DE1608220B1 - Verwendung eines stabil austenitischen rostfreien stahls - Google Patents

Description

Widerstand gegen Spannungsrißkorrosion zu erzielen. Obgleich größere Mengen Nickel von beispielsweise 20 % und mehr dem Stahl eine sehr gute Spannungsrißkorrosionsfestigkeit verleihen, wurde festgestellt, daß die nachteiligen Wirkungen des Phosphors bei höheren Nickelgehalten stärker hervortreten und auch die Warmformbarkeit leidet. Der Nickelgehalt sollte deshalb in den erfindungsgemäß angegebenen Grenzen von 15 bis 19 % gehalten werden.

Der Kohlenstoffgehalt wurde so eingestellt, daß sich eine gute austenitische Stabilisierung und eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrißkorrosion ergaben.

Zur Erreichung der genannten Eigenschaften wurden der Stickstoffgehalt vorzugsweise niedriger als 0,05 %

und der Phosphorgehalt unter 0,01 % gehalten, während der Siliciumgehalt so eingestellt wurde, daß er sich nicht störend auf die Warmformbarkeit auswirkt. Auch wurde der Einfluß des Schwefels auf die Warmformbarkeit und den Widerstand gegen Spannungsrißkorrosion dadurch berücksichtigt, daß sein Gehalt auf maximal 0,01 % begrenzt wurde.

Falls noch andere Elemente, wie beispielsweise Kupfer und Aluminium, in dem austenitischen rostfreien ίο Stahl auftreten, dann sollten sie in den geringen Mengen vorliegen, wie sie bei austenitischen rostfreien Stählen des AISI-Typs 304 mit 18 % Chrom und 8 % Nickel üblich sind.

Die Erfindung wird an den nachfolgenden Legierungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Tabelle Wirkung von Stickstoff

Ver gleichs- gruppe	Le gie rung	C	Mn	P	S	Zusam Si	mensetzung Cu	S, % Ni	Cr	Mo	N	Al	Zeit bis 2 Stu geglüht	Tim Bruch nden kalt- ver arbeitet
1	49	0,069	1,50	0,011	0,012	2,01	0,11	18,0	17,7	0,22	0,005	0,008	NF 2000	129
	50	0,071	1,50	0,011	0,013	2,04	0,10	18,0	17,8	0,22	0,010	0,010	E 1300	E 115
	52	0,072	1,50	0,013	0,014	2,08	0,11	18,0	18,7	0,22	0,015	0,009	E 1450	110
	54	0,068	1,50	0,007	0,011	2,03	0,11	18,0	17,6	0,22	0,025	0,010	NF 2000	96
	56	0,051	1,50	0,008	0,010	1,98	0,11	18,0	17,8	0,22	0,036	0,010	E 1500	79
2	85	0,081	1,48	0,011	0,016	2,04	0,10	19,6	17,7	0,028	0,052	0,006	NF 2000	526
	86	0,084	1,48	0,010	0,016	2,02	0,10	19,6	17,6	0,026	0,072	0,006	NF 2000	253
	87	0,080	1,48	0,006	0,017	2,06	0,10	19,6	17,7	0,028	0,105	0,005	NF 2000	141
3	22	0,075	1,44	0,008	0,019	0,34	<0,01	18,4	17,6	0,015	0,011	0,008	NF 4600	96
	42	0,070	1,49	0,013	0,024	0,37	<0,02	18,2	17,7	0,071	0,030	0,010	NF 2000	69
4	23	0,083	1,63	0,009	0,008	1,94	0,030	18,1	18,1	<0,01	0,009	0,026	NF 2100	NF 2100
	24	0,080	1,46	0,010	0,013	1,86	<0,01	17,4	17,3	<0,01	0,015	0,007	NF 2000	NF 2000
	25	0,067	1,50	0,007	0,014	1,92	<0,01	17,5	17,3	<0,01	0,021	0,005	NF 2000	NF 2000
5	72	0,072	1,62	0,003	0,016	1,95	0,10	17,4	17,5	0,033	0,019	0,005	NF 2000	E 1728
	71	0,065	1,42	0,003	0,015	1,90	0,10	17,8	17,8	0,035	0;023	0,003	NF 2000	823
	77	0,078	1,46	0,004	0,014	1,97	0,01	17,8	17,7	0,034	0,030	0,010	NF 2000	E 1208
6	74	0,072	1,54	0,009	0,015	1,99	0,10	18,0	18,1	0,030	0,017	0,010	NF 2000	752
	78	0,075	1,45	0,008	0,013	2,00	0,10	17,8	17,7	0,033	0,031	0,009	NF 2000	814
	73	0,074	1,89	0,008	0,026	1,94	0,10	17,8	17,9	0,028	0,043	0,008	NF 2000	408
7	4	0,075	1,50	0,028	0,012	0,50	<0,01	8,0	17,7	<0,01	0,006	0,008	NF 4500	2
	14	0,057	1,51	0,024	0,017	0,50	<0,01	7,9	17,6	<0,01	0,043	0,100	4	2
8	10	0,073	1,55	0,029	0,015	0,50	<0,01	17,9	17,8	<0,01	0,005	0,010	NF 4500	48
	18	00,65	1,60	0,021	0,019	0,52	<0,01	17,7	17,1	<0,01	0,037	0,110	378	50

