CS196439B2

CS196439B2 - Semi-ferritic stainless steel and heat treatment method

Info

Publication number: CS196439B2
Application number: CS703892A
Authority: CS
Inventors: Andre Gueussier; Roland Tricot; Jean Lefevre
Original assignee: Andre Gueussier; Roland Tricot; Jean Lefevre
Priority date: 1969-06-03
Filing date: 1970-06-03
Publication date: 1980-03-31
Also published as: GB1306415A; NL7007964A; BE750778A; DE2025359B2; CH525961A; SE417442B; AT321341B; DE2025359A1; JPS505974B1; NL169199C; DE2064976A1; FR2045584A1; CA932182A; NL169199B; LU61035A1; ZA703698B

Description

Vynález řeší poloferitickou nerezavějící ocel a způsob jejího tepelného zpracování.

Známé nerezavějící poloferitické oceli, obsahující v podstatě 16 až 18 hmot. % chromu, mají celkem jedno z následujících složení ve hmotnostních procentech:

První ocel má složení: uhlík C stopy až 0,1, mangan Μη 1·,0, křemík Si stopy až 1,0, fosfor P stopy až 0,04, síra S 0,03, nikl Ni Stopy až 0,5, chróm Cr 16 až 18, jiná ocel má složení: uhlík C stopy až 0,1, mangan Mn 1,0, křemík stopy až 1,0, fosfor stopy až Ó,04, síra S stopy až 0,03, nikl Ni stopy až 0,5, chróm Cr .16 až 18, molybden Mo 0,9 až 1,3, a další ocel má složení: uhlík C stopy až 0,12, mangan Mn stopy až 1,5, křemík Si stopy až 1,0, fosfor P stopy až .0,06, síra S nejméně 0,15, nikl Ni stopy až 0,5, chróm Cr 16 až 18.

Tyto slitiny se vyznačují smíšenou strukturou feritu δ + austepitu у v oblasti teplot obvykle používaných pro jejích tváření za tepla (kování, válcování). V této oblasti teplot přibližně mezi 300°C (teplota A 5) a 850 °C (teplota A 1) prochází procento austenitu maximem při teplotě blízké 1100 °C a činí normálně 10 až 40 %. Rychlým ochlazením se tento austenit přemění na martensit. Žíhání na teplotu pod A 1 dovolí rozložit takto vzniklý martensit a získat homo196439 genní strukturu tvořenou feritem a karbidy podle tohoto přehledu: .

struktura za tepla: ferit δ + austenit у struktura po ochlazení: ferit δ + martensit M struktura po žíhání: ferit δ + ferit a + karbidy uhlíku C. .<..

Poslední struktura odpovídá klasickým podmínkám používání těchto druhů ve formě tyčí, plechů nebo drátů.

Rychlé ochlazení struktury poloferitické ocele za tepla, což bude zejména v případě svařovaného pásma, způsobí jednak zvětšení zrna feritu 3, jednak přeměnu vytvořeného austenitu na martensit. Existence této přeměny je příčinou křehkosti svarů, protože zanechává v místech styku zrn feritické struktury křehkou martensitickou fázi.

Jediné přijatelné řešení, které bylo navrženo pro zlepšení svařitelnósti poloferitických ocelí, pozůstává v užití plně feritické struktury. Nejčastěji se používá přidání titanu — v hmotnostních procentech: uhlík C š 0,10 %, křemík Si á 1 °/o, mangan Mn •á 1 %, chróm Cr 17 %, titan Ti % > 70 θ/o — — nebo niobu, uhlík C á 0,10 %, křemík Si á 1,5 %, mangan Mn á 1 %, chróm Cr

17,5 %, niob .Nb > 12О .%,_; Jento způsob neumožňúje odstranit potíže* spojené s růstem zrna struktur plně feřiťických. Je nápříklad známé, že plně feritická struktura činí prob-. lémy při válcování za tepla na průběžné trati, při opětném ohřevu ingotů a .při brou- . šení bram pro křehkost struktury. .

