DE2534513A1 - Rostfreie austenitstaehle - Google Patents

Rostfreie austenitstaehle

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DE2534513A1
DE2534513A1 DE19752534513 DE2534513A DE2534513A1 DE 2534513 A1 DE2534513 A1 DE 2534513A1 DE 19752534513 DE19752534513 DE 19752534513 DE 2534513 A DE2534513 A DE 2534513A DE 2534513 A1 DE2534513 A1 DE 2534513A1
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cjn
molybdenum
chromium
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DE19752534513
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Henry William Kirkby
John Edmund Truman
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Sheffield Forgemasters Ltd
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Firth Brown Ltd
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Description

DR. BERG DIPL. INC. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR
8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45
Anwaltsakte 26 297 -j ßy^ -J975
Be/Sch
FIEOIH BROWN LIMITED Sheffield 4-, Yorkshire / England
"Rostfreie Austenitstähle"
Diese Erfindung betrifft rostfreie Austenitstähle.
Die allgemein bekannten rostfreien Standard-Austenitstähle, die 16 bis 2O# Ghrom, 6 bis 15# Nickel und bis 25U 4# Molybden enthalten, sind gegen viele Korrosionsverursacher resistent und sie haben ebenso wertvolle mechanische Eigenschaften, im besonderen eine ausge-
f (089) 98 82 72 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453 lOO
987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623
9833IO TELEX: 0524 560 BERG d Postscheck München 65343-808
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zeichnete Duktilität und Zähigkeit, die sie für viele Zwecke geeignet machen. Es gibt Jedoch Bedingungen, denen sie nicht widerstehen können und dies sind oftmals Lösungen von Chloriden oder anderen Halogeniden, die Lochfrass (Pitting)-Korrosion verursachen.
Häufig werden für solche Bedingungen die teureren Nickel-angereicherten oder andere Nicht-Eisenlegierungen verwendet. Eine weitere Beschränkung der Standard-Austenitstähle ist ihre Festigkeit, wobei sie nur durch Kalt- oder Warmbearbeiten härtbar sind.
Der Widerstand gegen Pittingkorrosion kann dadurch verbessert werden, daß man den Chrom- und/oder Molybdengehalt erhöht, wobei (jedoch diese beiden Elemente, in Menge verwendet, zum Vorliegen von Ferrit führen, das für das Heißbearbeiten unerwünscht ist.
Die Gegenwart von Ferrit in Stählen mit erhöhtem Chrom- und/oder Molybdengehalt kann dadurch vermieden werden, daß man proportional den Nickelgehalt erhöht. Jedoch ist dies eine teure Modifizierung und sie ist nur wirtschaftlich, wenn man Stickstoff einlagert, der die Ferritbildung unterdrückt.
Es wurde jedoch nunmehr gefunden, daß die Gegenwart von Stickstoff, zusammen mit Chrom und Molybden in
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ausreichenden Mengen, beträchtlich die Widerstandefähigkeit gegen Lochfrasskorrosion erhöhen kann.
Die vorliegende Erfindung schafft einen rostfreien Austenitstahl mit den nachfolgenden wesentlichen Legierungselementen: 19 bis 22# Chrom, 1,0 bis 3»0# Molybden, 0,10 bis 0,5# Stickstoff und 1,0 bis 10# Nickel und O bis 0,15# Kohlenstoff, 0 bis 2,0# Silicium, O bis 15# Mangan, O bis 5# Kobalt, 0 bis 4# Kupfer, 0 bis 1,5# Niob oder Tantal und 0 bis 0,1# Bor, wobei sich alle Prozentsätze auf das Gewicht beziehen.
Besonders bevorzugte rostfreie Austenitstähle nach der Erfindung sind solche, worin die Legierungselemente folgende Gehalte aufweisen: Chrom 21 bis 22#, Molybden 1,8 bis 2,3#, Stickstoff 0,3 bis 0,4%, Nickel 8 bis 9#, Mangan 3 bis 4#, Silicium 0,2 bis 0,5#, Niob 0,2 bis 0,4# und Kohlenstoff 0,06 bis 0,10#.
