DE2624117A1 - Zaehe ferritische staehle und verwendung derselben fuer metallische gegenstaende, insbesondere geschweisste konstruktionen - Google Patents

Zaehe ferritische staehle und verwendung derselben fuer metallische gegenstaende, insbesondere geschweisste konstruktionen

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DE2624117A1 DE19762624117 DE2624117A DE2624117A1 DE 2624117 A1 DE2624117 A1 DE 2624117A1 DE 19762624117 DE19762624117 DE 19762624117 DE 2624117 A DE2624117 A DE 2624117A DE 2624117 A1 DE2624117 A1 DE 2624117A1
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Description

GRANGES NYBY AB, S-640 44 Nybybruk /Schweden
betreffend
Zähe ferritische Stähle und Verwendung derselben für metallische Gegenstände, insbesondere geschweißte Konstruktionen
Die ferritischen Chrom-Molybdänstähle waren in den letzten Jahren der Gegenstand eingehender Untersuchungen, um die diesen Stählen anhaftenden Mangel gegenüber den austenitischen Cr-Ni-Stählen in ihrem Wesen und in ihrem strukturellen Zusammenhang zu erkennen, sie zu mildern oder zu eliminieren, was bei den Vorteilen dieser Stähle gegenüber den austenitischen Stählen u.a. von besonderer ökonomischer Bedeutung ist. In erster Linie hat die Kenntnis des Einflusses der Einlagerungselemente Kohlenstoff und Stickstoff zu neuen metallurgischen Verfahren geführt, die es gestatten, die Gehalte dieser Elemente unter die bisher üblichen Werte zu senken. Dies gelang, wenn auch unter Einsatz· von metallur-
?G9849/042Q
gischen Verfahren und Anlagen, die einen großen Teil der angestrebten Ökonomie verbrauchen. Gleichwohl waren die Ergebnisse, insbesondere bezüglich der Lage der Umschlagstemperatur, d.h. der Temperatur, bei der der zähe (duktile) Zustand des Stahls abrupt in den spröden Zustand übergeht, nicht befriedigend.
Der Einsatz von stabilisierenden Elementen zur Abbindung der Gehalte an C- und ^ bei den niedrigen Gehalten an diesen Elementen von < 0,03% führte zu Zusätzen, die z.B. für Ti nicht mehr der Stöchiometrie von 1:4 entsprechen, sondern bis 1:15 gesteigert werden mußten, was Gehalte ergab^, die die Eigenschaftswerte der Stähle ungünstig beeinflußten. In der Regel werden nunmehr Gehalte an C und N2 unter 0,0151 vorgeschlagen, wobei in gewissen Fällen Gehalte an Si^ von 0-31, an Mangan von 0-1%, an Nickel von 0-5% und an Kupfer von 0-21 zugelassen wurden, da diesen Elementen in den angegebenen Bereichen kein Einfluß auf die Eigenschaften dieser Stähle zugeordnet wurde, was schon daraus hervorgeht, daß diese Elemente fehlen können. Die Lage der Umschlagstemperatur ist besonders wichtig, wenn geschweißt wird, was ja in den Fällen notwendig ist, wenn diese Stähle zum Bau industrieller Produkte angewendet \\airden. Diese genannten Stähle, die im ungeschweißten Zustand Zähigkeitswerte zeigten, die annehmbar waren, versprödeten in der Schweißnaht und in den der Schweißnaht benachbarten Zonen.
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"ί" 2624Ϊ17
Untersuchungen, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegen, haben nun das überraschende und unerwartete Ergebnis erbracht, daß stabilisierte, ferritische Chrom-Molybdänstähle Umschlagstemperaturen weit unter Raumtemperatur besitzen können und dies insbesondere in der Schweißnaht und in den Zonen, die direkt an die Schweißnaht anschliessen, wenn man zu den an sich bekannten Stählen Nickel- und Kupferzusätze gibt, die in einem ganz bestimmten, begrenzten Bereich liegen, wobei auch die C- und Ν-,-Gehalte in einem bestimmten Prozentbereich gehalten werden, der überraschenderweise bei relativ hohen Gehalten liegt und man schließlich Ti oder Nb zusetzt, und zwar in Gehalten, die unter den heute üblichen Verhältniszahlen liegen, doch mindestens 0,2% betragen, wozu noch ein Gehalt an Ti vom 4-fachen (C + N2)-Gehalt bzw. an Nb vom 8-fachen (C + N2)-Gehalt kommt, der jedoch maximal 0,71 bzw. 1,01 betragen darf, Die Erfindung ist gekennzeichnet, wie in den Patentansprüchen ausgeführt.
