CZ7091A3

CZ7091A3 - Austenitic stainless steel

Info

Publication number: CZ7091A3
Application number: CS9170A
Authority: CZ
Inventors: Peter Stenvall; Mats Liljas; Bengt Wallen
Original assignee: Avesta Ab
Priority date: 1990-01-15
Filing date: 1991-01-15
Publication date: 1993-02-17
Also published as: ZA91151B; SE9000129D0; FI906422A0; JPH04214843A; CA2033287C; NO910151L; HK209996A; NO177604C; HU210752B; PL288696A1; DE69025468D1; DK0438992T3; JP3209433B2; AU631280B2; US5141705A; KR0167783B1; ATE134391T1; HU910095D0; KR910014530A; SE9000129A

Description

Vynález se týká austenitické nerezavějící ocele, která má vysokou pevnost v tahu, vysokou rázovou houževnatost, dobrou svaritelnost a vysokou odolnost proti korozi, zejména vysokou odolnost proti důlkové korozi a proti štěr binové korozi.

Dosavadní stav techniky

Když byla před více než deseti roky uvedena na trh nerezavějící austenitická ocel Avesta 254 SMO , která obsahuje více než 6 % molybdenu /patent US 4,078,920/, znamenalo to výrazný technický pokrok zejména vzhledem k tomu, že došlo ke zlepšení mechanické pevnosti a odolnosti vůči korozi ve srovnání s vysoce legovanými druhy ocelí, které byly až do této doby k dispozici. V současné době jsou rovněž komerčně dostupné ferritické a ferriticko-austenitické ocele, které mají přibližně stejnou odolnost vůči

R korozi jako uvedená ocel Avesta 254 SMO .

Určitou cestou, jak zlepšit odolnost vůči korozi austenitických nerezavějících ocelí, je zabudovat do složení ocele dusík. Dusík byl použit již u v^še uvedené oceli Avesta 254 SMO^R, která obsahuje o něco málo více než 0,2 % dusíku. Rovněž je známo, že rozpustnost dusíku může být dále zlepšena v případě, že se ve složení oceli zvýší obsah manganu nebo chrómu.

Nicméně i v současné době existují oblasti použití, pro které mají i nejlepší v současné době dosažitelné nerezavějící ocele nedostatečnou odolnost vůči korozi. Jedná se zejména o použití korozivních chloridových roztoků, kde přichází v úvahu zejména riziko důlkové koroze a štěrbinové koroze, jakož i použití silných kyselin. Pro tyto apli2 kace je proto nezbytné použít velmi drahé materiály, jakými jsou například slitiny na bázi niklu. Proto zde eyxistuje potřeba získat materiály, které by byly lacinější než slitiny na bázi niklu a které by měly odolnost vůči korozi, zejména odolnost vůči důlkové a štěrbinové korozi, alespoň stejně tak dobrou jako uvedené slitiny na bázi niklu.

Za účelem zlepšení odolnosti vůči korozi materiálů používaných pro výrobu potrubí, zařízení a ostatních pří strojů, které nachází uplatnění například v pobřežním průmyslu, jakož i p^o^výrobu tepelných výměníků a kondenzorů, je nezbytné, aby/značně zvýšeno celkové množství těch legujících prvků, které zlepšují odolnost vůči korozi, a to ve srovnání s vysoce legovanými austenitickými nerezavějícími ocelemi, které jsou k dispozici v současné době a mezi které patří například již uvedená ocel Avesta 254 SMO . Avšak vysoký obsah chrómu a molybdenu, které jsou v uvedeném smys lu velmi důležitými legujícími prvky, zvýší tendenci ocelí k vysrážení mezimetalických fází. K případě, že k vysrážení mezimetalických fází dojde ve výraznější míře, může to způsobit určité problémy při výrobě oceli. Kromu toho to může mít za následek zhoršení svařitelnosti oceli a rovněž zhoršení odolnosti oceli vůči korozi.

Určitým prostředkem k omezení nebo zamezení vysrážení mezimetalických fází je legovat ocel vysokým obsahem dusíku. Dusík může současně zlepšit odolnost oceli vůči důlkové a štěrbinové korozi. Avšak chrom mé vysokou afinitu k dusíku a snadno takto tvoří nitridy chrómu v případě, že obsah chrómu a dusíku je příliš vysoký, což může způsobit další problémy související s takto vyrobenými ocelemi. K dosažení vysokého obsahu dusíku v austenitické nerezavějící oceli je rovněž nezbytné, aby byla dostatečně vysoká rozpustnost dusíku v roztavené fázi oceli. Zlepšené rozpustnos ti dusíku v uvedené roztavené fázi oceli může být dosaženo zvýšeným obsahem chrómu a manganu. Avšak vysoký obsah chro- 3 mu může zase způsobit, jak bylo již uvedeno výše, zvýšenou tvorbu nitridlĎ chrómu. Dříve bylyo velmi často k oceli přidáváno velké množství manganu, obecně více než 6 % manganu, za účelem zvýšení rozpustnosti dusíku v oceli, čímž se dosahovalo obsahu dusíku v oceli vyššího než 0,4 %. Avšak i tyto vysoké obsahy manganu v oceli mohou také způsobit určité problémy. Tak například při uvedených vysokých koncentracích manganu v oceli, t.j. při obsahu manganu v oceli vyšším než uvedených 6 %, může mít obtížnější brůběh oduhličení oceli a může docházet k rychlejšímu opotřebení vyzdívky konventoru na výrohu oceli.

