EP0897018A1 - Duplexstahl mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit - Google Patents

Duplexstahl mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit Download PDF

Info

Publication number
EP0897018A1
EP0897018A1 EP98890210A EP98890210A EP0897018A1 EP 0897018 A1 EP0897018 A1 EP 0897018A1 EP 98890210 A EP98890210 A EP 98890210A EP 98890210 A EP98890210 A EP 98890210A EP 0897018 A1 EP0897018 A1 EP 0897018A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
alloy
max
weight
duplex
austenite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP98890210A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0897018B1 (de
Inventor
Günter Dr. Hochörtler
Peter Dr. Uggowitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH
Original Assignee
Boehler Edelstahl GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boehler Edelstahl GmbH filed Critical Boehler Edelstahl GmbH
Publication of EP0897018A1 publication Critical patent/EP0897018A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0897018B1 publication Critical patent/EP0897018B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the invention relates to a duplex alloy for components subject to complex stress high corrosion resistance and high strength containing the Alloy components Si, Mn, Cr, Mo. Ni, W, N, Al and V, balance Fe and Accompanying elements, which in the heat-treated state are essentially Sigma-phase and nitride-free microstructure and a material strength RM of greater than 800 MPa, a 0.2 proof stress of at least 600 MPa and one Charpy V toughness greater than 125 joules.
  • Duplex alloys are materials for complex components, which high mechanical values regarding the strength and toughness of the material have and a toughness transition temperature of below - 20 ° C if possible should have. Furthermore, the corrosion resistance of the duplex alloys of great importance because these, abbreviated to DSS (duplex stainless steel), in corrosive media in the chemical industry and especially in the OFFSHORE TECHNOLOGY can be used for system components. A good Weldability while avoiding any cracks and maintaining the Corrosion resistance in the zone affected by welding are further requirements for such materials.
  • the invention is based on this prior art (EP-455 625-B) the task of creating a generic duplex alloy, which both in the corrosion and welding property is improved as well as higher mechanical material values and a material strength RM of greater than 800 MPa, a 0.2 proof stress of at least 600 MPa and one Charpy V toughness greater than 125 joules.
  • the advantages of the duplex alloy according to the invention are in particular that this improved corrosion resistance and increased mechanical Has properties of the material at the same time. Furthermore, the Temperature range for solution annealing before the cooling of the raw or components expanded so that the heat treatment to adjust the desired austenite-ferrite structure in the structure less accuracy Execution demands or the generation security is significantly improved. It lies namely with this new alloy through the total effect of the intended Elements in a wide solution annealing temperature range essentially constant and in this form desired ratio of ferrite to austenite in Material before, which is an advantageous latitude regarding the temperature control in the heat treatment. This gives another advantage to one Use of the alloy according to the invention that also with thick-walled parts a microstructure which is substantially uniform over the cross section are.
  • the composition of the duplex material according to the invention in each case within narrow limits.
  • Chromium, molybdenum, tungsten and nitrogen generally improve with increasing contents the corrosion resistance of the material, however indicate in their effect and mutual influence of the structural morphology pronounced limits. If the requirements are exceeded Limits of 26.0, 5.0, 1.0 and 0.39 in% by weight for the above Elements have been found to promote the formation of the sigma phase and Nitrides excreted. As a result or exacerbate these excretions not only the mechanical properties and the weldability of the Material leaps and bounds, the corrosion resistance of it is also affected by a so-called phase limit depletion adversely affected. At Concentrations below 24 wt% Cr, 4 wt% Mo, 0.51 wt% W and The corrosion resistance is reduced in particular below 0.351% by weight of N. and especially the strength of the alloy.
  • a comparatively high nitrogen content within narrow limits from 0.351 to 0.39 % By weight is important in the material according to the invention, because thereby how Surprisingly, it was found to be an advantageously homogeneous Distribution of elements between austenite and ferrite in the structure is achieved with In other words, chrome, tungsten and molybdenum are made by the high Compensating nitrogen contents from the usually alloyed ferrite in the alloyed austenite, which is a significant increase in Corrosion resistance and the tendency to excrete the SIGMA phase largely suppressed.
