DE2534513A1 - Rostfreie austenitstaehle - Google Patents
Rostfreie austenitstaehleInfo
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- C22C38/58—Ferrous 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.
2 b 3 4 E> 1 3
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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γϊ 09887/0856
- 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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- 9 - 21) 3 4 {i ί ο
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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Ni
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Nb
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0,09 0,38 4,00 21,40 8,60 1,50 0,31 0,32
0,09 0,37 4,02 21,40 8,48 1,51 0,40 0,30
0,07 0,38 3,86 21,16 8,48 1,91 0,21 0,29
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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
maximale Lochtiefe | - mm | •ί |
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0,18 | ||
0 | ||
0,30 | ι | ro er, OJ |
0,14 |
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0 | ||
0,42 | ||
0 | ||
0 | ||
Claims (6)
- 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. Rostfreier Austenitstahl gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,3 bis O,4# Stickstoff enthält.
- 3« Rostfreier Austenitstahl gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,2 bis 0,4# Niob enthält.
- 4-. Rostfreier Austenitstahl gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekenn«* zeichnet, daß er 1,8 bis 2,3# Molybden enthält.
- 5. Rostfreier Austenitstahl gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er 21 bis 22# Chrom enthält.5098R7/0BB62 b 3 4f-) ]
- 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 6Leerseite
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