DE60018544T2

DE60018544T2 - Rostfreier duplexstahl

Info

Publication number: DE60018544T2
Application number: DE60018544T
Authority: DE
Inventors: Pasi Kangas
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: ATE290614T1; JP2003503596A; EP1117848B1; CN1316019A; CA2342817A1; KR100545301B1; WO2001000898A1; JP3822493B2; EP1117848A1; CA2342817C; ZA200101378B; NO20011004D0; SE9902472D0; US6312532B1; NO333625B1; SE9902472L; ES2234632T3; DE60018544D1; KR20010072981A; NO20011004L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ferritisch-austenitischen nichtrostenden Stahl, der hohe Gehalte an Cr, N, Cu und W in Kombination mit relativ geringen Gehalten an Ni und Mo hat. Das Material ist zweckmäßig für Anwendungen, wo hohe Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, besonders in sauren oder basischen Umgebungen, wo Chloridgehalte gleichzeitig vorliegen.
Hintergrund
Duplexstahl ist durch eine ferritisch-austenitische Struktur gekennzeichnet, in welcher beide Phasen unterschiedliche Zusammensetzungen haben. Moderner Duplexstahl wird hauptsächlich mit Cr, Mo, Ni und N legiert. Die Duplexstahlqualität SAF 2507 (UNS S32750) wurde hauptsächlich mit hohen Gehalten an Cr, Mo und N für eine hohe Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion legiert. Diese Beständigkeit ist oftmals als eine PRE-Nummer (PRE = Pitting Resistance Equivalent = %Cr+3,3%Mo+16N). Die Legierung wird konsequenterweise zu dieser Eigenschaft hin optimiert und hat sicherlich eine gute Beständigkeit in vielen Säuren und Basen, doch ist die Legierung vor allem für eine Beständigkeit in Chloridumgebungen entwickelt. Während der jüngst vergangenen Jahre wurden selbst die Elemente Cu und B als Legierungszusätze benutzt. So hat der Stahl Qualität DP3W (UNS S39274) beispielsweise eine zu SAF 2507 analoge Zusammensetzung, ist aber mit 2,0% W als Ersatz für einen Anteil des Mo-Gehalts in der Legierung legiert. Auch der Stahl Qualität Uranus 52N+ (NS S32529) hat eine analoge Zusammensetzung wie SAF 2507, ist aber mit 1,5% Cu legiert, um die Widerstandsfähigkeit in Säureumgebung zu verbessern. Die Stahl-Qualität Zeron 100 ist eine weitere Stahlqualität, die analog zu SAF 2507 ist, aber mit etwa 0,7% Cu sowie 0,7% W legiert ist. Die Stahlqualität DTS 25.7NWCu (UNS S39277) ist in dieser Zusammensetzung sehr ähnlich dem SAF 2507, abgesehen davon, daß sie mit etwa 1,7% Cu und 1,0% W legiert ist. In Bezug auf das, was mit W legiert ist, wurde eine PRE-Formel produziert, die auch das Element W mit einem Gewicht entsprechend der Hälfte desselben für Mo einschließt.
PRENW = %Cr+3,3(%Mo+0,5%W)+16N. Alle beschriebenen Stahlqualitäten haben eine PRE-Zahl unabhängig von der Berechnungsmethode, die über 40 liegt.
Eine andere Type von ferritisch-austenitischen Legierungen mit hoher Beständigkeit gegenüber Chlorid ist die Stahlqualität, die in der schwedischen Patentschrift 9302139-2 oder dem US-Patent 5,582,656 beschrieben ist. Diese Legierungstype ist durch Mn 0,3–4%, Cr 28–35%, Ni 3–10%, Mo 1-3%, Cu maximal 1,0% und W maximal 2,0% gekennzeichnet und hat sogar diese hohe PRE-Zahl, allgemein über 40. Der Hauptunterschied gegenüber dem eingeführten Superduplexstahl SAF 2507 und anderer besteht darin, daß die Gehalte von Cr und N in dieser Stahlqualität höher liegen. Diese Stahlqualität wurde in Umgebungen verwendet, wo die Beständigkeit gegen intergranuläre Korrosion sowie Korrosion in Ammoniumcarbamaten von Bedeutung ist, doch hat die Legierung auch eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Chloridumgebung.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe dieser Erfindung war es, ein Material mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Chloridumgebungen zu bekommen, das gleichzeitig außerordentliche Eigenschaften in Säure- und Basenumgebung, kombiniert mit guten mechanischen Eigenschaften und hoher Strukturbeständigkeit, hat.
Diese Kombination kann sehr brauchbar in Anwendungen, wie beispielsweise in der chemischen Industrie, sein; dort gibt es Probleme mit Korrosion, die durch Säuren verursacht wird, und gleichzeitig eine Verunreinigung der Säure mit Chloriden sein, die die Korrosionsfähigkeit weiter verstärken.
Diese Eigenschaften der Legierung in Kombination mit hoher Festigkeit führen zu vorteilhaften Lösungen aus wirtschaftlicher Sicht. Es gibt bestimmte Materialien mit sehr guten Eigenschaften in saurer Umgebung, doch sind dies oft Stähle mit hohen Ni-Gehalten, die Kostensteigerungen mit sich bringen. Ein anderer Nachteil mit austenitischen Stählen im Vergleich mit Duplexlegierungen ist jener, daß die Festigkeit in den austenitischen Stählen gewöhnlich erheblich geringer ist.
In der derzeitigen Situation sind keine nichtrostenden Duplexstähle beschrieben, die für die Eigenschaftskombination optimiert sind und die dann gute Eigenschaften erlangen, die hier beschrieben sind.
Durch Entwicklung einer Legierung, wo hohe Gehalte an Cr und Ni in Kombination mit den Elementen Cu und W als Legierungselemente verwendet werden, wurden überraschenderweise gute Korrosionseigenschaften und mechanische Eigenschaften festgestellt.
Die Legierung enthält in Gew.-%:

