EP0818552A2 - Rostfreie ferritisch-austenitische Gussstahllegierung - Google Patents

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EP0818552A2
EP0818552A2 EP97111887A EP97111887A EP0818552A2 EP 0818552 A2 EP0818552 A2 EP 0818552A2 EP 97111887 A EP97111887 A EP 97111887A EP 97111887 A EP97111887 A EP 97111887A EP 0818552 A2 EP0818552 A2 EP 0818552A2
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EP
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tantalum
vanadium
niobium
nitrogen
carbon
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Willi Kleemann
Benno Hoffmann
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Schmidt and Clemens GmbH and Co
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten

Definitions

  • the invention relates to a stainless ferritic-austenitic Chromium-nickel cast steel alloy with small amounts of coordinated contents of other Alloy agent, the structure of which is 50 vol .-% Delta ferrite as a basic structure with finely divided austenite as the rest. About 50% ferrite, the rest Austenitic structure gives the duplex steel alloys good corrosion resistance and high Strength.
  • Duplex alloys of this type are known per se. So European Patent 0 220 141 describes a rustproof, high-nitrogen duplex steel alloy with high corrosion resistance and structural stability, the maximum 0.05% carbon, 23 to 27% chromium, 5.5 up to 9% nickel, 0.25 to 0.40% nitrogen, at most 0.8% silicon, at most 1.2% manganese, 3.5 to 4.9% Molybdenum, maximum 0.5% copper, maximum 0.5% Tungsten, at most 0.010% sulfur, up to 0.5% vanadium and up to 0.18% cerium, the rest including melting-related Impurities contains iron, its contents of alloying elements within the specified Salary limits coordinated in a certain way are.
  • European patent specification 0 156 778 is a corrosion-resistant, rustproof ferritic-austenitic Duplex steel alloy known.
  • the invention is based on the problem of corrosion resistance and strength of this type of cast steel alloy continue to improve.
  • the steel according to the invention preferably contains at least 0.1%, better still at least 0.2% tungsten, Vanadium, niobium and tantalum individually or side by side.
  • the tungsten content can also be over 0.5%, for example at 0.55% or also at 0.6%.
  • Of the total content of tungsten and tantalum can also contribute 0.05 to 0.80%.
  • the pitting resistance was determined in a solution containing 6% FeCl 3 in the temperature range according to ASTM G 48-76 on solution-annealed and water-quenched samples.
  • the critical temperature was that at which there was still no corrosion attack on the sample surface after 72 hours in the solution.
  • the temperature in question was measured with an accuracy of +/- 2.5 ° C. In these tests, a high critical temperature stands for improved corrosion behavior.
  • the data obtained in the tests demonstrate the greatly improved corrosion resistance of the cast steels according to the invention.
  • Table II below shows the results of the corrosion tests with the 4 test alloys in Table I, the critical pitting temperature of which was determined in the aforementioned manner in accordance with ASTM G 48-76.
  • the critical temperatures determined are considerably higher than those of commercially available higher-alloy cast steels; they are compared in Table II below with the PREN values of the individual alloys.
  • Table III shows the compositions of conventional cast or kneaded duplex steel alloys A to E. Alloy (%) A rolled B C rolled D E C. 0.03 0.03 0.03 - - Si 0.35 0.31 0.20 - - Mn 0.75 0.54 0.80 - - P 0.019 0.031 0.012 - - S 0.005 0.011 0.002 - - Cr 25.5 27.2 27.4 25.0 27 Mon 4.1 3.1 3.1 3.0 3.1 Ni 7.0 8.3 8.0 5.5 8th Cu 0.24 2.71 2.51 1.7 1.0 V - - - - - W - - - - N 0.27 0.23 0.24 0.18 0.22 Nb - - - - - - - Fe rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest
  • Table IV below shows the noticeably better ones mechanical properties of the cast steel alloys according to the invention 1 to 4.
  • a cobalt-free base alloy with a nominal composition of up to 0.025% carbon, up to 0.25% silicon, up to 0.40% manganese, 6.5 to 8.0% nickel, 0.25 to 0.30% nitrogen , 24.5 to 26.0% chromium, 4.0 to 4.5% molybdenum, 0.5 to 1.0% tungsten, 0.02 to 0.30% vanadium, to 0.30% niobium, to 0
  • 30% tantalum, up to 0.30% phosphorus, up to 0.002% sulfur, the rest iron, four further melts 5 to 8 were used as an example for a cast steel alloy also containing vanadium, niobium and tantalum (25.0 Cr- 4.25 Mo-7.4 Ni-0.28 N-Fe), but with a lower chromium content.
