DE3137694A1

DE3137694A1 - Rostfreier ferritischer stahl

Info

Publication number: DE3137694A1
Application number: DE19813137694
Authority: DE
Inventors: Ronald Harry Sykesville Espy, Md.
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1982-06-09
Also published as: SE8105594L; FR2490680A1; US4331474A; GB2084187B; GB2084187A; CA1169271A; IT8124110A0; JPS5785960A

Description

Die Erfindung betrifft einen ferritischen rostfreien Stahl mit verbesserter Zähigkeit, guter Schweißbarkeit, verbesserter Korrosionsfestigkeit in dem der Hitze ausgesetzten Bereich einer Schweißung und mit guter Duktilität über einen weiten Bereich an Chromgehalten. Darüber hinaus zeigt der erfindungsgemäße Stahl diese günstige Eigenschaftskombination in Form von warmgewalztem Blech mit einer Stärke über 3,2 mm und in Form warmverminderter Stäbe mit Durchmessern bis zu 32 mm; es ist dies auf eine kritische Ausgewogenheit von Legierungsbestandteilen und Wärmebehandlung innerhalb eines Temperaturbereichs von 900 bis 1125⁰C zurückzuführen.

Ferritische rostfreie Stähle waren .bisher in bezug auf die Schweißbarkeit austenitischen rostfreien Stählen traditionell unterlegen. In der Regel zeigen ferritische Stähle eine geringe Duktilität und Zähigkeit, sowie eine verminderte Korrosionsbeständigkeit in dem der Hitze ausgesetzten Bereich einer Schweißung. Außerdem ist die Zähigkeit des ferritischen

Dr.Ha/Gl

Basismetalls in dickem Formstahl häufig unzureichend. Diese Probleme treten mit zunehmendem Chromgehalt des Stahls stärker in Erscheinung. ■ ■ ·

Der übliche Weg, anschließend an das Schweißen zu glühen, ist zur Korrektur von an der Schweißstelle auftretenden Problemen wirksam, erhöht jedoch die Kosten und ist in Fällen großer geschweißter Gegenstände mit massiven Schweißabschnitten nicht praktikabel. Es besteht daher ein Bedürfnis, geschweißte Gegenstände oder Komponenten, so wie sie geschweißt wurden, verwenden zu können.

Die Wärmebehandlung ferritischer, rostfreier Chromstähle wurde, üblicherweise anders als die von rostfreien, austenitischen Chrom-Nickel-Stählen durchgeführt. Auch war die Wärmebehandlung ferritischer rostfreier Stähle in der Regel auf Produkte mit geringem Querschnitt, z.B. Blech, Band und Draht beschränkt.

Bei der Wärmebehandlung von austenitischem rostfreiem Stahlblech und -band dominieren kurze Durchlaufglühungen. Bei der. Wärmebehandlung von austenitischem rostfreiem Stahldraht überwiegen satzweise Glühungen. In beiden Fällen liegt die Glühtemperatur für austenitische rostfreie Stähle zwischen etwa 900 und 1125°C, vorzugsweise bei etwa 1035 bis 1065⁰C.

Im Gegensatz dazu wurde die Wärmebehandlung ferritischer rostfreier Stähle für gewöhnlich innerhalb eines Temperaturbereichs von etwa 760 bis 870⁰C durchgeführt, meistens als satzweise Glühung beachtlicher Dauer, unabhängig von der Form des Produktes.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der ferritische rostfreie Stahl mit modifizierter

Zusammensetzung einer Wärmebehandlung" unterworfen werden kann, die den für austenitische, rostfreie Chrom-Nickel-Stähle angewendeten sehr ähnlich ist, wodurch die Wärmebehandlungsdauer stark verkürzt wird, was eine Herabsetzung der Arbeitskosten und die Möglichkeit einer besseren Ausnutzung des Glühofens zur Folge hat. Außerdem kann die auf den modifizierten ferritischen rostfreien Stahl gemäß der Erfindung angewendete kurze Wärmebehandlung auch auf dicken Formstahl sowohl in Form von Platten als auch in Form von Stäben und Draht angewendet werden. Bei einigen Chrombereichen ergibt die kurzfristige lochtemperaturglühung eine größere Zähigkeit als die für fer-itische rostfreie Stähle bisher übliche Wärmebehandlung.

Die neuen und überraschenden Eigenschaftsverbesserungen, die mit den erfindungsgemäßen Stählen erzielt werden, zeigen sich innerhalb eines Chrombereichs von etwa 12 bis etwa 26 Gew.% und beruhen auf der Zugabe von Aluminium und Niob innerhalb verhältnismäßig enger und kritischer Bereiche sowie auf einer Steuerung des maximalen Kohlenstoff- und Stickstof fgehalts, wobei Niob in einem Überschuß über die zur vollständigen Reaktion mit Kohlenstoff erforderliche Menge vorliegt.