C maximal 0,05

Si maximal 0,8

Mn 0,3–4

Cr 27–35

Ni 3–10

Mo 0–2,0

N 0,30–0,55

Cu 0,5–3,0

W 2,0–5,0

S maximal 0,010,
Rest Fe und normalerweise vorkommende Verunreinigungen und Zusätze. Der Gehalt an Ferrit liegt bei 30–70 Vol.-%, worin %Mo+0,5%W<3,52 und %Cr+3,3(%Mo+0,5%W)+16N 41–44 ergibt.

Kohlenstoff ist hier als ein Verunreinigungselement bei dieser Erfindung zu sehen und hat eine begrenzte Löslichkeit sowohl in Ferrit als auch in Austenit. Die begrenzte Löslichkeit ergibt eine Gefahr für Ausfällung von Carbonitriden, und aus diesem Grund sollte der Gehalt auf maximal 0,05%, vorzugsweise maximal 0,03% und am meisten bevorzugt maximal 0,02% beschränkt werden.
Silicium wird als ein Deoxidans unter den Bedingungen der Stahlherstellung verwendet und verbessert auch die Schwimmfähigkeit bei der Produktion und beim Schweißen. Hohe Gehalte an Si begünstigen jedoch die Ausfällung von intermetallischer Phase; aus diesem Grund sollte der Gehalt auf maximal 0,8% beschränkt werden.
Mangan wird zugegeben, um die Löslichkeit von N in dem Material zu verbessern. Mn hat nur eine beschränkte Wirkung auf die N-Löslichkeit in der vorliegenden Legierungstype. Stattdessen gibt es andere Elemente mit höherer Wirkung auf die Löslichkeit. Außerdem kann Mn in Kombination mit dem hohen Schwefelgehalt Mangansulfide ergeben, die als Anleitungspunkte für Lochfraßkorrosion wirken. Der Gehalt an Mn sollte deswegen auf 0,3–4% beschränkt werden.
Chrom ist ein sehr aktives Element, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber den Hauptkorrosionstypen zu verbessern. Daneben verbessert Chrom die Festigkeit der Legierung. Außerdem bedeutet ein hoher Chromgehalt, daß man eine sehr gute N-Löslichkeit in dem Material bekommt. Somit ist es erwünscht, den Cr-Gehalt so hoch wie möglich zu halten, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Um eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, sollte der Chromgehalt wenigstens 27% sein. Hohe Cr-Gehalte steigern jedoch die Gefahr intermetallischer Ausfällungen, aus welchem Grund der Chromgehalt auf maximal 35% begrenzt werden sollte.
Nickel wird als austenitstabilisierendes Element verwendet und auf einem geeigneten Wert zugegeben, so daß der erwünschte Ferritgehalt erzielt wird. Um Ferritgehalte zwischen 30 und 70% zu bekommen, braucht man einen Zusatz von 3–10% Nickel.
Molybdän ist ein sehr aktives Element, um die Korrosionsbeständigkeit in Chloridumgebungen und auch in reduzierenden Säuren zu verbessern. Ein zu hoher Gehalt an Mo, kombiniert damit, daß die Gehalte an Cr und W hoch sind, führt zu der steigenden Gefahr intermetallischer Ausfällungen. Der Mo-Gehalt in der vorliegenden Erfindung sollte deswegen auf maximal 2,0% beschränkt werden.