  • Table VI below shows the critical pitting temperature limit of test alloys 5 to 8 in the test described above according to ASTM G 48-76.
  • the critical temperatures (T k ) determined in this case are considerably higher in comparison with commercially available cast steel alloys; they are compared to the respective PREN values of the individual alloys.
  • alloys 5 to 8 The strength properties of alloys 5 to 8 according to the invention are shown in Table VIII below.
  • test alloys 9 to 12 are shown in Table IX below. Alloy (%) 9 10th 11 12th C. 0.021 0.022 0.021 0.015 Si 0.18 0.09 0.18 0.19 Mn 0.32 0.13 0.31 0.08 P 0.008 0.007 0.008 0.0095 S 0.005 ⁇ 0.005 ⁇ 0.005 0.005 Cr 23.41 23.03 23.42 23.68 Mon 3.85 3.59 3.87 3.61 Ni 6.35 6.19 6.40 5.93 V 0.15 0.012 0.15 - W 0.63 0.11 0.63 0.08 N 0.25 0.279 0.26 0.278 Nb 0.013 0.25 0.013 0.26 Ta ⁇ 0.02 ⁇ 0.02 0.02 0.22 Fe rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest rest
  • FIG. 5 again shows that the determined critical temperatures of the invention Test alloys not related to the above the dependence on the PREN value already mentioned in Example 1 consequences.
  • the test alloys according to the invention with their carefully coordinated levels on vanadium, tungsten, niobium, tantalum and carbon and Have nitrogen at a PREN of about 40, like results from the diagram in FIG. 6, a noticeable one better corrosion resistance.
  • test alloys 9 to 12 according to the invention are shown in Table XII below.

Abstract

Rostfreie ferritisch-austenitische Gußstahllegierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraßbeständigkeit in chloridischen Medien und hoher Festigkeit aus bis 0,030% Kohlenstoff, bis 0,30% Silizium, bis 0,40% Mangan, 8 bis 10,0% oder 6,5 bis 8,5% oder 5,5 bis 6,5% Nickel, bis 0,30% Kobalt, 0,25 bis 0,325% oder bis 0,30% Stickstoff, 26,5 bis 27,5%, 24,5 bis 26,0% oder 23 bis 24% Chrom, 4,25 bis 5,0%, 4,0 bis 4,5% oder 3,5 bis 4,0% Molybdän, bis 1,0% Wolfram, bis 0,2% Vanadium, bis 0,30% Niob, bis 0,30% Tantal, mit im Verhältnis zum Gesamtgehalt an Kohlenstoff und Stickstoff aufeinander abgestimmten Gehalten an Vanadium, Niob, Tantal und Wolfram, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine rostfreie ferritisch-austenitische Chrom-Nickel-Gußstahllegierung mit geringen Mengen aufeinander abgestimmter Gehalte weiterer Legierungsmittel, dessen Gefüge zu 50 Vol.-% aus Deltaferrit als Grundgefüge mit feinverteiltem Austenit als Rest besteht. Das zu etwa 50 % aus Ferrit, Rest Austenit bestehende Gefüge verleiht den Duplex-Stahllegierungen eine gute Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit.
Duplex-Legierungen dieser Art sind an sich bekannt. So beschreibt die europäische Patentschrift 0 220 141 eine rostfreie, hoch-stickstoffhaltige Duplexstahllegierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Gefügestabilität, der höchstens 0,05 % Kohlenstoff, 23 bis 27 % Chrom, 5,5 bis 9 % Nickel, 0,25 bis 0,40 % Stickstoff, höchstens 0,8 % Silizium, höchstens 1,2 % Mangan, 3,5 bis 4,9 % Molybdän, höchstens 0,5 % Kupfer, höchstens 0,5 % Wolfram, höchstens 0,010 % Schwefel, bis 0,5 % Vanadium und bis 0,18 % Cer, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen enthält, dessen Gehalte an Legierungselementen innerhalb der angegebenen Gehaltsgrenzen in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt sind.
