DE2153766A1

DE2153766A1 - Verwendung ferritischer chrommolybdaen-staehle fuer apparatebauteile

Info

Publication number: DE2153766A1
Application number: DE2153766A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Ing Brandis; Gustav Dr Ing Lennartz; Heinrich Dipl Ing Kiesheyer
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke GmbH
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke GmbH
Priority date: 1971-10-28
Filing date: 1971-10-28
Publication date: 1973-05-10
Also published as: DE2153766B2; DE2153766C3

Description

Verwendung ferritischer Chrom - Molyb dän - Stähle für Apparatebauteile.
Die Erfindung betrifft die Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle mit guten mechanischen Eigenschaften als korrosionsbeständigen schweißbaren, duktilen und ausreichend kaltzähen Werkstoff für Apparate- und Anlagenbauteile, die bei erhöhten Temperaturen und/oder unter Druck chloridhaltigen Lösungen, wie Brackwasser oder Meerwasser, Salzsolen und höher chloridhaltigen Brauchwässern, ausgesetzt sind.
Für diesen Einsatz sind die bekannten austenitischen Chrom-Nickel-und Chrom -Nickel-Molybdän- Stähle bei erhöhten Temperaturen insb e -sondere wegen ihrer Neigung zu Spannungsrißkorrosion nicht geeignet.
Außer Legierungen auf Kupfer, Aluminium- und Nickel-Basis kommen hierfür bei nicht zu hoher Chlorid- und Temperaturbeanspruchung ferritisch-aust enitische Stähle und austenitische Chrom- Nickel-Molybdän-Stähle mit über 30 % Nickel infrage. Die ferritischen Chrom-und Chrom -Molybdän -Stähle sind ebenfalls spannungs rißkorrosionsb e -ständig, die handelsüblichen Stähle mit bis 18 % Chrom und bis 2 % Molybdän besitzen allerdings bei höherer Chlorid- und Temperaturbeans pru chung keine ausreichende Beständigkeit.
Es ist bekannt, daß die Beständigkeit dieser Stähle gegen Chloridlösungen durch Erhöhen des Chrom- und Molybdängehalts verbessert werden kann, wobei die Wirksamkeit eines Zusatzes von 1 % Molybdän der von etwa 3 % Chrom entspricht. Ferritische Chrom- und Chrom-Molybdän-Stähle üblicher Erschmelzung mit über 18 % gesteigertem Chromgehalt und/oder über 2 % gesteigertem Molybdängehalt haben jedoch wegen ihrer mangelnden Zähigkeit bei Raumtemperatur und ihrer Anfälligkeit für interkristalline Korrosion im geschweißten Zustand nur vereinzelt Anwendung unter korrosionschemischer Beanspruchung gefunden, wie z. B. die Werkstoffe X 8 Cr 28 (Werkstoff-Nr. 4084) mit 28 % Chrom und AISI 446 mit 25 % Chrom für Salpetersäureanlagen.
Als Ursache für die Kaltsprödigkeit wie auch für die Empfindlichkeit gegen interkristalline Korrosion dieser chromreichen ferritischen Stähle aus üblicher Erschmelzung werden die Kohlenstoff--und Stickstoffgehalte angesehen. Wegen der sehr geringen Löslichkeit des chromreichen ferritischen Mischkristalls führen bereits Kohlenstoff-und Stickstoffgehalte von etwa 0> 01 % zur Ausscheidung von Chromkarbiden bzw. -nitriden, was einerseits die Kerbempfindlichkeit und Kaltsprödikgiet verursacht und andererseits durch Auflösen der Karbide und Nitride in der Hochtemperaturzone neben der Schweißnaht und Wiederausscheidung auf den Korngrenzen beim Abkühlen die Anfälligkeit gegen interkristalline Korrosion hervorruft.
Seitdem es gelungen ist, durch Vakuumerschmelzung die Kohlenstoff-und Stickstoffgehalte unter 0, 01 % zu senken, sind chromreiche ferritische Stähle mit 26 % Chrom und 1 bzw. 2 % Molybdän, 28 % Chrom und 2 % Molybdän und 35 % Chrom ohne Molybdän bekannt geworden, die beständig gegen interkriställine Korrosion sind und bei Raumtemperatur noch eine gute Zähigkeit aufweisen. Diese Stähle mit Ausnahme des molybdänfreien Stahles wurden wegen ihrer Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion auch für den Einsatz in chloridhaltige Medien bei erhöhten Temperaturen empfohlen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Chloridbeständigkeit dieser Stähle unter in der Praxis vorkommenden Bedingungen, wie unter Ankrustungen, in Dampfräumen und in Spalten nicht ausreichte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, einen Stahl vorzuschlagen, der bei den in der Praxis vorkommenden Beanspruchsbedingungen eine bessere Korrosionsbeständigkeit bei gleich guten mechanischtechnologischen Eigenschaften wie die der bekannten Stähle besitzen soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ferritische Chrom-Molybdän- Stähle mit z 0> 02 % Kohlenstoff 0> 02 02 % Stickstoff 18 bis 22 % Chrom 4 bis 6 % Molybdän 0 bis 5 % Nickel 0 bis 2 % Kupfer 0 bis 1 % Mangan 0 bis 2 % Silizium 0 bis 0, 5 % Titan, Zirkonium, Niob/ Tantal, einzeln oder zu mehreren 0 bis 0, 01 % Bor Rest Eisen sowie schmelztechnische Verunreinigungen als korrosionsbeständigen, schweißbaren, duktilen und kaltzähen Werkstoff für Apparate- und Anlagenbauteile, wie Pumpen und Rohrleitungen, die Brack- und Meerwasser, auch bei erhöhter Salzkonzentration, sowie Salzsolen und Brauchwasser mit erhöhter Chloridausgesetzt sind, konzentration zu verwenden.
+) beim Einsatz in chloridhaltigen Medien Es ist bevorzugt, deruStahl 19 bis 21 % Chrom und 4 bis 5, 5 % Molybdän zuzusetzen.