Podstata vynálezu

Vzhledem k výše uvedenému je tedy cílem vynálezu získat svařitelnou austenitickou nerezavějící ocel, která by měla vysokou pevnost v tahu, vysokou rázovou houževnatost a vysokou odolnost vůči důlkové a štěrbinové korozi a byla v těchto vlastnostech srovnatelná s některými v současné době známými slitinami na bázi niklu.

Vynález je zejména zaměřen na získání oceli, která by mohla být s výhodou použita například v následujících oborech použití :

- v pobřežním průmyslu /mořská voda, kyselé oleje a plyny/,

- pro tepelné výměníky a kondenzory /mořská voda/,

- pro odsolovací provozy /slaná voda/,

- pro zařízení k čištění spalin a kouřových plynů /kyseliny obsahující chlorid/, pro zařízení ke kondenzaci spalin /silné kyseliny/,

- v provozech pro výrobu kyseliny sírové nebo kyseliny fosforečné,

- pro potrubí a zařízení v provozech pro výrobu ropy a plynů /kyselé oleje a plyny/,

- pro zařízení a potrubí v provozech na bělení celulózy a pro výrobu chlorečnanu /oxidační kyseliny nebo roztoky obsahující chloridy/ a

- pro tankery a benzínové cisterny /všechny druhy chemikálií/.

Nyní bylo v souladu s vynálezem nově nalezeno, že obsahu dusíku v oceli přesahujícího 0,4 % může být dosaženo i při výrazně nižším obsahu manganu. Rovněž bylo nalezeno, že mangan snižuje odolnost oceli vůči korozi. Proto je výhodným specifickým cílem vynálezu získat složení oceli, ve kterém může být dosaženo požadovaného vysokého obsahu dusíku v oceli při srovnatelně nižším obsahu manganu v oceli.

Ocel podle vynálezu proto obsahuje v % hmotnostních :

nejvýše nejvýše více než více než více než více než

0,08 C 1 ,0 Si

0,5 avšak méně než 6 Mn 19 avšak méně než 28 Cr 17 avšak méně než 25 Ni 7 avšak ne více než 10 Mo

- 5 0,4 až 0,7 N stopy až 2 Gu až 0,2 Ce, přičemž zbytek je v podstatě tvořen železem, nečistotami a přidruženými prvky v normálních množstvích.

Detailní popis vynálezu

Kromě výše uvedených legujících prvků může ocel podle vynálezu obsahovat i další prvky v menších množstvích za předpokladu, že tyto prvky nezhoršují požadované vlastnosti ocelí podle vynálezu, které již byly uvedeny výše.

Tak například ocel podle vynálezu může obsahovat bor v množství do 0,005 % a to za účelem dalšího zlepšení zpracovatelnosti oceli za tepla. Jestliže ocel podle vynálezu obsahuje cer, potom obvykle obsahuje i další kovy vzácných v

zemin, nebot cer ne obvykle do oceli přidáván ve formě směsného kovu obsahujícího i další kovy vzácných zemin.

K oceli podle vynálezu mohou být déle přidány také vápník, hořčík nebo hliník v množstvích do 0,01 % pro každý z uvedených prvků, přičemž tyto prvky jsou k oceli přidávány za rozličnými účely.

Pokud jde o jednotlivé legující prvky, jedná se o prvky následující.

Uhlík je v oceli podle vynálezu považován za nežádoucí prvek vzhledekm k tomu, že uhlík silně snižuje rozpustnost dusíku v roztavené oceli. Uhlík rovněž zvyšuje tendenci oceli k vysrážení škodlivých karbidM chrómu. Z těchto důvodů by uhlík neměl být v oceli podle vynálezu obsažen v množstvích přesahujících 0,08 %, s výhodou v množstvích nepřesahujících 0,05 % a obzvláště výhodně v množstvích nepřesahujících 0,03 %·

Křemík zvyšuje tendenci oceli k vysrážení nemetalických fází a silně snižuje rozpustnost dusíku v roztavené oceli. Křemík by proto měl být v oceli přítomen v množství nejvýše 1,0 %, výhodně v množství nejvýše 0,7 0 a obzvláš tě výhodně v množství nejvýše 0,5 %·

Chrom představuje v oceli podle vynálezu stejně jako ve všech ostatních nerezavějících ocelích velmi důležitý prvek. Chrom obvykle zvyšuje odolnost oceli proti korozi. Kromě toho rovněž zvyšuje rozpustnost dusíku v rozpuštěné oceli a to v daleko vyšší míře než ostatní prvky v oceli. Chrom je proto přítomen v oceli podle vynálezu v množství alespoň rovném 19 %·

Chrom však, zejména v kombinaci s molybdenem a křemíkem, zvyšuje tendenci oceli k vysrážení mezímetaliekých fází, a v kombinaci s dusíkem rovněž zvyšuje tendenci oceli k vysrážení nitridů. Tyto okolnosti se mohou nežádoucím způsobem uplatňovat při svařování a při tepelném zpracování oceli. Z tohoto důvodu je obsah chrómu omezen nejvýše na 28 %, výhodně nejvýše na 27 % a obzvláště výhodně nejvýše na 26 %.