In der US-Patentschrift 4 155 752 ist ein ferritischer rostfreier Stahl beschrieben, welcher Chrom, Nickel und Molybdän enthält und Zusätze an Niob, Zirkon und Aluminium erfordert und wahlweise Titan enthält. Die weiten Gehaltsbereiche dieses bekannten Stahls sind:18 bis 32% Chrom, 0,1 bis 6% Molybdän, 0,5 bis 5% Nickel, 0,01 bis 0,05% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,08% Stickstoff, .0,10 bis 0,60% Niob, 0,005 bis 0,50% Zirkon, . 0,01 bis 0,25% Aluminium, bis zu 0,25% Titan, bis zu jeweils 3% Kupfer und Silicium, bis zu jeweils 0,01% Calcium, Magnesium, Cer oder Bor, Rest Eisen.

In diesem Patent muß die Summe von Kohlenstoff plus Stickstoff größer als 0,04% sein; mindestens 0,5% Nickel sind erforderlich; Niob muß mindestens das 12-fache des Kohlenstoffgehalts betragen und der gesamte Zirkoniumgehalt und das 3,5-fache des Aluminiumgehalts müssen mindestens das 10-fache des freien Stickstoffs betragen.

Trotz des in dieser Patentschrift beschriebenen Aluminiumgehalts von bis zu 0,25% wird in Spalte 5, Zeilen 26 bis 40 doch ausgeführt, daß ein Höchstgehalt an Aluminium von 0,10% zur Erzielung guter interkristalliner Korrosionsbeständigkeit kritisch ist. In Spalte 5, Zeilen 47 bis 56 wird behauptet, daß bei einer Summe von Kohlenstoff und Stickstoff über etwa 0,040% und bis zu mindestens 0,.080% die stabile Bindung von Kohlenstoff und Stickstoff durch Niob plus Zirkon oder Niob plus Aluminium nicht möglich ist. Vielmehr wird Kohlenstoff durch Niob und Stickstoff in erster Linie durch Zirkon und zusätzlich durch Aluminium bis zu einem Maximum von 0,1% Aluminium gebunden. Der Zusatz von Zirkon, der an den Stickstoffgehalt des Stahls angepaßt wird, bildet angeblich eine große Vielzahl kleiner Partikelchen aus Zirkonnitriden, was eine Unempfindlichkeit gegenüber Grobkornversprödung bei hohen Temperaturen und somit eine Verbesserung der Eigenschaften des der Hitze ausgesetzten Bereichs einer Schweißung ergeben soll (Spalte 6, Zeilen 49 bis 57).

Die US-Patentschrift 4 155 752 erwähnt eine Anzahl von Veröffentlichungen, z.B. die deutsche Patentschrift 974 555, "NeueHütte" 18 (1973) Seiten 693 bis 6-99 sowie die deutsche Auslegeschrift 2 124 391. Dieser Stand der Technik wird in Spalte 2, Zeilen 27 bis 37 der US-Patentschrift 4 155 752 abgehandelt, wobei gesagt wird, daß hochlegierte ferritische Chrom- und Chrom-Molybdän-Stähle mit guten mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit

Kohlenstoff plus Stickstoff in Mengen über etwa 0,01% nur dann enthalten können, wenn diese größeren Gehalte stabil durch Titan, Niob, Zirkon oder dergleichen und im Fall von Stickstoff durch Aluminium gebunden sind, und'wenn eine ausreichende Kaltfestigkeit durch einen weiter begrenzten Zusatz von Nickel gewährleistet wird.

In den US-Patentschriften 3 672 876 und 3 607 246 wird d.ar Zusatz von Aluminium und Titan zu einem ferritischen rostfreien Stahl beschrieben.

Die US-Patentschrift 3 672 876 beschreibt den Zusatz von Aluminium und Vanadin zu einem ferritischen rostfreien Stahl.

Die US-Patentschrift 3 719 475 erwähnt den Zusatz von Aluminium, Titan und Vanadin zu einem ferritischen rostfreien Stahl.

Während sich so im Stand der Technik zahlreiche Hinweise betreffend Legierungszusätze zur Steuerung des .Kohlenstoff- und Stickstoffgehalts in ferritischen rostfreien Stählen zwecks Verbesserung der Schweißbarkeit und Beibehaltung der Zähigkeit und Duktilität finden, wurde offensichtlich das Konzept, die Summe von Kohlenstoff plus Stickstoff auf ein Maximum von 0,05% einzuregeln, Aluminium in einer Menge von über 0,10% zur Bildung von Aluminiumnitriden mit anschließender verbesserter Zähigkeit zuzugeben und Niob in einer größeren Menge zuzusetzen als sie für eine vollständige Kombination mit Kohlenstoff erforderlich ist, während nichtgebundenes Niob die Korrosionsbeständigkeit in einer Schweißzone verbessert, nicht erkannt.

Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines ferritischen rostfreien Stahls mit einem Chromgehalt zwischen

■'/

etwa 12 und 26% und mit Alumimium- und Niobzusätzen, die eine gute Zähigkeit, gute Schweißbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit ergeben.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in einer Wärmebehandlung eines ferritischen rostfreien Stahls der vorstehend genannten Zusammenseztung, welche eine verbesserte Zähigkeit und Festigkeit, insbesondere bei dickem Formstahl, ergibt.

Ein erfindungsgemäßer ferritischer rostfreier Stahl mit großer Duktilität und Zähigkeit in über etwa 3,2 mm dicken Abschnitten und guter Korrosionsbeständigkeit in dem der Hitze ausgesetzten Bereich einer Schweißung- besteht im wesentlichen aus höchstens 0,03 Gew.% Kohlenstoff, bis zu 12 Gew. %' Mangan ', höchstens 0,03 Gew.% Phosphor, höchstens 0,030 Gew.% Schwefel, höchstens 1,0 Gew.% Silicium, 12 bis 26 Gew.% Chrom, höchstens 5 Gew.% Nickel,- 0,10 bis 0,5 Gew.% Aluminium, höchstens 0,2 Gew.%'Kupfer, höchstens 5 Gew.% Molybdän, Resttitan und im übrigen im wesentlichen aus Eisen, wobei die Summe aus Kohlenstoff plus Stickstoff 0,05 Gew.% nicht übersteigt und Niob in einer Menge zugegen ist, die größer ist als die zur vollständigen Reaktion mit Kohlenstoff erforderliche Menge.

Für eine optimale Korrosionsbeständigkeit und um die zur Stabilisierung des Kohlenstoffs erforderliche Niobmenge auf einem Minimum zu halten, soll ein Maximum von 0,03% Kohlenstoff und vorzugsweise höchstens 0,02% eingehalten werden. Ein ausreichender Gehalt an nicht gebundenem Niob ist sicher vorhanden, wenn Kohlenstoff auf ein Maximum von 0,03% und vorzugsweise auf ein Maximum von 0,02% beschränkt wird.

Der Mangangehalt wird vorzugsweise auf unter etwa 2% zur Erzielung einer optimalen Zähigkeit gehalten, da gefunden wurde, daß Mengen von Über 2% oder 2,5% die Zähigkeit ungünstig beeinflussen, zumindest in einem Chrombereich von 18 bis 21%. Mangan wirkt jedoch als ein Verstärker in fester Lösung und ein Manganzusatz von 6% erhöht die 0,2% Streckfestigkeit eines nominell 16% Chrom enthaltenden ferritischen rostfreien Stahls um 20 ksi. Manganzusätze bis zu 12 Gew.% fallen somit in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn eine maximale Zähigkeit nicht erforderlich ist. Chrom ist wegen seiner üblichen Funktionen zur Förderung der' Korrosionsbeständigkeit und der Ferritbildung zugegen und es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die neue Eigenschaftskombinätion über den gesamten Chrombereich von AlSI-Stählen 410, 430, 442 und erhalten werden kann. .· ·

Nickel ist ein wahlweises Element, das in Mengen bis zu 5% zur Verbesserung der Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zugegeben werden kann, vorausgesetzt, daß die Legierung so ausgewogen ist, daß sich nach der Wärmebehandlung eine vollständig ferritische Struktur ergibt.

Mindestens 0,10% Aluminium sind zur Kombination mit Stickstoff und zur Erzielung der Zähigkeit erforderlich. Ein Minimum von 0,15% Aluminium ist bevorzugt, während ein allgemeines Maximum von 0,5% und vorzugsweise 0,4% für optimale Eigenschaften eingehalten werden soll. Natürlich wird auch beachtet, daß mehr Aluminium, als zur Reaktion mit Stickstoff benötigt wird, mit in dem Stahl enthaltenem Sauerstoff reagiert; diese Sauerstoffbindung kann ebenfalls die Zähigkeit verbessern.

Ein weiter Niobbereich von 0,2 bis 0,45% Und vorzugsweise 0,25 bis 0,40% ist bei den zulässigen Kohlenstoffgehalten des erfindungsgemäßen Stahls wesentlich, um vollständig mit dem Kohlenstoff zu reagieren und noch soviel ungebundenes Niob zu liefern, daß die Korrosionsbeständigkeit in Schweißflächen erhalten bleibt. Das Maximum von 0,45% ist kritisch, da größere Mengen die Zähigkeit herabsetzen.

Ein Maximum von 0,o3% Stickstoff und vorzugsweise von höchstens 0,025% muß eingehalten werden und die Summe von Kohlenstoff plus Stickstoff soll 0,05% nicht.übersteigen, um die Bildung zu großer Mengen Aluminiumnitrid zu vermeiden. Da Aluminiumnitridteilchen verhältnismäßig groß im Vergleich zu den in der US-Patentschrift 4 155 752 benötigten Zirkonnitridteilchen sind, spielt sich in dem erfindungsgemäßen Stahl ein anderer Mechanismus ab und ein verhältnismäßig kleiner Volumanteil von Aluminiumnitriden ist zur Erzielung einer guten Zähigkeit schon wirksam.

