DE60216304T2 - Austenitic stainless CrNiMnCu steel with low nickel content - Google Patents

Austenitic stainless CrNiMnCu steel with low nickel content Download PDF

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Abstract

An austenitic stainless steel includes (a) 0.03wt% to 0.12wt% of C, (b) 0.2wt% to 1.0wt% of Si, (c) 7.5wt% to 10.5wt% of Mn, (d) 14.0wt% to 16.0wt% of Cr, (e) 1.0wt% to 5.0wt% of Ni, (f) 0.04wt% to 0.25wt% of N, (g) 1.0wt% to 3.5wt% of Cu, (h) trace amount of Mo, and the balance being Fe and incidental impurities. The austenitic stainless steel has a delta - ferrite content less than 8.5 and equal to 6.77Ä(d)+(h)+1.5(b)Ü-4.85Ä(e)+30(a)+30(f)+0.5(c)+0.3(g)Ü-52.75. <IMAGE>

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität einer taiwanesischen Patentanmeldung Nr. 091124567, angemeldet am 23. Oktober 2002.These Application claims the priority of a Taiwanese patent application No. 091124567, filed on October 23, 2002.

Die Erfindung betrifft einen austenitischen rostfreien Stahl, insbesondere Chrom-Nickel-Mangan-Kupfer austenitischen rostfreien Stahl mit niedrigem Nickelgehalt.The The invention relates to an austenitic stainless steel, in particular Chromium-nickel-manganese-copper austenitic stainless steel with low nickel content.

US-Patentnummer 5,286,310 offenbart einen Chrom-Nickel-Mangan-Kupfer austenitischen rostfreien Stahl mit niedrigem Nickelgehalt, der einen reduzierten Nickelgehalt hat und gleichzeitig eine akzeptable metallographische Struktur, mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Der oben genannte austenitische rostfreie Stahl enthält wenigstens 16,5 Gewichtsprozent Chrom, um eine befriedigende Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Der Chromgehalt sollte jedoch nicht über 17,5 Gew.-% steigen, um die unerwünschte Bildung von Delta-Ferrit (δ-Ferrit) während der Bearbeitung im heißen Zustand und die Beeinträchtigung der Warmbearbeitbarkeit zu verhindern. Der vorstehend genannte austenitische rostfreie Stahl enthält weiterhin wenigstens 2,5 Gew.-% Nickel, um die Kaltbearbeitbarkeit zu verbessern und um eine Transformation von Austenit zu Martensit zu hemmen. Der Nickelgehalt sollte jedoch wegen des relativ hohen Preises für Nickel 5 Gew.-% nicht übersteigen.US Patent Number 5,286,310 discloses a chromium-nickel-manganese-copper austenitic stainless steel with a low nickel content, which has a reduced Has nickel content while maintaining an acceptable metallographic Structure, mechanical strength, corrosion resistance and machinability. The above-mentioned austenitic stainless steel contains at least 16.5 weight percent chromium, to provide satisfactory corrosion resistance to ensure. However, the chromium content should not rise above 17.5 wt undesirable Formation of delta ferrite (δ-ferrite) while working in hot Condition and impairment to prevent hot workability. The aforementioned austenitic contains stainless steel further at least 2.5% nickel by weight for cold workability to improve and to transform austenite to martensite to inhibit. The nickel content should, however, because of the relatively high Price for Nickel does not exceed 5% by weight.

Auch wenn der voranstehend genannte austenitische rostfreie Stahl eine befriedigende Korrosionsresistenz und befriedigende Kalt- oder Warmbearbeitbarkeit zeigt, so ist der Chromgehalt dennoch hoch (vorangegangene Untersuchungen haben gezeigt, dass wenigstens 17 Gew.-% Chrom notwendig sind, um ein Mindestmaß an Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten), wodurch die Stabilität des austenitischen rostfreien Stahls beeinträchtigt werden kann und wodurch Haarrisse während dem Warmwalzen verursacht werden können.Also when the above-mentioned austenitic stainless steel is a satisfactory corrosion resistance and satisfactory cold or hot workability shows that the chromium content is nevertheless high (previous investigations have shown that at least 17% by weight of chromium is necessary to a minimum corrosion resistance to ensure), causing the stability Austenitic stainless steel can be affected and Hairline cracks during can be caused by hot rolling.