Molybden patří v oceli podle vynálezu k nejdůležitějším prvkům vzhledem k jeho schopnosti silně zvyšovat odolnost oceli proti korozi, zejména proti důlkové a štěrbinové korozi, a současně zvyšovat rozpustnost dusíku v roztavené oceli. Rovněž tendence oceli k vysrážení nitridů se snižuje s rostoucím obsahem molybdenu. Ocel podle vynálezu proto obsahuje více než 7,0 % molybdenu, výhodně alespoň 7,2 % molybdenu. Je pravdou, že je možné očekávat problémy v souvislosti s válcováním uvedené ocele za tepla a s válcováním uvedené ocele za studená. Avšak vhodnou volbou ostatních legujících prvků v oceli podle vynálezu je možné dosáhnout toho, že bude možné úspěšně válcovat ocel podle vynálezu za tepla i za studená i v případě, kdy tato ocel obsahuje výše uvedený obsah molybdenu. Nicméně k problémům může docházet v souvislosti se zpracovatelností oceli za tepla v případě, kdy je obsah molybdenu příliš vysoký. Kromě toho má molybden tendenci zvyšovat náchylnost oceli k vysrážení mezimetalických fází, například při svařování a tepelném zpracování oceli. Z těchto důvodů nesmí obsah molybdenu přesahovat 10%, s výhodou nesmí obsah molybdenu přesahovat 9 % a obzvláště výhodně nesmí obsah molybdenu přesahovat §5%.

Dusík je kritickým legujícím prvkem v oceli podle vynálezu. Dusík velmi silně zvyšuje odolnost oceli vůči důlkové a štěrbinové korozi a rovněž silně zvyšuje mechanickou pevnost oceli a to při zachování dobré rázové houževnatosti a deformovatelnosti /tvarovatelnosti/ oceli. Kromě toho je dusík laciným legujícím prvkem a může být k oceli přidán přidáním vzduchu nebo dusíku k oxidujícímu plynu, používanému za účelem oduhličení oceli v konvertoru.

Dusík je rovněž výrazným stabilizátorem austenitické struktury oceli, což poskytuje určité výhody. V průběhu svařování může docházet k silné segregaci některých legujících prvků. To se zejména týká molybdenu, který se v oceli podle vynálezu vyskytuje ve vysokém obsahu. V mezidendritických oblastech může být mnohdy obsah molybdenu tak vysoký, že zde existuje riziko vysrážení meimetalických fází. V průběhu výzkumné práce spojené se získáním oceli podle vynálezu bylo s překvapením zjištěno, že stabilita austenitu je tak vysoká, že si mezidendritické oblasti vzdor vysokému obsahu molybdenu zachovají jejich austenitickou mikrostrukturu. Vysoká austenitická struktura a její stabilita jsou výhodné například při svařování za použití konzumovatelných elektrod, poněvadž materiál sváru potom obsahuje exkrémně nízký obsah sekundárních fází a v důsledku toho je materiál sváru odolný vůči korozi a má zvýšenou tažnost, tvárnost a kujnost.

Mezimětalickými fázemi, které obvykle přichází v úvahu u tohoto typu ocele, jsou Lavesovy fáze, sigma-fáze a ch-fáze. Všechny tyto fáze mají velmi nízkou nebo vlbec žádnou rozpustnost dusíku. Z tohoto důvodu může dusík zpožďovat vysrážení Lavesouých fází, ale také sigma-fází a chifází. Vyšší obsah dusíku takto zvyšuje stabilitu oceli proti vysrážení uvedených mezimetalických fází. Z těchto důvodů je dusík obsažen v oceli podle vynálezu v množství alespoň rovném 0,4 %, výhodně v množství alespoň rovném 0,45

Jestliže je však obsah dusíku příliš veliký, má potom ocel tendenci k vysrážení nitridů. Kromě toho vysoký obsah dusíku zhoršuje zpracovatelnost oceli za tepla. Proto nesmí obsah dusíku v oceli podle vynálezu přesahovat 0,7 výhodně nesní tento obsah dusíku přesahovat 0,65 % a obzvláš tě výhodně nesmí uvedený obsah dusíku v oceli podle vynálezu přesahovat 0,6

Nikl je prvkem tvořícím austenitickou strukturu a je proto k oceli přidáván v kombinaci s otatními tvůrci austenitu za účelem vytvoření austenitické mikrostruktury. Zvýšený obsah niklu v oceli může rovněž působit proti tendenci oceli k vysrážení mezimetalických fází. Z těchto důvodů je nikl v oceli podle vynálezu přítomen v množství alespoň rovném 17 %. Výhodně je nikl v oceli podle vynálezu přítomen v množství alespoň rovném 19 %.