Zur.Verstärkung der festen Lösung und gegebenenfalls für eine Ausscheidungshärtung können bis zu 2% Kupfer zugesetzt werden. Zur Erzielung einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit und größerer Festigkeit können bis zu 5% Molybdän zugegen sein.

Titan soll auf Restwerten gehalten werden, die in der Regel bis zu 0/07% gehen, da es sonst die Zähigkeit ungünstig, beeinflußt.

Phosphor, Schwefel und Silicium können ohne ungünstige Wirkung in ihren üblichen Restgehalten zugegen sein.

Wie bereits besagt, zeigen bekannte ferritische rostfreie Stähle eine geringe Duktilität und Zähigkeit sowie eine

verminderte Korrosionsbeständigkeit in den der Hitze ausgesetzen Bereichen einer Schweißung. Genauer ausgedrückt kann bei etwa 12% Chrom eine durch Schweißablagerung bedingte geringe Duktilität ein Problem bilden. Bei Chromgehalten zwischen etwa 17 und 21% werden die Duktilität und die Korrosionsbeständigkeit in dem der Hitze ausgesetzten Bereich auf einen niedrigen Wert herabgesetzt. Eine Erhöhung des Chromgehalts auf etwa 25% bedingt eine Verbesserung der Duktilität im Schweißbereich, jedoch bleibt die Korrosionsbeständigkeit gering. ■ .

Es wurde gefunden, daß der erfindungsgemäße Stahl eine beträchtliche Verbesserung mechanischer Eigenschaften, insbesondere der Zähigkeit, bei ausreichender Korrosionsbeständigkeit im Gegensatz zu üblichen derzeit verfügbaren ferritischen rostfreien Stählen aufweist.

Es wurden Schmelzen von erfindungsgemäßen Stählen hergestellt und mit einer Reihe ähnlicher Stähle verglichen, bei denenein oder mehrere Elemente außerhalb der kritischen erfindungsgemäßen Bereiche lagen; ferner wurde mit einem üblichen 17% Chrom enthaltenden ferritischen rostfreien Stahl (Typ 430) verglichen.' Die Zusammensetzungen dieser Stähle sind in Tabelle I angegeben.

Die Zusammensetzungen von Tabelle I wurden in Luft durch Induktionsschmelzen erhalten und zu Blöcken gegossen. Blöcke aus den Schmelzen 1, 2, 6 und 7 wurden bei. 1205⁰C auf 2,54 mm warm heruntergewalzt und die mechanischen Eigenschaften des warmgewalzten Materials sind in Tabelle II angegeben. Proben wurden dann entzundert und auf 1,27 mm kalt heruntergewalzt. Formlinge wurden bei 927°C und 1120⁰C geglüht und die mecha- ; nischen Eigenschaften sind in Tabelle III zusammengefaßt, «f Proben aus den Schmelzen 3 bis 5 wurden bei 1120⁰C zu Stäben ._:yfß

tv ■■' ·■·■·

mit einem Durchmesser von 31,75 mni geschmiedet. Jeder Stab wurde mit 1120⁰C auf einen Durchmesser von 25,4 mm gesenkgeschmiedet. Proben aus den Schmelzen 8 bis 11 wurden mit 1120⁰C zu Stäben mit 31,75 mm Durchmesser geschmiedet. Jeder Stab wurde mit 112O⁰C auf einen Durchmesser von 28,58 mm gesenkgeschmiedet. Die Stäbe aus den Schmelzen 3 bis 5 und 8 bis wurden unter zwei Bedingungen einer Wärmebehandlung unterworfen und für Tests auf ihre mechanischen Eigenschaften und Schweißungen maschinell bearbeitet. Die beiden Bedingungen der Wärmebehandlung waren:

Bedingung A - 788⁰C - 4 Stunden - luftgekühlt Bedingung H - 788°C - 4 Stunden - luftgekühlt +

1038⁰C - 15 Minuten - in Wasser abgeschreckte

Proben aus den Schmelzen 1, 2, 6 und 7 im warmgewalzten Zustand (2,54 mm dick) wurden nach dem Charpy-Blechtest auf ihre Umwandlungstemperatur getestet,, die ein Maß für die Zähigkeit ist. Die Ergebnisse, einschließlich 1000 W/A (Zoll-Pfund/Zoll²) Umwandlungstemperaturen sind in Tabelle IV angegeben.