Die Offenbarung des US-Patentes Nr. 5,286,310 wird über ihre Zitierung hierin aufgenommen.The Revelation of U.S. Patent No. 5,286,310 is incorporated herein by reference.

ES 2142756 offenbart austenitische rostfreie Stähle, die als möglicher Ersatz für AISI 304 und AISI 316 entwickelt wurden. ES 2142756 discloses austenitic stainless steels that have been developed as a possible replacement for AISI 304 and AISI 316.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Chrom-Nickel-Mangan-Kupfer austenitischen rostfreien Stahl mit niedrigem Nickelgehalt bereitzustellen, der in der Lage ist, die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu überkommen.It is therefore an object of the present invention, a chromium-nickel-manganese copper to provide austenitic stainless steel with low nickel content, which is capable of meeting the above mentioned disadvantages of the prior art Technology to come.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein austenitischer rostfreier Stahl bereitgestellt, der die nachfolgende Zusammensetzung hat:

  • (a) 0,03 Gew.-% bis 0,12 Gew.-% C;
  • (b) 0,2 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Si;
  • (c) 7,5 Gew.-% bis 10,5 Gew.-% Mn;
  • (d) 14,0 Gew.-% bis 16,0 Gew.-% Cr;
  • (e) 1,0 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% Ni;
  • (f) 0,04 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% N;
  • (g) 1,0 Gew.-% bis 3,5 Gew.-% Cu;
  • (h) Spuren von Mo;
sowie zum Ausgleich Fe und beiläufige Verunreinigungen. Der austenitische rostfreie Stahl hat einen δ-Ferrit-Gehalt von weniger als 8,5 und genügt der nachfolgenden Formel δ-Ferrit = 6,77[(d) + (h) + 1,5(b)] – 4,85[(e) + 30(a) + 30(f) + 0,5(c) + 0,3(g)] – 52,75. According to the present invention, there is provided an austenitic stainless steel having the following composition:
  • (a) 0.03 wt% to 0.12 wt% C;
  • (b) 0.2 wt% to 1.0 wt% Si;
  • (c) 7.5% to 10.5% by weight of Mn;
  • (d) 14.0 wt% to 16.0 wt% Cr;
  • (e) 1.0 wt% to 5.0 wt% Ni;
  • (f) 0.04 wt% to 0.25 wt% N;
  • (g) 1.0 wt% to 3.5 wt% Cu;
  • (h) traces of Mo;
as well as to compensate for Fe and incidental impurities. The austenitic stainless steel has a δ-ferrite content of less than 8.5 and satisfies the following formula δ-ferrite = 6.77 [(d) + (h) + 1.5 (b)] - 4.85 [(e) + 30 (a) + 30 (f) + 0.5 (c) + 0 , 3 (g)] - 52.75.

Bei den Zeichnungen, die eine Ausführungsform der Erfindung illustrieren, zeigt 1 ein Diagram, welches die Beziehung zwischen dem δ-Ferrit-Gehalt des bevorzugten Ausführungsbeispieles des austenitischen rostfreien Stahls dieser Erfindung und der Temperatur der Warmbearbeitung darstellt.In the drawings illustrating an embodiment of the invention shows 1 4 is a graph showing the relationship between the δ-ferrite content of the preferred embodiment of the austenitic stainless steel of this invention and the temperature of the hot working.

Gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispieles des Crom-Nickel-Mangan-Kupfer austenitischen rostfreien Stahles mit niedrigem Nickelgehalt der vorliegenden Erfindung umfasst:

