DE2421604B2 - Verwendung eines chrom-nickel- stahls - Google Patents

Verwendung eines chrom-nickel- stahls

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Chrom-Nickel-Stahls mit guter Warmverformbarkeit, bestehend aus 0,001 bis 0,20% Kohlenstoff, 0,1 bis 6,0% Silizium, 0,1 bis 10,0% Mangan, 15 bis 35% Chrom, 3,5 bis 35% Nickel, 0,01 bis 6,0% Molybdän bei einem Gesamtgehalt an Silizium, Chrom, Nickel und Molybdän von mindestens 25%, 0,001 bis 0,50 % Stickstoff, 0,01 bis 0,07 % Aluminium und 0,001 bis 0,02% Kalzium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.
Rostfreie Stähle finden wegen ihrer guten Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit im Vergleich zu Kohlenstoffstählen und niedriglegierten Stählen in großem Maße Anwendung. Gleichwohl ergeben sich insofern Probleme, als die herkömmlichen rostfreien Stähle nicht hinreichend beständig gegen eine örtliche Korrosion, insbesondere nicht hinreichend beständig gegen Lochfraß sind, der sich häufig in chloridischen Medien, wie beispielsweise Seewasser einstellt. Gleichwohl besteht ein großer Bedarf an rostfreien Stählen mit hoher Hitze-, Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit neben anderen vorteilhaften Eigenschaften unabhängig von der speziellen Verwendung beispielsweise in Ölraffinerien und der Petrochemie, der Kernenergietechnik und in Schadstoff-Reinigungsanlagen.
Die Eigenschaften der rostfreien Stähle lassen sich durch Legierungszusäize wie beispielsweise Molybdän, Titan und Niob verbessern; dies geht jedoch auf Kosten der Warmverformbarkeit.
So ist beispielsweise aus der österreichischen Patentschrift 1 83 433 eine warmverformbare austenitische Stahllegierung mit hoher Zeits;tandfestigkeit bekannt, die aus bis 1 % Kohlenstoff, bis 3 % Silizium, 10 bis 28% Mangan, 12 bis 25% Chrom, bis 0,5% Stickstoff, mindestens 0,5% mindestens zweier EIemente der Vertikalgruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems, jedoch höchstens 3% Titan, höchstens 5°/„ Zirkonium, höchstens 4% Vanadin, höchstens 4% Niob, höchstens 6% Tantal, höchstens 6% Molybdän und höchstens 6% Wolfram sowie bis 5% Aluminium und bis 10% Kupfer, Rest Eisen, Nickel und Kobalt einzeln oder nebeneinander besteht und bis 2% Kalzium enthalten kann. Über die Korrosionsbeständigkeit dieser Legierung und insbesondere deren Lochfraßbeständigkeit ist nichts bekannt, wenngleich ihr austenitisches Gefüge auf eine gewisse Korrosionsbeständigkeit hindeutet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Stahl vorzuschlagen, der sich neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit durch eine hohe Lochfraßbeständigkeit auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Verwendung des eingangs erwähnten Stahls vorgeschlagen. Dieser Stahl kann neben den bereits genannten Elementen zusätzlich noch 0,1 bis 4,0% Kupfer, 0,1 bis 2,0% Niob und 0,001 bis 0,20% Bor einzeln oder nebeneinander enthalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der graphischen Darstellung in der Zeichnung des näheren erläutert, die den Zusammenhang zwischen Aluminiumgehalt, Kalziumgehalt, Lochfraßbeständigkeit, Warmverformbarkeit und großen nichtmetallischen Einschlüssen eines Stahls mit 25 % Chrom, 15 % Nickel, 1 % Molybdän und 0,25 % Stickstoff wiedergibt.
Kohlenstoffgehalte über 0,20% beeinträchtigen die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere die Lochfraßbeständigkeit und sollten daher vermieden werden. Der Kohlenstoffgehalt der Legierung beträgt daher 0,001 bis 0,20%, vorzugsweise unter 0,15%, wobei wegen der besseren Korrosionsbeständigkeit möglichst niedrige Kohlenstoffgehalte anzustreben sind.