NF = Kein Bruch bei den angegeben Zeiten.
E = Unregelmäßiges Verhalten.

5 6

In einem Induktionsofen wurden Materialchargen statt, als die vorteilhafte Wirkung eines geringen Stick

geschmolzen und danach zu 12,7 mm dicken Platten ge- stoffgehaltes bei niedrigem Kohlenstoffgehalt schwä

walzt. Daraus wurden längliche Platten parallel zur eher wird und sich die vorteilhafte Wirkung des Koh

Walzrichtung geschnitten, die eine Größe von lenstoffgehaltes bei hohem Stickstoffgehalt abschwächt.

12,7 · 12,7 · 88,9 mm aufwiesen. Die Proben wurden 5 Technologische Überlegungen begrenzen die praktisch

lösungsgegliiht und mit Wasser abgeschreckt. Streck- verwirklichbare Stickstoffgehaltsgrenze nach unten,

proben mit einem Durchmesser von 6,35 mm wurden Metallurgische Faktoren, wie beispielsweise die inter-

den Proben entnommen. Andere Proben wurden in ge- granuläre Karbidausscheidung, sind für die obere

glühtem Zustand auf 75 % der Streckgrenzenfestigkeit Grenze des Kohlenstoffgehaltes bestimmend,

belastet. Weitere Proben wurden in einer Streckvor- io In der vorstehenden Tabelle sind in der ersten und in

richtung auf 30% gedehnt und im kaltverarbeiteten der zweiten Vergleichsgruppe geteilte Schmelzenchargen

Zustand auf 75 % der Streckf renzenf estigkeit belastet. angegeben, bei denen nur der Stickstoffgehalt variiert.

Außerdem wurde ein Standardversuch mit heißem Salz Das Spannungskorrosionsverhalten der Stähle der

durchgeführt, bei dem die Proben vollständig in eine ersten Gruppe ist ziemlich schlecht, weil alle diese Char-

kochende, 42%ige Magnesiumchloridlösung einge- 15 gen einen hohen Molybdängehalt (0,22%) aufweisen,

taucht wurden. Die zweite Vergleichsgruppe zeigt Stickstoffzusätze,

Normalerweise wurden drei Proben in geglühtem die oberhalb derjenigen Werte liegen, die normalerweise Zustand und drei Proben in kaltverarbeitetem Zustand bei den handelsüblichen austenitischen rostfreien Stähbei jeder Charge untersucht. Kaltverarbeitete Proben len angetroffen werden, d. h. oberhalb 0,03 bis wurden nach mindestens 2000 Stunden entfernt, wenn 20 0,05 %. Beide Gruppen zeigen eine verhältnismäßig sie nicht vorher zu Bruch gegangen waren. Geglühte geringe Rißbildungszeit im kaltverarbeiteten ZuProben wurden nach 2000 bis 4500 Stunden entfernt, stand.