  • (a) 0,03 Gew.-% bis 0,12 Gew.-% C;
  • (b) 0,2 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Si;
  • (c) 7,5 Gew.-% bis 10,5 Gew.-% Mn;
  • (d) 14,0 Gew.-% bis 16,0 Gew.-% Cr;
  • (e) 1,0 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% Ni;
  • (f) 0,04 Gew.-% bis 0,25 Gew.-% N;
  • (g) 1,0 Gew.-% bis 3,5 Gew.-% Cu;
  • (h) Spuren von Mo;
und zum Ausgleich Fe sowie beiläufige Verunreinigungen. Der austenitische rostfreie Stahl hat einen δ-Ferrit-Gehalt von weniger als 8,5 und genügt der nachfolgenden Formel δ-Ferrit = 6,77[(d) + (h) + 1,5(b)] – 4,85[(e) + 30(a) + 30(f) + 0,5(c) + 0,3(g)] – 52,75, wobei (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h) in der Formel den Gehalt der jeweiligen Elemente in Gew.-% angeben (Gew.-%).According to the preferred embodiment of the low nickel content crom-nickel-manganese-copper austenitic stainless steel of the present invention comprises:
  • (a) 0.03 wt% to 0.12 wt% C;
  • (b) 0.2 wt% to 1.0 wt% Si;
  • (c) 7.5% to 10.5% by weight of Mn;
  • (d) 14.0 wt% to 16.0 wt% Cr;
  • (e) 1.0 wt% to 5.0 wt% Ni;
  • (f) 0.04 wt% to 0.25 wt% N;
  • (g) 1.0 wt% to 3.5 wt% Cu;
  • (h) traces of Mo;
and to compensate for Fe as well as incidental impurities. The austenitic stainless steel has a δ-ferrite content of less than 8.5 and satisfies the following formula δ-ferrite = 6.77 [(d) + (h) + 1.5 (b)] - 4.85 [(e) + 30 (a) + 30 (f) + 0.5 (c) + 0 , 3 (g)] - 52.75, where (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h) in the formula indicate the content of the respective elements in% by weight (w / w). %).

Der austenitische rostfreie Stahl kann weiterhin 5 bis 30 ppm B umfassen, um die Warmbearbeitbarkeit zu verbessern. Der Gehalt an störenden Verunreinigungen wie S (Schwefel) und P (Phosphor) ist so gering wie möglich. Aufgrund der Kosten, die mit der Entfernung solcher Verunreinigungen verbunden sind, ist der S-Gehalt auf 150 ppm begrenzt und der P-Gehalt auf 0,06 Gew.-% begrenzt.Of the austenitic stainless steel may further comprise 5 to 30 ppm B, to improve hot workability. The content of interfering impurities like S (sulfur) and P (phosphorus) is as low as possible. by virtue of the costs associated with the removal of such impurities are, the S content is limited to 150 ppm and the P content on 0.06 wt .-% limited.

1 zeigt die Beziehung zwischen dem δ-Ferrit-Gehalt des bevorzugten Ausführungsbeispiels des austenitischen rostfreien Stahls dieser Erfindung und der Temperatur. Die Ergebnisse zeigen, dass, sobald die Temperatur auf über 1.250° Celsius ansteigt, während dem Warmwalzen, steigt auch der δ-Ferrit-Gehalt steil an, was zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Haarrissen an den Kanten eines gewalzten Bleches des austenitischen rostfreien Stahles führt. Gleichzeitig ist eine Temperatur von mindestens 1.050° Celsius während dem Warmwalzen erforderlich, um die erforderliche mechanische Festigkeit zu erhalten. 1 Figure 12 shows the relationship between the δ-ferrite content of the preferred embodiment of the austenitic stainless steel of this invention and the temperature. The results show that as the temperature rises above 1250 ° C during hot rolling, the δ-ferrite content also increases steeply, resulting in an increased likelihood of hairline cracks at the edges of a rolled sheet of austenitic stainless steel. At the same time, a temperature of at least 1050 ° Celsius during hot rolling is required to obtain the required mechanical strength.

Beispiele und VergleichsbeispieleExamples and comparative examples

Die nachfolgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigen das unerwartet bessere Ergebnis dieser Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik.The The following examples and comparative examples show this unexpectedly better result of this invention compared to the prior art.

