DE3639403A1 - Process for improving the corrosion resistance of welded workpieces of stainless steel, and correspondingly produced workpiece - Google Patents

Process for improving the corrosion resistance of welded workpieces of stainless steel, and correspondingly produced workpiece

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Abstract

The present invention relates to a process for improving the corrosion resistance of welded workpieces. It exploits the effect of an increase in the nitrogen content improving the corrosion properties. Since, however, materials having high nitrogen contents are difficult to weld, it is proposed to increase the nitrogen content only during or after welding, in a subsequent heat treatment. This can be achieved by providing a surrounding atmosphere having a defined partial pressure of nitrogen. In the region of the weld seams and/or surfaces of the workpiece, nitrogen contents of 0.2 to 0.4% can be reached in this way, which enhances the corrosion resistance to the same extent as a considerably higher content of chromium or molybdenum. Longitudinally seam-welded pipes of stainless steel represent a particular field of application. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver­ besserung der Korrosionsbeständigkeit von Werkstücken aus Stahl gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for ver improvement of the corrosion resistance of workpieces made of steel according to the preamble of claim 1.

Seit Jahrzehnten ist der positive Einfluß von Chrom und Molybdän auf die Korrosionsbeständigkeit von nicht rosten­ den Stählen bekannt. Untersuchungen von Lorenz und Medawar führten zur Quantifizierung der Wirksamkeit von Chrom und Molybdän bezüglich der Lochkorrosion. Es wurde der Begriff der Wirksumme wie folgt definiert:For decades, the positive influence of chrome and Molybdenum on the corrosion resistance of not rusting known to the steels. Investigations by Lorenz and Medawar led to the quantification of the effectiveness of chromium and molybdenum regarding pitting. It became the Definition of the active sum as follows:

Wirksumme = % Cr + 3,3% Mo,
d. h., 1% Mo kann 3,3% Cr ersetzen.Active sum =% Cr + 3.3% Mo,
that is, 1% Mo can replace 3.3% Cr.

In den letzten Jahren wurde aufgrund verschiedener Unter­ suchungen der positive Einfluß von Stickstoff in nicht rostenden Stählen festgestellt und versucht, auch diesen Gehalt mit in die Wirksumme einzubeziehen. Dies ist in einem Artikel von A. J. Sedriks "Effects of Alloy Compo­ sition and Microstructure on the Passivity of Stainless Steels" in der Zeitschrift "CORROSION-NACE", Vol. 42, No.7, July 1986, S. 376 bis 389, ausführlich erläutert. Je nach Autor solcher Untersuchungen wird ein Wirkfaktor von 15 bis 100 (x % Cr) für Stickstoff genannt. Dies bedeutet, daß ein Werkstoff bereits durch Zulegieren von wenigen Zehntel % Stickstoff eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit erlangt. Andererseits können bei gleicher Korrosionsbeständigkeit durch Zulegieren klei­ ner Stickstoffgehalte größere Anteile an teueren Legie­ rungselementen wie Molybdän und/oder Chrom eingespart werden.In recent years, the positive influence of nitrogen in stainless steels has been determined on the basis of various investigations, and attempts have been made to include this content in the total. This is in an article by AJ Sedriks "Effects of Alloy Composition and Microstructure on the Passivity of Stainless Steels" in the magazine "CORROSION-NACE", Vol. 42, No.7, July 1986, p . 376 to 389, explained in detail. Depending on the author of such studies, an active factor of 15 to 100 (x% Cr) for nitrogen is mentioned. This means that a material achieves significantly improved corrosion resistance even by alloying a few tenths of nitrogen. On the other hand, larger amounts of expensive alloying elements such as molybdenum and / or chromium can be saved with the same corrosion resistance by alloying with small nitrogen contents.