wenn sie nicht vorher gebrochen waren. Die mittleren Die vierte Vergleichsgruppe, zu denen die Legierun-Zeiten bis zum Bruch wurden zur Beurteilung der Mate- gen 23, 24, 25 gehören, weist einen Stickstoffgehalt bis rialien herangezogen. Wenn einige Proben einer be- 25 zu 0,021 % auf und enthält Stähle, die im kaltverarbeistimmten Charge brachen und andere Proben dieser teten Zustand einen außerordentlich hohen Wert für Charge nicht brachen, dann ergab sich keine Mittelzeit, die Rißbildungszeit aufweisen, genauer gesagt, nach die dieses Verhalten zufriedenstellend beschreiben 2000 bzw. 2100 Stunden noch nicht gebrochen waren, konnte. Daher wurde ein willkürlich gewählter Wert Diese Stähle kennzeichnen sich durch einen sehr niedals Mittelzeitwert bis zum Bruch und für die »Nicht- 30 rigen Molybdängehalt, der unter 0,01 % liegt. Sie sind bruch«-Zeiten verwendet. Solche Werte wurden in der als Werkstoffe für Gegenstände, die eine gute Spanvorstehenden Tabelle mit E bezeichnet, was »unregel- nungskorrosions-, Lochfraßkorrosions- und Säuremäßig« bedeuten soll. Ungleich anderen Legierungen korrosionsbeständigkeit, gute Widerstandsfähigkeit können austenitische Stähle der hier beschriebenen Art gegen Hochtemperaturoxidation sowie gute Warmim kaltverarbeiteten Zustand bei einer im obigen be- 35 formbarkeit aufweisen müssen, gut geeignet,
schrjebenen Untersuchung Bruchzeiten von 450 Stun- Es wurde weiterhin festgestellt, daß sich eine Erden und mehr liefern. höhung des Chromgehaltes über etwa 19 % bei kaltver-

Die Wirkung der einzelnen obengenannten Elemente arbeitetem Material nachteilig auswirkt. Der Chromauf die genannten Eigenschaften des austenitischen rost- gehalt sollte deshalb zwischen 17 und 19% betragen, freien Stahls konnten durch Versuche erfaßt werden, 4° Ein Schwefelgehalt im Bereich von 0,01 bis 0,02% ist wobei auch die Rißbildungszeit gemessen wurde. Als ebenfalls für kaltverarbeitetes Material nachteilig. Er Beispiel hierfür soll die Wirkung von Stickstoff näher sollte deshalb maximal 0,01 % betragen. Außerdem vererläutert werden. bessert ein niedriger Schwefelgehalt die Warmformbar-

Es wurde festgestellt, daß der Einfluß von Stick- keit des Stahls. Mangan im Bereich von 1,0 bis 2,5%,

stoff im geglühten Material nachteilig ist, daß dieser 45 Aluminium im Bereich von 0,005 bis 0,03% und Kupfer

Einfluß jedoch auf Material im kaltverarbeiteten Zu- im Bereich von 0,01 bis 0,12 % haben keinen wesent-

stand relativ gering ist. Eine Kohlenstoff-Stickstoff- liehen Einfluß auf das Spannungskorrosionsverhalten

Wechselwirkung findet bei geglühten Stählen insofern dieser Stähle.