  • manganese in one Concentration range of 2.5 to 3.5 wt .-% is present because manganese on the one hand Nitrogen solubility increased and on the other hand has an austenite-forming function. Contents of more than 3.5% by weight of Mn increase the austenite content in the structure, however, reduce the corrosion resistance, and may also have an effect disadvantageous in terms of the achievable material strength and in particular secure setting of a desired ratio of ferrite to austenite at the Heat treatment of the parts. Increase manganese contents lower than 2.5% by weight however, the activity of nitrogen in the steel and therefore the risk of Nitride deposits and also change the phase distribution of the structure in disadvantageously.
  • the content of austenite in the structure is greater than that of the ferrite at a high nitrogen content according to the invention due to the corresponding contents of Mn, Cr, Mo, W, Ni, as the results of the investigation showed, the tendency to form nitrides, in particular chromium nitride ( Cr 2 N), largely suppressed, whereby the best corrosion resistance of the material can be achieved.
  • Ni contents higher than 7.5% by weight have an extraordinary effect in the alloy stabilizing, resulting in long thermal treatment times and unevenly high
  • austenite levels depending on the temperature with lower ones Concentrations than 6.5% by weight of nickel have higher ferrite contents with the resultant cause excretions.
  • Tungsten fractions of 0.5 to 1.0% by weight increase the corrosion resistance and reduce the tendency to form intermetallic phases in the Heat treatment of the material. At W contents below 0.5% by weight they are mechanical material properties deteriorated, whereas the limit of W values exceeding 1.0% by weight can cause production disadvantages.
  • the alloy component vanadium as a strong nitride former is in the intended Limits in terms of fine microstructure and high homogeneity meaningful of the material. Vanadium contents higher than 0.2% by weight mask nitrogen and form harmful, especially row-shaped Nitrides, whereas lower levels of vanadium are no longer effective are, so that coarse grain can arise disadvantageously. This also applies to the in this regard partially substitutable elements Ti and Nb / Ta.
  • Silicon contents in the range between 0.2 and 0.8 wt .-% are with regard to the Material quality is important. Lower concentrations of Si can increase Oxygen levels and a poor degree of purity of the material cause. High values above 0.8% by weight influence the due to the ferrite-forming and nitride-forming effects of Si Phase formation disadvantageous. Another disadvantage of higher Si contents is that these favor the formation of intermetallic phases or precipitations
  • Aluminum contents of 0.003 to 0.006% by weight are provided in the alloy. Higher Al contents again promote nitride formation and thereby Reduction of the proportion of dissolved nitrogen with all of the above Disadvantages and smaller aluminum values increase the tendency to form coarse grains.
  • the austenite is compared to the ferrite Phase with the lower hardness and strength, it is for components from the alloy according to the invention important that the volume fraction of austenite is greater than that of the ferrite is present in the structure. On the one hand, this increases the tendency formation of chromium nitride, which worsens the Usage properties of the part causes, reduced, on the other hand, the Austenite phase due to the dissolved nitrogen with regard to the mechanical Properties improved.
  • the new duplex steel according to the invention in specialist circles HDSS (Hyper-Duplex-Stainless- Steel) connects the lowest differences in corrosion potential between alpha and gamma or maximum corrosion resistance and optimal Phase formation kinetics with largely homogeneous distribution of elements between Ferrite and austenite and is therefore concerning the chemical attack that Weldability and the strength properties of the generic Superior materials according to the state of the art.
  • HDSS Hydro-Duplex-Stainless- Steel
  • the PREN factor calculated from the current alloy composition a value between 44.6 and 49.5, preferably between 45.5 and 48.0, exhibits the highest corrosion resistance of the duplex material become.
  • the heat treatment uses a ratio of ferrite to austenite in the structure between 0 , 42 and 0.8, preferably between 0.60 and 0.69, is set, the proportion of the sigma phase and the nitride proportion and the proportion of carbides being less than 5% by weight, preferably less than 0.5% by weight is.
  • the good weldability of the material is further improved, with practically none in particular in the zones of the base material which are influenced by the welding Impairment of the properties are caused.
  • the homogeneity of the material properties especially with regard to a mechanical stress, but also the local corrosion behavior be brought to a higher level if one is made of duplex alloy formed part has a degree of deformation of at least 2.5 times, in particular of at least 3.8 times, the degree of deformation being the sum of the Reduction of the cross-sectional area is to be understood.
  • Tab. 1 shows the chemical composition and the PREN factor achieved of examined melts or samples.