Die Gehalte an Kohlenstoff und Stickstoff sollten vorzugsweise jeweils # 0, 01 % und ihre Summe # 0, 01 % sein.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden ferritischen Chromstähle können neben Chrom und Molybdän zusätzlich noch 0 bis 5 %, vorzugsweise 1> 5 bis 4 % Nickel enthalten, durch den die Kaltzähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Stahls verbessert wird.
Weiterhin ist der Zusatz von jeweils 0 bis 2, vorzugsweise 0, 5 bis 2 % Kupfer und Silizium möglich, durch die ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird.
Durch den bevorzugten Zusatz von 0 bis 0, 5 %> vorzugsweise 0, 01 bis 0, 5 % Titan, Zirkonium, Niob/Tantal, einzeln oder zu mehreren, kann die Kaltzähigkeit und Verarbeitbarkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden ferritischen Chromstähle verbessert werden. Dem gleichen Ziel dient der mögliche Zusatz von o bis 0> 001 % Bor, durch den außerdem die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion in den Schweißübergangszonen verbessert wird.
Aufgrund ihrer Eigenschaften eignen sich die erfindungsgemäß zu verwendenden ferritischen Chrom - Molybdän - Stähle insbesondere für den Schiffbau, für Wärmeaustauscher und für Meerwasser.
Entsalzungsanlagen.
Anhand der folgenden Angaben wird der durch die Erfindung erzielbare technische Fortschritt dargelegt.
In Abbildung 1 ist der Verlauf der Kerbschlagzähigkeit für einen in den erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzungsbereich fallenden Stahl A, dessen chemische Zusammensetzung in Tafel 1 angegeben ist, zwischen +1000 und -1000C aufgetragen. Der Steilabfall der Kerbschlagzähigkeit liegt gemäß Abb. 1 weit unter 0 0C.
Aus Abbildung 2 ist die Versprödungsneigung desselben Stahles A bei langzeitigem Glühen im Temperaturbereich von 400 bis 10000C zu ersehen. Der Kurvenverlauf in Abb. 2 läßt erkennen, daß der Stahl A eine sehr gute thermische Stabilität besitzt, die eine sichere Verarbeitung im Apparate- und Anlagenbau gewährleistet.
Neben dem in den erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzungsbereich fallenden Stahl A sind in Tafel 1 noch die Zusammensetzungen dreier anders zusammengesetzter Stähle B (Typ 24/3,5 CrMo), C (Typ 28/2 CrMo) und D (Typ 20/2 CrMo) angegeben, mit denen der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl A (Typ 20/5) verglichen werden soll.
Nach bisheriger allgemeiner Auffassung ist Molybdän hinsichtlich der Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit etwa dreimal wirkungsvoller als Chrom, d. h. jeweils 1 % Molybdän hat in dieser Hinsicht die gleiche Wirkung wie 3 % Chrom. Demnach müßte der Stahl A mit 20 % Chrom und 5 % Molybdän etwa die gleiche Lochfraßbeständigkeit aufweisen wie der Stahl B mit 24 % Chrom und 3, 5 % Molybdän und auch wie der Stahl C mit 28 % Chrom und 2 % Molybdän. Diese bisher gültige Annahme müßte eigentlich durch die in Abbildung 3 für die vier Stähle A, B, C und D aufgetragenen Lochfraßpotentiale in 3 % NaCl im Temperaturbereich von 25 bis 1000C auch ihre Bestätigung finden. Aufgrund der fast gleich gelagerten Lochfraßpotentiale müßten die Stähle A, B und C gleich gute Lochfraßbeständigkeit besitzen, während für den Stahl D aufgrund der unedleren Lochfraßpotentiale gemäß Abb. 3 eine schlechtere Lochfraßbeständigkeit zu erwarten sein müßte.
sich Es ha¼t nun jedoch überraschenderweise herausgestellt, daß diese Annahme nicht zutrifft, sondern daß tatsächlich folgende Feststellungen gemacht wurden. Unter Ankrustungen, im Dampfraum und in Spalten, d.h. in Bereichen erhöhter Chloridkonzentration und/oder abgesenkten pH-Wertes zeigen die Stähle C und D gleiches Lochfraßverhalten. Beide Stähle zeigen in siedendem Meerwasser von 2 bis 10 % NaCl-Gehalt als Bügelproben halb eirgetaucht unter sich bildenden Ankrustungen im Dampfraum schon nach wenigen Stunden erheblich fleckenhaften Korrosionsangriff. Etwas besser verhält sich der Stahl B, der erst nach einigen Tagen die ersten Korrosionserscheinungen zeigte. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl A zeigte dagegen trotz erheblicher Ankrustungen auch nach 2000 h noch keine Anzeichen eines korrosiven Angriffs. Damit verhält sich der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl hinsichtlich Lochfraßangriffen in chloridhaltigen Medien in unerwarteter Weise weitaus beständiger als andere ähnlich zusammengesetzte Stähle mit gleichem oder höherem Chrom- aber niedrigerem Molybdängehalt.
Stähle in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungsbereich weisen also optimale Korrosionsbeständigkeit gegen chloridhaltige Lösungen auch unter extremen Bedingungen, wie hohe Chloridkonzentration, erhöhten Temperaturen und unter Ankrustungen, auf und besitzen darüber hinaus gute Duktilität und Kaltzähigkeit, vollkommene Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion auch im Schweißnahtbereich und eine für eine Verarbeitung ausreichende Gefügestabilität.
Daher eignet sich der erfindungsgemäß zu verwendende ferritische Chrom -Molybdän- Stahl ausgezeichnet als Werkstoff für Apparate-und Anlagenbauteile, wie Pumpen und Rohrleitungen, speziell für den Schiffbau, für Wärmeaustauscher und für Meerwasser-Entsalzungsanlagen, also für Teile, die Brackwasser und Meerwasser auch bei erhöhten Salzkonzentrationen, Salzsolen und Brauchwässern mit hohen Chloridgehalten bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken ausgesetzt sind.