Stickstoff ist ein sehr aktives Element, welches einerseits die Korrosionsbeständigkeit erhöht und andererseits die strukturelle Stabilität und auch die Festigkeit des Materials erhöht. Außerdem verbessert ein hoher N-Gehalt den Wiederaufbau des Austenits nach dem Schweißen, was gute Eigen schaften an Schweißverbindungen ergibt. Um einen guten Effekt von N zu erhalten, sollten wenigstens 0,30% N zugegeben werden. Bei hohen N-Gehalten nimmt die Gefahr einer Ausfällung von Chromnitriden zu, besonders wenn es gleichzeitig einen hohen Chromgehalt gibt. Weiterhin führt ein hoher N-Gehalt dazu, daß die Gefahr von Porosität zunimmt, da die Löslichkeit von N in der Schmelze überschritten wird. Aus diesen Gründen sollte der N-Gehalt auf maximal 0,55% beschränkt werden.
Kupfer erhöht die allgemeine Korrosionsbeständigkeit in Säureumgebungen, wie Schwefelsäure. Es wurde überraschenderweise gezeigt, daß Cu in Materialien mit relativ hohen Gehalten an Mo und/oder W darüber hinaus die Schnelligkeit der Ausfällung von intermetallischen Phasen bei langsamem Kühlen verlangsamen. Zum Zwecke einer Steigerung der strukturellen Stabilität des Materials sollte der Cu-Gehalt 1 % übersteigen und sollte vorzugsweise 1,5% übersteigen. Nichtsdestoweniger ergeben hohe Cu-Gehalte, daß die Feststofflöslichkeit überschritten wird. Aus diesem Grund wird der Gehalt an Cu auf maximal 3,0% beschränkt.
Wolfram steigert die Gefahr für Lochfraßbildung und Spaltkorrosion. Es wurde überraschenderweise gezeigt, daß die Zugabe von W als Ersatz für Mo die Niedertemperaturschlagfestigkeit erhöht. Um einen geeigneten Effekt für die Schlagfestigkeit und auch die Korrosionseigenschaften zu erhalten, sollten wenigstens 2% zugesetzt werden. Eine gleichzeitige Zugabe von W und Cu, worin W das Element Mo in der Legierung zu dem Zwecke ersetzt, die Lochfraßkorrosionseigenschaften zu verbessern, kann weitergemacht werden mit dem Zweck, die Beständigkeit gegen intergranuläre Korrosion zu erhöhen. Hohe Gehalte von W in Kombination mit hohen Gehalten an Cr und Mo steigern jedoch die Gefahr intergranulärer Ausfällungen. Der Gehalt an W sollte daher auf maximal 5% beschränkt werden.
Schwefel beeinflußt die Korrosionsbeständigkeit negativ durch leichte Bildung löslicher Sulfide. Außerdem verschlechtert er die Heißbearbeitbarkeit. Aus diesem Grund sollte der S-Gehalt auf maximal 0,010% beschränkt werden.

