CZ9903739A3 - Slitina - Google Patents

Abstract

Austenitická slitina železo-mangan-chrom tavená při atmosférickém tlaku, která obsahuje následující složky: Cr 12,0 až 24,7 % hmotnostních, Ni max. 0,10 % hmotnostních, Mn 23,5 až 25,0 % hmotnostních, Si max. 0,20 % hmotnostních, Mo 2,0 až 5,7 % hmotnostních, Ti max. 0,10 % hmotnostních, C max. 0,015 % hmotnostních, N 1,05 až 1,30 % hmotnostních, Zr 0,01 až 0,15 % hmotnostních, Cu 0,8 až 2,0 % hmotnostních, B 0,002 až 0,005 % hmotnostních, přičemž zbytek tvoří železo včetně nevyhnutelných nečistot. Slitinaje vhodná pro použití v lékařství a zubním lékařství, v upevňovací technice a při výrobě ventilů spalovacích motorů

Description

Slitina

Oblast techniky

Vynález se týká za atmosférického tlaku a otevřeně tavené, za tepla a za studená tvářitelné austenitické slitiny železo-mangan5 chrom, vhodné zvláště pro použití ve vodných prostředích.

Dosavadní stav techniky

Dokumenty AT-PS 152 291 uveřejňuje chrom-manganové oceli s obsahem uhlíku 0,01 až 1,5 % hmotnostních, obsahem chrómu 5 až io 25 % hmotnostních, obsahem manganu 10 až 35 % hmotnostních a obsahem dusíku 0,07 až 0,7 % hmotnostních, popřípadě s poměrně malými přídavky niklu, kobaltu, mědi, molybdenu, wolframu, vanadu, niobu, tantalu a titanu.

Oproti dosud známým chrom-manganovým ocelím neobsahovaly 15 tyto slitiny martenzit a umožňovaly tak dobré zpracování. Dále byly nemagnetické a vyznačovaly se zlepšenou odolností proti korozi.

V německém patentu 917 672 byla velká analytická rozpětí zúžena následujícím způsobem: uhlík < 0,5 % hmotnostních, chrom 10 až 20 % hmotnostních, mangan 14 až 22 % hmotnostních, dusík 0,1 až

0,7 % hmotnostních, protože se zjistilo, že u slitin tohoto složení se dosahuje při tváření po vhodném tepelném zpracování velmi vysokých úběrů průřezu, které předurčují tento materiál pro použití jako plechů nebo pásů pro potahování letadel.

Několik zveřejněných slitin železo-mangan-chrom předepisuje pro dosažení odolnosti proti korozi poměrně vysoký obsah uhlíku, než aby bylo možno dosáhnout dostatečných pevností pro použití například pro hřídele a pístní tyče při stavbě lodí nebo zátěžníků pro průmysl ropy a zemního plynu odolné proti korozi.

• · ···· · · · ··· ·· ·· ·· «· · · ·

- 2 K těmto pramenům patří například US patentový spis 4,121,953 s obsahy 0,35 až 0,80 % hmotnostních uhlíku, 17 až 23 % hmotnostních manganu, maximálně 0,80 % hmotnostních dusíku, 6 až % hmotnostních chrómu a až do 3,5 % hmotnostních molybdenu.

Dále je znám evropský patent 0 065 631 s obsahem 0,17 až

0,40 % hmotnostních uhlíku, 13 až 25 % hmotnostních manganu, 0,3 až 1,0 % hmotnostních dusíku, 12 až 20 % hmotnostních chrómu a 1,0 až 5,0 % hmotnostních molybdenu.

Evropský patent 0 249 117 připouští rovněž až 0,40 % io hmotnostních uhlíku; současně je nutná přítomnost 13,0 až 25,0 % hmotnostních manganu, 0,3 až 1,0 % hmotnostních dusíku, 12,0 až

20,0 % hmotnostních chrómu a až do 5,0 % hmotnostních molybdenu.

Slitiny železo-mangan-chrom se používají také jako oceli pro kroužky uzávěrů (Kappenring) s typickým složením až do 0,12 % hmotnostních uhlíku, 18,5 % manganu, 18,5 % chrómu a 1,0 % hmotnostních dusíku. Materiály s tímto složením však nelze tavit beztlakově, ale pouze pod tlakem dusíku, například v tlakovém elektrostruskovém přetavovacím zařízení.

Cílem předkládaného vynálezu je vytvořit austenitickou slitinu železo-mangan-chrom, která je tavitelná v otevřeném stavu za atmosférického tlaku a je tvářitelná za tepla a za studená, která je vhodná zvláště pro použití ve vodných prostředích, která již nemá nevýhody uváděné dosavadním stavem techniky, a která umožňuje co nejširší oblast technického použití.

Podstata vynálezu

Tohoto cíle se dosahuje slitinou železo-mangan-chrom, která obsahuje následující složky (uvedené v procentech hmotnostních).