  • Tab. 2 shows the heat treatment and the test results compiled.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Duplexlegierung für komplex beanspruchte Bauteile mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit sowie Zähigkeit. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Legierung eine chemische Zusammensetzung in Gew.-% von Kohlenstoff max 0,04, Silizium 0,21 bis 0,82, Mangan 2,50 bis 3,50, Phosphor max. 0,03, Schwefel max 0,005, Chrom 24,0 bis 26,0, Molybdän 4,0 bis 5,0, Nickel 6,51 bis 7,50, Wolfram 0,51 bis 1,00, Kupfer max. 0,8, Stickstoff 0,351 bis 0,39, Vanadin 0,021 bis 0,202, Niob/Tantal 0 bis 0,1, Calzium 0 bis 0,05, Magnesium 0 bis 0,025, Aluminium 0,003 bis 0,062, Bor max 0,003 Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen besitzt, wobei der PREN-Faktor der Legierung, gebildet aus (% Cr + 3,3x % Mo + 20 x N), einen Wert zwischen 44,5 und 50 aufweist und der aus dieser Legierung gefertigte Roh-oder Bauteil nach einer Wärmebehandlung durch ein Lösungsglühen im Temperaturbereich zwischen 1180 °C und 850 °C mit anschließender forcierter Abkühlung eine Mikrostruktur mit einem den Ferritgehalt übersteigenden Austenitgehalt hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Duplexlegierung für komplex beanspruchte Bauteile mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit enthaltend die Legierungsbestandteile Si, Mn, Cr, Mo. Ni, W, N, Al und V, Rest Fe und Begleitelemente, welche im wärmebehandeltem Zustand ein im wesentlichen sigmaphasen- und nitridfreies Mikrogefüge und eine Materialfestigkeit RM von größer als 800 MPa, eine 0,2 Dehngrenze von mindestens 600 MPa und eine Charpy-V-Zähigkeit von höher als 125 Joule aufweist.
Duplexlegierungen sind Werkstoffe für komplex beanspruchte Bauteile, welche hohe mechanische Werte betreffend die Festigkeit und die Zähigkeit des Materials besitzen und eine Zähigkeitsübergangstemperatur vom möglichst unter - 20 °C aufweisen sollen. Weiters ist die Korrosionsbeständigkeit der Duplexlegierungen von großer Bedeutung, weil diese, abgekürzt DSS ( Duplex- Stainless-Steels), in korrosiven Medien in der chemischen Industrie und insbesondere in der OFFSHORE-TECHNIK für Anlagenkomponenten Verwendung finden. Eine gute Schweißbarkeit und dabei eine Vermeidung jeglicher Risse sowie ein Erhalt der Korrosionsbeständigkeit in der durch eine Schweißung wärmebeeinflußten Zone sind weitere Forderungen an derartige Werkstoffe.
Ausgehend von einer Standard-Duplexlegierung, enthaltend im wesentlichen in Gew.-% 1,2 Mn, 23,0 Cr, 3,2 Mo, 6,0 Ni und 0,18 N, wurde einerseits erfolgreich versucht, die Festigkeit des Materials durch eine Erhöhung des Stickstoffgehaltes auf 0,35 Gew.-% sowie der Cr- und Mn-Konzentration auf 26,0 und 5,7 Gew.-% bei einer Verminderung des Ni- und Mo-Anteiles auf 4,0 und 2,0 Gew.-% anzuheben. Andererseits erfolge eine metallurgische Weiterentwicklung in der Richtung einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit, was durch ein Anheben in geringerem Ausmaß des Ni- Gehaltes bei einer Vergrößerung der N- und insbesondere der Mo-Konzentration in der Legierung erreicht wurde.
Eine sowohl hinsichtlich des Korrosionsverhaltens verbesserte als auch in den mechanischen und Schweißeigenschaften erhöhte Duplexlegierung, ein sogenannter SDSS ( Super-Duplex-Stainless-Steel), offenbart die EP-455625-B. Bei einer Legierungszusammensetzung von im wesentlichen in Gew.-% 2,4 Mn, 25,0 Cr, 4,0 Mo, 6,8 Ni 0,75 W, 0,25 N und 0,1 V, Rest Fe und Begleitelemente und einem Einstellen eines in Grenzen bestimmten Ni- zu Mn- Verhältniswertes sowie eines Gefügephasenfaktors sind die Eigenschaften insgesamt verbessert.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ( EP-455 625-B) stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine gattungsgemäße Duplexlegierung zu schaffen, welche sowohl in der Korrosions- und Schweißeigenschaft verbessert ist, als auch höhere mechanische Werkstoffwerte und zwar eine Materialfestigkeit RM von größer als 800 MPa, eine 0,2 Dehngrenze von mindestens 600 MPa und eine Charpy-V-Zähigkeit von höher als 125 Joule aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Duplexlegierung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Legierung eine chemische Zusammensetzung in Gew.-% von
  • Kohlenstoff max. 0,04
  • Silizium 0,21 bis 0,82
  • Mangan 2,50 bis 3,50
  • Phosphor max. 0,03
  • Schwefel max. 0,005
  • Chrom 24,0 bis 26,0
  • Molybdän 4,0 bis 5,0
  • Nickel 6,51 bis 7,50
  • Wolfram 0,51 bis 1,00
  • Kupfer max. 0,8
  • Stickstoff 0,351 bis 0,391
  • Vanadin 0,021 bis 0,202
  • Niob/Tantal 0 bis 0,1
  • Kalzium 0 bis 0,05
  • Magnesium 0 bis 0,025
  • Aluminium 0,003 bis 0,062
  • Bor max. 0,003
    • Eisen Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen besitzt, wobei der PREN-Faktor der Legierung, gebildet aus ( % Cr + 3,3x% Mo + 20x% N), einen Wert zwischen 44,5 und 50 aufweist und der aus dieser Legierung gefertigte Roh- oder Bauteil nach einer Wärmebehandlung durch ein Lösungsglühen im Temperaturbereich zwischen 1180 °C und 850 °C mit anschließend forcierter Abkühlung eine Mikrostruktur mit einem den Ferritgehalt übersteigenden Austenitgehalt hat.