Der Gehalt an Ferrit ist wichtig, um gute mechanische Eigenschaften und Korrosionseigenschaften sowie auch gute Benetzbarkeit zu erhalten. Aus der Sicht der Korrosion und Benetzbarkeit ist es erwünscht, daß ein Ferritgehalt zwischen 30 und 70% vorliegt, um gute Eigenschaften zu erzielen. Hohe Ferritgehalte ergeben außerdem, daß die Schlagfestigkeit bei niedriger Temperatur und auch die Beständigkeit gegen Wasserstoffsprödigkeit die Gefahr einer Verschlechterung laufen. Der Ferritgehalt liegt daher bei 30–70%, vorzugsweise 35–55%.
Beispiel
In dem nachfolgenden Beispiel wird die Zusammensetzung einiger experimenteller Chargen gezeigt. Die Zusammensetzungen hiervon verbinden sich nicht notwendigerweise in den Patentansprüchen, sondern sind gerade deswegen eingeschlossen, um den Einfluß unterschiedlicher Legierungselemente auf die Eigenschaften zu erläutern.
Eine Anzahl experimenteller Chargen wurde durch Gießen von 170 kg Barren erzeugt, wobei dieses Material zu Rundstäben heißgeschmiedet wurde. Diese wurden zu Stäben extrudiert, von wo das Testmaterial genommen wurde. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung experimenteller Chargen mit einer berechneten PRENW-Zahl mit der Formel PRENW = %Cr+3,3(%Mo+0,5%W)+16%N.
Tabelle 1. Zusammensetzung experimenteller Chargen, Gew.-%.
Herstellung
Material für alle Chargen wurde durch Barrengießen, Heißschmieden und Extrudieren gewonnen. Einige Abwandlungen rissen unter den Produktionsbedingungen wegen hoher Mengen an intermetallischer Phase. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, wie die Produktion verlief:
Tabelle 2. Ergebnisse der Chargenproduktion
Es gibt eine Beziehung zwischen dem Gehalt der Legierung und der Rißbildungsneigung beim Schmieden. Folglich genügen keine Chargen mit einer PRENW-Zahl, bei 45,5 oder höher beim Schmieden ohne Risse. Wenn der Mo-Gehalt über 2% ansteigt, ist es erforderlich, daß der W-Gehalt maximal etwa 1% beträgt, um hohe Mengen an intermetallischer Phase zu vermeiden. Andererseits, wenn der W-Gehalt hoch ist, ist es erforderlich, daß der Mo-Gehalt niedrig ist, um intermetallische Phase und dabei Rißbildung zu vermeiden. Die Beziehung ist graphisch in 1 erläutert.
Strukturbeständigkeit
Die Proben wurden bei 800–1200°C in Stufen von 50°C geglüht. Die Temperatur wurde, wenn die Menge an intermetallischer Phase vernachlässigbar wurde, bei dieser mit Hilfe von Untersuchungen in einem lichtoptischen Mikroskop bestimmt. Das Material wurde dann bei dieser Temperatur mit dreiminütiger Verweilzeit geglüht, danach wurden die Proben mit einer Geschwindigkeit von 140°C/min und auch bei 17,5°C/min bis Raumtemperatur gekühlt. Die Menge an Sigmaphase in diesem Material wurde mit Hilfe einer Auszählung der Punkte unter einem lichtoptischen Mikroskop gezählt. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 3.
Tabelle 3. Menge an Sigmaphase nach dem Kühlen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von 1100°C bis Raumtemperatur