Das Auffallende und völlig Unerwartete ist nun darin zu sehen, daß bei relativ hohen (C + N2)-Gehalten relativ hohe Nickel- und in geringerem Maße Cu-Gehalte zugesetzt werden müssen, um bei Raumtemperatur und darunter, insbesondere auch in der Schweißzone, hohe Zähigkeitswerte bei jedoch unverändert hohem Korrosionswiderstand zu erhalten.
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-X-
Um die überraschende und unerwartete Wirkung insbesondere des Nickelzusatzes zu ferritischen Cr-Mo-Stählen aufzuzeigen, werden im folgenden anhand von zwei Beispielen mit Stählen mit bevorzugter Zusammensetzung gemäß der Erfindung im Vergleich zu üblichen Stählen die durch Kerbschlagversuche ermittelten Zähigkeitswerte mitgeteilt.
Die Stähle A und C haben die erfindungsgemäße Zusammensetzung.
Beispiel I STAHL B Beispiel II STAHL D
STAHL A 0,011 STAHL C 0,012
C 0,012 0,35 0,014 0,32
Si 0,4 0,28 0,41 0,33
Mn 0,32 25,3 0,39 21,2
Cr 25,7 0,10 21,1 0,4
Ni 4,20 3,1 3,5 3,1
Mo 4,08 0,41 3,2 0,35
Ti 0,45 0,010 0,39 0,45
Cu 0,55 0,049 0,38 0,05
Al 0,059 0,021 0,048
Nb 0,011 0,010 0,010
N2 0,015 0,010
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Die Zähigkeitsvrerte sind in den Figuren 1, 2, 3 und 4 für die Stähle A, B, C bzw. D graphisch dargestellt.
Die Kurvenzüge "G M" gelten für das Grundmaterial und die Züge "S Z" für die Zonen neben der Schweißnaht, welche ganz besonders dem Einfluß der Schweißtemperatur in Richtung einer Versprödung ausgesetzt sind.
Vergleicht man den Kurvenverlauf "G M" der beiden Stähle A und B, so findet man, daß die Umschlagstemperatur des erfindungsgemäßen Stahls A zwischen -600C und -800C liegt, wogegen der gewöhnliche Stahl B eine Umschlagstemperatur hat, die bei +80 bis +1000C gelegen ist. Der Vergleich der Kurvenzüge "S Z" ergibt eine Umschlagstemperatur für den erfindungsgemäßen Stahl A von -40 bis -200C und für den Vergleichsstahl B von +120 bis + 1400C. Der Kurvenverlauf "G M" weist für den Stahl C eine Umschlagstemperatur auf, die zwischen -30° und -500C gelegen ist. Für den Stahl D sind die kennzeichnenden Werte +10 bis +3O0C. Der Vergleich der Kurvenzüge "S Z" ergibt eine Umschlagstemperatur für den erfindungsgemäßen Stahl C von -10 bis iO°C und für den Vergleichsstahl D von +40 bis +500C.
Für den Fachmann beweisen diese Ergebnisse, daß Stähle gemäß vorliegender Erfindung in geschweißten Konstruktionen bei Raumtemperatur und darunter nicht verspröden.
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— Jg —
Für den Fachmann ist es ebenfalls klar, daß der Nickel- und Kupferzusatz so gewählt werden muß, daß bei optimaler Zähigkeit kein oder nur ein vernachlässigbarer Abfall des Widerstandes gegen Spannungskorrosion eintritt, was beispielsweise der Fall wäre, wenn man oberhalb der oberen Grenzen für Ni und Cu gemäß der Erfindung Zusätze machen würde, wie z.B. Ni 5,01 und für Cu 2,01.