Probenstäbe mit einem Durchmesser von 25,4 mm aus den Schmelzen 3, 4 und 5 und Probenstäbe mit einem Durchmesser von 28,58 mm aus den Schmelzen 8 bis 11 wurden auf ihre mechanischen Eigenschaften getestet, einschließlich der Chärpy-V-Kerbzähigkeit bei Raumtemperatur, und zwar sowohl unter der vorstehend beschriebenen Bedingung A als auch der Bedingung H während' der Wärmebehandlungen. Die Testdaten sind in Tabelle V angegeben.

Probestäbe aus den Schmelzen 4 und 5 (mit einem Durchmesser von 25,4 mm) und den Schmelzen 8 bis 11 (Durchmesser 28,58 mm)" wurden geschweißt und für Korrosionstests in Stücke unterteilt. Die Schweißungen waren autogene Schweißungen unter Anwendung des TIG-Verfahrens mit einem Heliumgasschild. Die Schweißgeschwindigkeiten betrugen 30,48 cm pro Minute bei einem Strom von 170 Ampere bei 16 Volt. Testproben wurden nach dem Test bei Vergrößerungen bis zu dreißigmal untersucht und die Stellen eines Korrosionsangriffs wurden abgeschätzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI zusammengefaßt.

Frisch geschweißte, gesenkgeschmiedete Probestäbe aus den Schmelzen 3, 4 und 5 (25,4 mm Durchmesser) und aus den Schmelzen 8, 9, 10 und 11 (28,58 mm Durchmesser) wurden in Längsrichtung durchgeschnitten, wobei man halbrunde Proben mit einer Dicke von 4,76 mm erhielt. Diese Proben wurden flächenorientierten Längsbiegetests sowohl im frisch geschweißten Zustand als auch nach Durchführung des Kupfersulfat-Korrosionstests entsprechend der ASTM Norm A393 unterworfen. Diese Tester- ' gebnisse sind in Tabelle VII zusammengefaßt, wobei die Werte I den Biegungswinkel bis zum Bruch angeben.

Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß die Schmelze 4 einen Aluminiumgehalt unterhalb des Minimums von 0,10 und einen Stickstoffgehalt über dem Maximum von 0,03% des erfindungsgemäßen Stahls aufweist. Die Schmelze 5 mit einem Aluminiumgehalt von 0,09% und einem Stickstoffgehalt von 0,035% liegt un- mittelbar unter bzw. über den vorgeschriebenen Bereichen des erfindungsgemäßen Stahls; die normalen analytischen Toleranzen für Aluminium und Stickstoff bei diesen Werten wüi den jedoch die Schmelze 5 noch in die angegebenen Bereiche fallen lassen, mit Ausnahme des absichtlichen Titanzusatzes von 0,23%, der wesentlich über dem in dem erfindungsgemäßen Stahl zulässigen Resttitangehalt liegt. Die Niobgehalte der Schmelzen 6 und 7 liegen unter Berücksichtigung der normalen analytischen Toleranzen über dem Maximum von 0,45% des erfindungsgemäßen Stahls und die Schmelze 7 besitzt außerdem einen über dem zulässigen Maximum von 0,03% des erfindungsgemäßen Stahls liegenden Kohlenstoffgehalt. ■:

Die Niobgehalte der Schmelzen 8, 9 und 10 liegen unter Berücksichtigung der normalen analytischen Toleranzen unter dem Minimum von 0,2% des erfindungsgemäßen Stahls.

'. Im übrigen liegen die Vergleichsschmelzen 4 bis -10 innerhalb

der Prozentbereiche des erfindungsgemäßen Stahls.

Die Schmelze 11 ist ein Standard-AISI-Stahltyp 430 ohne Aluminium- oder Niobzusätze und dient hier Vergleichszwecken.

; Die Tabellen II und III zeigen, daß die mechanischen Eigen-'

; . schäften von erfindungsgemäßen Stählen (Schmelzen 1 und 2)

sowohl im warmgewalzten als auch im kaltverminderten Zustand

ähnlich denen der Vergleichsstähle (Schmelzen 6 und 7) sind.

Die beiden Glühbedingungen von Tabelle III zeigen, daß er- : findungsgemäße ferritische Stähle einer typischen austeni-

tischen Glühbehandlung bei 1120⁰C ohne ungünstige Wirkung

■ unterworfen werden können. Die 0,04% Kohlenstoff enthaltende

' Schmelze 7 zeigte beim Glühen bei 1120⁰C Anzeichen einer Mar-

tensitbildung.

Die Tabelle IV zeigt den ungünstigen Einfluß, den-Niob auf die Zähigkeit ausübt, wenn es in einem Überschuß über 0,45% zugegen ist.