Nikl však na druhé straně snižuje rozpustnost dusíku v roztavené oceli a rovněž zvyšuje tendenci oceli k vysrážení karbidů v pevném stavu. Navíc je nikl drahým legujícím prvkem. Proto je obsah niklu v oceli podle vynálezu omezen na nejvýše 25 výhodně na nejvýše 24 % a obzvláště výhodně na nejvýše 23 % niklu.

Mangan se k oceli přidává za účelem zlepšení rozpustnosti dusíku v oceli o sobě známým způsobem. Výzkumné

- 9 práce provedené v souvislosti s vývojem oceli podle vynálezu vedly k překvapivému poznatku, že i nízké obsahy manganu v oceli jsou dostatečné pro dosažení obsahů dusíku v oceli pře sáhujících 0,4

Mangan je proto přidáván k oceli v množství alespoň 0,5 %, výhodně v množství alespoň 1,0 % a obzvláště výhodně v množství alespoň 2,0 %, za účelem zvýšení rozpustnosti dusíku v tavěnině oceli. Vysoké obsahy manganu však způsobují problémy při oduhličění oceli, poněvadž mangan stejně jako chrom snižuje aktivitu uhlíku, takže oduhličení potom probíhá pomaleji. Kromě toho má mangán vysokou tenzi páry a vysokou afinitu ke kyslíku, což má za následek značnou ztrátu manganu v průběhu oduhličení oceli v případě, že výchozí obsah manganu v oceli je vysoký. Dále je známo, že mangan může tvořit sulfidy, které snižují odolnost oceli vůči důlkové a štěrbinové korozi. Výzkumné práce provedené v souvislosti s vývojem oceli podle vynálezu dále ukázaly, že mangan rozpuštěný v austenitu zhoršuje odolnost oceli vůči korozi i v případě, kdy nedošlo k tvorbě uvedených sulfidů. Z těffhto důvodů je obsah manganu v oceli podle vynálezu omezen na nejvýše 6 %, výhodně na nejvýše 5 %, výhodněji na nejvýše 4,5 % obzvláště výhodně na nejvýše 4,2 %· Nicméně optimální obsah manganu v oceli podle vynálezu činí asi 3,5

Je známo, že měď může v některých austenitických nerezavějících ocelích zlepšit odolnost těchto ocelí vůči korozi způsobené některými kyselinami, zatímco v případě vyšších množství mědi v oceli může dojít ke zhoršení odolnosti oceli vůči důlkové a štěrbinové korozi. Měď se proto může vyskytovat v oceli v množství až do 2,0 %. Extenzivní výzkumné práce ukázaly, že existuje rozmezí obsahu mědi v oceli, které je optimální v případě, kdy se uvažují korozní charakteristiky v rozličných mediích. Měď je proto s výhodou přítomna v rozmezí od 0,3 do 1,0 %, obzvláště výhodně v rozmezí od 0,4 do 0,8 % Cu.

- 10 K oceli podle vynálezu může být případně přidán i cer, například ve formě již výše uvedeného směsného kovu, a to za účelem o sobě známého zlepšení zpracovatelnosti této oceli za tepla.

Jestliže se k oceli podle vynálezu přidá uvedený směsný kov, potom tato ocel kromě ceru obsahuje také ostatní kovy vzácných zemin. Cer v oceli tvoří oxysulfidy ceru, které nezhoršují odolnost oceli vůči korozi takovou měrou jako o statní sulfidy, zejména jako sulfid manganu. Cer je proto v oceli podle vynálezu obsažen ve výrazném množství až do 0,2 %, výhodně až do 0,1 %. V případě, že se cer k oceli přidává, potom by obsah ceru měl činit alespoň 0,03 %·

Obsah síry v oceli podle vynálezu musí být udržován na velmi nízké úrovni. Tento nízký obsah síry je důležitý s ohledem na odolnost oceli vůči korozi, jakož i s ohledem na zpracovatelnost oceli za tepla. Obsah síry by proto měl být nejvýše roven 0,01 % a zejména s ohledem na dosažení dobré zpracovatelnosti oceli za tepla by ocel měla výhodně mít obsah síry nižší než 10 ppm /nižší než 0,001 %/ berouce v úvahu, že austenitická nerezavějící ocel, která má tak vysoký obsah manganu a molybdenu jako ocel podle vynálezu, je obvykle velmi obtížně zpracovatelná za tepla.

Výhodná a obzvláště výhodná rozmezí obsahů jednotlivých legujících prvků jsou uvedena v následující tabulce 1. Zbytek do 100 % je tvořen železem a nečistotami a přidruženými prvky v normálních množstvích.

