DE1950932B2

DE1950932B2 - Verwendung eines vollaustenitischen stahles unter korro dierenden bedingungen

Info

Publication number: DE1950932B2
Application number: DE19691950932
Authority: DE
Inventors: Anton Dr Baeumel
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1969-10-09
Filing date: 1969-10-09
Publication date: 1971-02-25
Also published as: ES383732A1; AT318682B; FR2068228A5; JPS4940331B1; NL7014779A; BE757048A; GB1295889A; CH561283A5; NO127455B; ZA706501B; DE1950932A1

Description

Bestimmte Typen molybdänlegierter austenitischer Stähle enthalten fast immer Deltaferrit, der beim Wärmebehandeln oder beim Schweißen in Sigmaphase zerfällt. Zersetzter Deltafefrit: hat stets eine geringere Korrosionsbeständigkeit als der ihn umgebende Austenit und wird bevorzugt in Säuren angegriffen, oder es tritt in chlorionenhaltigen Medien an diesen Stellen bevorzugt Lochfraß auf. Diese Nachteile treten vor allem dann in Erscheinung, wenn derartige Stähle zur Herstellung von Rohren, Blechen, Stabstahl, Schmiedestücken u. dgl. sowie zur Herstellung von Formgußstücken verwendet werden, die zu Bauteilen wie Druckbehältern, Wärmeaustauschern, Rührwerken u. dgl. verarbeitet werden, da bei den verarbeitungsbedingten Erwärmungen der erwähnte Zerfall des Deltaferrits erfolgt, was beim Einsatz der genannten Bauteile besonders dann von Nachteil ist, wenn sie erhöhten Beanspruchungen hinsichtlich Lochfraß-, Spalt- und Spannungsrißkorrosion, beispielsweise in der chemischen Industrie, ausgesetzt sind. Schwierigkeiten in dieser Hinsicht wurden z. B. an Stählen der folgenden Zusammensetzung beobachtet: max. 0,06% C, 0,7 % Si, 1,10 % Mn, 17 °/o Cr, 4,3 % Mo, 13,0 % Ni, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen oder max. 0,06% C, 18% Cr, 11% Ni, 2% Mo, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen oder max. 0,08 % C, 18% Cr, 11% Ni, 2% (Mo + Ti), Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei einem noch näher zu beschreibenden Typ dieser molybdänhaltigen austenitischen Stähle ein Stickstoffzusatz entscheidende Eigenschaftsänderungen zur Folge hat. Es handelt sich hierbei um Stähle der Zusammensetzung 0,001 bis 0,2% C, 0,1 bis 5% Si, 0,25 bis 10% Mn, 15 bis 25% Cr, mehr als 4,0 bis 6% Mo, 8 bis 30% Ni, 0,01 bis 3% Cu, 0,1 bis 0,35% N, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen; insbesondere 0,001 bis 0,1% C, 0,1 bis 2% Si, 0,25 bis 5% Mn, 15 bis 20% Cr₅ 4,3 bis 4,8 % Mo, 10 bis 16 % Ni, 0,01 bis 1,5 % Cu, 0,1 bis 0,2% N, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Stähle dieser Zusammensetzung sind homogen austenitisch. Dadurch ist es ausgeschlossen, daß Deltaferrit beim Wärmebehandeln oder beim Schweißen in Sigmaphase zerfallen kann. Einen homogen austenitischen Zustand könnte man zwar auch durch ein entsprechendes Anheben des Nickelgehaltes erreichen; der Zusatz von Stickstoff bewirkt aber darüber hinaus, daß die Ausscheidung von intermetallischen Phasen aus dem Austenit beträchtlich verzögert wird, die beispielsweise beim Schweißen oder auch bei der betrieblichen Wärmebehandlung um 950° C eines Stahles der Zusammensetzung max.