Es ist ersichtlich, daß Material mit hohem W-Gehalt eine sehr gute strukturelle Beständigkeit, besonders wenn der Mo-Gehalt ist (Charge 605089). Vollständig unerwartet ist, daß gezeigt werden konnte, daß selbst Material mit hohem Cu-Gehalt und niedrigem N-Gehalt (Charge 605089) unter langsamem Kühlen (17,5°C/min) eine bessere strukturelle Beständigkeit als Material mit einem niedrigen Cu-Gehalt und auch einem hohen N-Gehalt hat (Charge 605084). Es ist bekannt, daß die Zugabe des Elements N die strukturelle Beständigkeit in Duplexstählen erhöht, während die Wirkung von Cu stärker unbestimmt ist. Die Charge 654796 jedoch mit sowohl niedrigem Mo-Gehalt als auch niedrigem Cu-Gehalt hat schlechtere strukturelle Beständigkeit bei langsamem Kühlen (17,5°C/min) als die Charge 605085 mit 2% Cu trotz der Tatsache, daß die Charge 605085 einen Mo-Gehalt von nahezu 3% hat. Die Relation wird graphisch in 2 erläutert. Die Relation zwischen Mo, W und Cu und die günstige Wirkung des Zusatzes von Cu werden graphisch in 3 erläutert, wo der Einfluß von Cr, W und Cu durch Risse beim Heißbearbeiten gezeigt ist. Die Risse beim Heißbearbeiten hängen in diesem Fall hauptsächlich von dem Auftreten intermetallischer Phase ab.
Mechanische Eigenschaften
Die Festigkeit und Schlagfestigkeit wurden für einige Chargen gemessen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 4.
Tabelle 4. Mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und Schlagfestigkeit bei Raumtemperatur und bei –50°C)
Für alle Materialien wurde eine hohe Streckgrenze unter Spannung erhalten, und auch die Schlagfestigkeit bei 20°C ist hoch. Für die Schlagfestigkeit bei –50°C war es überraschend zu zeigen, daß die Charge 605085 niedrigere Schlagfestigkeit als die Charge 605084 hat. Der Grund hierfür kann entweder sein, daß die Charge 605084 einen geringeren Cu-Gehalt oder einen höheren W-Gehalt besitzt. Da die Charge 605089 sowohl einen hohen Cu-Gehalt als auch einen hohen W-Gehalt hat, zeigt dies eine gute Schlagfestigkeit bei 50°C und ist es wahrscheinlich, daß ein hoher Gehalt an W mit einem hohen Gehalt an Mo zu bevorzugen ist, wenn hohe Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen erfordert wird.
Korrosion
Lochfraß- und Spaltkorrosionseigenschaften wurden durch Testen in FeCl₃ gemäß ASTM G48C und auch MTI-2 geprüft. Eine kritische Lochfraßkorrosionstemperatur (CPT) und auch Spaltkorrosionstemperatur (CCT) wurde hierbei bestimmt. Die Ergebnisse aller Experimente sind in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5. Kritische Lochfraß-/Spaltkorrosionstemperatur für die getesteten Stahlqualitäten
In sehr überraschender Weise wurde gezeigt, daß W bei sehr hohen Gehalten in Kombination mit niedrigen Mo-Gehalten (Charge 605084) sehr gute Lochfraßkorrosionseigenschaften bekommt. Die Charge 605085 hat eine PRENW-Zahl, die höher als diese für die Charge 605084 ist, doch trotzdem erhält die Charge 605084 einen beachtlich höheren CPT-Wert beim Testen mit ASTM G48C. Das gleiche gilt für die Charge 605089, die, obwohl deren Material eine niedrigere PRENW-Zahl als die Charge 605085 hat, einen höheren CPT-Wert erhält. Die Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraßkorrosion, gemessen als CCT-Wert, zeigt überraschenderweise hohe Werte für die Charge 605084 und die Charge 605085. Beispielsweise hat das Material vom Typ 2507 mit einem PRE über 40 einen CCT-Wert von etwa 40°C. Die Spaltkorrosionseigenschaften in der Charge 605089 sind schlechter als für die Charge 605085. Die Unterschiede zwischen diesen Chargen sind die, daß 605089 einen höheren W-Gehalt hat, aber gleichzeitig einen niedrigeren N-Gehalt. Um eine gute Korrosionsbeständigkeit sowohl bezüglich Lochfraßkorrosion als auch bezüglich Spaltkorrosion zu erhalten, ist es folglich notwendig, daß man teils einen hohen W-Gehalt und teils einen hohen N-Gehalt hat. Es dürfte auch klar sein, daß es einen optimalen PRENW-Wert gibt, so daß, wenn jemand höhere oder niedrigere PRENW-Werte hat, schlechtere Eigenschaften erhalten werden. Die Relation wird graphisch in den 4–5 erläutert.