Tabulka 1

	Výhodné rozmezí obsahu legujícího prvku /% hmotnosti/	Obzvláště výhodné rozmezí obsahu legujícího prvku /% hmotnosti/
c	nejvýše 0,05	nejvýše 0,03
Si	nejvýše 0,7	nejvýše 0,5
Mn	2 až 5	3,0 až 4,5
Cr	19 až 26	23 až 25
Ni	19 až 23	21 až 23
Mo	7,2 až 8,5	7,2 až 8
N	0,45 až 0,6	0,48 až 0,55
Cu	0,3 až 0,8	0,3 až 0,8
Ce	nejvýše 0,1	nejvýše 0,05

Účinek chrómu, molybdenu a dusíku na odolnost oceli vůči důlkové korozi může být popsána následujícím známým vzorcem pro výpočet ekvivalentu odolnosti vůči důlkové korozi /Pitting Resistence Equivalent/ PRE :

PRE = % Cr + 3,3 x % Mo + 30 x % N /% hmotnosti/.

Systematické výzkumné práce ukázaly, že za účelem získání oceli, mající odolnost vůči štěrbinové korozi srovnatelnou s některými v současnosti známými slitinami na bázi niklu, je nutné kombinovat Cr, Mo a N tak, aby ekvivalent odolnosti vůči důlkové korozi PRE měl hodnotu vyšší než 60. Je proto znakem tohoto vynálezu, že hodnota PRE oceli podle vynálezu je vyšší než 60.

Příklady provedení vynálezu

Ve vysokofrekvenční vakuové peci byly vyrobeny laboratorní šarže ocelí o hmotnosti třiceti kil /slitiny 1 až 1 5 v dále uvedené tabulce 2/. Tyto materiály byly vyválcovány za tepla na 10 mm desky a potom za studená na 3 mm plechy. Chemická složení těchto materiálů jsou uvedena v následující tabulce 2, přičemž v případě slitin 1 až 12 a slitiny 14 jde o kontrolní analýzy 3 mm plechů a v případě slitin 13 a 15 jde o výsledky analýz výchozích laboratorních šarží. V případě slitiny 16 se jedná o 60 t produkč ní šarži, která byla bez problémů zpracována kontinuálním litím a následným válcováním za tepla na 10 mm desky. Slitiny 17 a 18 představují dvě komerční slitiny na bázi niklu Všechny uvedené obsahy jsou vyjádřeny v procentech hmotnost nich. Kromě prvků uvedených v tabulce 2 oceli obsahují také nečistoty a přidružené prvky v množstvích, která jsou normální pro nerezavějící austenitické oceli a pro slitiny na bázi niklu. Obsah fosforu je nižší než 0,02 % a obsah síry byl nejvýše roven 0,010 %. Ve slitině 16 je obsah síry nižší než 10 ppm /nižší než 0,001 %/.

O.

rn

CM

^t

LO

—

st

0

10

rn

CM

co

CO

r—

st

r—

rn

st

t—

co

CM

LO

to

CO

u

CO

'>0

co

co CM CO

CO

lo

co

o

st

m

O

CO

CM

c-

LO

CM

<0

C-

LO

co

o

1—

m

o

y—

CM

T—

0

O

m

C—

o

0

O

<0

0

O

0

O

o

0

O

o

0

O

0

O

r-

T—

y—

1—

<O

st

rn

CM

CO

m

co

'M“

co

st

LÍN

10

LO

co

10

St

LO

0

O

0

O

o

O

0

O

CM

m

CM

m

CM

CO

co

CO

CM

m

CM

m

O

*-

—

*”

—

st

co

O

—

T—·

O

0

O

0

O

o

0

O

0

O

0

Chemická složení /% hmotnostní/

Φ >N co >co co β

•H +J i—I cn

ΙΛ Γ- O 03 «- m m cm lo co mmm*— loco-d-c— rn CM CM CM CM CM CM <- 'V -V cocot—cQcoc— c*-c— c—c—c— c-c~-c—

—

CM

CO

—

CM

O

CO

O

CM

xt

0

O

CO

0

O

CM

w—

CM

CO

CM

st

O

CO

co

LO

CO

CM

M“

v-

CM

m

st

r—

Y“”

CM

D(j\-CJ\l>--WCdOJ — O CO ΙΛ O

m

-d-

m

CM

»d-

'd·

st

00

0-

CM

CO

r—

St

0

St

st

m

LO

St

st

CM

LO

co

rn

m

xfr

LO

10

St

'ď

st

rn

m

st

0

O

0

O

0

CM

O

CM

to

CM

1—

CO

co

c-

Y—

CM

O

Γ—

m

CM

Y—

m

CM

r—

o

O

0

O

0

O

0

O

o

r—

CO

CM

St

LO

st

c-

00

co

o\

CM

0

<0

04

CM

m

CO

CM

CM O

Y—

LO

C-

γ—·

T—

Y—

.—

Y—

— co

Y—«

T—

r“

>

> >

>

ΛΙ Γ<Λ cm m σ\ oj m oj kO kO kO -4o o o o ·* Λ o o

O kO kO -4· ** Λ o o oj m >— -4Tabulka 2 /pokračování/ m

oj r- m -4-4- OJ kO ·» — ·» trs

0— O- 03 —

ο	ο		UA
Λ	«*		Μ
ο	04	CJ	kO
04	0J	kO	Lf\

ir\ m ir\ 00 — -4- — ir\ 04 CJ CJ —co \

Φ >N β

co >co co β •H +-> •H i—I CO

ο	kO
«*	ο	ο	*$·
<Μ	·»		Μ
	04	σ	ο

04	00	kO	ΓΟ
-4-	CJ	0J	ο
Μ		·«	Μ
Ο	ο	ο	ο

C—	kO	ο	ΠΊ
,—	Τ-	τ-	Ο
ο	Ο	Ο	Ο
Μ	**	•t	·*
ο	ο	ο	ο
	ο	00
	«—		1
	ιο\	σ\	ο
	C0	-4-	kO
	ca	kO	tr-
*—	kO		oj
ΙΓ\		Ο	1
	to-		Η
>	οο	2C	«

m \o o co o

o «* o

XJ

Φ β

χυ β

χυ a

a α

ο.