Die Elemente Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Kobalt, Kupfer, Niob, Tantal und Bor werden, obgleich sie nicht wesentliche Bestandteile der Stähle der vorliegenden Erfindung sind, gewöhnlich in zufälligen Mengen, die nicht schädlich sind, vorhanden sein. Ihre Konzentration kann von dem zufälligen Gehalt, wie später noch erörtert, zur Verbesserung der Eigenschaften der Stähle der Erfindung erhöht werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß Gegenstände ebenso in den Erfindungsbereich fallen, sofern sie aus den rostfreien Austenitstählen der Erfindung hergestellt sind.
Die in Figur 1 der beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ergebnisse zeigen die Wirkung von Stickstoffzugaben auf die Pittingkorrosionswiderstandsfähigkeit von vier Gruppen von Austenitstählen, die nicht der vorliegenden Erfindung entsprechen, mit unterschiedlichem Chrom- und Molybdengehalt. Bei diesen Untersuchungen wurde die Pittingkorrosions-Widerstandsfähigkeit mittels einem elektrolytischen Verfahren bestimmt, bei dem man eine Stahlprobe in eine belüftete 0,6M NaCl + O,1M NaHCOv-Lösung bei 25°C taucht, während man das Potential der Probe im Verhältnis zu einer Standardbezugselektrode stetig in einer Geschwindigkeit von 1 Volt in 50 Minuten durch Polarisieren über eine Platingegenelektrode anhebt und den fließenden Strom aufzeichnet. Es gibt einen Potentialbereich, bei dem nur wenig Strom beipassiver Stahloberfläche fließt, während bei einem kritischen Potential die Pittingkorrosion unter einem schnellen Ansteigen des Stroms beginnt. Für praktische Zwecke wird das Potential mit einer Stromdichte von 10"*^ A/cm als "Durchbruchspannung" (breakdown-Potential) bezeichnet und dieses kann als Vergleichsgrundlage für die
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- 5 - 7.0 JO I .5
Widerstandsfähigkeit der verschiedenen Stähle gegenüber Pittingkorrosion verwendet werden.
Die Ergebnisse in Figur 1 zeigen, in welcher Weise sich die nützlichen Wirkungen von Chrom, Molybden und Stickstoff cumulieren und daß die Wirkungen von Stickstoff bei höheren Chrom- und Molybdengehalten wesentlich höher sind. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen und um den Ferritgehalt einzuschränken sollte der Chrom- und Molybdengehalt zum Erreichen einer ausreichenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion so niedrig wie möglich gehalten werden.
Der Einfluß des Stickstoffgehalts auf die Pittingwiderstandsfähigkeit des Materials nach der vorliegenden Erfindung bei den bevorzugten Gehalten an Chrom, Molybden, Nickel und Mangan ist in Figur 2 aufgezeigt, aus der zu ersehen ist, daß ein Stickstoffgehalt von wenigstens 0,3$ erwünscht ist. Dieser Stickstoffgehalt stellt ebenso Ferritfreiheit sicher.
Neben der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Pittingkorrosion und der Stabilisierung der Austenit-Mikrostrukturen hat der nach der vorliegenden Erfindung verwendete hohe Stickstoffgehalt ebenso bemerkenswert nützliche Wirkungen auf die Dehn- bzw. Streckfestigkeit dieser Stähle im Vergleich zu der
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der allgemein bekannten Standard-Austenitstähle.
Figur 3 zeigt die Wirkung des Stickstoffgehalts auf die Dehn- bzw. Streckgrenze, wobei die Werte für eine Anzahl von Austenitstähle, einschließlich denen, wie sie bei den Ergebnissen von Figur 1 verwendet wurde, angegeben sind. Es ist bekannt, daß beträchtliche Verbesserungen durch Maßvolle Zugaben von Stickstoff erzielt werden können, wobei jedoch festgestellt wurde, daß diese weiterhin durch die Gegenwart geringer Zuschläge an Niob (0,2 bis 0,4$) verbesser t werden können. Die bei Gießlingen mit solchen Niobzuschlägen erhaltenen Ergebnisse sind in Figur 3 angegeben.
