DE69204348T2

DE69204348T2 - Rostfreies plattiertes Blech und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: DE69204348T2
Application number: DE69204348T
Authority: DE
Inventors: Francois Dupoiron; Daniel Jobard
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2012-04-22
Also published as: FR2675415B1; DE69204348D1; EP0511084A1; US5376464A; EP0511084B1; FR2675415A1

Description

Die Erfindung betrifft ein auf beiden Seiten rostfreies plattiertes Blech und ein Verfahren zur Herstellung dieses plattierten Blechs.
In vielen Anwendungen von Stahl oder von Legierungen in sehr korrosiven Medien wie Säuren verwendet man Stähle vom Superaustenit-Typ oder Legierungen auf Nickelbasis in Form von Blechen; dies ist insbesondere der Fall, wenn man Behälter oder bestimmte Schornsteinröhren herstellt.
Die viel Nickel enthaltenden Produkte sind sehr teuer. Um die Kosten zu reduzieren, verwendet man plattierte Bleche, da es aus Gründen, die mit den für diesen Blechen realisierte Konstruktionen benötigten Charakteristika zusammenhängen, nicht möglich ist, die Dicke zu stark zu senken. Diese Bleche werden erhalten, indem man eine Legierungsschicht auf eine Basis aus Konstruktionsstahl plattiert.
Diese Technik bietet mehrere Nachteile:
- die äußere Oberfläche der Basis aus Konstruktionsstahl, der nicht rostfrei ist, kann einer Atmosphärenkorrosion ausgesetzt werden oder einer Korrosion durch auslaufende Produkte, wenn das Blech für die Herstellung eines korrosive Produkte enthaltenden Gefäßes verwendet wird; die äußere Oberfläche kann angestrichen werden, dies ist jedoch ein teures Verfahren, das die Oberfläche nicht perfekt schützt und Instandhaltung notwendig macht;
- die für die Erzielung guter Charakteristika hinsichtlich Beständigkeit gegen Korrosion notwendigen thermischen Behandlungen für das Plattieren der Legierung sind oft nicht verträglich mit den thermischen Behandlungen, die für die Basis notwendig sind, um gute mechanische Charakteristika wie Stoßfestigkeit zu erzielen;
- während des Heißwalzens verursachen die sehr unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften zwischen Basis und Plattierung Unregelmäßigkeiten der Dicke der Plattierung, und zur Sicherstellung einer garantierten Minimaldicke der Plattierung an jeder Stelle muß man der Plattierung eine Zuschlagdicke hinzufügen;
- wegen des sehr unterschiedlichen rheologischen Verhaltens beider Materialien ist es nicht möglich, ein Blech kalt zu walzen, dessen eine Seite aus Legierung und dessen andere Seite aus Konstruktionsstahl besteht.
Wenn man Bleche für die Herstellung von geschweißten Konstruktionen verwendet, die eine Schicht aus rostfreiem Stahl umfassen, die auf eine Basis aus Konstruktionsstahl plattiert sind, kann während des Schweißens der Bleche eine Kontamination des rostfreien Stahls durch Kohlenstoff oder durch andere Legierungselemente des Konstruktionsstahls auftreten (Verdünnungsphänomen).
Das Patent MANNESMANN EP 0 233 437 schlägt eine Lösung für das technische Problem der Kompatibilität der thermischen Behandlung der Plattierung und der Basis vor, die darin besteht, eine Basis aus rostfreiem Austeno-Ferrit-Stahl zu verwenden. Diese Lösung löst jedoch nicht das durch die großen Unterschiede der Rheologie in der Wärmephase wie in der Kälte zwischen der Basis und der Plattierung herrührende Problem.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein plattiertes Blech vorzuschlagen, das eine Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion durch sehr aggressive Produkte wie zum Beispiel Säuren auf einer Seite bietet und das gleichzeitig beständig gegen Korrosion auf der anderen Seite ist, wobei dieses Blech viel weniger teuer ist als ein Blech aus massiver Legierung und mit einer geringen Dicke der Plattierung und einer guten Regelmäßigkeit der Dicke der Plattierung erhalten werden kann, wobei eine Kontamination durch Verdünnung vollständig vermieden wird, und das es ermöglicht, durch Kaltwalzen dünne Bleche mit einem guten Oberflächenzustand zu erhalten.
Der Gegenstand der Erfindung ist ein plattiertes rostfreies Blech, aufgebaut aus zwei übereinander gelagerten und übereinander plattierten Metallschichten, umfassend eine erste Schicht oder Plattierung aus einer Legierung auf Eisen- oder Nickelbasis mit kubisch-flächenzentrierter Struktur, umfassend mindestens 11 % Chrom und mindestens 17 % Nickel, die beständig ist gegen Korrosion durch sehr aggressive Medien wie Säuren, und eine zweite Schicht oder Basis aus rostfreiem Austenit-Stahl, umfassend weniger als 5 % Ferrit, umfassend mindestens 11 % Chrom und mehr als 17 % Nickel, die beständig ist gegen Atmosphären- Korrosion.