Des weiteren ist aus der europäischen Patentschrift 0 156 778 eine korrosionsbeständige, rostfreie ferritisch-austenitische Duplexstahllegierung bekannt.
Diese Stahllegierungen haben sich wegen ihrer hohen Festigkeit und ihrer Beständigkeit gegen Lochfraß bzw. lokale Korrosion in Anwesenheit von Chloriden in der Praxis durchgesetzt; infolge ihrer Korrosionsbeständigkeit vermögen sie höherlegierte und demgemäß teurere Stahllegierungen zu ersetzen. Gleichwohl sind sie mit Nachteilen behaftet; denn ihre Korrosionsbeständigkeit ist im Vergleich zu gekneteten Stählen nur mäßig, weil es beim Erstarren zu einer Mikrosteigerung insbesondere von Molybdän und Chrom kommt, die von einer Verarmung an Molybdän und Chrom begleitet ist. Die molybdän- und chromverarmten Zonen des Gefüges sind naturgemäß von weniger Korrosionsbeständigkeit und erlauben daher den Beginn einer lokalen Korrosion und deren vergleichsweise leichte Ausbreitung.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit dieser Art von Gußstahllegierungen weiter zu verbessern.
Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung eine Gußstahllegierung mit bis 0,03% Kohlenstoff, bis 0,40% Mangan, bis 0,30% Silizium, 26,5 bis 27,5% Chrom, 8,0 bis 10,0% Nickel, bis 0,3% Kobalt, 4,25 bis 5,0% Molybdän, bis 1,0% Wolfram, bis 0,20% Vanadium, bis 0,3% Niob, bis 0,30% Tantal, 0,25 bis 0,30% Stickstoff, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen vor, der den folgenden Bedingungen genügt:
  • [(%V) + (%Nb) + (%Ta)]/[(%C) + (%N)] = 0,5 bis 1,0
  • (%V) + (%Nb) = 0,15 bis 0,30.
Eine vergleichsweise hohe Korrosionsbeständigkeit und Zugfestigkeit ergibt sich auch, wenn die Stahllegierung aus bis 0,030% Kohlenstoff, bis 0,40% Mangan, bis 0,30% Silizium, 24,5 bis 26,5% Chrom, 6,5 bis 8,5% Nickel, 4,0 bis 4,5% Molybdän, bis 1,0% Wolfram, bis 0,2% Vanadium, bis 0,3% Niob, bis 0,30% Tantal, 0,25 bis 0,30% Stickstoff, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen enthält und den Bedingungen
  • [(%V) + (%Nb) + (%Ta)]/[(%C) + (%N)] = 0,5 bis 1,0
  • (%V) + (%Nb) = 0,15 bis 0,30
genügt und im wesentlichen kobaltfrei ist.
Schließlich weist auch ein erfindungsgemäßer, ebenfalls im wesentlichen kobaltfreier Stahl mit bis 0,030% Kohlenstoff, bis 0,40% Mangan, bis 0,30% Silizium, 23,0 bis 24,0% Chrom, 5,5 bis 6,5% Nickel, 3,5 bis 4,0% Molybdän, bis 1,0% Wolfram, bis 0,2% Vanadium, bis 0,3% Niob, bis 0,3% Tantal, 0,25 bis 0,30% Stickstoff, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingte Verunreinigungen eine in gleicher Weise verbesserte Korrosionsbeständigkeit und Zugfestigkeit auf, wenn er den folgenden Bedingungen genügt:
  • [(%V) + (%Nb) + (%Ta) + (%W)]/(%C) + (%N) = 1,8 bis 3
  • (%V) + (%Nb) = 0,15 bis 0,25.
Der erfindungsgemäße Stahl enthält vorzugsweise mindestens 0,1%, besser noch mindestens 0,2% Wolfram, Vanadium, Niob und Tantal einzeln oder nebeneinander. Der Wolframgehalt kann auch über 0,5% liegen, beispielsweise bei 0,55% oder auch bei 0,6%. Des weiteren kann der Gesamtgehalt an Wolfram und Tantal bei 0,05 bis 0,80% liegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert.