0,06% C, 0,7% Si, 1,10% Mn, 17,0% Cr, 4,6% Mo

und 13 % Ni zu einer beträchtlichen Herabsetzung der Zähigkeit führt. Der Beginn dieser Ausscheidung tritt bei dem zuletzt genannten Werkstoff bereits nach einer Minute auf. Hingegen verschiebt sich bei einem stickstofflegierten Stahl der obengenannten Zusammensetzung der Beginn dieser Ausscheidung auf etwa 10 Minuten. Es ist daher z. B. möglich, diesen Stahl bis zu Blechdicken von 20 mm ausscheidungsfrei zu schweißen, so daß die Zähigkeit und das Korrosionsverhalten neben der Schweißnaht durch den Schweißprozeß nicht mehr nachteilig beeinflußt werden. Die verzögerte Ausscheidung von intermetallischen Phasen bedingt auch eine wesentlich größere Sicherheit für eine einwandfreie betriebliche Lösungsglühbehandlung. Die Streckgrenze dieser Stähle liegt bei wenigstens 30kp/mm² und die Dehnung bei wenigstens 35%· Das Vorliegen dieser hohen Gütewerte nach einem Lösungsglühen bei Temperaturen bis 1000° C und anschließender rascher Abkühlung zur Verminderung von Ausscheidungen ist neben der Legierungszusammensetzung ein weiteres wesentliches Merkmal für die Klärung der Frage, ob der Stahl zur Herstellung von Rohren, Blechen, Stabstahl und Schmiedestücken sowie zur Herstellung von Formgußstücken, die zu Bauteilen wie Druckbehältern, Wärmeaustauschern und Rührwerken mit erhöhten Ansprüchen hinsichtlich Lochfraß-, Spalt- und Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit verarbeitet werden, im Sinne der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Dieser Stahl behält auch bei jeglicher Art von Kaltverformung seinen austenitischen Zustand, was daraus ersichtlich ist, daß an gestauchten Proben mit einer Dickenabnahme bis zu 80% keine wesentlich erhöhten Werte der Permeabilität gegenüber dem unverf ormten Zustand gemessen wurden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Stickstoff auf das Korrosionsverhalten der erfindungsgemäßen Stähle zwar keinen direkten Einfluß hat, wohl aber einen indirekten durch die Verzögerung der intermetallischen Ausscheidungen. Diese Eigenschaft ist es vor allem, die den Einsatz dieser hochkorrosionsbeständigen Stähle auf breiter Basis als Apparatebaustähle für die chemische Industrie so vorteilhaft machen. Sie lassen sich auch in vielen Fällen dort einsetzen, wo die üblichen austenitischen Chrom-Nickelbzw. Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle nicht mehr ausreichend korrosionsbeständig sind und höher nickelhaltige,Stähle..oder Legierungen auf Nickelbasis noch nicht notwendig sind oder aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht in Frage kommen. Eine betriebliche Erprobung in drei Fällen brachte unter extremen Bedingungen folgende Ergebnisse:

Für die Textilindustrie wurden Bleichkammern und Bleichstiefel gebaut, in welchen als Bleichmittel 3%ige Natriumchloritlauge bei einer Temperatur von 80 bis 105° C zur Verwendung kam. Unter diesen Bedingungen wurden Stähle mit einer Zusammensetzung von 0,06 % C, 18% Cr, 11% Ni, 2% Mo, Rest im wesentlichen Eisen, bzw. 0,08 % C, 18 % Cr, 11 % Ni, 2 % (Mo + Ti), Rest im wesentlichen Eisen innerhalb von 8 Monaten durch Lochfraß unbrauchbar. Ein erfindungsgemäßer Stahl mit der Zusammensetzung 0,044% C, 0,92% Si, 1,54% Mn, 17,8% Cr, 4,85% Mo, 14,2% Ni, 0,12% N, 0,16% Cu, Rest im wesentlichen Eisen erwies sich noch nach 2¹/2Jährigem Einsatz als lochfraßbeständig.
Abgaskühler für Schiffs-Dieselmotoren aus einem erfindungsgemäßen Stahl, mit 0,035% C, 0,59% Si, 0,25% Cu, 1,22% Mn, 17,2% Cr, 4,64% Mo, 13,6 % Ni, 0,15 % N, Rest im wesentlichen Eisen, die mit Seewasser gekühlt wurden, wiesen nach ljährigem Einsatz keinerlei Korrosionsschäden auf. Ein gleicher unter gleichen Bedingungen arbeitender Kühler aus einem Stahl mit max. 0,08% C, 18% Cr, 11% Ni, 2% (Mo + Ti), Rest im wesentlichen Eisen, fiel nach 3 bis 4 Monaten Betriebsdauer aus.