ο

Xk) φ

β >φ β

'Φ a

- 15 Mechanické testy

Byly provedeny testy za účelem stanovení pevnosti v tahu a rázové houževnatosti a měření tvrdosti, při čemž tyto testy a měření byly provedeny při pokojové teplotě s 3 mm plechem ze dvou ocelí podle vynálezu; těmito ocelemi jsou oceli č. 6 a č. 16 z tabulky 2, které byly tepelně zpracované při teplotě přechodu složek do tuhého roztoku. Průměrné hodnoty výsledků dvou testů pevnosti v tahu pro každou ocel, pěti testů rázové houževnatosti pro každou ocel a tří měření tvrdosti pro každou ocel jsou uvedeny v následující tabulce 3· V této tabulce je použito následujících standardních symbolů;

Rp 0,2 = mez 0,2,

Rm = namáhání na mezi pevnosti v tahu,

A 5 = prodloužení při testu pevnosti v tahu,

KV = rázová houževnatost za použití tyče V a

HV20 = tvrdost podle Vickerse, 20 kg.

Tabulka 3

Slitina č.	Rp0,2 /MPa/	Rm /MPa/	A5 /%/	KV /J/cm²	HV20
6	479	861	57	174	226
16	467	838	58	240	215

Z výše uvedených hodnot lze konstatovat, že ocele Č.6 a <5.16 podle vynálezu mají ve srovnání s konvenčními austenitickými nerezavějícími ocelemi vysokou pevnost v tahu a dobrou houževnatost v relaci k jejich pevnosti.

Strukturní stabilita

Strukturní stabilita vysoce legovaných austenitických ocelí je mírou schopnosti oceli zachovat si svojí austenitickou strukturu v případě, kdy je tato ocel podrobena tepelnému zpracování v teplotním rozmezí 700 až 1100 °C. Tento znak je rozhodující pro svařovatelnost oceli a pro možnost tepelného zpracování oceli ve formě kusů velkých rozměrů.

Čím větší je tendence oceli k vysrážení sekundárních fází, tím horší je svařovatelnost oceli a tím horší je zpracovatelnost oceli za tepla ve formě velkých /tlustých/ výrobků.

Extenzivními testy tepelného zpracování /isotermní zpracování/ bylo stanoveno, že oceli podle vynálezu mají srov natelnou strukturní stabilitu s komerční ocelí Avesta 254 SMO a to přes jednoznačně vyšší obsah legujících prvků. To může být vysvětleno skutečností, že vyšší obsah dusíku potlačuje tvorbu mezimetalických fází při současném utlumení tvorby nitridů chrómu.

Korozní testy

Tyto testy byly provedeny s materiálem odebraným z 3 mm silných, za studená vyválcovaných plechů, které byly žíhány a zakaleny /oceli podle vynálezu/ a s komerními slitinami na bázi niklu č.17 a č.18.

Odolnost ocelí vůči štěrbinové a důlkové korozi byla vyhodnocena v 6% roztoku chloridu železitého podle ASTM G-48. Při testu pro stanovení štěrbinové koroze bylo použito štěrbinového trnu násobného typu. Při obou testech byla určována kritická teplota, t.j. teplota při které již může být na testovaném povrchu detekována koroze po 24 hodinové expozici roztokem chloridu železitého. Tato kritická teplota byla měřena s přesností + 2,5 °C. Vždy je výhodná vysoká kritická teplota, což znamená, že má-li ocel vyšší kritickou teplotu, potom má i vyšší odolnost vůči korozi. Jako srovnávací materiály byly při těchto testech použity slitiny na bázi niklu č. 17 a č.18 z tabulky 2.

Odolnost vůči obecné korozi kyselinami byla vyhodnocena vynesením anodických polarizačních křivek, přičemž z těchto křivek byla vypočtena hustota pasivačního proudu. Nízký pasivační proud, resp. nízká hustota pasivačního proudu znamená, že slitina může být v dané kyselině pasivována snadněji než slitina mající vyšší hustotu pasivačního proudu. Výhodná je nízká hustota pasivačního proudu, poněvadž rychlost koroze pasivované oceli je mnohem nižší než rychlost koroze oceli, kterou nebylo možné pasivovat. Při testu bylo použito tří kyselin, kterými jsou 20% kyselina sírová při teplotě 75 °C, 70% kyselina sírová při teplotě 5θ °C a kyselina fosforečná při teplotě 5θ °C.