Poloferitické oceli mají konečně výhodu, že se mohou lehce přetvářet na plechy nebo dráty, že odolávají korozi pod napětím v chlorovaných roztocích, jsou levné, avšak mají tu nevýhodu, že po sváření, jsou křehké a někdy jsou nedostatečně odolné proti korozi.

Přidáním niklu, manganu nebo vhodné kombinace těchto dvou prvků dovolí přeměnit strukturu poloferitických ocelí obsahujících 17 % Cr na strukturu zcela austenitickou při každé teplotě a zejména při podmínkách použití. Tato nová skupina ocelí odpovídá nerezavějícím au,stenitickým ocelím......

jejichž některá klasická složení jsou uvedena v dalším v hmot. %.

Jedna taková ocel má. složení: uhlík C stopy a 0,12, mangan Mn stopy až 2,0; křemík Si stopy až 1,0; fosfor P stopy až 0,04; síra S stopy až 0,03; nikl Ni 8 až 10; chróm Cr 17 až 19; jiná ocel má složení; uhlík C stopy až 0,7; mangan Mn stopy až 2,0, křemík stopy až 1,0; fosfor P stopy až 0,04; sí-. ra S stopy až 0,03; nikl Ni 10. až 12, chróm

c	Si	Mn	Ni
0,05	0,5	10	2,0
0,05	0,5	0,5	8
0,05	0,5	0,5	6,5

Normální tepelné zpracování před použitím je kalení ve vodě při 1050 až 1150 °C.

Tyto oceli mají výhodu zlepšené svařltelnosti v porovnání s poloferitickými ocelemi, nicméně si zachovávají jejich citlivost na růst zrn, mají lepší odolnost proti korozi pod napětím v porovnání s austenítickými ocelemi.

Nevýhodou těchto ocelí je to, že se dají obtížně válcovat za tepla, v důsledku čehož a v důsledku jejich složení mají značně vyšší cenu.

Oceli podle vynálezu patří ke skupině ne-, rezavějících poloferitických ocelí se zlepšanou svařitělností a odolností proti korozi v porovnání s jinými ocelemi této skupiny. Uvedené tepelné zpracování dává u oceli podle vynálezu zvýšenou produktivitu. zařízení pro výrobu plechů, tyčí a drátů v důsledku značného snížení celkové dobý využití pecí pro zpracování.

V dalším textu bude uváděn jako chromový ekvivalent oceli v hmot. %: % chróm Cr + % křemík Si + % molybden + 4 % titan Ti + % niob N.b a jako niklový ekvl- . valent: % nikl Ni -1- 0,5 % mangan Μη -ΙΟ,5 °/oměď Cu + % kobalt Co + +0 % uhlík Č + % dusík N2 a ocel bude znázorněna jako bod v pravoúhlé souřadnicové soustavě podle přiloženého' vyobrazení, kde

Cr 16 až Ί8; molybden Mo 2 až 2.5; a další ocel má.složení: uhlík C stopy až 0,15; mangan Mn; 5,5 až 7,5; křemík Si stopy až 1,0; fosfor P stopy až 0,06; síra S stopy až 0,03; nikl Ni, 3,5 až 5,5; chróm Cr 16 až 18.

Tyto ocele se používají buď ve stavu překaleném nebo ve stavu mechanicky zpevně- ném.

Mají výhodu dobré svařitělností a dobré odolnosti proti korozi, nevýhodu, že cena 0celi se značně zvyšuje v důsledku přidání niklu nebo kombinace niklu a molybdenu, že jsou zvlášť citlivé ri.a korozi pod napětím což omezuje jejich použiti pro jisté aplikace, například ohřívače vody a že mají nízkou mez pružnosti.

. Tak zvané austeniticko-ferltické oceli tvoří přechodovou skupinu m.ezl poloferitickými. a austenitickými ocelemi. Jejich složení je zvoleno tak, aby vznikla dvoufázová struktura: austenit ··+ ferit. Základní rozdíl mezi touto skupinou ocelí a mezi poloferitickými ocelemi, které také obsahují za tepla poměrně značné množství austenitu, je ve zvláštní stabilitě této dvoufázové struktury na rozdíl od ocelí poloferitických, jejichž struktura se po žíhání rozpadne na ferit + karbidy tak, jak bylo uvedeno výše. Některá složení ocelí . této skupiny'jsou uvedena v hmot. % v, následující tabulce:

Cr Ti CuMo

0,4 —— — 1,52,5

0,2 -— na úsečku je nanesen chromový ekvivalent a na pořadnici ekvivalent niklový, jak jsou. Výše definovány.