Es wurde weiterhin festgestellt, daß bestimmte Stähle nach der vorliegenden Erfindung wesentlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen (Innen)-Risskorrosion bei Chlorid- oder anderen Halogenidionenumgebungen aufweisen. Diese Verbesserung scheint eine unmittelbare Folge der hohen Stickstoffgehalte, die in diesen Stählen gefordert werden, zu sein. Die vorausgehend erwähnten allgemein bekannten Standard-Austenitstähle sind dafür bekannt, daß sie besonders anfällig sind gegen Risskorrosion unter bestimmten Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei bestimmten Verwendungen im Seeschiffbau und daher nur mit Vorsicht
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verwendet werden können. Unter solchen Bedingungen kann von den Stählen der vorliegenden Erfindung ein überlegenes Verhalten erwartet werden.
In Figur 4· sind die kombinierten nützlichen Wirkungen von Molybden und Stickstoff auf die Widerstandsfähigkeit gegen Risskorrosion von Stählen der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesen Schnellversuchen wurden Proben eine Woche in 1O#ige Eisen-Ill-chloridlösungen eingetaucht, wobei Risse an den Proben dadurch gebildet wurden, daß man um ihren Umfang Neopren-1O'-ringe eng anbringt. Die maximalen Lochtiefen, die sich um den Riss an jeder Probe bilden, wurden dann gemessen. Die Ergebnisse in Figur 4-zeigen, daß die Stähle mit höheren Stickstoff- und höheren Molybdengehalt höheren Widerstand gegen Rißbildung bei diesen Untersuchungen zeigen, zum Beispiel zeigen Stähle mit einem 0,4#igen Stickstoffgehalt, unabhängig von dem Molybdengehalt von über 1»5#j vollständige Immunität.
Es ist demgemäß nach der vorliegenden Erfindung möglich, einen Austenitstahl mit Pitting- und Risskorrosionswiderstandsfähigkeit und wesentlich höhere Festigkeit herzustellen, als dies bisher mit den Standard-rostfreien Stählen möglich war, jedoch ohne einen höheren Gehalt an teurem Nickel, wenn man Stick-
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stoffzusätze verwendet und den Gehalt an Legierungselement geeigneterweise im Gleichgewicht hält. Der zur Vermeidung der Ferritbildung erforderliche Nickelgehalt ist abhängig von der Menge der anderen vorhandenen Legierungs-bildenden Elemente, wird aber im allgemeinen geringer als 1O# sein. Die Kontrolle bzw. Vermeidung der Ferritbildung kann ebenso durch die Gegenwart von bis zu 0,15# Kohlenstoff und bis zu 15# Mangan unterstützt werden und unter bestimmten Umständen kann es zweckmäßig sein, bis zu 5$ Kobalt und bis zu 4$ Kupfer zu verwenden. Wie oben bereits erwähnt, enthält eine bevorzugte Zusammensetzung 21 bis 22# Chrom, 1,8 bis 2,3# Molybden, 0,30 bis 0,40# Stickstoff, 8 bis 9# Nickel, 3 bis 4# Mangan, 0,06 bis 0,1# Kohlenstoff und 0,2 bis 0,4# Niob. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Verwendung anderer Elemente, wie Silicium, zur Desoxidierung und zum Zwecke der Verfestigung der Mischkristalle und von Bor zur Verbesserung der Heißbearbeitungseigenschaften wünschenswert sein kann und daß bestimmte andere Elemente, die üblicherweise in dem Stahl in geringen Mengen als Verunreinigungen vorhanden sind, ebenso in den neuen Stählen ohne Schaden vorhanden sein können.
