EP0818552B1 - Rostfreie ferritisch-austenitische Gussstahllegierung - Google Patents

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EP0818552B1 EP97111887A EP97111887A EP0818552B1 EP 0818552 B1 EP0818552 B1 EP 0818552B1 EP 97111887 A EP97111887 A EP 97111887A EP 97111887 A EP97111887 A EP 97111887A EP 0818552 B1 EP0818552 B1 EP 0818552B1
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    • C22C—ALLOYS
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    • 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 the use of objects made of a stainless ferritic-austenitic Chromium-nickel steel alloy with small amounts of coordinated Contain further alloying agents, a structure that is 50 vol .-% Delta ferrite as the basic structure with finely divided austenite as the rest gives the duplex steel alloys have good corrosion resistance and high Strength.
  • Duplex alloys of this type are known per se. This is how the European describes Patent Specification 0 220 141 a stainless, high nitrogen-containing duplex wrought alloy with high corrosion resistance and structural stability, the maximum 0.05% carbon, 23 to 27% chromium, 5.5 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, at most 0.5% copper, at most 0.5% tungsten, at most 0.010 % Sulfur, up to 0.5% vanadium and up to 0.18% cerium, balance including smelting contaminants contains iron; their levels Alloy elements within the specified salary limits in certain Are coordinated.
  • This alloy requires solution annealing at about 1075 ° C to adjust the structure to a ferrite content of 30 to 55%; it is suitable for solution-annealed, cold-formed and also welded Condition especially for use in a chloride environment.
  • European Patent 0 156 778 describes a corrosion-resistant, stainless ferritic-austenitic duplex steel alloy known.
  • the invention is based on the problem of corrosion resistance and To further improve the strength of this type of cast steel alloy.
  • the invention proposes use according to claim 1.
  • the steel to be used 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 above 0.5%, for example at 0.55% or also at 0.6%.
  • the total content can Tungsten and tantalum are 0.05 to 0.80%.
  • Table II below shows the critical pitting temperature limit of test alloys 1 and 2 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.
  • compositions of the heart mixtures cast or kneaded alloys A to E on which the diagram in FIG. 1 is based are shown in Table III below.
  • Alloy (%) A B C 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 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

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Gegenstanden aus einer rostfreien ferritisch-austenitischen Chrom-Nickel-Stahllegierung mit geringen Mengen aufeinander abgestimmter Gehalte weiterer Legierungsmittel, Ein Gefüge, das zu 50 Vol.-% aus Deltaferrit als Grundgefüge mit feinverteiltem Austenit als Rest besteht, 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 Duplex-Knetlegierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Gefügestabilität, die 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; deren Gehalte an Legierungselementen innerhalb der angegebenen Gehaltsgrenzen in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt sind. Diese Legierung erfordert ein Lösungsglühen bei etwa 1075°C, um das Gefüge auf einen Ferritanteil von 30 bis 55% einzustellen; sie eignet sich im lösungsgeglühten, kaltverformten und auch geschweißten Zustand insbesondere für eine Verwendung in chloridischer Umgebung.
Des weiteren ist aus der europäischen Patentschrift 0 156 778 eine korrosionsbeständige, rostfreie ferritisch-austenitische Duplex-Stahliegierung 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 die Verwendung gemäß Anspruch 1 vor.
Der erfindungsgemäß zu verwendende 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 ertäutert.
Um die Erfindung gemäß Anspruch 1 für eine kobaltfreie Basislegierung mit einer nominellen Zusammensetzung von 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, 0,15 bis 0,3% Vanadium und Niob, bis 0,31% Tantal, bis 0,015% Phosphor, bis 0.005% Schwefel, Rest Eisen zu veranschaulichen, wurden im Rahmen einer weiteren Versuchsreihe zwei Schmelzen 1 und 2 mit der Zusammensetzung nach Tabelle 1 als Beispiel für eine Vanadium, Niob und Tantal enthaltende Gußstahllegierung (25,0 Cr- 4,25 Mo-7,4 Ni-0,28 N-Fe), jedoch mit niedrigem Chromgehalt hergestellt.
Legierung (%) 1 2
C 0,026 0,016
Si 0,10 0,14
Mn 0,15 0,08
Ni 7,60 7,43
N 0,282 0,267
P 0,010 0,011
S 0,005 0,005
Cr 25,23 24,93
Mo 4,24 4,29
W 0,070 0,07
V 0,015 0,02
Nb 0,27 0,26
Ta 0,02 0,31
Fe Rest Rest
Die nachfolgende Tabelle II gibt die kritische Lochfraß-Temperaturgrenze der Versuchstegierungen 1 und 2 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 1 2
PREN 43,7 43,3
Tk (°C) 80 85
Das Diagramm der Figur 1 zeigt die gemessenen kritischen Temperaturen in Abhängigkeit von den PREN-Werten herkömmlicher Gußstahllegierungen und der erfindungsgemäßen Gußstahllegierungen 1 und 2. 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. 2.
Die Zusammensetzungen der dem Diagramm der Figur 1 zugrundeliegenden herz kömmüchen gegossenen bzw. gekneteten Legierungen A bis E ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle III.
Legierung (%) A B C 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 Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen 1 und 2 ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle IV.
Figure 00060001

Claims (5)

  1. Verwendung von Gegenständen aus einer rostfreien ferritisch-austenitischen Stahllegierung mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraßbeständigkeit mit bis 0,030% Kohlenstoff bis 0,30% Silizium bis 0,40% Mangan 6 bis 8,5% Nickel bis 0,30% Kobalt 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 0,15 bis 0,30 Vanadium und Niob bis 0,31% Tantal bis 0,015% Phosphor bis 0,005% Schwefel,
    Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, deren Gehalte an Vanadium, Niob, Tantal, Kohlenstoff und Stickstoff der Bedingung [(%V) + (%Nb) + (% Ta)]/[(%C) + (%N)] = 0,5 bis 1,0 genügen, im gegossenen Zustand.
  2. Verwendung von Gegenständen nach Anspruch 1 mit mindestens 0,1% Wolfram, Vanadium, Niob und Tantal einzeln oder nebeneinander im gegossenen Zustand.
  3. Verwendung von Gegenständen nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Gesamtgehalt an Wolfram und Titan von 0,05 bis 0,80%.
  4. Verwendung von Gegenständen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Gesamtgehalt an Vanadium und Niob von 0,15 bis 30%.
  5. Verwendung von Gegenständen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die bei guter Zähigkeit einer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere Lochfraßbeständigkeit in chloridischen Medien bedürfen.
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