Beispiel 1
Um die Erfindung für eine Basislegierung mit der nominellen Zusammensetzung: bis 0,030% Kohlenstoff, bis 0,30% Silizium, bis 0,40% Mangan, 8 bis 10% Nickel, bis 0,3% Kobalt, 0,25 bis 0,325% Stickstoff, 26,5 bis 27,5% Chrom, 4,25 bis 5,0% Molybdän, bis 1,0% Wolfram, bis 0,20% Vanadium, bis 0,3% Niob, bis 0,3% Tantal, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen zu veranschaulichen, wurden mehrere 200 kg-Schmelzen zu Feingußproben vergossen, lösungsgeglüht, und in Wasser abgeschreckt. Ihre Zusammensetzungen ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle I. Bei allen Versuchslegierungen bestand der Legierungsrest aus Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Legierung (%) 1 2 3 4
C 0,023 0,021 0,025 0,0145
Si 0,19 0,19 0,10 0,15
Mn 0,35 0,15 - 0,08
Ni 8,20 8,23 9,97 10,25
Co 0,16 0,18 <0,02 -
N 0,317 0,319 0,255 0,299
P 0,011 0,011 0,012 0,016
S 0,007 0,006 <0,005 0,005
Cr 26,69 26,92 27,72 27,48
Mo 4,40 4,44 4,88 5,03
W 0,78 0,77 0,09 0,10
V 0,16 0,16 0,013 -
Nb 0,010 0,012 0,22 0,26
Ta <0,02 <0,02 <0,02 0,33
Fe Rest Rest Rest Rest
Die Lochfraßbeständigkeit wurde in einer 6 % FeCl3 enthaltenden Lösung im Temperaturbereich nach ASTM G 48-76 an lösungsgeglühten und in Wasser abgeschreckten Proben ermittelt. Dabei galt diejenige Temperatur als kritisch, bei der sich nach einem Aufenthalt von 72 Stunden in der Lösung noch kein Korrosionsangriff an der Probenoberfläche zeigte. Die betreffende Temperatur wurde mit einer Genauigkeit von +/- 2,5 °C gemessen. Bei diesen Versuchen steht eine hohe kritische Temperatur für ein verbessertes Korrosionsverhalten. Die bei den Versuchen gewonnenen Daten belegen die in starkem Maße verbesserte Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Gußstähle.
In der nachfolgenden Tabelle II sind die Ergebnisse der Korrosionsversuche mit den 4 Versuchslegierungen der Tabelle I zusammengestellt, deren kritische LochfraßTemperatur in der vorerwähnten Weise nach ASTM G 48-76 bestimmt wurde. Die dabei ermittelten kritischen Temperaturen liegen im Vergleich zu handelsüblichen höherlegierten Gußstählen wesentlich höher; sie sind in der nachfolgenden Tabelle II den PREN-Werten der einzelnen Legierungen gegenübergestellt.
Legierung 1 2 3 4
PREN 46,3 46,7 47,9 48,9
Tk (°C) 95 95 95 70
Das Diagramm der Figur 1 gibt die gemessenen kritischen Temperaturen in Abhängigkeit von den PREN-Werten herkömmlicher und der erfindungsgemäßen Gußstahllegierungen 1 bis 4 wieder. Dabei zeigt sich, daß die kritischen Temperaturen der erfindungsgemäßen Versuchslegierungen nicht der üblichen Abhängigkeit: cpt = f (PREN) herkömmlicher rostfreier ferritisch-austenitischer Gußstahllegierungen Tk = 2,397 · PREN - 54,37 folgen.
Die in der Standardlösung nach ASTM G 48-76, Verfahren A, bei einer Versuchszeit von 72 Stunden ermittelten Werte zeigen, daß die erfindungsgemäßen Stähle mit ihren sorgfältig aufeinander abgestimmten Gehalten an Vanadium, Niob und Tantal einerseits sowie Kohlenstoff und Stickstoff andererseits im Falle einer 27% Cr-4,50% Mo-0,30% N-Gußstahllegierung bei einem PREN-Wert von annähernd 46 bis 48 eine merklich bessere Korrosionsbeständigkeit besitzen, wie sich aus Fig. 2 ergibt.
Die nachfolgende Tabelle III gibt die Zusammensetzungen herkömmlicher gegossener bzw. gekneteter Duplex-Stahllegierungen A bis E wieder.