Teile eines Eindampfers für radioaktive Abwässer, die auf Lochfraß- und Spannungsrißkorrosion beansprucht werden, sind aus einem Stahl der Zusammensetzung 0,038 % C, 1,12 % Si, 0,86% Mn, 16,8% Cr, 4,55% Mo, 12,7% Ni, 0,17% N, 0,15 % Cu gefertigt und sind seit 1% Jahren

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diesen Betriebsbedingungen unterworfen, ohne daß Schadensfälle auftraten. Auch hier haben die gleichen Teile aus einem Stahl mit max. 0,08 % Q 18% Cr, 11⁰/₀ Ni, 2% (Mo+ Ti), Rest im wesentlichen Eisen versagt. Es traten nach halbjähriger Betriebsdauer Lochfraß und Spannungsrißkorrosion in den Schweißnähten auf.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung eines vollaustenitischen Stahles innerhalb der Analysengrenzen von 0,001 bis 0,2 % C, 0,1 bis 5,0 % Si, 0,25 bis 10 % Mn, 15 bis 25 % Cr, mehr als 4 bis 6 % Mo, 8 bis 3O°/o Ni, 0,01 bis 3% Cu, 0,1 bis 0,35% N; insbesondere 0,001 bis 0,1% C, 0,1 bis 2,0% Si, 0,25 bis 5,0% Mn, 15 bis 20% Cr, 4,3 bis 4,8% Mo, 10 bis 16% Ni, 0,01 bis 1,5 % Cu, 0,1 bis 0,2% N, Rest Eisen, der nach Lösungsglühen bei Temperaturen von über 1000⁰C und anschließender rascher Abkühlung zur Verminderung von Ausscheidungen eine Streckgrenze von wenigstens 30 kp/mm² und eine Dehnung von wenigstens 35% hat, als Werkstoff für Gegenstände mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere hinsichtlich Lochfraß-, Spalt- und Spannungsrißkorrosion, die auch nach verarbeitungsbedingten Erwärmungen auf 1000⁰C erhalten bleibt, wie Rohre, Bleche, Stabstahl und Schmiedestücke sowie Formgußstücke, die zu Bauteilen wie Druckbehälter, Wärmeaustauscher und Rührwerke verarbeitet werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verwendung eines vollaustenitischen Stahles,

bestehend aus

0,001 bis 0,2% C,
0,1 bis 5,0% Si,
0,25 bis 10,0% Mn, 15,0

über 4,0
8,0
0,01
0,1

bis 25,0 % Cr, bis 6,0% Mo, bis 30,0% Ni, bis 3,0% Cu, bis 0,35% N,

Rest Eisen,

der nach Lösungsglühen bei Temperaturen von über 1000⁰C und anschließender rascher Abkühlung zur Verminderung von Ausscheidungen eine Streckgrenze von wenigstens 30 kp/mm² und eine Dehnung von wenigstens 35% hat, als Werkstoff für Gegenstände mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere hinsichtlich Lochfraß-, Spalt- und Spannungsrißkorrosion, die auch nach verarbeitungsbedingten Erwärmungen auf Temperaturen bis zu 1000⁰C erhalten bleibt, wie Rohre, Bleche, Stabstahl und Schmiedestücke sowie Formgußstücke, die zu Bauteilen wie Druckbehälter, Wärmeaustauscher und Rührwerke verarbeitet werden.
2. Verwendung eines vollaustenitischen Stahles innerhalb der Analysengrenzen von

0,001 bis 0,1% c, 0,1 bis 2,0% Si, 0,25 bis 5,0% Mn, 15,0 bis 20,0% Cr, 4,3 bis 4,8 % Mo, 10,0 bis 16,0% Ni, 0,01 bis 1,5% Cu, 0,1 bis 0,2% N

für den Zweck nach Anspruch 1.