DE19631712C2 - Verwendung einer austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahllegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer austenitischen Chrom- Nickel-Molybdän-Stahllegierung.

Eine austenitische Stahllegierung mit guter Warmbearbeitbarkeit und Loch­ fraßbeständigkeit gegenüber halogenidischen Medien, beispielsweise See­ wasser, ist aus der DE 27 03 756 C2 bekannt und enthält 0,013% Kohlen­ stoff, 0,57% Mangan, 0,36% Silizium, 0,192% Stickstoff, 19,7% Chrom, 6,2% Molybdän, 18,3% Nickel und 1,01% Kupfer, Rest Eisen; sie besitzt einen verhältnismäßig hohen Molybdängehalt, ohne die Gefahr einer Rißbildung beim Warmwalzen aufgrund des höheren, den Existenzbereich der versprö­ denden Sigma-Phase in Richtung höherer Temperaturen normalerweise ausweitenden Molybdängehalts. Die Legierung ist jedoch als Gußprodukt durch eine geringe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraß- und Spalt-Korrosionsbeständigkeit in chloridischen Medien, gekennzeichnet.

Aus der EP 0 438 992 A1 ist des weiteren eine austenitische Chrom-Nickel- Molybdän-Stahllegierung mit bis 0,08% Kohlenstoff, bis 1,0% Silizium, über 0,5% bis unter 6% Mangan, über 19% bis 28% Chrom, über 17% bis 25% Nickel, über 7% bis 10% Molybdän, 0,4% bis 0,7% Stickstoff, bis 2% Kupfer und bis 0,2% Cer, Rest Eisen bekannt, die infolge erhöhter Gehalte an Stickstoff, Mangan, Chrom, Molybdän und Nickel eine im Vergleich zu ande­ ren Nickel-Legierungen bessere Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkor­ rosion besitzt und bei hoher Zugfestigkeit schweißbar sein soll. Die höheren Gehalte an Legierungselementen führen jedoch zu einer Verteuerung und zu Schwierigkeiten beim Erschmelzen der Legierung sowie zu einer Beein­ trächtigung der Schweißbarkeit.

Des weiteren ist aus der deutschen Auslegeschrift 15 53 841 eine Chrom- Nickel-Molybdän-Stahllegierung mit unter 0,25% Kohlenstoff, bis 20% Man­ gan, 10% bis 26% Chrom, 0,8% bis 26% Nickel, 0% bis 6,0% Molybdän, bis 0,5% Stickstoff und bis 2,5% Wolfram, Niob und Tantal bekannt. Diese Stahllegierung soll eine gute Zähigkeit, Biegebruchfestigkeit und Biegewech­ selfestigkeit aufweisen und sich daher als Werkstoff für Messerklingen eig­ nen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Verwendung von einem Werkstoff, insbesondere Gußwerkstoff für Gegenstände vorzuschlagen, die wie Teile für die chemi­ sche Industrie oder eine Meerwasserbeanspruchung eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in chloridischer Umgebung besitzen müssen.

Die Lösung dieses Problems basiert auf dem Gedanken, hierfür bestimmte Mengen refraktärer Elemente einzusetzen, um die E- und die Pi-Phasenbil­ dung zu minimieren.

Im einzelnen besteht die Erfindung in dem Vorschlag, für den vorerwähnten Zweck eine Chrom-Nickel-Molybdän-Stahllegierung mit bis 0,05% Kohlen­ stoff, < 0,2% Mangan, bis 0,50% Silizium, 17,0% bis 26,0% Chrom, 4,5% bis 7,0% Molybdän, 16,0% bis 24,0% Nickel, 0,15% bis 0,30% Stickstoff, 0,05% bis 1,60% Wolfram, 0,20% bis 0,60% Niob und 0,02% bis 1,3% Tan­ tal, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen zu verwenden, die den Bedingungen:

[(%Nb) + (%Ta))/(%W) = 1,2 bis 8

und

(%Nb)/(%Ta) = 0,45 bis 18,3

genügt.

Die vorgeschlagene Stahllegierung eignet sich infolge ihrer verbesserten Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraß- und Spalt-Korrosionsbe­ ständigkeit in chloridischen Medien, sowie ihrer hohen Festigkeit bei guter Vergießbarkeit und Schweißbarkeit, insbesondere als Werkstoff für Teile von Bohrinseln und andere seewasserbeanspruchter Gegenstände.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Diagrammen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der kritischen Lochfraßtemperatur nach ASTM G 48-76 in Abhängigkeit von dem Lochfraß-Äquivalent (PREN) für eine herkömmliche Knetlegierung, (UNS-S31254) eine Gußstahllegierung nach der DE 27 03 756 C2 sowie eine herkömm­ liche und eine erfindungsgemäß zu verwendende Gußstahllegierung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Zugfestigkeit in Abhängigkeit vom Lochfraß-Äquivalent für eine herkömmliche austenitische Gußstahl­ legierung und eine erfindungsgemäß zu verwendende Gußstahllegierung,