Das Gemisch in der Ferritphase und der Austenitphase wurde mit Hilfe von Mikrosondenanalyse bestimmt. Die Ergebnisse erscheinen in Tabelle 6.
Tabelle 6. Gemisch in der Ferrit- und Austenitphase bei den getesteten Chargen
Es ist ersichtlich, daß PRENW in der Austenitphase und auch in der Ferritphase in allen Fällen mit Ausnahme für die Charge 605088 besser als 40 sind. Außerdem wurde für die Charge 605088 ein unannehmbar niedriger CCT-Wert erhalten, was somit von dem PRENW abhängen kann, so daß die Austenitphase relativ gering ist. Für die Charge 605084 und die Charge 605085 ist das PRENW am höchsten. Eine Beobachtung ist die, daß trotz des PRENW sowohl in der Austenitphase als auch in der Ferritphase bei der Charge 605085 höher als für 605084 ist, die Charge 605085 somit ein niedrigeres CPT gemäß ASTM G48C-Test im Vergleich mit 605084 hat. Der höhere W-Gehalt in Kombination mit einem hohen N-Gehalt, welcher in der Charge 605084 wiedererlangt wird, kann diesen Effekt erklären. Wahrscheinlich ist dies der Grund dafür, daß die Charge 605085 eine schlechtere strukturelle Beständigkeit als 605084 hat und die Charge 605085 einen höheren Mo-Gehalt besitzt, der die Gefahr erhöht, daß das Material Ausfällungen enthält, die die Beständigkeit gegenüber Lochfraßkorrosion vermindern. Ein optimaler PRENW-Wert liegt im Bereich von 41–44. Für eine optimale Korrosionsbeständigkeit sollte PRENW im Bereich von 43–44 liegen.
Die Beständigkeit gegen intergranuläre Korrosion wurde unter Ausführung des Streicher-Tests gemäß ASTM A262, Teil B, gemessen. Dieser Test ergibt, wie das Material einer Oxidation saurer Umgebungen übersteht, und auch die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen intergranuläre Korrosion. Die Ergebnisse erscheinen in Tabelle 7.
Tabelle 7. Ergebnisse von Korrosionsversuchen nach ASTM A262 Teil B. Die Ergebnisse sind Mittelwerte von zwei Tests für jede Charge.
Es ist ersichtlich, daß die Materialien eine sehr niedrige Korrosionsgeschwindigkeit in diesen Tests haben. Die Unterschiede sind relativ klein, doch zeigt Material mit gleichzeitig hohem Mo-Gehalt und Cu-Gehalt die höchste Korrosionsgeschwindigkeit (Charge 605085). Wenn der Cu-Gehalt hoch ist, aber der Mo-Gehalt niedrig ist, erhält man eine niedrige Korrosionsgeschwindigkeit (Charge 605793, 605988, 6050890). Die Kombination hoher Gehalte der Elemente Cr, Mo, W und N ist erforderlich für eine gute Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion. In Beziehung zu hohen Cu-Gehalten ist es folglich optimal, vorderst Cr, W und N mit dem Ziel zu verwenden, die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion zu erhöhen, wenn man eine gute Beständigkeit gegen intergranuläre Korrosion gleichzeitig erhalten will. Folglich erhält die Charge 605089 mit 2,0% Cu, 0,98% Mo und 3,8% W sehr gute Korrosionsbeständigkeit bei den Streicher-Tests.
Die Beständigkeit gegenüber Ätzalkalilösung wurde durch Kochen in 60%-iger NaOH (160°C) mit einigen Chargen getestet.