Problematisch ist jedoch, daß hohe Stickstoffgehalte in austenitischen Stählen, z. B. beim Schweißen, Nachteile mit sich bringen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Möglichkeiten der Anwendung von höher stickstoffhalti­ gem Werkstoff auch auf Werkstücke mit geschweißten Ver­ bindungsstellen zu erweitern.It is problematic, however, that high nitrogen contents in austenitic steels, e.g. B. welding, disadvantages entail. The object of the present invention is it, the possibilities of using higher nitrogen content according to material also on workpieces with welded ver to expand liaison offices.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Um die Herstellung der Schweißverbindungen durch zu hohen Stickstoffgehalt nicht zu erschweren, wird angestrebt, den Stickstoffgehalt erst bei oder nach der Herstellung der Schweißverbindungen in dem Werkstück zu erhöhen. Dabei kann sowohl eine Erhöhung in dem gesamten Werkstück wie auch nur in Teilbereichen, beispielsweise den Schweiß­ verbindungen, bestimmten besonders beanspruchten Ober­ flächen oder Randbereichen, erfolgen.To solve this problem, a method with the characterizing features of claim 1 proposed. To make the welded joints by too high The aim is not to make nitrogen content more difficult, the nitrogen content only during or after production to increase the weld connections in the workpiece. This can result in an increase in the entire workpiece just like in some areas, for example sweat connections, certain particularly stressed waiters surfaces or marginal areas.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben. Das Einbringen von Stick­ stoff schon beim Schweißvorgang hat den Vorteil, daß die hohe Temperatur während des Schweißvorganges zum Lösen von Stickstoff aus der Umgebungsatmosphäre genutzt werden kann und daß der Stickstoff gerade im Bereich der be­ sonders gefährdeten Schweißnaht eingebracht wird.Advantageous embodiments of the method are in the Claims 2 and 3 described. The insertion of stick already during the welding process has the advantage that the high temperature during the welding process to loosen Nitrogen from the surrounding atmosphere can be used can and that the nitrogen just in the area of be particularly vulnerable weld is introduced.

In Fällen, in denen die Qualität der Schweißnaht durch ein solches Vorgehen leiden würde, kann der Stickstoff auch in einer anschließenden Wärmebehandlung eingebracht werden. In sehr vielen Fällen werden nicht-rostende Stähle nach der Verarbeitung zum Halbzeug, wie z. B. Rohre, oder zum Fertigprodukt einer Wärmebehandlung, die meist im Schutzgas erfolgt, unterzogen. Diese Wärmebehandlung kann nun erfindungsgemäß in einer Gasatmosphäre, bestehend aus Stickstoff, Anteilen aus Stickstoff oder Stickstoff­ verbindungen, derart durchgeführt werden, daß durch eine gezielte Einstellung der Wärmebehandlungs-Parameter, wie Temperatur, Zeit und Partialdruck der Gase, ein ge­ zielt höherer Gehalt an gelöstem Stickstoff in der ge­ wünschten Tiefe des Werkstückes erreicht wird.In cases where the quality of the weld is due Such an approach would suffer from nitrogen also introduced in a subsequent heat treatment will. In very many cases, stainless steels are used after processing into semi-finished products, such as B. pipes, or to the finished product of a heat treatment, which is usually in the Shielding gas is carried out. This heat treatment can  now according to the invention in a gas atmosphere, consisting from nitrogen, portions from nitrogen or nitrogen connections are carried out in such a way that by a targeted setting of the heat treatment parameters, such as temperature, time and partial pressure of the gases, a ge targets higher levels of dissolved nitrogen in the ge desired depth of the workpiece is reached.

Die Parameter werden dabei so eingestellt, daß die Lös­ lichkeitsgrenze des jeweiligen Werkstoffs für Stickstoff nicht überschritten und Nitridbildung vermieden wird. Außerdem kann berücksichtigt werden, daß die restlichen geforderten Werkstückeigenschaften, wie z. B. Festigkeit, Duktilität usw., nur unwesentlich verschlechtert oder sogar verbessert werden.The parameters are set so that the sol limit of the respective material for nitrogen is not exceeded and nitride formation is avoided. It can also be taken into account that the rest required workpiece properties, such as. B. strength, Ductility etc., only slightly deteriorated or even be improved.

Durch die Verwendung von nicht-rostenden Stählen mit höherem Mangangehalt von über 2% läßt sich, wie aus der Literatur bekannt ist, die Löslichkeit von Stickstoff erhöhen. Damit ermöglicht die Verwendung solcher Werkstof­ fe auch für geschweißte Werkstücke die spätere Einbrin­ gung höherer Stickstoffgehalte, was zu einer deutlichen Steigerung der Korrosionsfestigkeit führt.By using stainless steel with A higher manganese content of over 2% can be seen from the Literature is known about the solubility of nitrogen increase. This enables the use of such materials The later insertion also for welded workpieces higher nitrogen contents, which leads to a clear Increases corrosion resistance.