    Die Vorteile der erfindungsgemäßen Duplexlegierung bestehen insbesondere darin, daß diese verbesserte Korrosionsbeständigkeit und erhöhte mechanische Eigenschaften des Werkstoffes gleichzeitig aufweist. Dabei wird weiters der Temperaturbereich für das Lösungsglühen vor dem verstärkten Abkühlen der Roh- oder Bauteile erweitert, so daß die Wärmebehandlung zur Einstellung der gewünschten Austenit-Ferrit-Struktur im Gefüge weniger Genauigkeit bei deren Ausführung fordert bzw. die Erzeugungssicherheit wesentlich verbessert ist. Es liegt nämlich bei dieser neuen Legierung durch die Summenwirkung der vorgesehenen Elemente in einem weiten Lösungsglüh- Temperaturbereich ein im wesentlichen gleichbleibendes und in dieser Form gewünschtes Verhältnis Ferrit zu Austenit im Werkstoff vor, was einen vorteilhaften Spielraum betreffend die Temperaturführung bei der Wärmebehandlung erbringt. Daraus ergibt sich ein weiterer Vorteil bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung, daß auch dickwandige Teile mit einer über den Querschnitt im wesentlichen gleichmäßiger Mikrostruktur herstellbar sind.
    Weil nun einerseits eine starke Wechselwirkung der Legierungselemente miteinander gegeben ist und andererseits höchste korrosionschemische und mechanische Eigenschaften erreicht werden, liegt die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Duplexmaterials jeweils in engen Grenzen vor.
    Chrom, Molybdän, Wolfram sowie Stickstoff verbessem im allgemeinen mit steigenden Gehalten die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes, weisen jedoch in ihrer Wirkung und gegenseitigen Beeinflussung der Gefügemorphologie ausgeprägte Grenzwerte auf. Bei einem Überschreiten der anspruchsgemäßen Grenzen von 26,0, 5,0, 1,0 und 0,39 in Gew.-% für diese oben angeführten Elemente werden, wie gefunden wurde, eine Bildung der Sigmaphase gefördert und Nitride ausgeschieden. Dadurch bzw. durch diese Ausscheidungen verschlechtern sich nicht nur die mechanischen Eigenschaften und die Schweißbarkeit des Materiales sprunghaft, auch die Korrosionsbeständigkeit desselben wird durch eine sogenannte Phasengrenzbereichsverarmung nachteilig beeinflußt. Bei Konzentrationen unter 24 Gew.-% Cr, 4 Gew.-% Mo, 0,51 Gew.-% W und insbesondere unter 0,351 Gew.-% N vermindem sich die Korrosionsbeständigkeit und insbesondere die Festigkeit der Legierung.
    Ein vergleichsweise hoher Stickstoffgehalt in engen Grenzen von 0,351 bis 0,39 Gew.-% ist beim erfindungsgemäßen Werkstoff wichtig, weil dadurch , wie überraschend festgestellt werden konnte, eine vorteilhaft homogene Elementeverteilung zwischen Austenit und Ferrit im Gefüge erreicht wird, mit anderen Worten, Chrom, Wolfram und Molybdän werden durch die hohen Stickstoffgehalte ausgleichend vom üblicherweise überlegierten Ferrit in den unterlegierten Austenit verbracht, was eine wesentliche Steigerung der Korrosionsbeständigkeit bewirkt und die Neigung zur Ausscheidung der SIGMA-Phase weitgehend unterdrückt. Dabei ist es wichtig, daß Mangan in einem Konzentrationsbereich von 2,5 bis 3,5 Gew.-% vorliegt, weil Mangan einerseits die Stickstofflöslichkeit erhöht und andererseits eine Austenitbildnerfunktion ausübt. Gehalte über 3,5 Gew.-% Mn vergrößem zwar den Austenitanteil im Gefüge, vermindern jedoch die Korrosionsbeständigkeit, wirken auch gegebenenfalls nachteilig hinsichtlich der erreichbaren Materialfestigkeit und insbesondere der sicheren Einstellung eines gewünschten Verhältnisses von Ferrit zu Austenit bei der Wärmebehandlung der Teile. Niedrigere Mangangehalte als 2,5 Gew.-% vergrößern jedoch die Aktivität von Stickstoff im Stahl und damit die Gefahr von Nitridausscheidungen und ändern auch die Phasenverteilung der Gefügestuktur in nachteiliger Weise.
    Weil nun bei erfindungsgemäß hohem Stickstoffgehalt durch ehtsprechende Gehalte an Mn, Cr, Mo, W, Ni legierungstechnisch der Austenitanteil im Gefüge größer als derjenige des Ferrites eingestellt ist, ist, wie die Untersuchungsergebnisse zeigten, die Neigung zur Bildung von Nitriden, insbesondere von Chromnitrid ( Cr2N ), weitgehend unterdrückt, wodurch beste Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes erreichbar ist..
    Von besonderer Wichtigkeit für eine Gefügestabilität und einen hohen, in engen Grenzen einzustellenden Austenitanteil sind Gehalte von 6,5 bis 7,5 Gew.-% Ni. Höhere Ni-Gehalte als 7,5 Gew.-% wirken in der Legierung außerordentlich stabilisierend, was hohe thermische Behandlungszeiten und ungleich hohe Austenitgehalte in Abhängigkeit von der Temperatur erbringen, wobei niedrigere Konzentrationen als 6,5 Gew.-% an Nickel höhere Ferritgehalte mit den dadurch bewirkten Ausscheidungen nach sich ziehen.
    Wolframanteile von 0,5 bis 1,0 Gew.-% erhöhen die Korrosionsbeständigkeit und vermindern die Neigung zur Ausbildung intermetallischer Phasen bei der Wärmebehandlung des Materials. Bei W-Gehalten unter 0,5 Gew.-% sind die mechanischen Materialeigenschaften verschlechtert, wohingegen die Grenze von 1,0 Gew.-% überschreitende W-Werte Produktionsnachteile verursachen können.
    Der Legierungsbestandteil Vanadin als starker Nitridbildner ist in den vorgesehenen Grenzen im Hinblick auf eine feine Gefügeausbildung und eine hohe Homogenität des Werkstoffes bedeutungsvoll. Höhere Vanadingehalte als 0,2 Gew.-% maskieren Stickstoff und bilden schädliche, insbesondere reihenförmig ausgebildete Nitride, wohingegen niedrigere Vanadinanteile nicht mehr komfeinend wirksam sind, so daß in nachteiliger Weise Grobkorn entstehen kann. Dies gilt auch für die diesbezüglich teilweise substituierbaren Elemente Ti und Nb/Ta.