Tabelle 1 zeigt eine Versuchsreihe über die Ausmaße der Kantenrisse für verschiedene Testproben des austenitischen rostfreien Stahles der Beispiele 1 bis 9, sowie der Vergleichsbeispiele 1 bis 5, welche sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden (nur die Elemente Ni, C, Si, Mn, Cr und Cu sind dargestellt). Die Testreihe wurde beim Warmwalzen in einem Temperaturbereich von 1.050° Celsius bis 1.250° Celsius durchgeführt. Die Ergebnisse der Testreihe zeigen, dass jedes Beispiel des austenitischen rostfreien Stahles der vorliegenden Erfindung einen δ-Ferrit-Gehalt von weniger als 8,5 hat und dass keine Kantenrisse für die Testproben der Beispiele 1 bis 9 beobachtet wurden. Jede der Testproben der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 hatte einen δ-Ferrit-Gehalt größer als 8,5. Kantenrisse wurden in jeder der Testproben der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 aufgefunden. Tabelle 1

Figure 00030001
Figure 00040001

  • * Stähle, die außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung liegen.
Table 1 shows a series of experiments on the amounts of edge cracks for various test specimens of the austenitic stainless steel of Examples 1 to 9, and Comparative Examples 1 to 5, which differ in their composition (only the elements Ni, C, Si, Mn, Cr and Cu are shown). The test series was carried out during hot rolling in a temperature range from 1,050 ° Celsius to 1,250 ° Celsius. The results of the test series show that each example of the austenitic stainless steel of the present invention has a δ-ferrite content of less than 8.5 and that no edge cracks were observed for the test samples of Examples 1 to 9. Each of the test samples of Comparative Examples 1 to 5 had a δ-ferrite content greater than 8.5. Edge cracks were found in each of the test samples of Comparative Examples 1 to 5. Table 1
Figure 00030001
Figure 00040001
  • * Steels that are outside the scope of the invention.

Tabelle 2 zeigt einen Korrosionsbeständigkeitstest (ASTM B117) unter der Verwendung von Salznebel für verschiedene Testproben des austenitischen rostfreien Stahles der Beispiele 10 bis 12 und des Vergleichsbeispiels 6 (Typ 304 rostfreier Stahl), welche sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden (die Elemente Ni, C, Si, Mn, Cr, Cu und B sind gezeigt). Die Testergebnisse zeigen, dass jedes Beispiel des austenitischen rostfreien Stahles der vorliegenden Erfindung eine Korrosionsrate hat, die vergleichbar niedrig wie die des Typ 304 rostfreien Stahles, des Standes der Technik ist (nicht mehr als 0,1 %). Tabelle 2

Figure 00040002
Figure 00050001
Table 2 shows a corrosion resistance test (ASTM B117) using salt spray for various austenitic stainless steel test specimens of Examples 10 to 12 and Comparative Example 6 (Type 304 stainless steel), which differ in composition (Elements Ni, C, Si, Mn, Cr, Cu and B are shown). The test results show that each example of the austenitic stainless steel of the present invention has a corrosion rate comparable to that of the Type 304 stainless steel of the prior art (not more than 0.1%). Table 2
Figure 00040002
Figure 00050001

Es ist festzuhalten, dass der Chromgehalt eines jeden der Beispiele 1 bis 12 des austenitischen rostfreien Stahles der vorliegenden Erfindung niedriger als 17 Gew.-% ist, was der Mindestanforderung des Standes der Technik zur Gewährleistung eines Mindestmaßes an Korrosionsresistenz entspricht.It should be noted that the chromium content of each of Examples 1 to 12 of the austenitic rust free steel of the present invention is lower than 17% by weight, which is the minimum requirement of the prior art to provide a minimum level of corrosion resistance.

Tabelle 3 zeigt die Zusammensetzung von Testproben des austenitischen rostfreien Stahles der Beispiele 13 bis 22 und der Vergleichsbeispiele 7 bis 10 (nur die Elemente Ni, C, Si, Mn, Cr und Cu sind gezeigt).table 3 shows the composition of austenitic stainless test specimens Steel of Examples 13 to 22 and Comparative Examples 7 to 10 (only the elements Ni, C, Si, Mn, Cr and Cu are shown).

