DE3417197A1 - Stahllegierung mit verbesserter bestaendigkeit gegen lokalkorrosion - Google Patents

Stahllegierung mit verbesserter bestaendigkeit gegen lokalkorrosion

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DE3417197A1
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Gerhard Dr.-Ing. 6000 Frankfurt Betz
Ulrich Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 5980 Werdohl Heubner
Michael Dipl.-Ing. 6200 Wiesbaden Renner
Manfred Dr.rer.nat. 6382 Friedrichsdorf Rockel
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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
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    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
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Description

  • Stahllegierung mit verbesserter Beständigkeit geyen
  • Lokalkorrosion Die Erfindung bezieht sich auf eine Stahllegierung mit verbesserter Beständigkeit gegen Lokalkorrosion mit einer Grundzusammensetzung gemäß Werkstoff-Nr. 1.4539, d.h. mit einer Schmelzanalyse in Gew.% von: 24,0 bis 26,0 % Nickel (einschl. bis 0,3 % Co) 19,0 bis 21,0 % Chrom 4,5 bis 5,0 % Molybdän 1,0 bis 2,0 % Tupfer höchstens 2,0 % Mangan höchstens 0,65 % Silizium höchstens 0,035 % Phosphor höchstens 0,020 % Kohlenstoff Rest Eisen, einschließlich herstellunysbedingter Verunreinigungen von insgesamt höchstens 0,3 % und einzeln höchstens 0,1 %.
  • Werkstoffe mit verbesserter Eeständigkeit gegen Lokalkorrosion, wie Lochkorrosion und Spaltkorrosion, werden in zunehmendem Maß in der Meerestechnik (Offshore-Öl-, Gas-, Erz- und Energiegewinnung) bei der Meerwasserentsalzung, in der Umwelttechnik (Abwasser, Abgas) sowie in der Kerntechnik (Wiederaufarbeitung und Endlagerung) benötigt.
  • Dabei müssen höher salzhaltige Medien bei höheren Temperaturen beherrscht werden, ohne daß die Wirtschaftlichkeit der Verfahren durch zu hohe Werkstoffkosten in Frage gestellt wird.
  • Zur Beurteilung der Lochfraßbeständigkeit werden elektrochemische Prüfverfahren eingesetzt, wie sie beispielsweise in (1) Prüfung und Untersuchung der Korrcsionsbeståndigkeit von Stählen, Verlag Stahleisen, Düsseldorf (1973) (2) Horn, Kuron, Gräfen: Z. Werkstofftechnik 8.
  • JG.(1977, S. 37ff) beschrieben sind.
  • Dabei wird das sogenannte Lochfraßpotential in mV ermittelt, das als direktes Maß für die Beständigkeit gegen Lokalkorrosion angesehen werden kann. Es werden Prüfmedien verwendet, die mit denen in der Praxis vorkommenden identisch sind oder diesen möglichst nahekomnen.
  • Bekannt ist in diesem Zusammenhang, daß das Lochfraßpoten tial mit steigender Temperatur sehr stark abnimmt. Ublicherweise trägt man das sogenannte Redoxpotential des Prüfmediums und das Lochfraßpotential des untersuchten Werkstoffs über der Temperatur auf. Unterschreitet das Lochfraßpotential des Werkstoffs die Redoxkurve, so muß mit Loch- und Spaltkorrosion gerechnet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stahllegierung gemäß Werkstoff-Nr. 1.4539 mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand so zu verbessern, daß ihr Lochfraßpotential im Anwendungsbereich bis 1000C über dem Redoxpotential des Meerwassers liegt.
  • Aufgrund zahlreicher Untersuchungen wurde festgestellt, daß diese Bedingung auch dahingehend formuliert werden kann, daß bei 500C ein Lochfraßpotential von mindestens 1000 mV und bei 75"C noch von mindestens 500 mV vorhanden ist.
  • Erfahrungsgemäß ergeben sich bei gleicher Zusammensetzuny aus unterschiedlichen Maßnahmen bei der erstellung der Werkstoffe Schwankungen des Lochfraßpotentials von bis zu 50 mV, was bei den oben angegebenen Mindestwerten schon berücksichtigt worden ist.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß die angestrebte Verbesserung des Lochfraßpotentials erreicht werden kann, wenn bei dem Werkstoff Nr. 1.4539 ein Stickstoffgehalt von 0,1C bis 0,20 % vorgesehen und gleichzeitig der Schwefelgehalt auf weniger als 60 ppm gesenkt wird.
  • Weitere Einzelheiten werden anhand der in Tabelle 1 aufgeführten Analysenbeispiele sowie der Figuren 1 bis 4 näher erläutert: Figur 1 zeigt das Redox-Potential des Neerwassers sowie die Lochfraßpotentiale der Proben 1, 4 und 5.
  • Figur 2 zeigt das Lochfraßpotential der Proben 1 bis 6 bei 500C in Abhängigkeit vom N- und S-Gehalt.
  • Figur 3 zeigt die kritische Lochfraßtemperatur der Proben 3, 4 und 5 für ein anderes Prüfmedium, wiederum in Abhängigkeit vom N- und S-Gehalt.
  • Figur 4 zeigt die Festigkeitswerte des Werkstoffs 1.4539 in Abhängigkeit vom N-Gehalt.