Die Schicht aus rostfreiem Austenit-Stahl ist gleichzeitig beständig gegen unbeabsichtigten Kontakt mit sehr korrosiven Produkten wie Säuren.
Die erfindungsgemäßen plattierten Bleche werden durch eines der folgenden Verfahren erhalten: gemeinsames Warmwalzen, Explosionsauftragsschweißen, Explosionsauftragsschweißen gefolgt von Warm-Umwalzen; die plattierten Bleche werden einer Überhärtungs-Behandlung beginnend von einer Temperatur zwischen 950 und 1180 ºC unterworfen.
Diese Bleche können nach dem Warmwalzen kaltgewalzt werden.
Die Erfindung betrifft Bleche, die, während sie einfach warmgewalzt werden, eine Dicke von ungefähr mehr oder gleich 4 mm aufweisen und die, wenn sie kaltgewalzt werden, eine Dicke aufweisen, die bis auf 2 mm absinken kann, und die einen exzellenten Oberflächenzustand zeigen.
Die Erfindung wird im folgenden präziser, aber nicht beschränkend beschrieben.
Um die erfindungsgemäßen plattierten Bleche herzustellen, plattiert man - sei es durch gemeinsames Walzen, sei es durch Explosionsauftragsschweißen, sei es durch Explosionauftragsschweißen und Umwalzen nach bekannten Techniken - eine erste Platte aus einer Legierung mit sehr guter Beständigkeit gegen starke Korrosion auf eine zweite Platte aus rostfreiem Austenit-Stahl, genannt "Basis", um die "Plattierung" herzustellen.
Man unterzieht diese plattierten Bleche den thermischen Behandlungen und den Finish-Behandlungen, die dem Fachmann bekannt sind; insbesondere führt man eine Überhärtung ausgehend von einer Temperatur zwischen 950 und 1180ºC durch; diese Überhärtung ist notwendig, um beiden Schichten ihre Korrosionsbeständigkeits-Eigenschaften zu verleihen. Man erhält auf diese Weise plattierte Bleche einer Dicke von mehr als 5 mm, von denen 1/3 der Plattierung entspricht und 2/3 der Dicke der Basis.
Erfindungsgemäß ist die Plattierung entweder eine Legierung auf Nickel-Basis oder ein Superaustenit-Stahl. In beiden Fällen ist der Gehalt an Chrom größer als 11 % und der Gehalt an Nickel größer als 17 %, um die Rostbeständigkeit zu gewährleisten, insbesondere die Beständigkeit gegen sehr aggressive Medien.
Diese Legierungen oder Stähle sind sehr teuer.
Die Basis besteht aus einem rostfreien Austenit-Stahl, der mindestens 11 % Chrom enthält, um eine gute Beständigkeit gegen Atmosphären-Korrosion oder gegen unbeabsichtigten Kontakt mit korrosiven Produkten zu gewährleisten, und mehr als 17 % Nickel. Die Zusammensetzung dieses Stahls wird so ausgewählt, daß er eine Austenit-Struktur aufweist, deren Gehalt an Ferrit weniger als 5 % beträgt, damit die rheologischen Eigenschaften der Plattierung und der Basis in der Wärme und in der Kälte sich größtmöglich ähneln.
Nickel liegt in einer Menge vor, die gerade ausreicht, um der Basis eine Austenit-Struktur zu verleihen. Diese Stähle sind sehr viel weniger teuer als die Legierungen oder Superaustenit-Stähle, die für die Plattierung verwendet werden.
Man kann genauso rostfreie Austenit-Stähle mit hohen Gehalten an Mangan oder an Stickstoff mit guten mechanischen Eigenschaften verwenden, beispielsweise Stähle, die 17 bis 20 % Chrom, 8 bis 11 % Nickel, 2 bis 9 % Mangan und 0,12 bis 0,5 % Stickstoff enthalten.
Der Fachmann kann die Zusammensetzung der Basis so auswählen, daß ihre thermische Behandlung kompatibel ist mit der der Plattierung.
Man erhält auf diese Weise ein plattiertes Blech, das wegen seiner Dicke sehr gute mechanische Eigenschaften hat im Hinblick auf die Verwendung, die damit möglich ist, eine sehr gute Rostbeständigkeit auf der einen Seite (die der Plattierung entspricht) und eine Rostbeständigkeit mindestens gegen Atmosphären-Angriff und gegen unbeabsichtigten Kontakt mit sehr korrosiven Produkten auf der anderen Seite (die der Basis entspricht) aufweist; schließlich ist dieses Blech wesentlich weniger teuer als ein Blech aus massiver Legierung, das dasselbe mechanische Verhalten zeigt.