Legierung (%) A gewalzt B C gewalzt D E
C 0,03 0,03 0,03 - -
Si 0,35 0,31 0,20 - -
Mn 0,75 0,54 0,80 - -
P 0,019 0,031 0,012 - -
S 0,005 0,011 0,002 - -
Cr 25,5 27,2 27,4 25,0 27
Mo 4,1 3,1 3,1 3,0 3,1
Ni 7,0 8,3 8,0 5,5 8
Cu 0,24 2,71 2,51 1,7 1,0
V - - - - -
W - - - - -
N 0,27 0,23 0,24 0,18 0,22
Nb - - - - -
Ta - - - - -
Fe Rest Rest Rest Rest Rest
Die nachfolgende Tabelle IV zeigt die merklich besseren mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gußstahllegierungen 1 bis 4.
Bei den Zugversuchen kamen lösungsgeglühte und in Wasser abgeschreckte Proben zur Verwendung. Die bei den Versuchen festgestellten Mittelwerte sind in der Tabelle IV zusammengestellt.
Legierung 0,2-Streckgrenze (MPa) 1,0-Streckgrenze (MPa) Zugfestigkeit (MPa) Dehnung (%) Einschn. (%)
1 579 687 796 8 20
2 590 678 826 18 34
3 622 709 824 7 13
4 589 707 764 4 13
Beispiel 2
Um die Erfindung für eine kobaltfreie Basislegierung mit einer nominellen Zusammensetzung von bis 0,025% Kohlenstoff, bis 0,25% Silizium, bis 0,40% Mangan, 6,5 bis 8,0% Nickel, 0,25 bis 0,30% Stickstoff, 24,5 bis 26,0% Chrom, 4,0 bis 4,5% Molybdän, 0,5 bis 1,0% Wolfram, 0,02 bis 0,30% Vanadium, bis 0,30% Niob, bis 0,30% Tantal, bis 0,30% Phosphor, bis 0,002% Schwefel, Rest Eisen zu veranschaulichen, wurden im Rahmen einer weiteren Versuchsreihe vier weitere Schmelzen 5 bis 8 als Beispiel für eine ebenfalls Vanadium, Niob und Tantal enthaltende Gußstahllegierung (25,0 Cr- 4,25 Mo-7,4 Ni-0,28 N-Fe), jedoch mit niedrigerem Chromgehalt hergestellt.
Legierung (%) 5 6 7 8
C 0,010 0,026 0,011 0,016
Si 0,22 0,10 0,22 0,14
Mn 0,35 0,15 0,34 0,08
Ni 7,20 7,60 7,50 7,43
N 0,284 0,282 0,340 0,267
P 0,011 0,010 0,012 0,011
S 0,013 0,005 0,011 0,005
Cr 25,54 25,23 25,36 24,93
Mo 4,29 4,24 4,28 4,29
W 0,58 0,070 0,58 0,07
V 0,17 0,015 0,17 0,02
Nb 0,012 0,27 0,012 0,26
Ta 0,02 0,02 0,002 0,31
Fe Rest Rest Rest Rest
Die nachfolgende Tabelle VI gibt die kritische Lochfraß-Temperaturgrenze der Versuchslegierungen 5 bis 8 bei dem oben geschilderten Versuch nach ASTM G 48-76 wieder. Die dabei ermittelten kritischen Temperaturen (Tk) liegen im Vergleich zu handelsüblichen Gußstahllegierungen wesentlich höher; sie sind den jeweiligen PREN-Werten der einzelnen Legierungen gegenübergestellt.
Legierung 5 6 7 8
PREN 44,24 43,7 44,9 43,3
Tk (°C) 80 80 55 65
Das Diagramm der Figur 3 zeigt die gemessenen kritischen Temperaturen in Abhängigkeit von den PREN-Werten herkömmlicher Gußstahllegierungen und der erfindungsgemäßen Gußstahllegierungen 5 bis 8. Dabei zeigt sich, daß die kritischen Temperaturen der erfindungsgemäßen Versuchslegierungen nicht der üblichen Abhängigkeit Tk = f(PREN) herkömmlicher rostfreier ferritisch-austenitischer Gußstahllegierungen: Tk (°C) = 2,397 · PREN - 54,37 folgen.
Die in der Standardlösung nach einer Versuchszeit von 72 Stunden ermittelten Werte zeigen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen mit ihren sorgfältig aufeinander abgestimmten Gehalten an Vanadium, Niob und Tantal einerseits sowie Kohlenstoff und Stickstoff andererseits für den Fall einer 25Cr-4,3Mo-0,28N-Legierung bei einem PREN-Wert von etwa 44% eine merklich bessere Korrosionsbeständigkeit besitzen; dies ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 4.