Tabelle 4 zeigt die Untersuchungen der mechanischen Festigkeit der Testproben des austenitischen rostfreien Stahles der Beispiele 13 bis 22 und der Vergleichsbeispiele 7 bis 10. Die Testergebnisse zeigen, dass der austenitische rostfreie Stahl der vorliegenden Erfindung eine bessere Längendehnung als solche des Typs 304 rostfreien Stahles des Standes der Technik hat. Weitere mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Elastizitätsgrenze und Härte des austenitischen rostfreien Stahles der vorliegenden Erfindung sind vergleichbar mit solchen des Types 304 rostfreier Stahl des Standes der Technik. Tabelle 3

Figure 00050002
Figure 00060001
Tabelle 4
Figure 00060002
Table 4 shows the mechanical strength tests of the austenitic stainless steel test specimens of Examples 13 to 22 and Comparative Examples 7 to 10. The test results show that the austenitic stainless steel of the present invention has better elongation than those of the Type 304 stainless steel the technique has. Other mechanical properties such as tensile strength, elastic limit and hardness of the austenitic stainless steel of the present invention are comparable to those of the Type 304 stainless steel of the prior art. Table 3
Figure 00050002
Figure 00060001
Table 4
Figure 00060002

Die oben erwähnten Tests zeigen, dass der austenitische rostfreie Stahl der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie Faserstabilität während einer Warm- oder Kaltbearbeitung aufweist und gleichzeitig einen relativ niedrigen Nickelgehalt und einen niedrigen Chromgehalt verglichen mit im Stand der Technik bekannten Stählen hat.The mentioned above Tests show that the austenitic stainless steel of the present Invention excellent mechanical strength, corrosion resistance as well as fiber stability while a hot or cold working and at the same time a relatively low nickel content and a low chromium content compared with known in the art steels.

Claims (3)

Ein austenitischer rostfreier Stahl mit (a) 0,03 Gw% bis 0,064 Gw% C; (b) 0,2 Gw% bis 1,0 Gw% Si; (c) 7,5 Gw% bis 10,5 Gw% Mn; (d) 14,0 Gw% bis 16,0 Gw% Cr; (e) 1,0 Gw% bis 5,0 Gw% Ni; (f) 0,04 Gw% bis 0,25 Gw% N; (g) 1,0 Gw% bis 3,5 Gw% Cu; (h) Spuren von Mo; und mit Fe und zufälligen Verunreinigungen ausgeglichen; und wahlweise einem oder mehreren der folgenden 5-30 ppm B; nicht mehr als 150 ppm S, und/oder nicht mehr als 0,06 Gw% P; wobei besagter austenitischer rostfreier Stahl einen δ-Ferrit-Gehalt von weniger als 8,5 hat, welcher der nachfolgenden Formel genügt: δ-Ferrit = 6.77[(d) + (h) + 1,5(b)] – 4,85[(e) + 30(a) + 30(f) + 0,5(c) + 0,3(g)] – 52,75,wobei die Dehnung zwischen 53,1 und 55,3 % und die Härte zwischen 82,3 und 84,7 HRBO liegt.An austenitic stainless steel containing (a) 0.03% by weight to 0.064% by weight of C; (b) 0.2% by weight to 1.0% by weight of Si; (c) 7.5% by weight to 10.5% by weight of Mn; (d) 14.0% by weight to 16.0% by weight of Cr; (e) 1.0% by weight to 5.0% by weight Ni; (f) 0.04 Gw% to 0.25 Gw% N; (g) 1.0% by weight to 3.5% by weight of Cu; (h) traces of Mo; and balanced with Fe and incidental impurities; and optionally one or more of the following 5-30 ppm B; not more than 150 ppm S, and / or not more than 0.06 Gw% P; wherein said austenitic stainless steel has a δ-ferrite content of less than 8.5, which satisfies the following formula: δ-ferrite = 6.77 [(d) + (h) + 1.5 (b)] - 4.85 [(e) + 30 (a) + 30 (f) + 0.5 (c) + 0.3 (g)] - 52.75, the elongation being between 53.1 and 55.3% and the hardness between 82.3 and 84.7 HRBO. Der austenitische rostfreie Stahl gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizitätsgrenze zwischen 287,6 und 319,7 MPa liegt.The austenitic stainless steel according to claim 1, characterized in that the elastic limit between 287.6 and 319.7 MPa. Der austenitische rostfreie Stahl gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit des besagten austenitischen rostfreien Stahls zwischen 618,4 und 642,6 MPa liegt.The austenitic stainless steel according to claim 1 or 2, characterized in that the tensile strength of said Austenitic stainless steel is between 618.4 and 642.6 MPa.
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