Einer der Vorteile der Erfindung, der sie von klassischen plattierten Blechen unterscheidet (auf Basis von Konstruktionsstahl), rührt daher, daß sowohl die Basis als auch die Plattierung eine Austenit-Struktur und so eng benachbarte mechanische Charakteristika aufweisen, daß ihr Verhalten während des Kaltwalzens oder Warmwalzens ähnlich ist. Wegen dieser Tatsache zeigt die Plattierung eine gute Regelmäßigkeit der Dicke, da ihre rheologischen Eigenschaften ähnlich wie die der Basis sind. Darüberhinaus ist es möglich, auf der Basis eine relativ dünne Plattierungsschicht zu realisieren (in der Größenordnung von 2 mm), ohne Kontamination durch Verdünnung der Plattierung durch Elemente des Stahls der Basis zu riskieren. Wegen dieser Tatsache ist es möglich, die durch Warmwalzen erhaltenen Bleche kalt umzuwalzen, um plattierte Bleche einer Dicke so niedrig wie 2 mm herzustellen. In diesem Fall wird das Kaltwalzen im allgemeinen so durchgeführt, daß die Dicke der Plattierung nicht geringer wird als 1 mm. Tatsächlich würde bei Dicken von weniger als 1 mm jedes Kratzen oder jeder mechanische Angriff das Risiko nach sich ziehen, die Plattierung an der Stelle dieses Angriffs zu beschädigen, so daß sie nicht ihre Aufgabe des Schutzes gegen starke Korrosion erfüllen könnte.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß für die Basis ein Material mit sehr geringem Kohlenstoffgehalt verwendet wird, das die Legierungselemente Chrom und Nickel enthält. Diese Zusammensetzung erlaubt es, die Phänomene der Verdünnung zu vermindern, so daß das Verhalten des Blechs während des Schweißens verbessert wird.
Die geringe Dicke der kalt umgewalzten Bleche bietet weiter den Vorteil, daß Einsparungen hinsichtlich des Gewichts und der Kosten erzielt werden können, die besonders interressant sind, wenn die Bleche für die Herstellung von Behältern für den Transport sehr aggressiver Produkte wie Säuren bestimmt sind; die Gewichtseinsparung schlägt sich nieder in einer Verringerung der Leergewichtstransportkosten.
Schließlich gestattet die Herstellung der plattierten Bleche durch Kaltwalzen, daß die mit diesem Verfahren verbundene Oberflächenzustände erzielt werden können.
Im Rahmen von nicht beschränkenden Beispielen kann man für die Herstellung der Plattierung verwenden:
- falls das aggressivste Medium Fluorwasserstoffsäure ist, eine Legierung auf Nickelbasis der Zusammensetzung:
Cr = 22 %, Mo = 7 %, W = 1,5 %, Fe = 19 %, C ≤ 0,015 % ;
- falls das aggressivste Medium Schwefelsäure ist, eine Legierung auf Nickelbasis der Zusammensetzung:
Cr = 16 %, Mo = 16 %, W = 4 %, Fe = 5 %, C ≤ 0,02 % ;
- falls das aggressivste Medium Phosphorsäure in Anwesenheit von Chloriden ist, ein Superaustenit-Stahl der Zusammensetzung:
Cr = 25 %, Ni = 25 %, Mo = 5 % ;
- falls das aggressivste Medium Eisenchlorid ist, eine Legierung auf Nickelbasis der Zusammensetzung:
Cr = 16 %, Mo = 13 %, W = 3 %, C ≤ 0,015 % .
Allgemein wählt man für die Plattierung eine Legierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit, einer kubisch-flächenzentrierten Struktur sowie eine Legierung auf Eisen-Basis oder Nickel-Basis, enthaltend mindestens 11 % Chrom und 17 % Nickel, genauso wie gegebenenfalls Molybdän in einem Gewichtsanteil von mehr als 1 % und Wolfram in einem Anteil größer als 0,5 %.
Diese Legierungen können auch Stickstoff, Kobalt, Niob oder Kupfer einschließen.
Man kann vorteilhaft Legierungen verwenden, die einen großen Anteil Molybdän beispielsweise in der Größenordnung von 28 % enthalten.
Für die Basis kann man, falls das am wenigsten aggressive Medium eine industrielle Atmosphäre ist, einen rostfreien Austenit-Stahl der Typs 18-8 verwenden, dessen Ferrit-Gehalt geringer ist als 5 % und der enthält:
mit gegebenenfalls Zusatz von Stickstoff 0,12 bis 0,5 % oder Mangan 2 bis 9 % oder einen Stahl, enthaltend :
Cr (16 bis 18 %), Ni (10 bis 14 %), Mo (2 bis 4 %) mit gegebenenfalls Zusatz von Stickstoff (0,12 bis 0,5 %),
oder Stähle, enthaltend insbesondere
Cr (20 bis 24 %), Ni (14 bis 17 %), Mo (2 bis 4,5 %) mit Zusatz von Stickstoff (0,12 bis 0,5 %) und Mangan (2 bis 6 %) mit beispielsweise folgender Analyse :
In allen diesen Fällen wird die Zusammensetzung der Basis so eingestellt, daß eine Struktur erzielt wird, die weniger als 5 % Ferrit umfaßt und rheologische Eigenschaften in der Wärme und in der Kälte aufweist, die denen der Plattierung so weit wie möglich nahekommen.
Diese Stähle können einen niedrigen Kohlenstoffgehalt ( C < 0,03 % ) oder einen sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt ( C < 0,015 % ) aufweisen und gegebenenfalls Stickstoffzusatz enthalten.
Dies führt dazu, als Basis unter den Stählen des Typs 304L, 316L, 317L oder 304LN, 316LN, 317LN, XM18, XM19 nach der amerikanischen Norm AISI zu wählen oder equivalente Stähle auszuwählen, solange das Struktur-Gleichgewicht weniger als 5 % Ferrit umfaßt.
Schließlich können die Stähle Zusätze an Kupfer (0,5 bis 3 %) oder Wolfram (0,5 bis 2 %) enthalten.
Es sind sehr zahlreiche Kombinationen möglich, und der Fachmann kann unter diesen diejenige auswählen, die für jede spezielle Anwendung am besten geeignet ist.