Claims (1)

1 2

freier Stahl als Werkstoff für Gegenstände, die eine gute Spannungskorrosions-, Lochfraßkorrosions- und

Patentanspruch: Säurekorrosionsbeständigkeit, gute Widerstandsf ähig-

kiet gegen Hochtemperaturoxidation sowie gute

Verwendung eines stabil austenitischen rost- 5 Warmformbarkeit aufweisen müssen, herstellen bzw. freien Stahls, bestehend aus 0,06 bis 0,09 % Koh- verwenden läßt.

lenstoff, 1,0 bis 2,0 % Mangan, maximal 0,01 % Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin,

Phosphor, maximal 0,01 % Schwefel, 1,8 bis 2,2 % einen stabil austenitischen, rostfreien Stahl zu schaffen, Silicium, 15,0 bis 19,0% Nickel, 17,0 bis 19,0% der sich als Werkstoff für Gegenstände verwenden Chrom, maximal 0,05 % Stickstoff, maximal 0,02 % io läßt, die eine gute Spannungskorrosions-, Lochfraß-Molybdän, Rest Eisen, mit der Maßgabe, daß die korrosions- und Säurekorrosionsbeständigkeit sowie Elemente Phosphor, Schwefel, Silicium, Nickel, gute Widerstandsfähigkeit gegen Hochtemperaturoxi-Chrom und Molybdän in einem Verhältnis vor- dation und gute Warmformbarkeit aufweisen müssen, handen sind, das durch die Gleichung für den Stahl Dies wird dadurch erreicht, daß bei einem Stahl, der

im kaltverarbeiteten Zustand bestimmt ist, natür- 15 sich aus 0,06 bis 0,09% Kohlenstoff, 1,0 bis 2,0% licher Logarithmus der Rißbildungszeit in Stunden Mangan, maximal 0,01 % Phosphor, maximal 0,01 % für die Spannungsrißkorrosion = 10,2 — 41P Schwefel, 1,8 bis 2,2% Silicium, 15,0 bis 19,0% Nickel, - 75 S + 1,8 Si + 0,33 Ni - 0,60 Cr - 13 Mo 17,0 bis 19,0% Chrom, maximal 0,05% Stickstoff, + 23(P-0,016) (Si—1,1) — 6,1 (P-0,016) maximal 0,02 % Molybdän und Rest Eisen zusammen-(Ni-16) — 0,0058(Ni-16)²als Werkstoff für Ge- 20 setzt, die ElementePhosphor, Schwefel, Silicium, Nickel, genstände, die eine gute Spannungskorrosions-, Chrom und Molybdän in einem Verhältnis vorhanden Lochfraßkorrosions- und Säurekorrosionsbestän- sind, das durch die Gleichung für den Stahl im kaltverdigkeit, gute Widerstandsfähigkeit gegen Hochtem- arbeiteten Zustand bestimmt ist, natürlicher Logaperaturoxidation sowie gute Warmformbarkeit auf- rithmus der Rißbildungszeit in Stunden für die Spanweisen müssen. 25 nungsrißkorrosion = 10,2 — 41P — 75 S + 1,8 Si

+ 0,33Ni - 0,60Cr - 13 Mo + 23 (P - 0,016) (Si - 1,1) - 6,1 (P - 0,016) (Ni - 16) - 0,0058

(Ni - 16)².