Die verbesserten mechanischen Eigenschaften, wie Korrosionswiderstandsfähigkeit gegen Pitting und Rißbildung, die durch die Stähle der vorliegenden Erfin-
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dung erreichbar sind, im Vergleich zu ähnlichen Eigenschaften von rostfreien Standard-Austenitstählen, sind in den Tabellen I und II aufgezeigt. Die mit F.2160, F.2161, F.2162, F.2183, F.2184, F.2231, F.2234, F.2274, F.2370, F.24-71, F.2372, F.2373, F.2374, F.2375, F.2376, F.2377, F.2378 bezeichneten Legierungen sind Beispiele von Austenitstählen nach der vorliegenden Erfindung, wobei alle unter raeschem Abkühlen von 11000C wärmebehandelt wurden und die mit 304 S15 und 316 und S16 bezeichneten Legierungen sind rostfreie Austenitstähle nach den Britischen Standardvorschriften No. 1449, Teil 4, 1967,wobei diese Proben schnell von 1050oC gekühlt wurden. Die Gießlinge, die mit F.2247, F.2248, F.2249, F.2250, F2251, F.2252, F2253 und F.2254 bezeichnet sind, sind Stähle ähnlicher Grundzusammensetzung wie der der vorliegenden Erfindung, außer dem Nickelgehalt, der auf einem hohen Gehält von 19,5# bis 20,556 als wahlweises Verfahren zur Sicherstellung der vollständigen Austenit-Mikrostrukturen beibehalten wurde. Wie aus den Tabellen zu entnehmen ist, weisen die Beispiele der Stähle nach der vorliegenden Erfindung eine bemerkenswerte Verbesserung hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen Pittingkorrosion auf und sie besitzen ebenso eine erhöhte Festigkeit. Diese Stähle haben weiterhin eine wesentliche Widerstandsfähigkeit gegen Risskorrosion.
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0,07 0,38 3,86 21,16 8,48 1,91 0,21 0,29
0,08 0,43 3,89 21,28 8,53 1,96 0,30 0,31
0,09 0,43 3,89 21,52 8,60 1,94 0,40 0,29
0,08 0,44 3,94 21,64 8,53 2,50 0,20 0,30
0,10 0,44 3,89 21,40 8,48 2,43 0,30 0,30
0,09 0,41 3,84 21,66 8,53 2,48 0,39 0,32
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Claims (6)

  1. 2534bn
    - 13 Patentansprüche :
    .) Rostfreier Austenitstahl, enthaltend O bis 0,15* Kohlenstoff, O bis 2,0# Silicium, 0 bis 15,0$ Hangan, 0 bis 5# Kobalt, 0 bis 4# Kupfer, 0 bis 1,5# Niob oder Tantal und 0 bis 0,1# Boa?, dadurch gekennzeichnet , daß er als wesentliche Legierungselemente 19 bis 22# Chrom, 1,0 bis 3»0# Molybden, 0,1 bis 0,5# Stickstoff und 1,0 bis 10# Nickel enthält.
  2. 2. Rostfreier Austenitstahl gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,3 bis O,4# Stickstoff enthält.
  3. 3« Rostfreier Austenitstahl gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,2 bis 0,4# Niob enthält.
  4. 4-. Rostfreier Austenitstahl gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekenn«* zeichnet, daß er 1,8 bis 2,3# Molybden enthält.
  5. 5. Rostfreier Austenitstahl gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er 21 bis 22# Chrom enthält.
    5098R7/0BB6
    2 b 3 4f-) ]
  6. 6. Rostfreier Austenxtstahl gemäß Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß er 21 bis 22# Chrom, 1,8 bis 2,3# Molybden, 0,3 bis 0,4# Stickstoff, 8 bis 9# Nickel, 3 bis 4# Mangan, 0,2 bis 0,5# Silicium, 0,2 bis 0,4^ Niob und 0,06 bis 0,10# Kohlenstoff enthält.
    R 0 9 8 8 7 / 0 8 B 6
    Leerseite
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