Claims

1. Rostfreies plattiertes Blech, aufgebaut aus zwei übereinander liegenden und aufeinander plattierten metallischen Schichten, umfassend eine erste Schicht oder Plattierung aus einer Legierung auf Eisen- oder Nickelbasis mit kubisch-flächenzentrierter Struktur, einschließend mindestens 11% Chrom und mindestens 17% Nickel und beständig gegen Korrosion durch sehr korrosive Medien wie Säuren, und eine zweite Schicht oder Basis aus rostfreiem Stahl, umfassend mindestens 11% Chrom und höchstens 17% Nickel, beständig gegen atmosphärische Korrosion, dadurch charakterisiert, daß die zweite Schicht oder Basis aus rostfreiem Austenit-Stahl besteht, dessen Struktur mindestens 5% Ferrit umfaßt.

2. Plattiertes Blech nach Anspruch 1, dadurch charakterisiert, daß der Kohlenstoffgehalt der Basis geringer ist als 0,03%.

3. Plattiertes Blech nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch charakterisiert, daß die Legierung der Plattierungsschicht mindestens eines der Elemente Molybdän und Wolfram einschließt, in einem Gewichtsverhältnis größer als 1% für Molybdän und größer als 0,5% für Wolfram.

4. Plattiertes Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch charakterisiert, daß die Legierung der Plattierungsschicht zusätzlich mindestens eines der Elemente Stickstoff, Kobalt, Niob und Kupfer einschließt.

5. Plattiertes Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch charakterisiert, daß der Stahl der Basis 17-20% Chrom, 8-11% Nickel und wahlweise 2-9% Mangan und/oder 0,12 oder 0,5% Stickstoff einschließt.

6. Plattiertes Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch charakterisiert, daß der Stahl der Basis zusätzlich Chrom und Nickel, Molybdän, Stickstoff und Mangan einschließt.

7. Plattiertes Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch charakterisiert, daß seine Dicke gleich oder größer 4 mm ist.

8. Plattiertes Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch charakterisiert, daß die Dicke zwischen 2 und 4 mm liegt.

9. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Blechs nach Anspruch 7, dadurch charakterisiert, daß:

- man eine Plattierung der ersten Schicht und der zweiten Schicht nach einem der folgenden Verfahren durchgeführt: gemeinsames Warmwalzen, Explosionsauftragschweißen, Explosionsauftragschweißen gefolgt von Warm-Umwalzen,

- man das plattierte Blech einer Überhärtungsbehandlung beginnend von einer zwischen 950 und 1180ºC liegenden Temperatur unterzieht.

10. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Blechs nach Anspruch 8, dadurch charakterisiert, daß:

- man das plattierte Blech einer Überhärtungsbehandlung beginnend von einer Temperatur zwischen 950 und 1180ºC unterzieht, und

- man in der Kälte das plattierte Blech bis zu einer Dicke zwischen 2 und 4 mm walzt, wobei die erste Schicht oder Plattierung eine Dicke von mindestens 1 mm aufweist.

11. Verwendung eines plattierten Blechs nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Herstellung von Tanks für den Transport korrosiver Produkte.

12. Verwendung eines plattierten Blechs nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Herstellung von Schornsteinrohren.