: . Die Tabelle V, in welcher ein erfindungsgemäßer Stahl' ^s ' (Schmelze 3) mit außerhalb der Erfindung liegenden Stählen

in Eorm von heißgeschmiedeten und gesenkgeschmiedeten Stäben· verglichen wird, zeigt für die Schmelze 3 eine gute Zähigkeit, wenn unter für ferritischen rostfreien Stahl üblichen Bedingungen (Zustand 1) geglüht wird und eine außergewöhlich gute Zähigkeit, wenn eine für austenitischen Stahl typische Glühbehandung (Bedingung H) durchgeführt wird. ■ Obwohl die wegen ihres geringen Aluminium- und ihres hohen

Stickstoffgehalts nicht in den Rahmen der Erfindung fallende Schmelze 4 nach einer typischen austenitischen Glühung

ι (Bedingung H) eine große Zähigkeit zeigte, darf dieses Ergebnis doch als anomal und nicht im Einklang mit dem nach .

.einer üblichen ferritischen Glühung erzielten Wert für die Zähigkeit angesehen werden. Die Schmelze 4 kann einen außergewöhnlich geringen Sauerstoffgehalt besessen haben (obwohl dieser nicht bestimmt wurde), so daß nahezu das gesamte Aluminium zur Reaktion mit Stickstoff zur Verfügung stand., was den hohen Zähigkeitswert der Schmelze 4.im Zustand H erklären könnte. Die Schmelze 5 zeigte wegen des Titanzusatzes eine geringe Zähigkeit.

Die Tabelle VI enthält keine Angaben bezüglich erfindung,sgemäßer Stähle; ein Vergleich der Ergebnisse des Huey-Te.jts der Schmelzen 8, 9 und 10, die weniger Niob als das■für die erfindungsgemäßen Stähle erforderliche Minimum von 0,2% enthalten mit den 0,44% bzw. 0,43% Niob enthaltenden Schmelzen 4 und 5 zeigt jedoch die Wirksamkeit von Niob zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Schweißungen in siedender Salpetersäure. Im Einklang mit der Erfindung, nämlich daß Aluminium innerhalb des angegebenen Bereichs Zähigkeit verleiht und Niob innerhalb des angegebenen Bereichs eine Korrosionsbeständigkeit in einer Schweißfläche bedingt, dürften die Schmelzen 4 und 5 im Hinblick auf den Niobgehalt jeder dieser Schmelzen repräsentativ, für erfindungsgemäße Stähle in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit von Schweißungen sein. Wie vorstehend bereits gesagt, wurden die Abweichungen der Schmelzen 4 und 5 von den Zusammensetzungsbereichen des erfindungsgemäßen Stahls eine ungünstige Beeinflussung der Zähigkeit erwarten, lassen, jedoch nicht der Ergebnisse des Huey-Tests.

Tabelle VII zeigt die große Duktilität einer Schweißung eines erfindungsgemäßen Stahls (Schmelze 3) nach sowohl einer typischen ferritischen als auch einer typischen austenitischen Glühbehandlung.

Der erfindungsgemäße Stahl zeigt in Abschnitten mit einer Dicke von über etwa 3,2 mm deutlich eine höhe Duktilität - und Zähigkeit, gepaart mit guter Korrosionsbeständigkeit in dem der Hitze ausgesetzten Bereich einer Schweißung. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Stahl einer Wärme-' behandlung unterworfen werden, wie sie typisch für austenitische, rostfreie Chrom-Nickel-Stähle ist, wobei anschließend die Zähigkeit verbessert ist, und zwar mindestens für den Chrombereich von etwa· 11 bis 12%.

Die verbesserten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls machen sich in allen Produktformen bemerkbar, z.B. in Blech,-Band, Platten, Stäben, Draht, Guß- und Schmiedstücken. Der Stahl findet auch Verwendung zur Herstellung von Kaltstauchdrähten, wo' bisher satzweise Glühungen überwogen. Die Wärmebehandlung von Draht durch einen ähnlichen Zyklus, wie er für austenitischen rostfreien Stahl zur Anwendung kommt, könnte die Wärmebehandlungsdauer auf die Hälfte der üblichen ferritischen Glühbehandlungsdauer herabsetzen.

Tabelle

Zusammensetzung - Gew.%

Schmelze Nr.	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Al	Cb	N
*ι ■**	0.028	0.25	0.005	0,014	0,38	12.76	0.25	0.14	0.26	0.023
2*	0.025	0.21	0.007	0.013.	0.35	13.34	0,24	0.14	0.26	0.024
3*	0.022	0.05	0.003	0.013	0,33	11.21	0.17	0.21 .	0.38	0.016
4	0.015	0.01	0.003 .	0.005	0.42	21.07	0.17	0.06	0.44	0.048
if)	0.012	6.16	0.004	0.006	0.37	21.11	0.15	0.09	0.43	0.035
6	0.023	0.19	0.006	0.014	0.34	12.53	0.24	0.13	0.50	0.023
7	0.047	0.23	0.007	0.014	0.33	12.47	0.25	0.14	0.49	0.024
8	0.012	0.10	0.009	0.025	0.43	17.85	0.36	0.24	• 0.11	0.02
9	0.015	2.85	0.010	0.025	0.47	18.47	0.18	0.32	0.12	0.02
10	0.015	5.85	0.014	0.024	0.59	20.92	0.16	0.14	0.13·	0.02
1KT430)	0.047	0.34	0.005	0.015	0.33	16.98	0.24	__	—	—