In den Ansprüchen 4 bis 6 werden nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren hergestellte Werkstücke angegeben, die qualitativ gute Schweißverbindungen und trotzdem einen erhöhten Stickstoffgehalt zumindest in Teilbereichen auf­ weisen.In claims 4 to 6 according to the invention Workpieces manufactured according to the method specified high quality welded joints and still one increased nitrogen content at least in some areas point.

Ein besonderer Anwendungsfall sei noch hervorgehoben, nämlich längsnahtgeschweißte Rohre aus nicht-rostendem Stahl. Bei solchen Rohren, die beispielsweise für Konden­ satoren bei Dampfturbinenanlagen eingesetzt werden, soll die Schweißnaht nach Möglichkeit ähnliche Korrosionseigen­ schaften wie das Grundmaterial aufweisen. Dies kann durch eine nachträgliche, beispielsweise partielle Wärmebehand­ lung der Schweißnaht erfolgen. Eine solche Lösungsglühung, die im allgemeinen unter Schutzgasatmosphäre erfolgt, eignet sich, um im gleichen Arbeitsgang zusätzlich den Stickstoffgehalt zumindest in Teilbereichen des Werkstückes zu erhöhen.A special application should be emphasized namely longitudinally welded pipes made of stainless steel Stole. In such pipes, for example for condensates be used in steam turbine plants if possible, the weld seam has similar corrosion properties have the same properties as the base material. This can be done by  a subsequent, for example partial heat treatment the weld. Such solution annealing, which generally takes place in a protective gas atmosphere, is suitable to additionally the in the same operation Nitrogen content at least in some areas of the workpiece to increase.

In der Zeichnung sind 2 Beispiele für die Verteilung des Stickstoffgehaltes in erfindungsgemäß behandelten Werkstücken angegeben.In the drawing there are 2 examples of the distribution of the nitrogen content in those treated according to the invention Workpieces specified.

Fig. 1 zeigt die Verteilung des Stickstoffgehaltes in einem Bauteil nach einer erfindungsgemäßen Wärmebehandlung unter stickstoffhaltiger Umgebungsatmosphäre. Aufgetragen ist der Stickstoffgehalt über der Bauteilwanddicke. Dabei zeigt sich, daß der Stickstoffgehalt gerade in den gefährdeten Außenbereichen durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren besonders hoch ist, beispielsweise 0,3 bis 0,4% betragen kann. Ein solcher Stickstoffgehalt schon vor Her­ stellung der Schweißverbindungen des Werkstückes würde die Qualität der Schweißungen erheblich beeinflussen. Fig. 1 shows the distribution of the nitrogen content in a component according to the invention a heat treatment under nitrogen ambient atmosphere. The nitrogen content is plotted against the component wall thickness. It shows that the nitrogen content is particularly high in the endangered outdoor areas by the method according to the invention, for example 0.3 to 0.4%. Such a nitrogen content before the manufacture of the welded joints of the workpiece would have a significant influence on the quality of the welds.

Fig. 2 zeigt die Verteilung von Stickstoff in einem er­ findungsgemäß behandelten Werkstück im Bereich einer Schweißnaht, wobei der Stickstoffgehalt gegen den Weg eines Querschnittes durch eine Schweißnaht aufgetragen ist. Hier zeigt sich, daß ein Stickstoffgehalt von bei­ spielsweise etwa 0,3 bis 0,4% in der Schweißnaht einge­ stellt werden kann, wodurch die Schweißnaht, welche auf­ grund des Schweißvorganges unter Umständen schlechtere Korrosionseigenschaften hat als der Grundwerkstoff, in ihren Korrosionseigenschaften erheblich verbessert werden kann. Fig. 2 shows the distribution of nitrogen in a workpiece he treated according to the invention in the area of a weld, the nitrogen content being plotted against the path of a cross section through a weld. Here it can be seen that a nitrogen content of approximately 0.3 to 0.4% can be set in the weld seam, whereby the weld seam, which due to the welding process may have worse corrosion properties than the base material, significantly improves its corrosion properties can be.