Kyselina fosforečná měla následující složení:

Tabulka 4

Složení kyseliny fosforečné

p₂0₅	54 %
h₂so₄	4,0 %
HC1	1234 ppm
HF	1,1 %
^Al2°3	0,6
MgO	0,7 %
CaO	0,2 %
SiO₂	0,1 %

Následující tabulky ukazují, do jaké míry ovlivňují důležitá legující prvky odolnost uvedených slitin /tabulka 2/ vůči korozi. Pokud se jedná o štěrbinovou a dálkovou korozi, je známo, že tyto typy korozí mohou být legujícím prvkem ovlivněny stejným způsobem. Proto nehraje žádnou roli, který z obou typů korozí je studován při demostraci vlivu daného legujícího prvku na odolnost slitiny vůči korozi.

Je velmi dobře známo, že chrom a molybden jsou prvky, které velmi příznivě ovlivňují odolnost ocelí vůči korozi, způsobené většinou kyselin, zatímco mangan má v tomto ohledu jen velmi malý účinek. Rovněž je známo, že chrom a zejména molybden mají velmi příznivý vliv na odolnost ocelí vůči dálkové a štěrbinové korozi, přičemž však slitiny s velmi vysokým obsahem chrómu a molybdenu mohou obsahovat sraženiny ve formě fází, které jsou bohaté na chrom a molybden, přičemž tyto fáze mohou mít neblahý vliv na odolnost ocelí vůči štěrbinové a dálkové korozi. Rovněž je známo, že mangan může mít v důsledku tvorby sulfidů manganu nepříznivý vliv na odolnost vůči štěrbinové a důlkové korozi. Z těchto důvodů byl studován vliv chrómu, molybdenu a manganu s ohledem na štěrbinovou a důlkovou korozi.

Rovněž je známo, že odolnost vůči štěrbinové a dSLkové korozi může být zhoršena v případě, kdy ocel obsahuje vysoký obsah mědi, přičemž obsah mědi může mít také určitou důležitost pro odolnost austenitické oceli vůči obecné korozi. Proto byl rovněž studován vliv mědi na odolnost oceli vůči korozi ve výše uvedeném smyslu.

Vliv molybdenu na odolnost slitin vůči důlkové korozi je ilustrován v následující tabulce 5·

Tabulka 5

Vliv obsahu molybdenu na kritickou teplotu při důlkové korozi

Slitina č.	Obsah Mo /%/	Kritická teplota /°C/
2	6,31	80
3	7,30	vyšší než teplota varu
4	8,28	vyšší než teplota varu
5	9,35	teplota varu
17	8,65	97,5
18	15,43	vyšší než teplota varu

Oceli č. 3 a č. 4, které obsahují 7,30 a 8,28 % molybdenu, mají nejvyšší kritické teploty. Tyto oceli mající složení podle vynálezu mají vyšší kritickou teplotu než slitina č. 17 na bázi niklu a stejnou odolnost vůči korozi jako slitina č. 18 na bázi niklu.

Vliv chrómu na odolnost vůči štěrbinové korozi je ilustrována v tabulce 6.

Tabulka 6

Vliv obsahu chrómu na kritickou teplotu při štěrbinové korozi

Slitina č.

Obsah chrómu / 3 /

Kritická teplota /° 0/

3	21 ,9	62,5
6	23,0	65
7	24,0	65
17	21 ,5	17,5
18	15,81	37,5

Jak je to zřejmé ze srovnání slitin č. 3 a č. 6 v tabulce 6, má rostoucí obsah chrómu příznivý vliv na odolnost vůči korozi, přičemž však maximální účinek již byl dosažen při obsahu 23 % chrómu ve slitině. Legováním oceli dalším množstvím chrómu, jako je tomu v případě slitiny č. 7, se již nedosáhne žádného dalšího zlepšení odolnosti oceli vůči korozi. Slitiny č. 17 ač. 18 mají výrazně nižší kritické teploty než slitiny podle vynálezu.

Vliv obsahu manganu na odolnost vůči štěrbinové korozi je ilustrována v tabulce 7.

Tabulka 7

Vliv obsahu manganu na kritickou teplotu při štěrbinové korozi

Slitina č.	Obsah manganu /%/	Kritická teplota /°C/
16	2,0	60
3	4,1	62,5
12	7,8	45

Ocel č. 12, která má vysoký obsah manganu, má významně nižší kritickou teplotu než ocel č. 3. Posledně uvedená ocel má obsah manganu podle vynálezu, avšak pokud jde o ostatní prvky, má tato ocel v podstatě stejné složení a stejnou hodnotu PRE jako ocel č. 12.

Vliv obsahu mědi na odolnost vůči důlkové korozi je ilustrován v následující tabulce 8.

Tabulka 8

Vliv obsahu mědi na kritickou teplotu při důlkové korozi

Slitina č.	Obsah mědi /%/	Kritická teplota /°c/
3	0,12	vyšší než teplota tání
8	0,49	vyšší než teplota tání
9 10	0,96 1 ,46	teplota tání 97,5

Oceli mající vyšší obsahy mědi než 0,49 % mají nižší kritickou teplotu než oceli mající nižší obsahy mědi. Zhoršení odolnosti vůči korozi je obzvláště vysoké při obsahu mědi v rozmezí od 0,96 do 1,46 %.