Durch die gegebenen Begrenzungen der verschiedenen Legierungsbereiche insbesondere für Ni und Cu ist die notwendige Erfindungshöhe gegeben.
Bezüglich des C + N^-Gehalts kann gesagt werden, daß die erfindungsgemäß vorgeschriebenen Gehalte, nämlich ein relativ hoher Gehalt an (C+^) , die Garantie für eine Reproduzierbarkeit der Stähle gibt, die nicht gegeben ist, wenn man Gehalte von weniger als 0,0151 (C+^) hat, dabei das Ziel hat, die Summe von (0+^)=OjOH nicht zu übersteigen. Die Reproduzierbarkeit wird außerdem erleichtert durch den erfindungsgemäßen Gehalt an Nickel, wodurch auch größere Schwankungen im C+ ^-Gehalt ohne Einfluß auf die Zähigkeit des Stahls bleiben.
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale werden einzeln und in Kombination als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Claims (8)

  1. ANSPRÜCHE
    ,1. Ferritische, stabilisierte, rostefreie und korrosionsbestände Chrom-Molybdänstähle mit Gehalten an Kohlenstoff zwischen 0,01 bis 0,0251, an Stickstoff zwischen 0,005 und 0,025%, an Chrom zwischen 20,0 und 30,0$, an Molybdän zwischen 3,0 und 5,0% sowie an Mangan und Silizium je 0,2 bis 1,04 und Vanadin, Wolfram, Kobalt und Aluminium jeweils maximal 0,25%, dadurch gekennzeichnet , daß sie außerdem Nickel in Gehalten zwischen 3,2 bis 4,8%, Kupfer zwischen 0,1 bis 1,0%, Titan zwischen 0,2 bis 0,7% und/oder Niob zwischen 0,2 und 1,04 enthalten, wobei der Rest aus Eisen mit den üblichen Verunreinigungen besteht, wobei Legierungszusätze an Bor und/oder Zirkonium in Gehalten zugelassen sind, die dem Stand der Technik entsprechen.
  2. 2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Summe der Kohlen- und Stickstoffgehalte mindestens 0,015% und maximal 0,04% beträgt«
    ORIGINAL IHSPEGTED
    709849/0420
    2 26 24
  3. 3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende chemische Zusammensetzung hat:
    C 0,012-0,0251 „
    Si 0,2 -0,51
    Mn 0,2 -0,5 1
    Cr 20,0 -22,OS
    Ni 3,2 -3,51
    Mo 3,0 -4,51
    Cu 0,2 -0,5 %
    Ti O,2x4x(C+N2) doch maximal 0,1% und/oder
    Nb O,2x8x(C+N2) doch maximal 1,0%.
  4. 4. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Chromgehalten von 22,0 bis 24,01 und Molybdängehalten von 3,5 bis 4,51 der Nickelgehalt 3,5 bis 4,21 beträgt.
  5. 5. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei Chromgehalten von 27,0 bis 30,01 und Mo-Gehalten von 3,7 bis 4,21 der Nickelgehalt 3,9 bis 4,51 beträgt.
  6. 6. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Zusammensetzung besitzt:
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    ORIGINAL SrJSFECTSD
    C 0,01 2-0, 0251 Si 0,2 -o, 5% ' Mn 0,2 -o, 5% Cr 24,5 -26 ,0% , Ni 3,5 -4, 2% . Mo 3,7 -4, 2% . Cu 0,2 -o, 51 .
    Ti O,2x4x(C+N2) doch maximal 0,71 oder
    Nb O,4x8x(C+N2) doch maximal 1,41
    N2 0,005-0,151. -
  7. 7. Verwendung des Stahls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 im Apparatebau, insbesondere für geschweißte Konstruktionen.
  8. 8. Metallische Gegenstände, insbesondere geschweißte Konstruktionen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Stählen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 bestehen.
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