Claims

Patentansprüche

1. Verwendung ferritischer Chrom - Molybdän- Stähle als korrosionsbeständiger, schweißbarer, duktiler und kaltzäher Werkstoff für Apparate- und Anlagenbauteile, wie Pumpen und Rohrleitungen, die Brack- und Meerwasser, auch bei erhöhter Salzkonzentration, sowie Salzsolen und Brauchwasser mit erhöhter Chloridkonzentration ausgesetzt sind, mit folgender Zusammensetzung: # 0,02 % Kohlenstoff # 0,02 % Stickstoff 18 bis 22 % Chrom 4 bis 6 % Molybdän 0 bis 5 % Nickel 0 bis 2 % Kupfer 0 bis 1 % Mangan 0 bis 2 % Silizium 0 bis 0, 5 % Titan, Zirkonium, Niob/Tantal, einzeln oder zu mehreren 0 bis 0, 01 % Bor Rest Eisen sowie schmelztechnische Verunreinigungen.

2. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach Anspruch 1, jedoch mit 19 bis 21 % Chrom und 4 bis 5, 5 % Molybdän für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdä'i-Stähle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, jedoch mit # 0,01 % Kohlenstoff # 0,01 % Stickstoff und # 0,01 % Kohlenstoff und Stickstoff für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung ferritischer Chrom - Molybdän- Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, jedoch mit 1, 5 bis 4 % Nickel für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, jedoch mit 0, 5 bis 2 % Kupfer für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, jedoch mit 0, 5 bis 2 So Silizium Für den Zweck nach Anspruch 1.

7. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, jedoch mit 0, 01 bis 0, 5 % Titan, Zirkonium, Niob/Tantal, einzeln oder zu mehreren für den Zweck nach Anspruch 1.

8. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, jedoch mit 0,001 bis 0,010 % Bor für den Zweck nach Anspruch 1.

9. Verwendung ferritischet Chrom-Molybdän- Stähle mit der Zusammensetzung-nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für den Schiffbau.

10. Verwendung ferritischer Chrom -Molybdän-Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für Wärmeaustauscher.

11. Verwendung ferritischer Chrom-Molybdän-Stähle mit der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für Meerwasser-Entsalzungsanlagen.