Der Siliziumgehalt beträgt im Hinblick auf die Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit mindestens 0,1 %. Höhere Siliziumgehalte verbessern zwar die Werkstoffeigenschaften, führen andererseits oberhalb 6,0% zu einer ό-Versprödung. Aus diesem Grunde enthält der Stahl höchstens 6,0% Silizium.
Um die Warmverformbarkeit zu verbessern, enthält der Stahl mindestens 0,1% Mangan; Mangangehalte übc4- 10% beeinträchtigen jedoch die Korrosionsbeständigkeit, weswegen der Mangangehalt des Stahls auf 0,1 bis 10,0% begrenzt ist.
Chrom spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, insbesondere der Lochfraß- und Oxydationsbeständigkeit, weswegen der Stahl mindestens 15% Chrom enthalten muß. Obgleich höhere Chromgehalte an sich vorteilhaft sind, kommt es bei Chromgehalten über 35% einer ό-Versprödung und damit zu einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften. Demzufolge enthält der Stahl 15 bis 35%, vorzugsweise bis 27% Chrom.
Auch das Nickel ist hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit und Gefügestabilität von großer Bedeutung. Nickelgehalte unter 3,5% ergeben keine ausreichende Lochfraßbeständigkeit, während Nickelgehalte über 35,0% die positive Wirkung des Siliziums und des Chroms beeinträchtigen. Der Stahl enthält daher 3,5 bis 35,0%, vorzugsweise 10 bis 20% Nickel.
Der Stickstoff trägt ebenfalls zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, insbesondere der Lochfraß- und Hitzebeständigkeit bei, weswegen der Stahl mindestens 0,001% Stickstoff enthalten muß. Stickstoffgehalte über 0,5% ergeben keine merkliche Verbesserung, weswegen der Stahl 0,001 bis 0,5%, vorzugsweise 0,02 bis 0,40% Stickstoff enthält.
Aus der grafischen Darstellung in der Zeichnung ergibt sich, daß die gleichzeitige Anwesenheit von
Kalzium und Aluminium zu einer Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit und Warmverformbarkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Menge grober nichtmetallischer Einschlüsse führt. Diese Wirkung tritt bei Aluminiumgehalten von 0,01 bis 0,07% insbesondere bei 0,03 bis 0,05% ein, die die Bildung großer Tonerdeeinschlüsse verhindern, wenn der Gehalt an Kalzium, das die Reinheit des Stahls nicht beeinträchtigt, 0,001 bis 0,02% beträgt.
Von wesentlicher Bedeutung hinsichtlich der Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit sowie der Verformbarkeit und weiterer technologischer Eigenschaften ist auch das Minimum von 25% für den Gesamtgehalt an Silizium, Chrom, Nickel und Molybdän.
Der Stahl kann zusätzlich noch 0,1 bis 4,0% Kupfer und 0,1 bis 2,0% Niob zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Korrosion, Oxydation und Korngrenzenangriff sowie 0,001 bis 0,20 % Bor zur Erhöhung der Warmfestigkeit einzeln oder nebeneinander enthalten.
Der Stahl läßt sich in üblicher Weise herstellen, beispielsweise im Konverter frischen oder im Elektroofen erschmelzen und gegebenenfalls im Vakuum entgasen, wobei Aluminium und Kalzium gleichzeitig nach dem Abschlacken der Schmelze zugesetzt oder in die Kokille gegeben werden. Die Blöcke werden dann in üblicher Weise vorgewalzt, warmgewalzt und geglüht.
In der nachfolgenden Tabelle sind herkömmlichen
ίο Vergleichsstählen 1 bis 6 unter die Erfindung fallende Stähle 7 bis 18 gegenübergestellt und finden sich Angaben über die Korrosionsbeständigkeit, nichtmetallischen Einschlüssen, Warmverformbarkeit und über die Streckgrenze bei 800°C. Die Stähle wurden sämtlich im Elektroofen erschmolzen. Die Daten der nachfolgenden Tabelle zeigen eindeutig, daß die Korrosionsbeständigkeit und Warmverformbarkeit der Stähle 7 bis 18 wesentlich besser als die der Stähle 1 bis 6 sind. Darüber hinaus zeigt sich, daß die Stähle 7 bis 18 frei von groben nichtmetallischen Einschlüssen sind.