Die obige Regressionsgleichung setzt die Wirkung

30 der Verbindungselemente mit den Bruchzeiten von

kaltverarbeiteten Proben in Beziehung. Ein Pluszeichen

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines stabil zeigt in Verbindung mit Einzelelementwirkungen und austenitischen rostfreien Stahls, bestehend aus 0,06 bis Wechselwirkungen einen vorteilhaften Effekt an, wäh-0,09% Kohlenstoff, 1,0 bis 2,0% Mangan, maximal rend ein Minuszeichen einen nachteiligen Effekt 0,01 % Phosphor, maximal 0,01 % Schwefel, 1,8 bis 35 anzeigt. Diese Wechselwirkungen, die in der Regres-2,2% Silicium, 15,0 bis 19,0% Nickel, 17,0 bis 19,0% sionsgleichung enthalten sind, verdeutlichen, daß die Chrom, maximal 0,05 % Stickstoff, maximal 0,02 % Wirkung eines chemischen Elementes auf die Riß-Molybdän, Rest Eisen. bildungszeit von der Wirkung der vorhandenen ande-Austenitische rostfreie Stähle werden in großem ren Elemente abhängt bzw. von ihrem prozentualen Umfang in der chemischen und in der kernchemischen 4° Mengenanteil. Dem Fachmann ist bekannt, daß die Industrie verwendet. Dabei hat sich gezeigt, daß diese Spannungskorrosionswerte weit streuen. Die Abwei-Stähle unter bestimmten Bedingungen spannungsriß- chung in der Voraussage des natürlichen log der Rißkorrosionsanfällig sind. Diese nachteilige Eigenschaft bildungszeit ist relativ gering, da für die Zuverlässigkann insbesondere auf dem kerntechnischen und ehe- keit der Voraussage mit einer Wahrscheinlichkeit von mischen Anwendungsgebiet zu Gefahrensituationen 45 95 % zu rechnen ist. Des weiteren kann als prozentuales führen, die eine erhebliche Umweltschädigung mit Maß für die Gesamtveränderung des natürlichen Logasich bringen können. rithmus der Rißbildungszeit mit einem Koeffizienten

Es sind nun bereits austenitische rostfreie Stähle i?^a = 95,9 % gerechnet werden.

bekannt, deren Zusammensetzung zu einer Verminde- Die obige Regressionsgleichung beschreibt demnach

rung der Spannungskorrosion führt und die darüber 50 die Beieiche, innerhalb derer die einzelnen genannten hinaus in gewissem Maße oxidationsbeständig und Elemente vertreten sein können, wenn eine ausreichende warmverformbar sind (französische Patentschrift Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrißkorrosion 1469 572). Diese bekannten Stähle weisen jedoch im und gleichzeitig eine gute Warmformbarkeit verlangt kaltverarbeiteten Zustand eine relativ geringe Span- werden.

nungsriß-Korrosionsbeständigkeit auf, die sie für die 55 Es konnte festgestellt werden, daß sich Mangan nicht obigen Anwendungsfälle ungeeignet machen. Auch nachteilig auf die Spannungsrißkorrosionswiderstandsandere bekannte austenitische rostfreie Stähle lassen fähigkeit auswirkt, so daß-zur Verbesserung der Warmeine gute Spannungskorrosions-, Lochfraßkorrosions- formbarkeit eine verhältnismäßig hohe Manganmenge und Säurekorrosionsbeständigkeit entweder nur im zugesetzt werden kann.

kaltverarbeiteten Zustand oder nur im warmverarbei- 60 Weiterhin wurde festgestellt, daß der Molybdängeteten Zustand erkennen (deutsche Auslegeschrift halt auf der verhältnismäßig niedrigen Höhe von maxi-1224 050), wobei die Einflüsse der einzelnen Elemente mal 0,02 % gehalten werden muß, um die gewünschte auf die Spannungskorrosionsbeständigkeit durchaus Spannungsrißkoriosionswiderstandsfähigkeit zu ererkannt wird, ohne daß jedoch über die allgemeine reichen. Außerdem muß der Stahl einen verhältnismäßig Feststellung hinaus, daß die Gehalte der einzelnen 65 hohen Chromanteil von 17 bis 19% enthalten, um Elemente sorgfältig eingeregelt werden müssen, dem auch eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Hochtempe-Fachmann eine genaue Lehre gegeben wird, unter wel- raturoxidation zu erzielen, obgleich schon ein Chromchen Bedingungen sich ein Stabil austenitischer, rost- anteil von 15% ausreichen würde, um einen guten