Das Testen erfolgte während 1+3 Tagen. Die Testergebnisse finden sich in Tabelle 8.
Tabelle 8. Ergebnisse von Korrosionstests beim Kochen von 60%-iger NaOH (160°C). Mittelwerte von zwei Tests.
Es gibt eine Relation zwischen den guten Korrosionseigenschaften in NaOH und dem Gehalt an Cr in der Austenitphase, so daß das Material mit hohen Gehalten an Cr in der Austenitphase geringe Korrosionsgeschwindigkeiten in NaOH erhält. Die Relation wird durch die 6 graphisch erläutert.
Optimale Legierungszusammensetzung nach der Erfindung
Es wurde überraschenderweise gezeigt, daß in einem Duplexstahl mit einem Chromgehalt, der 27% übersteigt, sehr gute Eigenschaften erhalten werden, wenn man gleichzeitig hohe Cu- und W-Gehalte und auch einen hohen N-Gehalt zu dem Material zugibt. Demnach wurde überraschenderweise gezeigt, daß die Zugabe von hohen Gehalten des Elements W gute Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen ergibt. Ein hoher W-Gehalt in Kombination mit einem hohen N-Gehalt ergibt außerdem eine gute Beständigkeit gegen Spaltkorrosion in Chloridumgebungen. Die Wirkung von W auf die Lochfraß- und Spaltkorrosionseigenschaften ist auch überraschend groß. Um eine geeignete Wirkung zu erzielen, ist ein Zusatz von wenigstens 2% W erforderlich. Gleichzeitig sind hohe Gehalte der Elemente Mo und W zu vermeiden, doch können bis zu 4% W zugegeben werden, wenn Mo auf weniger als 2%, vorzugsweise unter 1%, begrenzt wird. Um gute Korrosions- und Schlagfestigkeitseigenschaften zu bekommen, und gleichzeitig Ausfällung von intermetallischen Phasen zu vermeiden, sollte die Beziehung %Mo+0,5%W<3,52 erfüllt sein, vorzugsweise %Mo+0,5%W<3. Die Zugabe des Elements Cu wurde auch überraschenderweise in diesem Material als die Ausfällung intermetallischer Phase bei langsamem Kühlen als verlangsamend gezeigt. Dies ergibt auch, daß notwendigerweise Heißbearbeitung, wie das Schmieden, leichter ohne Gefahr für Rißbildung, verursacht durch hohe Gehalte an intermetallischer Phase in dem Material, durchgeführt werden kann. Um diesen Effekt zu erhalten, wird eine Zugabe von wenigstens 0,5%, vorzugsweise wenigstens 1,5%, gefordert. Wenn %Mo+0,5%W>3,52 ist, wird verlangt, daß %Cu>1,5 ist, um die beste Heißbearbeitbarkeit in dem Material zu erzielen. Um gute Korrosionseigenschaften zu erhalten, sollte die Beziehung %Cr+3,3(%Mo+0,5%W)+16%N 40 in der schwächsten Phase übersteigen. Für gleichzei tige gute Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit sollten die Elemente W 2% und N 0,30% übersteigen. Eine optimale Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion bekommt man, wenn die PRENW-Zahl im Bereich von 41–44 liegt. Außerdem sollte für optimale Beständigkeit gegen Spaltkorrosion das PRENW vorzugsweise im Bereich von 43–44 liegen. Um eine gute strukturelle Beständigkeit gleichzeitig zu bekommen, wird Kupfer dem Material zugegeben. Kupfer hat jedoch eine ungünstige Wirkung auf die intergranuläre Korrosion in Kombination mit einem hohen Gehalt an Mo. Um das Material bezüglich der intergranulären Korrosion zu optimieren, sollte ein hoher Gehalt an Cu daher mit einem niedrigen Gehalt an Mo kombiniert werden. Um gute Lochfraßkorrosionseigenschaften zu gewährleisten, sollte man aus diesem Grund hohe Gehalte an W zugeben. Um gute Beständigkeit in basischer Umgebung zu bekommen, sollte der Cr-Gehalt in der austenitischen Phase wenigstens 28% betragen.