Die Zusammensetzungen der dem Diagramm der Figur 3 zugrundeliegenden herkömmlichen gegossenen bzw. gekneteten Legierungen F bis K ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle VII.
Legierung (%) F G H I K
C 0,03 0,03 0,03 -- --
Si 0,35 0,31 0,20 -- --
Mn 0,75 0,54 0,80 -- --
P 0,019 0,031 0,012 -- --
S 0,005 0,011 0,002 -- --
Cr 25,5 27,2 27,4 25,0 27
Mo 4,1 3,1 3,1 3,0 3,1
Ni 7,0 8,3 8,0 5,5 8
Cu 0,24 2,71 2,51 1,7 1,0
V -- -- -- -- --
W -- -- -- -- --
N 0,27 0,23 0,24 0,18 0,22
Nb -- -- -- -- --
Ta -- -- -- -- --
Fe Rest Rest Rest Rest Rest
Die Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen 5 bis 8 ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle VIII.
Legierung 0,2-Streckgrenze (MPa) 1,0-Streckgrenze (MPa) Zugfestigkeit (MPa) Dehnung (%) Einschn. (%)
5 541 640 775 17 40
6 -- -- -- -- --
7 567 664 813 20 36
8 565 659 746 7 19
Beispiel 3
Zur Veranschaulichung der Erfindung für eine ebenfalls kobaltfreie Basislegierung mit geringerem Chromgehalt der nominellen Zusammensetzung: bis 0,03% Kohlenstoff, bis 0,3% Silizium, bis 0,4% Mangan, 5,5 bis 6,5% Nickel, 0,25 bis 0,3% Stickstoff, 23 bis 24% Chrom, 3,5 bis 4% Molybdän, bis 1% Wolfram, bis 0,2% Vanadium, bis 0,3% Niob, bis 0,3% Tantal, bis 0,015% Phosphor und bis 0,005% Schwefel, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen wurden vier weitere Versuchslegierungen 9 bis 12 in der im Zusammenhang mit dem Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt sowie hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit untersucht.
Die Zusammensetzung der Versuchslegierungen 9 bis 12 ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle IX.
Legierung (%) 9 10 11 12
C 0,021 0,022 0,021 0,015
Si 0,18 0,09 0,18 0,19
Mn 0,32 0,13 0,31 0,08
P 0,008 0,007 0,008 0,0095
S 0,005 <0,005 <0,005 0,005
Cr 23,41 23,03 23,42 23,68
Mo 3,85 3,59 3,87 3,61
Ni 6,35 6,19 6,40 5,93
V 0,15 0,012 0,15 --
W 0,63 0,11 0,63 0,08
N 0,25 0,279 0,26 0,278
Nb 0,013 0,25 0,013 0,26
Ta <0,02 <0,02 0,02 0,22
Fe Rest Rest Rest Rest
Die bei dem bereits beschriebenen Korrosionsversuch ermittelten kritischen Temperaturen Tk der Versuchslegierungen 9 bis 12 ergeben sich zusammen mit dem jeweiligen PREN-Wert aus der nachfolgenden Tabelle X.
Legierung 9 10 11 12
PREN 40,1 39,3 40,4 40,0
Tk (°C) 70 25 70 60
Das Diagramm der Fig. 5 zeigt wiederum, daß die ermittelten kritischen Temperaturen der erfindungsgemäßen Versuchslegierungen nicht der oben im Zusammenhang mit dem Beispiel 1 bereits erwähnten Abhängigkeit vom PREN-Wert folgen. Die erfindungsgemäßen Versuchslegierungen mit ihren sorgfältig aufeinander abgestimmten Gehalten an Vanadium, Wolfram, Niob, Tantal sowie Kohlenstoff und Stickstoff besitzen bei einem PREN-Wert von etwa 40, wie sich aus dem Diagramm der Fig. 6 ergibt, eine merklich bessere Korrosionsbeständigkeit.
Die Zusammensetzungen der dem Diagramm der Fig. 5 zugrundeliegenden vergossenen bzw. gekneteten Vergleichslegierungen L bis Q ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle XI.