Poloferitické nerezavějící ocel podle vynálezu, obsahuje stopy až 0,1 hmot. % uhlíku, 3 až 6 hmot. % manganu,, stopy až 1.% hmot, křemíku, stopy až 1 hmot, niklu, 18 až 22 hmot; % chrómu, stopy až 1,5 hmot. % molybdenu, stopy až 1 hmot. % mědi, stopy až 0,1 hmot. % dusíku, zbytek železo a nevyhnutelné nečistoty.

Tyto oceli mají za tepla strukturu stejnou jako poloferitické oceli, tj. ferit + austenit, ale zachovávají tuto dvoufázovou Strukturu při ochlazení, bez tvorby křehké martensltlcké fáze. V důsledku toho jsou lépe svařitelné než obvyklé poloferitické oceli.

Jejich odolnost proti korozi je také lepší než odolnost obvyklých poloferitických ocelí. Kromě toho se uspoří drahé legovací ко vy.

Chce-li se zlepšit obrobitelnost ocelí podle vynálezu, může se známým způsobem přidat síra a/nebo selen a/nebo telur v celkovém množství nepřekračujícím 0,4 % hmot.

Oceli podle vynálezu, které se dodávají ve formě plechů, tyčí nebo· drátů, mohou být podrobené obvyklým výrobním operacím jako známé poloferitické ocele,, tj. válcová196439 ’ · : .

ní ' na ' blokóvé stolici, válcování za tepla, · žíhání a· · dekapóvání, válcování za studená ne-•bó-tažení, koncové · žíhání. Žíhání , po posledním průpichu · válci za tepla je normálně · žíhání prodloužené, · při · teplotě řádově 800 °C, které · vede k maximálnímu · změkčení, příznivému pro· · další operace tváření za studená. ^: , íí

Způsob · tepelného · zpracování · ocele · · podle vynálezu záleží v tom, že po posledním válcování nebo · · tažení · za tepla při tváření na plechy, tyče, dráty, následuje tepelné zpracování ve · dvou etapách, · z nichž první ·přemění austenit, zachovaný pří okolní teplotě, · na martensit . a druhá je popouštěním na teplotu nejvýše 850 °C, · přičemž se martensit přemění na ferit a karbidy.

První etapa záleží · podle jednoho provedení vynálezu v tom, že je žíhání · při · teplotě mezi 700 a 900 °C, po kterém následuje · pomalé ochlazování na 650 °C a pak ochlazení na vzduchu.

Žíhání se s výhodou provádí při · teplotě mezi 750 ' a. · 80.0- °C, · například- 'po · '4 · hodiny, následované pomalým ochlazováním,· · řádově 25 °C · za hodinu až · na · 650 °C, · pak · ochlazením na vzduchu. Podle dalšího · · provedení je první etapou zpracování mrazem, například udržování při —80 °C po · 3 hodiny.

Podle jiného· provedení vynálezu je první etapou mechanické ' zpevňování · při teplotě okolí válcováním ' nebo tažením s redukcí průřezu · nejméně 30 ·%. · ......

Podle ještě dalšího· provedení vynálezu · je první · etapa pomalé ochlazování z teploty výstupu z poslední operace válcování za tepla na 650 °C a pak ochlazení , na vzduchu.

