2,0 až 8,9% vycházelo z ohledu narozpustnost dusíku ve slitině, přičemž čím vyšší je obsah du-síku v ocelích, tím se stanoví obsah manganu na vyšší hodnotuve stanoveném rozsahu.

Molybden v hmotnostním množství 4 až 9% slouží k zajištěníodolnosti proti korozi, zejména odolnosti proti důlkové nebotrhlinové korozi.

Nikl v hmotnostním množství od 15 do 30% je nutný k tomu, abyocel byla plně austenitickou.

Fosfor a sira jsou ve svém obsahu omezeny, protože negativněovlivňuji tvárlivost a odolnost proti korozi a zvyšují nebez-pečí vytváření trhlinek za tepla při svařováni. Přídavek boru slouží ke zlepšení tvarovatelnosti za tepla,přičemž obsah boru musí být omezen na stanovený rozsah,protože při vyšším obsahu boru by vznikaly škodlivé boridy.

Chrom musí být obsažen v hmotnostním množství 20 až 30%, abyse zajistila potřebná odolnost proti korozi a zejména odol-nost proti důlkové a trhlinové korozi. Nejvýhodnější je obsahchrómu v hmotnostním množství vyšším než 25% a nižším než27%.

Obsah dusíku v rozsahu od 0,31 do 0,8% zajišťuje modul pruž-nosti v tahu od nejméně 370 N/mm^ a vysokou odolnost protidůlkové a trhlinové korozi. Kromě toho zpomaluje dusík obsa-žený ve slitině vylučování intermetalických fází a karbidů,které má, jak již bylo řečeno, nepříznivý vliv na odolnostproti korozi.

Obsah titanu v hmotnostním množství do 0,01% byl stanovenz toho důvodu, aby se zamezilo tvorbě nitridu titanu, protožedusík musi být v oceli obsažen v rozpuštěné formě, aby se do-sáhlo požadovaných účinků. Příznivé vlastnosti slitiny jsou dosaženy při obsahu molybde-nu v hmotnostním množství od 5 do 6% a při obsahu dusíku od0,4 do 0,6%. Přídavkem vanadu a niobu se zvyšuje pevnost slitiny a je možno dosáhnout hodnot modulu pružnosti v tahu vyšších nežo , 370 N/mm .· Protože tyto prvky tvoří nitridy, které mohou ne-příznivě ' ovlivnit odolnost slitiny proti korozi, je jejichobsah omezen. Méd' obsažená v hmotnostním množství do 2% zvy-šuje odolnost proti redukčním kyselinám. Obsah wolframu do1,0% slouží k dalšímu zvýšení odolnosti proti důlkové korozi.

Ocel podle vynálezu, použitá jako přídavný materiál prosvařování, splňuje stanovené požadavky, především má dosta-tečnou odolnost proti korozi, zejména odolnost proti důlkovéa trhlinové korozi, jak bude zřejmé z následujících příkladůprovedení. Příklady provedeni vynálezu

Zkušqbní materiály měly složení, uvedené v Tabulce 1.S tyčkami· z materiálu č. 1.4565 WIG (wolfram - inertní plyn)byly vytvořeny nánosové svary v drážkách a takto vytvořenévzorky byly podrobeny následujícím zkouškám: - zjišťování kritické teploty pro vznik dúlkové koroze v 6%níFeCl3, popřípadě v 3%ním roztoku NaCl při 950 mVH, - test podle Hueye, - test podle Streichera, - zkouška při stupňovaném simulování bělicích podmínek. Výsledky těchto testů a zkoušek jsou uvedeny v Tabulce2. Vzorky'svařované s přidáním přídavného materiálu pro sva-řování podle vynálezu mají kritické teploty vzniku důlkovékoroze v 6%ním FeCl^ a v 3%ním NaCl, potenciostaticky při950 mVH, mezi 65°C a 85°C. Tyto hodnoty leží podstatně výšenež tomu bylo dosud při použití přídavných materiálů, vytvo-řených na bázi železa, pro vytváření svarových spojů. Kritic-ké teploty pro vznik důlkové koroze u vzorků svarových švů,vytvářených s přídavným materiálem pro svařování, majícíchsložení podle uvedených příkladů a majících celkový ekviva-lentodolnosti 54 až 56, leží v podstatě stejně vysoko jakou základního materiálu svařovaných prvků. Při testu podleHueye jsou úběrové hodnoty svařovaných vzorků, vytvářenýchs přídavným kovem podle vynálezu, podstatně vyšší než stejnéhodnoty u nesvařovaného základního materiálu a nedosahujíhodnot dosahovaných u svařovaných vzorků, vytvořených z nik-lových slitin NiCr 20 Mo 15 s vysokým obsahem molybdenu.U testu podle Streichera bylo dosaženo podobných hodnot.