  • In Figur 1 sind außer dem Redoxpotential des Meerwasser (Linie A), die Lochfraßpotentiale der Proben 1, 4 und 5 aufgetragen (Kurven 1, 4 und 5). Probe 1 hat eine Zusammensetzung entsprechend dem nicht modifizierten Werkstoff 1.4539. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dieser Werkstoff nur bis etwa 550C ein Lochfraßpotential hat, das über dem Redoxpotential des Meerwassers lieyt. Im interessanten Anwendunysbereich um 1000C ist dieser Werkstoff daher nicht.brauchbar. Anders verhält es sich mit den Probe-n u und 5, die bei einer im übrigen gleichen Grundzusamnsetzung erfindungsgemäß einen N-Gehalt von 0,127 bzw.
  • 0,192 % aufweisen und gleichzeitig nur noch 0,006 bzw.
  • 0,004 % Schwefel enthalten. Beide Proben weisen bei 50 bzw. 750C die geforderten Lochfraßpotentiale von 1.000 bzw. 500 mV auf und sind daher beispielsweise in lieervzasserentsalzungsanlagen bis mindestens 1000 einsetzbar.
  • Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 wirdßdeutlich, daß es nicht genügt, nur den N-Gehalt zwischen 0,10 bis 0,20 t einzustellen oder den 5-Gehalt auf unter 60 ppm abzusenken. Um die geforderten Werte zu erreichen, müssen beide Bedingungen erfüllt sein. Die Probe 1 hat mit dem niedrigsten N-Gehalt und dem höchsten S-Gehalt aller 6 Proben das geringste Lochfraßpotential von lediglich 440 mV. Durch eine Absenkung des S-Gehaltes auf 50 ppm beim Werkstoff 2 kann zwar schon eine kleine aber noch nicht ausreichende Verbesserung auf 640 mV erzielt werden.
  • Auch eine Erhöhung des N-Gehaltes auf rund 0,08 % bei Probe 3 bringt alleine noch keine ausreichende Verbesserung des Lochfraßpotentials. Bei einem N-Gehalt von 0,13 % und einem S-Gehalt von 90 ppm, (Probe 6) ist das Lochfraßpotential schon knapp ausreichend. Unter Berücksichtiguny der fertigungsbedingten Einflüsse sind letztlich aber nur die Proben 4 und 5 zufriedenstellend, bei denen die erfindungsgemäß einzuhaltenden Bedingungen beide erfüllt sind.
  • Figur 3 zeigt die kritische Lochfraßtemperatur der Proben 3 bis 5 in 10 %-iger FeC13x6H2O-Lösung. In diesem, verglichen mit Meerwasser wesentlich agressiveren Medium liegen die kritischen Lochfraßteflperaturen verständlicherweise niedriger als im Meerwasser. Auch aus dieser Darstellung ergibt sich, daß mit den erfindungsgemaßen Maßnahmen eine deutliche Steigerung der Beständigkeit gegen Lokalkorrosion erreicht wird, in diesem Fall ausgedrückt durch eine Steigerung der kritischen Lochfraßtemperatur von 480C bei der Probe Nr. 3 auf über 50 bzw. 60"C bei den Proben 5 und 4.
  • Aus Fig. 4 ergibt sich, daß die talaßnahmen zur Verbesserung des Lochfraßpotentials keinen nachteiligen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs haben. Soweit sich ein Einfluß des N-Gehalts bemerkbar macht (unterer Teil der Darstellung) ist er positiv. Zugfestigkeit Rn Streckgrenze Rp012 und Härte HV30 des Werkstoffs nehmen bis etwa 0,13 % N deutlich, darüber schwächer zu. Bei der Kerbschlagzähigkeit Av, der Dehnung A5 und der Bruchschnürung Z (oberer Teil der Darstellung) sind im Bereich 0,08 bis 0,19 % N praktisch keine positiven oder negativen Veränderungen meßbar.
  • Auch bei der Schweißprüfung nach dem WIG-Verfahren wurden keine negativen Folgen der erfindungsgemäßen Maßnahmen festgestellt. An einem 10 mm dicken Blech mit der Zusammensetzung gemäß Probe 4 wurde eine übliche 700 V-Naht als Verbindungsschweißung mit arteigenem Schweißzusatzmaterial ausgeführt. Es gab weder beim Schweißen selbst Schwieriykeiten noch zeigten die anschließenden Röntgenuntersuchungen iryendwelcheInnenfehler oder Gasblasen, wie diese bei hoch-stickstoffhaltigen Werkstoffen an sich zu erwarten sind.
  • Damit steht fest, daß ein Stickstoffzusatz von 0,10 bis 0,20 % zu dem Werkstoff 1.4539 bei gleichzeitiger Absenkung des S-Gehaltes auf weniger als 60 ppm eine deutliche Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit bewirkt, ohne daß die Festigkeit- und Schweißeigenschaften beeinträchtigt werden. Die eingangs gestellte Aufgabe konnte also mit geringem Aufwand und insbesondere ohne Verwendung teurer zusätzlicher Leyierungsbestandteile yelöst werden.
  • TABELLE 1 Proben-Nr. 1 2 3 4 5 6 Ni 24,6 24,7 25,4 25,8 24,9 25,0 Cr 20,0 20,3 20,6 20,8 20,7 20,7 Mo 4,40 4,73 4,76 4,72 4,59 4,62 Cu 1,55 1,36 1,54 1,51 1,48 1,51 Mn 1,48 1,26 1,45 1,43 1,44 1,44 Si 0,51 0,27 0,40 0,35 0,31 0,35 P 0,020 0;020 0;004 0,005 0,005 0,005 C 0,013 0,013 0,006 0,009 0,008 0,009 Fe Rest Rest Rest Rest Rest Rest N 0,030 0,031 0,079 0,192 0,127 0,130 S 0,009 0,005 0,009 0,004 0,006 0,009 - Leerseite -