Druhá · etapa· je popouštění na teplotu pod 850 °C až po zmizení , martensitu. Jeho trvání, které může být hodina nebo méně, je značně menší · než jediné žíhání, trvající obvykle 10· až ' '20 hodin, což umožňuje zlepšit rentabilitmpecí. ·. :

Za · účelem· příkladu se uskutečnilo 5 · taveb ocelí podle vynálezu. Jejich rozbory byly: : ·. ·

	C · ' ·	Si	Mn	.. Ni	Cr '	Mo	S	P	. Nž
(1)	0,058	0,4	4,7	0,5	20	0,02	0,005	0,019	, 0,051
(2)	0,063	0,4	9,2	0,2	23,1 · ..	0,01	0,005	0,019	0,052
(3)	0,Q44	0,3	4,4	0,1	. 17,4	1,98	0,016	0,023	0,024
(4)	0,045	1,3	. 7,6.	0,8	17,1	0,98	0,014	0,023	0,023
(5)	0,064	1,9	5,2	. 0,1	. 16,8	0,96	0,025	0,025	0,050

Stanovily se jejich mechanické vlastnosti po žíhání · · Ve dvou etapách podle ' způsobu podle vynálezu. Zkušební válcové ' tyčinky o· průměru · 10 mm, hrubě kované, se žíhaly při 785 °C po -4 hodiny, · pak se chladily po 25 °C/ /hod. na 650 °C, poté se chladily na vzduchu, načež přišlo popouštění na 750' °C po· dobu 15 minut, · sledované chlazením vzduchem. Výsledky jsou v následující tabulce:

Tavba	R (MPa)	E (MPa)	ů°/o (Lo = '50 · mm)	λ %
1.	560	330	30	. 56
2.	. 580	340	29 ,	£8
3.	590	350	26 .	58
4.	630	390	25	58
5.	680	440	31	77

R — 'zatížení při porušení materiálu

E ' — mez průtažnosti

A u- · prodloužení

Schopnost ohýbání, · bez jakéhokoliv tepelného· zpracování, svarů ocelí podle' vynálezu je· vyšší než u obvyklých poloferitických ocelí. Porovnání mikrotvrdosti různých složek ve · svaru obvyklých poloferitických · ocelí á ocelí podle vynálezu dává následující výsledky;

Mikr.otvrdost Vickers uvnitř feritových zrn (zatížení 50 g) na styku feritových zrn obvyklá póloferitická ocel ocel podle vynálezu ' ·

220

260 ·- 530 (martensitová· fáze)

320 ' (austenitlcká fáze)

Malá houževnatost tavného svaru je charakteristická pro nerezavějící poloferitické o-cele. Tato houževnatost se značně zvýší u ocelí podle vynálezu, jak to ukazuje tabulka: ocel '.· houževnatost podle Charpyho v J/cm^{* 2} poloferitické<0,5 feritická 0,5 až1,5 austeniticko-ferltická Ί,5 až3 austenitická>4 oCel podle vynálezu -2 až 4

Z hlediska koroze jsou dva hlavní druhy nepříznivého působení na nerezavějící oceli — jamková koroze za přítomnosti chlorových iontů a celková (plošná) koroze ve zředěném, nechlorovaném kyselém prostředí.

Následující pokusy byly provedeny na plechách o tloušťce 10 mm. Plechy z océlí podle vynálezu se po válcování za tepla podro-. bily žíhání ve dvou etapách podle vynálezu.

1. jamková koroze za přítomnosti iontů chloru v neokysličujícím ale provzdušněném roztoku.

Tato koroze se týká koroze atmosférické, protože ionty chloru jsou vždy přítomné i daleko od moře, solných roztoků například potravinářské výrobky, atd.

Odolnost proti korozi v této oblasti se hodnotila podle potenciálu jamek v roztocích chloridu sodného pomocí křivky anodické polarisace. Dokázalo se, že katodová reakce redukce kyslíku byla necitlivá na druh jamek, takže stanovení potenciálu jamek, tj. anodová charakteristika tvoří dobré měřítko pro klasifikaci.

Na následující tabulce jsou udána rozmezí výsledků porovnávacích pokusů u různých ocelí.

Potenciál jamek (vmV) v prostředí NaCl 0,02 M oceli poloferitické oceli feritické oceli austenitlcko-feritické austenitické manganové oceli austenitické niklové oceli oceli podle vynálezu

2. Plošná koroze ve zředěném, nechloro530 až 580

540 až 590

650 až 730

610 až 660

640 až 700 váném? prostředí. Ve velké. většině případů bude nerezavějící ocel v pasivním stavu, aby odolávala korozi v kyselém prostředí, jinak bude korodovat v aktivním stavu.