Die genannten Anwendungen sind nur Ausführungsbeispiele der Erfindung, die jedoch auf diese nicht beschränkt ist. Grundsätzlich können viele Arten von Bauteilen ganz oder teilweise nachträglich mit Stickstoff auflegiert werden. Dabei ist sowohl eine Auflegierung bestimmter Oberflächen, beispielsweise im Inneren eines geschweißten Behälters, wie auch eine partielle Auflegierung im Bereich von Schweißnähten, möglich. Durch entsprechend lange Wärme­ behandlung kann jedoch auch eine gleichmäßige Verteilung eines höheren Stickstoffanteiles im geschweißten Werkstück erreicht werden.The applications mentioned are only exemplary embodiments of the invention, but not limited to these. Basically, many types of components can be made entirely or partly be added with nitrogen afterwards. Here is an alloy of certain surfaces, for example inside a welded container, as well as a partial alloy in the range of Welds, possible. With a correspondingly long heat Treatment can also be an even distribution a higher proportion of nitrogen in the welded workpiece can be achieved.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Werkstücken aus Stahl, welche Schweißverbindungen auf­ weisen, dadurch gekennzeichnet, daß bei oder nach der Herstellung der Schweißverbindungen der Stickstoffgehalt überall oder in Teilbereichen des Werkstückes erhöht wird.1. A method for improving the corrosion resistance of workpieces made of steel, which have welded joints, characterized in that the nitrogen content is increased everywhere or in parts of the workpiece during or after the manufacture of the welded joints. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stickstoffgehalt bei der Her­ stellung der Schweißverbindungen oder bei einer anschlie­ ßenden Wärmebehandlung mit definierter Temperatur durch Einstellen eines dem gewünschten Stickstoffgehalt ent­ sprechenden Partialdruckes von Stickstoff oder einer Stickstoffverbindung, z. B. Ammoniak, in der Umgebungs­ atmosphäre des Werkstückes erhöht wird.2. The method according to claim 1, characterized records that the nitrogen content in the Her position of the welded connections or at a subsequent heat treatment with a defined temperature Setting one of the desired nitrogen content speaking partial pressure of nitrogen or one Nitrogen compound, e.g. B. ammonia in the environment atmosphere of the workpiece is increased. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Partialdruck des Stick­ stoffes bzw. der Stickstoffverbindung, die Temperatur und die Dauer der Behandlung des Werkstückes so gewählt sind, daß der Stickstoffgehalt im Werkstück überall unter der Löslichkeitsgrenze bleibt.3. The method according to claim 2, characterized ge indicates that the partial pressure of the stick substance or nitrogen compound, the temperature and the duration of the treatment of the workpiece so chosen are that the nitrogen content in the workpiece is under everywhere the solubility limit remains. 4. Werkstück aus nicht-rostendem Stahl mit Schweißver­ bindungen, insb. längsnaht-geschweißtes Rohr, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werk­ stück insgesamt oder in korrosionsgefährdeten Teilbe­ reichen einen Anteil Stickstoff von <0,1% enthält, vorzugsweise 0,2 bis 0,4%, jedoch überall unterhalb der Löslichkeitsgrenze von Stickstoff.4. Stainless steel workpiece with welding ver bindings, especially longitudinally welded pipe, there characterized by that the work pieces as a whole or in parts subject to corrosion contain a proportion of nitrogen of <0.1%, preferably 0.2 to 0.4%, but everywhere below that Solubility limit of nitrogen. 5. Werkstück nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Werkstück einen Mangan­ gehalt <2%, vorzugsweise 3 bis 4% Mangan aufweist.5. Workpiece according to claim 4, characterized ge indicates that the workpiece is a manganese  content <2%, preferably 3 to 4% manganese. 6. Werkstück nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein längs­ nahtgeschweißtes Rohr mit einem erhöhten Anteil von Stick­ stoff im Schweißnahtbereich ist, vorzugsweise ein Rohr mit einer Wanddicke von 0,3 bis 0,7 mm.6. Workpiece according to claim 4 or 5, characterized characterized in that the workpiece is a longitudinal seam-welded tube with an increased proportion of stick fabric in the weld area, preferably a tube with a wall thickness of 0.3 to 0.7 mm.
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