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Stahllegierung mit verbesserter Beständigkeit gegen Lokalkorrosion, wobei die Grundzusammensetzung gemäß Werkstoff Nr. 1.4539, d.h. Init einer Schmelzanalyse in Gew.% von 24,0 bis 26,0 t Nickel (einschl. bis 0,3 % Co) 19,0 bis 21,0 % Chrom 4,5 bis 5,0 % Molybdän 1,0 bis 2,0 % Kupfer höchstens 2,0 % Mangan höchstens 0,65 % Silizium höchstens 0,035 % Phosphor höchstens 0,020 % Kohlenstoff Rest Eisen, einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen von insgesamt höchstens 0,3 % und einzeln höchstens 0,1 %.
    dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zusätzlich 0,10 bis 0,20 Gew.% Stickstoff enthält und gleichzeitig ihr Schwefelgehalt auf weniger als 60 ppm begrenzt ist.
DE19843417197 1984-05-09 1984-05-09 Stahllegierung mit verbesserter bestaendigkeit gegen lokalkorrosion Granted DE3417197A1 (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS52138420A (en) * 1976-05-15 1977-11-18 Nippon Steel Corp Two-phased stainless steel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS52138420A (en) * 1976-05-15 1977-11-18 Nippon Steel Corp Two-phased stainless steel

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