V určitém kyselém roztoku daná nerezavějící ocel bude páslvní, když, katodová reakce redukce oxidantu v roztoku — rozpuštěný kyslík, ionty Fe³⁺, Cu²⁺, atd. — přivede potenciál kovu do oblasti pasivity, To se. uskuteční, když rychlost redukce oxidantu, vyjádřená v A/cm² je vyšší, než kritická intenzita pasivace ic na cm², měřená na křivce anodové polarizace kovu vytýčené bez okysličovadlá. Naopak, pro danou rychlost redukce okysličovadla budou pasivní oceli, které mají ic menší než je tato rychlost, a aktivní budou oceli, které mají i_c větší. Zkušenost ukázala, že alespoň ve velmi velkém rozsahu je i_c rozhodujícím parametrem: ocel bude tím „lepší“, čím bude i_c menší.

ocel	kritický pasivační proud (10-3 A.c_m-2) v prostředí H2SO4 2 M
poloferitické feritická austeniticko-feritická Manganová austenitické niklová austenitická ocel podle vynálezu,	11 až 15 . 10 až 15 0,5 až 4 5 až 9 0,7 až 1,5 2 až 6

Předcházející výsledky vcelku umožňují umístit ocel podle vynálezu na úroveň mezi niklové austenitické oceli a klasické oceli poloferitické.

Možnost použití ocelí podle vynálezu ve formě tyčí, plechů a drátů je velmi rozmanitá. Kromě obvyklého použití poloferitických, austenitických ocelí'manganovýcn nebo s nízkým obsahem niklu, jako je stavba kotlů, stavebnictví, jímky, kryty kol, nárazníky, ozdobné kroužky pro automobily, se prosadily oceli podle vynálezu v dalších odvětvích pro jéjich nižší cenu,,než je cena austenitickýcti a austenlticko-feritických ocelí a pro jejich lepší jakost než je Jakost poloferitických ocelí. Tak se hodí zejména pro výrobu nádrží na teplou vodu, automobilových radiátorů, a to pro jejich odolnost proti korozi pod napětím, pro jejich svařitelnosť a cenu. Dále se hodí pro výrobu Papinových hrnců, svařovaných trub, kuchyňských roštů pro jejich svařitelnost, háků pro upevnění střešních břidlic, pro jejich odolnost proti korozi.

Claims

1. Poloferitická nerezavějící ocel, vyznačující se tím, že obsahuje stopy až 0,1 hmot, procent uhlíku, 3 až 6 hmot. % manganu, stopy až · 1 hmot. %, · křemíku, stopy až . 1 hmot. % niklu, 18. až 22 hmot. · '% chromil, stopy až 1,5 hmot. % molybdenu, stopy až 1 •hmot. % mědi, stopy až 0,1 · hmot. · ó/o duS&u/zbytek železo a nevyhnutelné nečistoty.

?

2.JJpfisob tepelného zpracování ocele podle •bodu 1, vyznačující se· tím, že po posledním válcování nebo tažení za tepla při tváření na plechy, tyče,· dráty, · následuje tepelné zpracování ve dvou etapách, z nichž první přemění austenlt, zachovaný při okolní teplotě, na martensit a druhá je popouště' ním na teplotu nejvýše 850 °C, přičemž se martensit přemění na ferit a karbidy.

VYNÁLEZU· . '

3. Způsob podle bodu 2, · vyznačující se tím, že první · etapa je žíhaní při teplotě mezi· 700 a · 900 °C, po· kterém následuje pomalé ochlazování na 650 °C a pak ‘ ochlazení na vzduchu.

4. Způsob podle·' bodu . 2, vyznačující se tím, že první etapou je zpracování · mrazem.

5. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že první etapou je mechanické zpevňování při teplotě okolí válcováním nebo tažením s · redukcí průřezu nejméně 30 %.

6. Způsob podle bodu 2, · vyznačující · se tím, že první · · -etapa je pomalé ochlazování z teploty výstupu ž poslední operace válcování za tepla na 650· °C a pak' ochlazení na vzduchu.