Chrom

12,0 až 24,7 • · · · • ·

Nikl	- 3 - až do 0,10
Mangan	23,5 až 25,0
Křemík	až do 0,20
Molybden	2,0 až 5,7
Titan	až do 0,10
Uhlík	až do 0,015
Dusík	1,05 až 1,30
Zirkon	0,01 až 0,15
Měď	0,8 až 2,0
Bór	0,002 až 0,005

Zbytek slitiny tvoří železo včetně nevyhnutelných nečistot.

Ve srovnání se stavem techniky se slitina podle vynálezu liší zřetelně vyšším obsahem dusíku, při kterém je však možné nastavit vyšší obsahy chrómu a molybdenu ve slitině, aniž by se vytvářela fáze σ, která znemožňuje zpracovatelnost slitin z bloku, popřípadě z bramy z kontinuálního lití na plech válcovaný za studená a za tepla. Slitina podle vynálezu má proti stavu techniky značně zvýšenou pevnost a odolnost proti korozi, zvláště ve vodných médiích. Pod vodným médiem rozumí odborník v oblasti lékařství a zubního lékařství běžný druh tělesných tekutin a tkáňových tekutin, takže je možno slitiny proti vynálezu používat ve zvláštních případech, například pro výrobu lékařských nástrojů a přístrojů, dočasných implantátů jako jsou nitrodřeňové hřeby, šrouby a destičky a svorky a upevňovací a napínací dráty.

Zcela obecně může být slitina podle vynálezu použita také pro výrobu kotev a šroubů (Setzbolzen), které mohou nalézt použití mj. ve vlhkých prostorách nebo vlhkých oblastech.

Slitiny podle vynálezu je navíc možno výhodně používat v oboru 20 spalovacích motorů, kde je vhodné zvláště použití slitin podle vynálezu pro sací a výfukové ventily.

• · · · • · · ·

Předmět vynálezu bude blíže osvětlen na obrázcích a tabulkách.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 je znázornění účinného množství v závislosti na kombinaci maximálních obsahů molybdenu a chrómu pro různé obsahy dusíku.

Obr. 2 ukazuje mez pevnosti v tahu v závislosti na stupni deformace pro různé slitiny

Obr. 3 ukazuje vlastnosti slitiny podle vynálezu - průrazný io potenciál a vzniklý klidový potenciál

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 je znázornění účinného množství (Wirksumme, WS) v závislosti na kombinaci maximálních obsahů molybdenu a chrómu pro různé obsahy dusíku, přičemž účinné množství se vypočte podle následující rovnice:

WS = (% chrómu) + 3 x (% molybdenu) + 30 x (% dusíku)

Obr. 1 ukazuje takto získané rozmezí složení slitiny podle vynálezu. Z požadavku na účinné množství > 59 vychází nutně obsah molybdenu alespoň 2,0 % hmotnostních pro nejnižší obsah dusíku 1,05 % hmotnostních. Nejvyšší obsah molybdenu 5,7 % hmotnostních vychází pro nejvyšší obsah dusíku 1,3 % hmotnostních a požadavek na alespoň 12 % hmotnostních chrómu ve slitinách. Nejvyšší obsah chrómu se získá nezbytně při obsahu dusíku 1,3 % hmotnostních a minimálním obsahu molybdenu 2,0 % hmotnostních, a to 24,7 % hmotnostních. Okénko znázorňující slitiny podle vynálezu je zvýrazněno v obr. 1 šrafovaně.

• ·

Tabulka 1 ukazuje závislost kritické teploty důlkové koroze zjištěné testem podle ASTM G-48/A na obsahu dusíku, chrómu a molybdenu ve slitinách. Přitom znamenají slitiny 1 až 3 co se týče komerčně zavedených materiálů stav techniky. Slitiny 4 až 12 představují známý stav techniky zveřejněný patenty a jinými dokumenty, zatímco slitiny 13 až 20 jsou podle vynálezu.

Z této tabulky je zřejmé, že pouze u slitin podle vynálezu je možno dosáhnout kritických teplot důlkové koroze výrazně vyšší než 40 °C.

ίο V obr. 2 je vynesena mez pevnosti v tahu proti stupni deformace pro různé slitiny. Slitiny podle vynálezu 17 a 19 mají proti srovnávacím slitinám zajištěny meze pevnosti v tahu > 2000 N/mm², které jsou nutné například pro kotvy a šrouby (Setzbolzen).

V případě materiálů, které nejsou podle vynálezu, se jedná o slitiny následujících složení:

0,65 % hmotnostních dusíku, 16,8 % hmotnostních chrómu, 2,0 % hmotnostních molybdenu, 24,0 % hmotnostních manganu, zbytek tvoří železo a

0,42 % hmotnostních dusíku, 16,5 % hmotnostních chrómu,

1,75 % hmotnostních molybdenu, 24,5 % hmotnostních manganu, zbytek tvoří železo.

Pro použití slitin podle vynálezu v zubním lékařství je vedle vysoké pevnosti materiálu nutná také dobrá odolnost vůči slinám. Zkouška slitiny podle vynálezu na průrazný potenciál a vzniklý klidový potenciál byla prováděna v umělých slinách podle Fusayamy při 37 °C.