    Siliziumgehalte im Bereich zwischen 0,2 und 0,8 Gew.-% sind im Hinblick auf die Materialgüte wichtig. Geringere Konzentrationen von Si können erhöhte Sauerstoffgehalte und einen schlechten Reinheitsgrad des Werkstoffes verursachen. Hohe, über einem Gehalt von 0,8 Gew.-% liegende Werte beeinflussen auf Grund der ferritbildenden und nitridbildenden Wirkung von Si die Phasenbildung nachteilig. Ein weiterer Nachteil höherer Si-Gehalte liegt darin, daß diese eine Bildung von intermetallischen Phasen bzw. Ausscheidungen begünstigen
    Zur Erreichung einer besonderen Kornfeinheit sind erfindungsgemäß auch Aluminiumgehalte von 0,003 bis 0,006 Gew.-% in der Legierung vorgesehen. Höhere Al-Gehalte wirken wieder fördernd für eine Nitridbildung und dadurch Herabsetzung des Anteiles an gelöstem Stickstoff mit all den vorab dargelegten Nachteilen und kleinere Aluminiumwerte steigem die Tendenz zur Grobkornbildung.
    Obwohl in Standard-Duplexlegierungen der Austenit im Vergleich mit dem Ferrit die Phase mit der geringeren Härte und Festigkeit ist, ist es für Bauteile aus der erfindungsgemäßen Legierung wichtig, daß der Volumsanteil von Austenit größer als derjenige des Ferrits im Gefüge vorliegt. Einerseits wird dadurch die Neigung zu einer Bildung von Chromnitrid, was eine Verschlechterung der Gebrauchseigenschaften des Teiles bewirkt, verringert, andererseits wird die Austenitphase durch den gelösten Stickstoff hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften verbessert.
    Der neue erfindungsgemäße Duplexstahl, in Fachkreisen HDSS ( Hyper-Duplex-Stainless- Steel) genannt, verbindet niedrigste Korrosionspotentialdifferenzen zwischen Alpha und Gamma bzw. höchste Korrosionsbeständigkeit und optimale Phasenbildungskinetik bei weitgehend homogener Elementenverteilung zwischen Ferrit und Austenit und ist deshalb betreffend den chemischen Angriff, die Schweißbarkeit und die Festigkeitseigenschaften den gattungsgemäßen Werkstoffen gemäß dem Stand der Technik überlegen.
    Die vorteilhaften Eigenschaften der Duplexlegierung können optimiert werden, wenn diese eine chemische Zusammensetzung in Gew.-% von
  • Kohlenstoff max. 0,028
  • Silizium 0,30 bis 0,62
  • Mangan 2,92 bis 3,38
  • Phosphor max. 0,028
  • Schwefel max. 0,004
  • Chrom 24,8 bis 25,8
  • Molybdän 4,1 bis 4,7
  • Nickel 6,9 bis 7,4
  • Wolfram 0,6 bis 0,8
  • Kupfer max. 0,5
  • Stickstoff 0,352 bis 0,385
  • Vanadin 0,05 bis 0,1
  • Aluminium 0,005 bis 0,009
    • Eisen Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen besitzt.
    Besonders wichtig ist, wie auch oben erwähnt, eine Einhaltung von Konzentrationswerten für Cr, Mo, W, Si und Al einerseits und für Mn, Ni und N andererseits in den gekennzeichneten Bereichen der Legierung. Erfindungsgemäß werden nach einer Wärmebehandlung durch ein Lösungsglühen zwischen 1180°C und 850°C, vorzugsweise zwischen 1150 °C und 1000°C, mit nachfolgendem Abschrecken des gemäß der Kennzeichnung zusammengesetzten Teiles eine wesentliche verbesserte Korrosionsbeständigkeit, eine erhöhte Festigkeit bei guter Zähigkeit und niedriger FATT, eine geringe Neigung zur Ausscheidung von intermetallischen Phasen, insbesondere von SIGMA- und EPSILON-Phasen, und eine geringere Tendenz zur Bildung von sekundären Austenit beim Abkühlen des Materials erreicht.
    Wenn dabei der aus der aktuellen Legierungszusammensetzung errechnete PREN-Faktor einen Wert zwischen 44,6 und 49,5, vorzugsweise zwischen 45,5 und 48,0, aufweist, kann höchste Korrosionsbeständigkeit des Duplexmaterials erstellt werden.
    Um weiters verbesserte Korrosionsbeständigkeit hinsichtlich Loch,- Spalt- und Spannungsrißkorrosion bei erhöhter Festigkeit des Duplexwerkstoffes sowie verminderte Ausscheidungsneigung und geringere Tendenz zur Bildung von sekundärem Ferrit zu erwirken, ist es von Vorteil, wenn mittels der Wärmebehandlung ein Verhältniswert von Ferrit zu Austenit inm Gefüge zwischen 0,42 und 0,8, vorzugsweise zwischen 0,60 und 0,69, eingestellt wird, wobei der Anteil der Sigmaphase und der Nitridanteil und der Anteil an Karbiden unter 5 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,5 Gew.-% ausgebildet ist. Die gute Schweißbarkeit des Werkstoffes wird dabei weiter verbessert, wobei auch insbesondere in den durch die Schweißung wärmebeeinflußten Zonen des Grundmaterials praktisch keinerlei
    Beeinträchtigung der Eigenschaften bewirkt sind.
    Die Homogenität der Materialeigenschaften insbesondere hinsichtlich einer mechanischen Beanspruchung, aber auch das örtliche Korrosionsverhalten können auf ein höheres Niveau gebracht werden, wenn ein aus der Duplexlegierung gebildeter Formteil einen Verformungsgrad von mindestens 2,5fach, insbesondere von mindestens 3,8fach, aufweist, wobei der Verformungsgrad als Summe der Reduktion der Querschnittsfläche zu verstehen ist.
    Anhand von Tabellen wird die Erfindung weiter erläutert.
    Es zeigen
  • Tab. 1 die chemische Zusammensetzung von Duplexstahlproben
  • Tab. 2 die Erprobungsergebnisse, erhalten an geschmiedetem Stabstahl im Abmessungsbereich 100 bis 200 mm,
    • In der Tab. 1 sind die chemische Zusammensetzung und der erreichnete PREN-Faktor von untersuchten Schmelzen bzw. Proben angegeben.
    In der Tab. 2 sind die Wärmebehandlung und die Erprobungsergebnisse zusammengestellt.