Pro zjištění odolnosti kovového materiálu proti koroziv podmínkách bělicích lázní, které se vyskytuji při výroběcelulózy a papíru, byly vzorky svařované pomocí materiálůI a III podrobeny laboratorním zkouškám za následujících pod-mínek : teplota 70°C, chlor Cl v množství 600 dílů na milion, dobatrvání zkoušky 26 hodin, potenciostatická přidržovací zkouškapři 700 a 900 mVgCE, kde SCE je nasycená kalomelová elektro-da . Těmito podmínkami je možno simulovat skutečné podmínky, které se vyskytují ve stupni D bělícího procesu.

Zkušební vzorky svařované pomocí přídavného materiálu prosvařování typu I a III nevykazovaly žádnou důlkovou koroziani obecnou korozi. Kromě toho prokázaly vzorky, které bylysvařovány s pomocí přídavného materiálu pro svařování na báziniklu a s hmotnostním množstvím 9% Mo (SG-NiCr 20 Mo 15,E-NiCr 19 Mo 15), napadení korozí, kterou bylo možno charak-terizovat jako prostorově ohraničenou běžnou korozi. Vzorkysvařované s přidáním SG-NiCr 29 Mo byly napadeny důlkovou ko-rozí. Z těchto výsledků vyplývá, že odolnost svarových house-nek vytvořených z ocelí podle vynálezu odpovídala ve všechprovedených zkouškách odolnosti původního nesvařovaného mate-riálu . Základní výhoda přídavného materiálu pro svařování, vy-tvořeného podle vynálezu, spočívá v kombinované odolnostitohoto materiálu proti důlkové korozi a proti trhlinové koro-zi, vyvolávané látkami s obsahem chloru, a také v odolnostiproti oxidačním kyselinám, které obecně způsobují odleptávánía erozi materiálu, přičemž zejména je třeba ocenit zvýšeníodolnosti také proti oxidačním látkám s vysokým obsahem chlo-ru. Takovou kombinaci vhodných vlastností nemá žádná známásvařovací přísada. Řešením podle vynálezu je připraven pří-davný materiál pro svařování, který je odolný proti korozii v prostředí obsahujícím kombinaci nepříznivých působení.Další výhoda vynálezu spočívá v nízké ceně tohoto materiálupodle vynálezu, který je připraven na bázi železa na rozdílod dosud nejčastěji používaných slitin na bázi niklu.

Kromě materiálu č.1.4565 je možno přídavný materiál podlevynálezu využít také pro svařováni dalších speciálníchušlechtilých ocelí s ekvivalentem odolnosti proti důlkové ko-rozi větším mež 35, například 1.4529, UNS S 31254, 1.4539,UNS N 08367, 1.4563, 1.4439, 1.4462. Zajímavými oblastmi vy-užití přídavného materiálu podle vynálezu jsou zejména stupně D bělícího procesu v průmyslu papíru a celulózy, věžové prač-ky a kanály pro vedení čistého plynu v odsiřovacích zaříze-ních, pobřežní zařízení a všechny chemické provozy, vekterých je třeba používat ocelí s vysokou odolností proti ko-rozi . +j C -H<D 4->rH tn

Π3 O II > C " lío co o 0— O o co •H rH " lO *— LO lo •5Γ ’ξγ UO > Jí ° i! Ό II 56, uo o «zr 53, C\J lío U0 CO LíO UO CO LO