Fig. 3 und Fig. 4 eine grafische Darstellung der Zugfestigkeit in Abhängigkeit von den erfindungsgemäß aufeinander abgestimmten Gehalten an Niob, Tantal und Wolfram im Vergleich zu einer Gußstahllegierung nach der deutschen Patentschrift 27 03 756 sowie einer anderen herkömmlichen Stahllegierung und

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Lochfraßbeständigkeit erfindungsgemäßer Legierungen im Vergleich zu einer Gußstahllegierung nach der deutschen Patentschrift 27 03 756.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Zusammensetzungen einer herkömmlichen rostfreien Gußstahllegie­ rung 1 nach der deutschen Patentschrift 27 03 756 einer herkömmlichen Gußstahllegierung 2 sowie erfindungs­ gemäße zu verwendeten Legierungen 3 bis 6 zusammengestellt, die mit einem jeweiligen Gewicht von 100 kg in einem Mittel­ frequenzofen an Luft erschmolzen wurden.

Neben den in der Tabelle im einzelnen angegebenen Legierungsbestandteilen enthielten die Legierungen bei austenitischen rostfreien Stählen übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, darunter unter 0,025% Phosphor unter 0,007% Schwefel.

Die Bedeutung der Gehalte an Chrom, Molybdän und Stickstoff für die Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion läßt sich anhand des Lochfraß-Äquivalents:

PREN = (%Cr) + 3,3.(%Mo) + 16.(%N)

aufzeigen. Die in einer Standard-Versuchslösung nach ASTM G 48-76 ermittelten kritischen Lochfraß-Tempe­ raturen belegen nach dem Diagramm der Fig. 1, daß sich bei erfindungsgemäß aufeinander abgestimmten Gehalten der Elemente Niob, Tantal und Wolfram kritische Lochfraß-Temperaturen erreichen lassen, die mindestens ebenso gut sind wie bei herkömmlichen, jedoch höher legierten rostfreien Knetlegierungen und Nickelbasis-Legierungen. So belegen die Diagramme der Fig. 1 und 2, daß sich die erfindungsgemäß zu verwendenden Legie­ rungen trotz eines verhältnismäßig geringeren PREN-Werts von unter 46 durch eine merkliche Verbesserung ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihrer mechanischen Eigenschaften auszeichnen.

Im einzelnen wurden die Versuche zur Bestimmung der Lochfraß-Beständigkeit im Temperaturbereich nach ASTM G 48-76 unter Verwendung einer 6% FeCl₃ enthaltenden Lösung anhand von lösungsgeglühten und mit Wasser abgeschreckten Proben bestimmt. Bei den Versuchen wurde die kritische Lochfraß-Temperatur in der Weise bestimmt, daß die Grenztemperatur bestimmt wurde, bei der an der Probenoberfläche nach einer 72-stündigen Verweildauer in der FeCl₃-Lösung noch keine Korrosion auftrat. Die Grenztemperatur wurde mit einer Genauigkeit von ±25°C eingehalten. Eine hohe Grenztemperatur ist von Vorteil, weil sie Ausdruck einer hohen Korrosionsbeständigkeit ist.

Die Zugversuche wurden unter Verwendung von lösungsgeglühten und mit Wasser abgeschreckten Doppel- Proben bei Raumtemperatur durchgeführt. Die dabei festgestellten mittleren Zugfestigkeiten in Abhängigkeit von den erfindungsgemäß aufeinander abgestimmten Gehalten an Niob, Tantal und Wolfram geben die Dia­ gramme der Fig. 3 und 4 wieder; sie zeigen die merkliche Verbesserung der Festigkeit unter Beibehaltung einer angemessenen Duktilität.

Der Kurvenverlauf im Diagramm der Fig. 5 zeigt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen im Vergleich zu herkömmlichen gegossenen austenitischen rostfreien Stahllegierungen oder Nickelbasis-Legierungen selbst bei den beträchtlich höheren PREN-Werten nach Fig. 1 eine wesentlich bessere Korrosionsbeständigkeit besitzen.

Die Versuche zeigen zugleich, daß eine markante Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit eintritt, wenn die Gehalte der refraktären Elemente Niob, Tantal und Wolfram erfindungsgemäß aufeinander abgestimmt sind.

Claims (2)

1. Verwendung einer austenitischen rostfreien Stahllegierung mit
bis 0,05% Kohlenstoff unter 0,20% Mangan bis 0,50% Silizium 17,0 bis 26,0% Chrom 16,0 bis 24,0% Nickel 4,5 bis 7,0% Molybdän 0,15 bis 0,30% Stickstoff 0,05 bis 1,6% Wolfram 0,20 bis 0,60% Niob 0,02 bis 1,3% Tantal AL=L<Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, die den Bedingungen
[(%Nb) + (%Ta)]/(%W) = 1,2 bis 8
und
(%Nb)/(%Ta) = 0,45 bis 18,3
genügt, als Werkstoff, insbesondere Gußwerkstoff für Gegenstände, die wie Teile für die chemische Industrie oder eine Meerwasserbeanspruchung eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in chloridischer Umgebung besitzen müssen.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die jedoch den Bedingungen
[(%Nb) + (%Ta)]/(%W) = 6,0
und
(%Nb)/(%Ta) = 0,74
genügt, für den Zweck nach Anspruch 1.