    Claims (5)

    1. Duplexlegierung für komplex beanspruchte Bauteile mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit enthaltend die Legierungsbestandteile Si, Mn, Cr, Mo, Ni, W, N, Al und V, Rest Fe und Begleitelemente, welche Legierung in wärmebehandeltem Zustand ein im wesentlichen sigmaphasen- und nitridfreies Mischgefüge und eine Materialfestigkeit RM von größer als 800 MPa, eine 0,2 Dehngrenze RP 0,2 von mindestens 600 MPa und eine Charpy-V-Zähigkeit von höher als 125 Joule aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung eine chemische Zusammensetzung in Gew.-% von
      Kohlenstoff max 0,04
      Silizium 0,21 bis 0,82
      Mangan 2,50 bis 3,50
      Phosphor max. 0,03
      Schwefel max. 0,005
      Chrom 24,0 bis 26,0
      Molybdän 4,0 bis 5,0
      Nickel 6,51 bis 7,50
      Wolfram 0,51 bis 1,00
      Kupfer max. 0,8
      Stickstoff 0,351 bis 0,39
      Vanadin 0,021 bis 0,202
      Niob/Tantal 0 bis 0,1
      Calzium 0 bis 0,05
      Magnesium 0 bis 0,025
      Aluminium 0,003 bis 0,062
      Bor max. 0,003
      Eisen Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen besitzt, wobei der PREN-Faktor der Legierung, gebildet aus ( % Cr. + 3,3 x %Mo + 20 x%N), einen Wert zwischen 44,5 und 50 aufweist und der aus dieser Legierung gefertigten Roh- oder Bauteil nach einer Wärmebehandlung durch ein Lösungsglühen im Temperaturbereich zwischen 1180°C und 850°C mit anschließender forcierter Abkühlung eine Mikrostruktur mit einem den Ferritgehalt übersteigenden Austenitgehalt hat.
    2. Duplexlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine chemische Zusammensetzung in Gew.-% von
      Kohlenstoff max. 0,028
      Silizium 0,30 bis 0,62
      Mangan 2,92 bis 3,38
      Phosphor max. 0,028
      Schwefel max. 0,004
      Chrom 24,8 bis 25,8
      Molybdän 4,1 bis 4,7
      Nickel 6,9 bis 7,4
      Wolfram 0,6 bis 0,8
      Kupfer max. 0,5
      Stickstoff 0,352 bis 0,385
      Vanadin 0,05 bis 0,1
      Aluminium 0,005 bis 0,009
      Eisen Rest und herstellungsbedingte Verunreinigungen besitzt.
    3. Duplexlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete PREN-Faktor einen Wert zwischen 44,5 und 49,5 , vorzugweise zwischen 45,5 und 48,0 aufweist.
    4. Duplexlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Wärmebehandlung ein Verhältniswert von Ferrit zu Austenit im Gefüge zwischen 0,42 und 0,8, vorzugsweise zwischen 0,60 und 0,69 eingestellt wird, wobei der Anteil der Sigmaphase und der Nitridanteil und der Anteil an Karbiden unter 5 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,5 Gew.-% , ausgebildet ist.
    5. Duplexlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß ein daraus gebildeter Formteil einen Verformungsgrad von mindestens 2,5fach, insbesondere von mindestens 3,8fach, aufweist, wobei der Verformungsgrad als Summe der Reduktion der Querschnittsfläche zu verstehen ist.
    EP19980890210 1997-08-13 1998-07-17 Duplexstahl mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit Expired - Lifetime EP0897018B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    AT136597 1997-08-13
    AT1365/97 1997-08-13
    AT136597A AT405297B (de) 1997-08-13 1997-08-13 Duplexlegierung für komplex beanspruchte bauteile