II

3 II I I I I I I I I

li O II 1^-

II

II L-O

II

> II I I I I I I I I II v | < L>

CQ < E-·

11 II II It o LíO •vT CO CO LíO CO CO (XJ o Jí <D 4-> o *^r 1 It lo LO LO 0^ co o co >x LíO II CsJ (XI *— Csl X! co II II N o II II __ co co lO ,_ lo 1 II LO co co co o co O UO o 2Σ 11 II LíO LD «5· 'zr LÍO LíO Cs? II || w-- 11 o co tl UO co o o co o o * 1 II w— co o cj o LO CsJ o Γ^χ II e. » - (XI CXI S- II LO «zr *?r LO LC LÍO LO LO o II (XI Csl Csl CsJ Csl (XI (XI CsJ LíO o II II o-. 0^ LO LO lO o o 1, o o o o O o • • II o co o o o o o o o LO II o o o o 1 o o o v| v II II O o 11 CsJ X>— 11 LíO LO co — -— co O o II o o o — — ·— w— II o o o o o o o o o Cu 1! II o o o o 1 o o o v| v II II O co II r-N. <»— Γ-Χ X— Csl CO co -— - 11 Csl co T— co co co — 1 II v| 21 II II LíO Csl co OJ co co co II II CO UO II Cs) LíO LC CO c*. co o • II X— o x- »— -- -- CsJ o o II * v| v L0 II o o o o o o o o li — (XI II o o o co co co LíO co o o II C\J X— CsJ (XJ .— χ- Csl - II o o o o o o o o o o O II o o o o o o o o v| v 11 * II co LO || co LÍO o II co LO r-H II 1—. Π3 o ÍTJ JO *3* V) II 1—- > > 1—« ·—1 _r Csl • Ή II » —1 o> > CsJ 3

r—I Jí

•H c

N •rtí Λ (0 c >(0

•H kl Φ 4- > (0 ε Ή υ (0 >

C >

O 5- iU) co >υ 10 TABULKA 2

Kritická teplota pro Rychlost eroze důlkovou korozi

Vzorek FeCl3 NaCl Hueyův test Streicherův test číslo °C °C g/m2h g/m2h 1.4565 85 85 0,07 0,16 I 85 80 0,12 0,24 III 85 80 0,12 0,27 IVa 75 65 0,09 0,17 IVb 85 80 0,09 0,15 V 75 70 0,09 0,17 Via 75 70 0,09 0,20 VIb 75 70 0,09 0,14 VII 80 70 0,08 0,15 2.4839* 85 85 0,32 0,28 2.4656* 55 55 0,09 0,17 « /srovnávací materiál na bázi niklu (z Tabulky 1)

Claims

- 11 - PATENTOVÉ NÁROKY

1. Austenitický přídavný materiál pro svařování ocelovýchprvků s vysokou odolností proti korozi a vytváření svarů sva-rů odolných proti důlkové a trhlinové korozi a/nebo nepřízni-vému působení oxidačnách prostředí, mající ekvivalent odol-nosti proti důlkové korozi % Cr + 3,3% Mo + 30 x N nejméněroven 35, vyznačující se tím, že sestáváv hmotnostních množstvích z nejvýše 0,04 % c, nejvýše 1,0 % Si, 2,0 až 8,9 % Mn, 4,0 až 9,0 % Mo, 15,0 až 30,0 % Ni, 20,0 až 30,0 o. Cr, 0,31 až 0,8 % N, nejvýše 0,01 % Ti, nejvýše 0,0050 % B, nejvýše 0,040 % P, nejvýše 0,030 % s, do 2,0 % Cu, do 1,0 % v, do 1,0 % W, do 1,0 % Nb, zbytek : do 100 % tvoří přičemž celkový ekvivalent odolnosti proti důlkové korozi(% Cr) + 3,3 (% Mo) + 30 (% N) je větší než 52.
2. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenároku 1,vyznačující se tím, že obsah chró-mu je v hmotnostním množství vyšší než 25% a nižší než 27%.
3. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenároku 1, vyznačující se tím, že obsah mo- 12 lybdenu je v hmotnostním množství od 4,5% do 6% a obsah dusí-ku je v hmotnostním množství 0,4 až 0.6%.
4. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenejméně jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující setím , že vytváří svary, které mají mezní pevnost v tahuvyšší než 370 N/mm^ a tvrdost větší než 200 HV10.
5. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující setím , že je určen pro svařováni konstrukčních dílůvystavených účinkům bělicích lázní při výrobě papíru a celu-lózy .
6. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující setím, že je určen pro svařování konstrukčních dílů pro těž-bu, dopravu a skladování olejů a plynů.
7. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující setím, že je určen pro svařování konstrukčních dílů odsiřo-vacích zařízeni pro úpravu spalin.
8. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenejméně jednoho z nároků 1až 4, vyznačující set i m , že je určen pro svařování konstrukčních dílů, vysta-vených působení mořské vody nebo prostředí s obsahem slanévody.
9. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenejméně jednoho z nároků láž4, vyznačující seti m , že je určen pro svařování konstrukčních dílů prosběr, dopravu, uložení a zpracování odpadních vod a kontami-novaných kalů. 13
10. Austenitický přídavný materiál pro svařování podlenejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující setím, že je určen pro svařování konstrukčních dílů, kteréjsou vystaveny korozivním účinkům, charakterizovaným vysokýmobsahem chloru a/nebo oxidačních prostředí.