Legierung (%) L M N O P Q
C 0,03 0,03 0,03 0,03 -- --
Si 0,83 0,35 0,31 0,20 -- --
Mn 1,39 0,75 0,54 0,80 -- --
P 0,018 0,019 0,031 0,012 -- --
S 0,01 0,005 0,011 0,002 -- --
Cr 22,3 25,5 27,2 27,4 25,0 27
Mo 2,88 4,1 3,1 3,1 3,0 3,1
Ni 5,33 7,0 8,3 8,0 5,5 8
Cu -- 0,24 2,71 2,51 1,7 1,0
V -- -- -- -- -- --
W -- -- -- -- -- --
N 0,167 0,27 0,23 0,24 0,18 0,22
Nb -- -- -- -- -- --
Ta -- -- -- -- -- --
Fe Rest Rest Rest Rest Rest Rest
Die gemittelten mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Versuchslegierungen 9 bis 12 gibt die nachfolgende Tabelle XII wieder.
Legierung 0,2-Strgr. (MPa) 1,0-Strgr. (MPa) Zugf. (MPA) Dehnung (l/d = 5) (%) Einschn. (%)
9 524 617 759 19 36
10 520 609 770 14 23
11 517 604 716 15 28
12 527 629 751 10 23
Im Vergleich zu herkömmlichen rostfreien ferritischaustenitischen Stahllegierungen zeigen die Daten der Tabelle XII eine Verbesserung der Festigkeit bei angemessener Duktilität.

Claims (6)

  1. Rostfreie ferritisch-austenitische Gußstahllegierung mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraßbeständigkeit mit bis 0,030% Kohlenstoff bis 0,30% Silizium bis 0,40% Mangan 8 bis 10,0% Nickel bis 0,30% Kobalt 0,25 bis 0,32% Stickstoff 26,5 bis 27,5% Chrom 4,25 bis 5,0% Molybdän bis 1,0% Wolfram bis 0,20% Vanadium bis 0,3% Niob (%V) + (%Nb) = 0,15 bis 0,30 bis 0,3% Tantal bis 0,015% Phosphor bis 0,005% Schwefel,
    Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen, deren Gehalte an Vanadium, Niob, Tantal, Kohlenstoff und Stickstoff der folgenden Bedingung genügen: [(%V) + (%Nb) + (% Ta)]/[(%C) + (%N)] = 0,40 bis 1,0.
  2. Rostfreie ferritisch-austenitische Gußstahllegierung mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraßbeständigkeit mit bis 0,030% Kohlenstoff bis 0,30% Silizium bis 0,40% Mangan 6,5 bis 8,5% Nickel 0,25 bis 0,30% Stickstoff 24,5 bis 26,5% Chrom 4,0 bis 4,5% Molybdän bis 1,0% Wolfram bis 0,20% Vanadium bis 0,3% Niob (%V) + (%Nb) = 0,15 bis 0,3 bis 0,3% Tantal bis 0,015% Phosphor bis 0,005% Schwefel,
    Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, dessen Gehalte an Vanadium, Niob, Tantal, Kohlenstoff und Stickstoff der Bedingung [(%V) + (%Nb) + (% Ta)]/[(%C) + (%N)] = 0,5 bis 1,0.
  3. Rostfreie ferritisch-austenitische Gußstahllegierung mit hoher Zugfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraßbeständigkeit mit bis 0,030% Kohlenstoff bis 0,30% Silizium bis 0,40% Mangan 5,5 bis 6,5% Nickel 0,25 bis 0,3% Stickstoff 23 bis 24% Chrom 3,5 bis 4,0% Molybdän bis 1,0% Wolfram bis 0,2% Vanadium bis 0,30% Niob (%V) + (%Nb) = 0,15 bis 0,30 bis 0,3% Tantal bis 0,015% Phosphor bis 0,005% Schwefel,
    Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen deren Gehalte an Vanadium, Niob, Tantal, Kohlenstoff und Stickstoff den folgenden Bedingungen genügen: [(%V) + (%Nb) + (% Ta) (% W)]/[(%C) + (%N)] = 1,8 bis 3.
  4. Gußstahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit mindestens 0,1% Wolfram, Vanadium, Niob und Tantal einzeln oder nebeneinander.
  5. Gußstahllegierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Gesamtgehalt an Wolfram und Titan von 0,05 bis 0,80%.
  6. Verwendung einer Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Werkstoff für Gegenstände, die bei guter Zähigkeit einer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraßbeständigkeit in chloridischen Medien bedürfen.
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