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0897018A1 true EP0897018A1 (de) 1999-02-17
    EP0897018B1 EP0897018B1 (de) 2003-09-03

    Family

    ID=3512308

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP19980890210 Expired - Lifetime EP0897018B1 (de) 1997-08-13 1998-07-17 Duplexstahl mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit

    Country Status (3)

    Country Link
    EP (1) EP0897018B1 (de)
    AT (1) AT405297B (de)
    DE (1) DE59809467D1 (de)

    Cited By (8)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US6187045B1 (en) * 1999-02-10 2001-02-13 Thomas K. Fehring Enhanced biocompatible implants and alloys
    WO2003020995A1 (en) * 2001-09-02 2003-03-13 Sandvik Ab Use of a duplex stainless steel alloy
    WO2003020994A1 (en) * 2001-09-02 2003-03-13 Sandvik Ab Duplex steel alloy
    WO2004079028A1 (en) * 2003-03-02 2004-09-16 Sandvik Intellectual Property Ab Duplex stainless steel alloy and use thereof
    WO2004079027A1 (en) * 2003-03-02 2004-09-16 Sandvik Intellectual Property Ab Duplex stainless steel alloy for use in seawater applications
    WO2016118358A1 (en) * 2015-01-20 2016-07-28 General Electric Company Corrosion resistant article and methods of making
    EP2947169A4 (de) * 2013-01-15 2016-12-21 Kobe Steel Ltd Duplex-edelstahlmaterial und duplex-edelstahlrohr
    CN113584377A (zh) * 2021-06-22 2021-11-02 济源市瑞麦特金属材料有限公司 一种含氮不锈钢及制备方法

    Families Citing this family (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CN118253937A (zh) * 2024-03-25 2024-06-28 中国第一汽车股份有限公司 金属零件及其制备方法和发动机

    Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0455625A1 (de) * 1990-05-03 1991-11-06 BÖHLER Edelstahl GmbH Hochfeste korrosionsbeständige Duplexlegierung
    EP0545753A1 (de) * 1991-11-11 1993-06-09 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Rostfreies Duplexstahl mit verbesserten Festigkeits- und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften
    WO1995000674A1 (en) * 1993-06-21 1995-01-05 Sandvik Ab Ferritic-austenitic stainless steel and use of the steel
    EP0683241A2 (de) * 1994-05-21 1995-11-22 Yong Soo Park Rostfreies Duplex-Stahl mit guter Korrosionsbeständigkeit

    Patent Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    EP0455625A1 (de) * 1990-05-03 1991-11-06 BÖHLER Edelstahl GmbH Hochfeste korrosionsbeständige Duplexlegierung
    EP0545753A1 (de) * 1991-11-11 1993-06-09 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Rostfreies Duplexstahl mit verbesserten Festigkeits- und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften
    WO1995000674A1 (en) * 1993-06-21 1995-01-05 Sandvik Ab Ferritic-austenitic stainless steel and use of the steel
    EP0683241A2 (de) * 1994-05-21 1995-11-22 Yong Soo Park Rostfreies Duplex-Stahl mit guter Korrosionsbeständigkeit

    Non-Patent Citations (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Title
    HORVATH, W. ET AL.: "Microstructures and yield strength of nitrogen alloyed super duplex steels", ACTA MATERIALA, vol. 45, no. 4, 1997, United States, pages 1645 - 1654, XP002086990 *

    Cited By (14)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US6187045B1 (en) * 1999-02-10 2001-02-13 Thomas K. Fehring Enhanced biocompatible implants and alloys
    US6773520B1 (en) 1999-02-10 2004-08-10 University Of North Carolina At Charlotte Enhanced biocompatible implants and alloys
    WO2003020995A1 (en) * 2001-09-02 2003-03-13 Sandvik Ab Use of a duplex stainless steel alloy
    WO2003020994A1 (en) * 2001-09-02 2003-03-13 Sandvik Ab Duplex steel alloy
    CN100540713C (zh) * 2001-09-02 2009-09-16 山特维克知识产权股份有限公司 双相钢合金的应用
    EA009108B1 (ru) * 2003-03-02 2007-10-26 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб Двухфазная коррозионно-стойкая легированная сталь для использования в морской воде
    WO2004079027A1 (en) * 2003-03-02 2004-09-16 Sandvik Intellectual Property Ab Duplex stainless steel alloy for use in seawater applications
    EA009438B1 (ru) * 2003-03-02 2007-12-28 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб Двухфазная нержавеющая легированная сталь и её применение
    WO2004079028A1 (en) * 2003-03-02 2004-09-16 Sandvik Intellectual Property Ab Duplex stainless steel alloy and use thereof
    US7892366B2 (en) 2003-03-02 2011-02-22 Sandvik Intellectual Property Ab Duplex stainless steel alloy and use thereof
    EP2947169A4 (de) * 2013-01-15 2016-12-21 Kobe Steel Ltd Duplex-edelstahlmaterial und duplex-edelstahlrohr
    WO2016118358A1 (en) * 2015-01-20 2016-07-28 General Electric Company Corrosion resistant article and methods of making
    CN107429368A (zh) * 2015-01-20 2017-12-01 诺沃皮尼奥内技术股份有限公司 耐腐蚀制品及其制造方法
    CN113584377A (zh) * 2021-06-22 2021-11-02 济源市瑞麦特金属材料有限公司 一种含氮不锈钢及制备方法