* erfindungsgemäße Stähle

Tabelle II Mechanische Eigenschaften - warm auf 2,54 mm Dicke gewalzt

Schmelze	Zugfestigkeit ksi MPa	426	0,2% Streck festigkeit ksi MPa	318	% Dehnung in 50,. 8 mm
1*	61.8	514	46,2	456	20.2
2*	74.6	423	66.1	332	9.8
6	61.2	474	48.1	346	20.5
7	68.9	50.3	O.G.

Rockwell B-Härte
82.5 93.0

83.5 . .

88.0 \ '··*

f ··

* erfindungsgemäße Stähle <**'

t «

Ct

« 1 1

* * 9 t

Ca) CaJ

Tabelle

III

Mechanische Eigenschaften - auf 1,27 mm Dicke kalt gewalzt

Schmelze	(geglüht	955	Zugfe stigke it ksi MPa	59.1	408	0,2% Streck festigkeit ksi MPa	242
1*	(geglüht	1120	⁰C)	61.0	421	35.1	243
It	(geglüht	955	⁰C)	60.6	418	35.2	240
2*	(geglüht	1120	⁰C)	59.8	413	34.8	258
M	(geglüht	955	⁰C)	59.8	413	37.4	236
6	(geglüht	1120	⁰C)	56.1	386	34.2	234
Il	(geglüht	955	⁰C)	62.4	430	34.0	244
7	(geglüht	1120	⁰C)	71.0	490	35.5	278
11		⁰C	40.2

% Dehnung Rockwell B-in 50.8 mm Härte 32.0 29,0

30.8 32.0

31.5 37.5

31.8 21.5

ASTM-Korngröße

68.5	5-6	Mitte	7-8	5-6
70.0	7-8
71.0	5&7	Verbindung
73.0	7-8	Mitte
69.0	7-8		5-6
69.0	8-9
71.0	5&7
79.0	8-9	Mitte

* erfindungsgemäße Stähle

Tabelle IV

Umwandlungstemperatur - ⁰C Schlagenergie W/A Zoll-Pfund/Zoll'

Schmelze	-73⁰C	-59⁰C	-46°C	-18°C	-4⁰C	Raum temperat .	1000 W/A Ümwandlungstemp.(⁰C)
1*hoch niedrig mittel	415 234 324	1517 940 1230	1314 1315 1314	2390 2000 2195	2375 2645 2510	3880 2360 3115	- 72⁰C
2*hoch niedrig mittel	1695 . 177 732***	597 305 451	1601 1245 1423	1460 1030 1245	2555 1920 2235	1900 1475 1690	- 51°C
6 hoch niedrig mittel	—	—	331 228 279	1203 319 761	1788 1067 1427	4310 371 1994**	- 12°C
.7 hoch niedrig mittel	-	-	246 184 215	1465 227 846	1965 559 1165**	1440 1100 1270	- 12⁰C

* erfindungsgemäße Stähle ** Mittelwert aus 3 Versuchen *** Mittelwert aus 4 Versuchen

OO cjo cn

CO

Tabelle V

Mechanische	Eigenschaften	- heiß geschmiedet & gesenkgeschmiedet 25,4 mm Durchmesser	32 32	% Dehng. 50.8mm	% Ver- minderg.	V-Kerbe Charpy-Test Fuß-Pfund
Schmelze	Zug- 0,2% Streck festigkeit festigkeit ksi ksi	42 42	33 36	68 75	60 105
3*- Bedingung A ⁿ - Bedingung H	55 56	53 47	35 42	77 80	12 120
4 - Bedingung A " - Bedingung H	65 64	40 44	33 33	64 68	7 19
5 - Bedingung A " - Bedingung H	76 68	41 49	33 33	75 73	59 82
8 - Bedingung A " - Bedingung H	60 61	51 57	38 32	70 68	42 22
9 - Bedingung A " - Bedingung H	63 66	40 81	3-4 31	67 70	22 29
10- Bedingung A " - Bedingung H	70 72	33 13	68 33	8 4
11 - Bedingung A " - Bedingung H	70 109

α ο ι« β

* erfindungsgemäßer Stahl · ^₀

Tabelle VI

Korrosion von Schweißungen in 65% siedender HNO- (Huey-Test)

Schmelze

Geschwindigkeit (Zoll pro Monat) (3 Perioden von jeweils 48 Stunden)