Vliv obsahu mědi v oceli na odolnost vůči obecné korozi způsobené kyselinami je ilustrován v následující tabulce 9, kde jsou uvedeny jednak průměrné hodnoty a variace dvou měření.

Tabulka 9

Vliv obsahu mědi na hustoty pasivačních proudů v různých kyselinách

Slitina č. Obsah Cu Hustota pasivačního proudu /yuA/cm / /%/ 20% H_oS0, 70% H_oS0 H..PO.

4 2 4 3 4

3	0,12 114+35	1 35±5	80+4
8	0,49 122+8	75+3	97+23
9	0,96 112+7	65+2	104+5
10	1,46 120+3	63+2	104+10
	Obsah mědi nemá žádný vliv	na hustotu	pasivačního

proudu ve 20% avšak má příznivý vliv v 70% HgSO^. V posledně uvedeném případě je však podstatného zlepšení již dosaženo při obsahu mědi 0,49 %. V kyselině fosforečné je vliv mědi nepříznivý.

Průmyslová využitelnost

Slitina podle vynálezu má proto optimální odolnost vůči korozi při obsahu mědi asi 0,5 %, poněvadž:

- odolnost vůči štěrbinové a důlkové korozi nebyla zhoršena ve srovnání s odolností vůči uvedeným typům koroze při nižších obsazích mědi;

- odolnost vůči 70% kyselině sírové byla významně zvýšena ve srovnání se stejnou odolností při niž ších obsazích mědi a

- odolnost vůči kyselině fosforečné nebyla tolik zhoršena jako při vyšších obsazích mědi.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Austenitická nerezavějící ocel mající vysokou pevnost v tahu, vysokou rázovou houževnatost a dobrou svařitelnost, jakož vysokou odolnost proti korozi, zejména vysokou odolnost vůči důlkové a štěrbinové korozi, vyznačená tím, že obsahuje v % hmotnostních :

nejvýše 0,08 C, nejvýše 1,0 Si, _L g ₍ S l více než 0,5 avšak méně než 6 Lín, více než 19 avšak ne více než 28 Cr, více než 17 avšak ne více než 25 Ni, více než 7 avšak ne více než 10 Mo, 8 6 Z 6 θ θ

0,4 až 0,7 N, stopy až 2 Cu a 0 až 0,2 Ce, přičemž zbytek je tvořen železem, nečistotami a přidruženými prvky v normálních množstvích.
2. Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje nejvýše 0,05 a výhodně nejvýše 0,03 C.
3. Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje 1,0 až 5,0 Mn, výhodně 2,0 až 4,5 Mn.
4. Ocel podle bodu 3, vyznačená tím, že obsahuje 3,0 až 4,2 Mn.

Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje nejvý- 24 še 27 Cr a výhodně 26 Cr.
6. Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje 7,2 až 9 ivío.
7. Ocel podle bodu 6, vyznačená tím, že obsahuje nejvýše 8,5 Mo a výhodně nejvýše 8,0 Mo.
8. Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje 0,45 až 0,65 N, výhodně nejvýše 0,6 N a výhodněji 0,48 až 0,55 N.
9. Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje 19 až 24 Ni a výhodně nejvýše 23 Ni.
10. Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje 0,3 až 1,0 Cu a výhodně 0,4 až 0,8 Cu.
11. Ocel podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje nejvýše 0,7 Si a výhodně nejvýše 0,5 Si.
12. Ocel podle některého z bodů 1 až 11, vyznačená tím, že obsahuje 0,005 až 0,1 % Ce.
13. Ocel podle některého z předcházejících bodů 1 až 11, vyznačená tím, že součet % Cr + 3,3 x & Mo + 30 x .¾ N je vyšší než 60.

Ocel podle některého z předcházejících bodů 1 až 13, vyznačený tím, že obsahuje nejvýše 0,01 % S a výhodně méně než 10 ppm S.
15· Ocel podle některého z předcházejících bodů 1 až 14, vyznačená tím, že obsahuje v % hmotnostních :

nejvýše 0,03 C, nejvýše 0,5 Si,

2,0 až 4,5 Mn,

19 až 26 Cr,

19 až 23 Ni,

7,2 až 8,5 Mo

0,45 až 0,6 N,

0,3 až 0,8 Gu, nejvýše 0,1 Ce, nejvýše 0,01 S, v podstatě přičemž zbytek je tvořen/pouze železem.
16. Ocel podle bodu 15, vyznačená tím, že obsahuje v % hmotnostních :

nejvýše 0,03 C, nejvýše 0,5 Si,

3,0 až 4,2 Mn,

23 až 25 Cr,

21 až 23 Ni,

7,2 až 8 Mo,

0,48 až 0,55 N,

0,3 až 0,8 Cu, nejvýše 0,05 Ce, méně než 0,001 A, přičemž zbytek je tvořen v podstatě pouze železem.