    Also Published As

    Publication number Publication date
    AT405297B (de) 1999-06-25
    DE59809467D1 (de) 2003-10-09
    EP0897018B1 (de) 2003-09-03
    ATA136597A (de) 1998-11-15

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    DE3650515T2 (de) Hochfester hitzebeständiger ferritischer Stahl mit hohem Chromgehalt
    DE69529829T2 (de) Ferritische wärmebeständige Stähle
    DE69429610T2 (de) Hochfester martensitischer rostfreier Stahl und Verfahren zu seiner Herstellung
    DE69018658T2 (de) Hochfester hitzebeständiger Stahl mit verbesserter Bearbeitbarkeit.
    DE69423930T2 (de) Martensitisches rostfreies Stahl mit verbesserter Bearbeitbarkeit
    DE3117539C2 (de)
    DE69003202T2 (de) Hochfeste, hitzebeständige, niedrig legierte Stähle.
    DE69508876T2 (de) Temperaturbeständiger ferritischer Stahl mit hohem Chromgehalt
    AT409389B (de) Pm-schnellarbeitsstahl mit hoher warmfestigkeit
    DE69821493T2 (de) Verwendung eines hitzebeständigen Gussstahles für Bauteile von Turbinengehäuse n
    DE10025808A1 (de) Martensitisch-härtbarer Vergütungsstahl mit verbesserter Warmfestigkeit und Duktilität
    DE69802602T2 (de) Schweisszusatzwerkstoff für hochzähem ferritischem Stahl mit niedrigem Chromgehalt
    DE3041565C2 (de)
    DE2800444C2 (de) Verwendung eines Cr-Mo-Stahls
    AT410447B (de) Warmarbeitsstahlgegenstand
    DE69505603T2 (de) Bauteil aus hitzebeständigem austenitischem Stahl mit ausgezeichneter Festigkeit bei hohen Temperaturen
    DE69204123T2 (de) Hitzebeständiges ferritisches Stahl mit hohem Chromgehalt und mit höhere Beständigkeit gegen Versprödung durch intergranuläre Ausscheidung von Kupfer.
    DE69527639T2 (de) Ferritischer warmfester stahl mit ausgezeichneter festigkeit bei hohen temperaturen und verfahren zu dessen herstellung
    EP0897018B1 (de) Duplexstahl mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
    EP0455625B1 (de) Hochfeste korrosionsbeständige Duplexlegierung
    DE60126646T2 (de) Stahllegierung, halter und haltereinzelteile für kunststoff-formwerkzeuge und vergütete rohlinge für halter und haltereinzelteile
    AT403058B (de) Eisenbasislegierung zur verwendung bei erhöhter temperatur und werkzeug aus dieser legierung
    DE69705167T2 (de) Ferritische Stähle mit niedrigem Cr-Gehalt und ferritische Gusstähle mit niedrigem Cr-Gehalt, die eine hervorragende Hochtemperaturfestigkeit und Schwei barkeit aufweisen
    DE2410002A1 (de) Hochchromhaltiger stahl
    EP2396440A1 (de) Stahllegierung

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A1

    Designated state(s): DE DK ES FR GB IT NL SE

    AX Request for extension of the european patent

    Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

    17P Request for examination filed

    Effective date: 19990412

    AKX Designation fees paid

    Free format text: DE DK ES FR GB IT NL SE

    17Q First examination report despatched

    Effective date: 20010412

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): DE DK ES FR GB IT NL SE

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20030903

    Ref country code: IT

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

    Effective date: 20030903

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: FG4D

    Free format text: NOT ENGLISH

    GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)
    REF Corresponds to:

    Ref document number: 59809467

    Country of ref document: DE

    Date of ref document: 20031009

    Kind code of ref document: P

    REG Reference to a national code

    Ref country code: SE

    Ref legal event code: TRGR

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DK

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20031203

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: ES

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

    Effective date: 20031214

    NLV1 Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act
    ET Fr: translation filed
    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed

    Effective date: 20040604

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 19

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 20

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Payment date: 20170724

    Year of fee payment: 20

    Ref country code: FR

    Payment date: 20170720

    Year of fee payment: 20

    Ref country code: GB

    Payment date: 20170724

    Year of fee payment: 20

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: SE

    Payment date: 20170724

    Year of fee payment: 20

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R071

    Ref document number: 59809467

    Country of ref document: DE

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: PE20

    Expiry date: 20180716

    REG Reference to a national code

    Ref country code: SE

    Ref legal event code: EUG

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION

    Effective date: 20180716