Schweißmetall

visuelle Untersuchung Schmelze/870°C Bereich

870^o/427°C Bereich

Basismetall

- Bedingung A 0.0025 " - Bedingung H 0.0026

- Bedingung A 0.0034 - Bedingung H 0.0033

- Bedingung A 0.0077 - Bedingung H 0.0126

- Bedingung A 0.0072 " - Bedingung H 0.0240

- Bedingung A 0.0050

- Bedingung H 0.0098

- Bedingung A 0.0078

" - Bedingung H 0.0107

leicht korrodiert leicht korrodiert

stark korrodiert stark korrodiert

stark korrodiert stark.korrodiert

leicht korrodiert
leicht korrodiert

sehr stark korrodiert sehr stark korrodiert

stark korrodiert
stark korrodiert

sehr leicht korrod.
mäßig korrodiert

sehr leicht korrod.
leicht korrodiert

leicht korrodiert
stark korrodiert

sehr leicht korrod. sehr leicht korrod.

leicht korrodiert leicht korrodiert

sehr leicht korrod. leicht korrodiert

sehr leicht korrod. mäßig korrodiert

sehr leicht korrod. leicht korrodiert

leicht korrodiert mäßig korrodiert

9 i * «

β * α a

* α er«

Schmelze	Bedingung
3* ·	A ■ H
4	A H
5	A H
8	A H
9	A H
10	A ' H
11	A H

Tabelle VII Gelenkter Biegungstest - 4,76.mm Dicke

Biegungswinkel des CuSO₄-TeSt

frischgeschweißten Biegungswinkel

Stahls bis zum Bruch bis zum Bruch

180° übermäßige allgemeine Korrosion 180°

180° 180°

180° 143°

155° 180°

178° 180°

180° 31°

85° - 70° . ■".

142° ' 47° ' '·

70° 21° _t '*

91° 3°

8° 6°

22° 7°

* erfindungsgemäße Stähle CO

' CD

Claims

it Dipl.-!ng. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse 19 8 München 60 22. September 1981 ARMCO INC. 703 Curtis Street Middletown, Ohio /V.St.A. Unser Zeichen: A 1864 Patentansprüche

1. Ferritischer rostfreier Stahl mit großer Duktilität und Zähigkeit in über 3,2 mm dicken Abschnitten sowie guter Korrosionsbeständigkeit in dem der Hitze ausgesetzten Bereich einer Schweißung, dadurch gekennzeichnet, daß er aus höchstens 0,03 Gew.% Kohlenstoff, bis zu 12 Gew.% Mangan, höchstens 0,03 Gew.% Phosphor, höchstens 0,030 Gew.% Schwefel, höchstens 1,0 Gew.% Silicium, 12 bis 26 Gew.% Chrom, höchstens 5 Gew.% Nickel, 0,10 bis 0,5 Gew.% Aluminium, 0,2 bis 0,45 Gew.% Niob, höchstens 0,03 Gew.% Stickstoff, höchstens 2 Gew.% Kupfer, höchstens 5 Gew.% Molybdän, Resttitan und im übrigen aus Eisen besteht, wobei die Summe aus Kohlenstoff plus Stickstoff 0,05 Gew.% nicht übersteigt und Niob in einem Überschuß über die zur vollständigen Reaktion mit Kohlenstoff erforderliche Menge zugegen ist.

2. Stahl nach Anspruch 1, bestehend aus höchstens 0,02 Gew.% Kohlenstoff, 0,5 bis 8 Gew.% Mangan, höchstens 0,030 Gew.% Phosphor, höchstens o,o3o Gew.% Schwefel, höchstens 0,5 Gew.% Silicium, 12 bis 18 Gew.% Chrom, höchstens 4 Gew.% Nickel,

Dr.Ha/Gl

0,15 bis 0,4 Gew.% Aluminium, 0,25 bis 0,40 Gew.% Niob, höchstens 0,025 Gew.% Stickstoff, höchstens 2 Gew.% Kupfer, höchstens 3 Gew.% Molybdän, höchstens 0,05 Gew.% Titan und im übrigen aus Eisen, wobei die Summe aus Kohlenstoff plus Stickstoff weniger als 0,04 Gew.% beträgt.

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er höchstens 0,5 Gew.% Nickel und höchstens 0,75 Gew.% · Kupfer enthält.

4. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,15 bis 0,25 Gew.% Aluminium enthält.

5. Stahl nach Anspruch"2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtsumme aus Aluminium und Niob höchstens 0,60 Gew.% beträgt.

6. Stahl nach Anspruch 2 in Form einer bei einer Temperatur zwischen 900 und 1125°C geglühten kaltverminderten Platte mit einer Dicke über 3,2 mm.

7. Stahl nach Anspruch 2 in Form eines bei einer Temperatur zwischen 900 und 1125°C geglühten warmgewalzten Stabes mit einem Durchmesser von bis zu 32 mm.

8. Stahl nach Anspruch 1 in Form von Blech, Band, Platten, Stäben, Draht, Gußstücken und Schmiedestücken.