Stahl C
(%) 		Si
(%) 		Mn
(%') 		Cr
(%) 		Ni
Co)		 Mo
(%) 		N
(%) 		Al
(%) 		Ca
(%)
1 0,05 0,60 1,01 Π,2 12,9 2,5 0,02 0,011 0,0005
2 0,04 0,63 1,22 25,1 5,8 1,8 0,06 0,022 0,0005
3 0,11 0,72 1,55 25,4 21,3 — 0,05 0,004 0,0005
4 0,06 0,66 1,21 24,3 13,2 0,7 0,30 0,021 0,0007
5 0,04 0,70 1,46 24,8 13,3 0,9 0,18 0,009 0,0008
6 0,03 0,88 1,44 20,4 31,4 2,2 0,02 0,030 0,0005
7 0,04 0,81 1,02 17,3 13,3 2,3 0,02 0,051 0,0044
8 0,03 0,41 1,51 25,2 6,8 1,6 0,06 0,033 0,0021
9 0,16 0,90 1,51 23,1 13,4 0,01 0,02 0,031 0,0110
10 0,14 0,90 2,20 25,2 21,1 0,02 0,03 0,016 0,0090
11 0,03 3,11 4,40 16,6 14,1 0,7 0,03 0,022 0,0130
12 0,02 0,88 1,53 24,8 13,2 0,8 0,33 0,044 0,0080
13 0,04 0,72 1,08 23,2 13,6 1,2 0,28 0,030 0,0044
14 0,01 0,66 1,16 22,1 14,4 1,0 0,40 0,018 0,0021
15 0,06 0,61 1,55 16,3 16,1 5,0 0,03 0,019 0,0035
16 0,05 0,15 1,55 20,2 31,0 2,2 0,03 0,040 0,0060
17 0,15 1,3 0,9 23,1 13,0 0,02 0,32 0,031 0,005
18 0.06 0,8 1,1 17,1 14,0 2,2 0,03 0,020 0,0033
Cu
Nb
Loch- Nicht- Warm- Zugfestigkeit
fraß metallische verformbar- 8000C
Einschlüsse keit (cb)
10 11 12 13 14 15 16 17 18
0,1
0,6
3,3
0,31
0,022 —
3,11 -
2,1
0,50 —
0,31
0,008 —
1 3 4 24
2 2 1 15
1 1 2 26
3 2 1 31
3 2 2 28
4 3 1 27
2 3 4 25
3 3 3 15
2 3 3 26
2 3 4 25
2 3 4 24
4 3 4 33
4 3 4 32
4 3 4 34
4 3 3 33
4 3 3 27
— 3 4 34
3 3 4 29
Die Lochfraßbeständigkeit wurde durch 58stündiges der folgenden Wertzahlen ermittelt, die auch der Einiauchen in eine Lösung von 50 g/l FeCl3 und Bestimmung der Einschlußlänge und der Warm-1/20N HCl mit einer Temperatur von 500C anhand verformbarkeit zugrundegelegt wurden.
Wertzahl 1 2 3 4
Lochfraß (g/cmh) >10 3—8 1—3 <1
Nichtmetallische Einschlüsse
(mm)		 >30 10—30 <10 —
Warmverformbarkeit ' große
Risse		 Kantenrisse teilweise
Kantenrisse		 keine
Risse
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
803

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verwendung eines Stahls mit guter Wannverformbarkeit, bestehend aus 0,001 bis 0,20% Kohlenstoff, 0,1 bis 6,0% Silizium, 0,1 bis 10,0% Mangan, 15 bis 35% Chrom, 3,5 bis 35% Nickel, 0,01 bis 6,0% Molybdän bei einem Gesamtgehalt an Silizium, Chrom, Nickel und Molybdän von mindestens 25%, 0,001 bis 0,50% Stickstoff, 0,01 bis 0,07% Aluminium und 0,001 bis 0,02% Kalzium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen als Werkstoff zum Herstellen von Teilen, die eine hohe Korrosions- und Lochfraßbeständigkeit aufweisen müssen.
2. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, der zusätzlich 0,1 bis 4,0% Kupfer und/oder 0,1 bis 2,0% Niob enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. ao
3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, der zusätzlich 0,001 bis 0,20% Bor enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
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