Claims

Ferrit-Austenit-Stahllegierung mit einem Ferritgehalt von 30 bis 37 %, Rest Austenit, mit guter Wärmebearbeitbarkeit, hohem Widerstand gegen Rißkorrosion und guter struktureller Beständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Gew.-% C maximal 0,05 %, Si maximal 0,8 %, Mn 0,30 bis 4,0 %, Cr 27,0 bis 35,0 %, Ni 3,0 bis 10,0 % Mo 0 bis 2,0 %, N 0,30 bis 0,55 %, Cu 0,5 bis 3,0 %, W 2,0 bis 5,0 %, S maximal 0,010 %,

Rest Fe und Verunreinigungen einschließlich normalerweise bei der Stahlherstellung auftretender Zusatzstoffe für Deoxidation und Heißduktilität, wobei %Mo + 0,5 % W kleiner als 3,52 ist und %Cr + 3,3(%Mo + 0,5 %W) + 16N 41 bis 44 ist.
Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Ferrit zwischen 35 und 55 % liegt, Rest Austenit.
Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Mo 0 bis 1,0 ist.
Stahllegierung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an W 2,0 bis 4,0 %, vorzugsweise 3,0 bis 4,0 % ist.
Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung %Mo + 0,5 W < 3 erfüllt ist.
Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Cu 1,5 bis 3,0 % ist.
Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung %Mo + 0,5 W < 3,52 gleichzeitig, wenn der Gehalt an Cu 1,5 % nicht übersteigt, erfüllt ist.
Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung %Cr + 3,3 (%Mo + 0,5 % W) + 16N das Vierzigfache sowohl in der Ferritphase als auch in der Austenitphase übersteigt.
Stahllegierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Gew.-% C maximal 0,05 %, Si maximal 0,8 %, Mn 0,30 bis 4,0 %, Cr 27,0 bis 35,0 %, Ni 3,0 bis 10,0 % Mo 0 bis 2,0 %, N 0,30 bis 0,55 %, Cu 0,5 bis 3,0 %, W 3,0 bis 4,0 %,

Rest Fe und Verunreinigungen einschließlich normalerweise bei der Stahlherstellung auftretender Zusätze für Deoxidation und Heißduktilität, sowie die Beziehungen %Mo + 0,5 %W < 3,52 und 41 < %Cr + 3,3 (%Mo + 0,5 %W) + 16N < 44 erfüllt sind.
Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Cr in der Austenitphase wenigstens 28 %, vorzugsweise wenigstens 29 % beträgt.
Stahllegierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung 43 < %Cr + 3,3(%Mo + 0,5 %W) + 16N < 44 erfüllt ist.