Například pro chování slitin podle vynálezu a odpovídajícím materiálům podle stavu jsou v obr. 3 znázorněny výsledky slitiny 17 (slitina podle vynálezu) a slitiny 11 (slitina podle stavu techniky). Zřetelně vyšší odolnost proti korozi slitiny podle vynálezu je zřejmá ·· · · · · · · · · · · · ·· · ···· ♦ * · · • · · · · · a · a · ·· · · · · ······ a··· aa a aaa· • · aa ·· a·· aa a a

- 6 mnohem vyšším průrazným potenciálem přibližně 1300 mV (GKE) ve srovnání s 200 mW (GKE).

Také klidový potenciál pro slitinu podle vynálezu, který se ustaví po 420 min na -100 mV (GKE) je zřetelně nižší než hodnota zjištěná pro srovnávací slitinu +100 mV (GKE).

Také teploty štěrbinové koroze uvedené v tabulce 2 zjištěné testem ASTM G-48/A pro slitiny podle vynálezu (slitina 13 až 20) mají proti komerčním slitinám podle stavu techniky (slitiny 1 až 3) a slitinám podle patentové literatury a publikací podle stavu techniky (slitiny 4 io a 12) zřetelně vyšší hodnoty pro slitiny podle vynálezu. Pouze s těmito slitinami byly zajištěny kritické teploty štěrbinové koroze > 15 °C.

Slitiny podle vynálezu mají nejen neobyčejně vysokou stálost v minerálních kyselinách, ale přitom se také ještě vyznačují velmi vysokými mechanickými pevnostmi po tváření za studená.

Korozní zkoušky v Ringerově roztoku, které jsou kritériem pro odolnost proti korozi v lékařské technice, probíhaly při 37 °C, kdy byly testované slitiny vystaveny působení roztoku po dobu 30 dnů a byla zjišťována změna hmotnosti. Byly testovány slitiny podle vynálezu 17 a 19 a materiály podle stavu techniky 1.4571 a 1.4429. Výsledky uvedené v tabulce 3 ukazují pro slitiny podle vynálezu značně nižší rychlosti koroze než pro slitiny podle stavu techniky.

Při zjišťování teplotní odolnosti slitin 17 až 20 podle vynálezu se překvapivě ukázalo, že tyto slitiny již po žíhání v roztoku mají značně vyšší pevnost za tepla při 800 °C než typické ventilové oceli 1.4718,

1.4871, 1.4875 a 1.4882 podle DIN 17480 (tab. 4). Ke zvýšení pevnosti přispívají vedle prvků, které zajišťují vysoké zpevnění směsných krystalů, jako je mangan, chrom, molybden a dusík, také přídavek prvků působících na rozhraní zrn, bóru a zirkonu podle vynálezu.

Claims (3)

1. Slitina železo-mangan-chrom austenitického typu otevřeným způsobem tavená za atmosférického tlaku, tvářitelná za tepla a za studená, zvláště pro použití ve vodných prostředích,

v y z n a č u j í c í s e tím, že obsahuje následující složky: Cr 12,0 až 24,7 % hmotnostních Ni až do 0,10 % hmotnostních Mn 23,5 až 25,0 % hmotnostních Si až do 0,20 % hmotnostních Mo 2,0 až 5,7 % hmotnostních Ti až do 0,10 % hmotnostních C až do 0,015 % hmotnostních N 1,05 až 1,30 % hmotnostních Zr 0,01 až 0,15 % hmotnostních Cu 0,8 až 2,0 % hmotnostních B 0,002 až 0,005 % hmotnostních, kde zbytek tvoří železo včetně nevyhnutelných nečistot.

Slitina podle nároku 1, vyznačující se tím ž e obsahuje následující složky: Cr 19,0 až 21,0 % hmotnostních Ni až do 0,10 % hmotnostních Mn 23,5 až 25,0 % hmotnostních Si až do 0,20 % hmotnostních Mo 2,7 až 3,3 % hmotnostních Ti až do 0,10 % hmotnostních C až do 0,015 % hmotnostních

N 1,05 až 1,30 % hmotnostních Zr 0,01 až 0,15 % hmotnostních Cu 0,8 až 0,9 % hmotnostních B 0,002 až 0,005 % hmotnostních

5 kde zbytek tvoří železo včetně nevyhnutelných nečistot.

3. Použití slitiny podle nároku 1 nebo 2 v lékařské a zubolékařské technice, zvláště pro výrobu lékařských přístrojů a nástrojů, dočasných implantátů jako nitrodřeňových hřebů, šroubů io a destiček a svorek, upevňovacích a napínacích drátů.

4. Použití slitiny podle nároku 1 nebo 2 v upevňovací technice, zvláště pro výrobu kotev a šroubů.

15 5. Použití slitin podle nároku 1 nebo 2 ve spalovacích motorech, zvláště pro výrobu sacích a výfukových ventilů.