EP0897018B1 - Duplexstahl mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit - Google Patents

Duplexstahl mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit Download PDF

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EP0897018B1
EP0897018B1 EP19980890210 EP98890210A EP0897018B1 EP 0897018 B1 EP0897018 B1 EP 0897018B1 EP 19980890210 EP19980890210 EP 19980890210 EP 98890210 A EP98890210 A EP 98890210A EP 0897018 B1 EP0897018 B1 EP 0897018B1
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EP
European Patent Office
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max
duplex
content
alloy according
austenite
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EP19980890210
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EP0897018A1 (de
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Günter Dr. Hochörtler
Peter Dr. Uggowitzer
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Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH
Original Assignee
Boehler Edelstahl GmbH
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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
    • C22C38/18—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, which is essentially a heat-treated one 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-Steels), 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.
  • SDSS super duplex stainless steel
  • EP-455625-B An improved both in terms of corrosion behavior and in the mechanical and welding properties increased duplex alloy, a So-called SDSS (super duplex stainless steel) is disclosed in EP-455625-B. at an alloy composition of max. 0.04 C, 0.15-0.55 Si, 2.0-2.9 Mn, max. 0.025 P, max. 0.005 S, 23.0-27.0 Cr, 3.0-5.0 Mo, 5.6-8.0 Ni, 0.5-1.0 W, 0-0.5 Cu, 0.2-0.35 N, 0.04-0.25 V, 0-0.20 Nb / Ta, 0-0.04 Ca, 0-0.02 Mg, max, 0.06 Al. Rest Fe and accompanying elements and setting a Ni to Mn ratio value determined within limits and a structural phase factor, the properties are improved overall.
  • the invention is based on this prior art (EP-455 625-9) the task of creating a duplex alloy which can be used both in the corrosion and welding properties are 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 of higher than 125 joules.
  • a raw or component made from this alloy has one Heat treatment by solution annealing in the temperature range between 1180 ° C and 850 ° C with subsequent forced cooling a microstructure with one austenite content exceeding the ferrite content.
  • 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 increased cooling of raw or components expanded so that the heat treatment to adjust the desired austenite-ferrite structure in the structure less accuracy in their Execution requires or the generation security is significantly improved. It is namely with this new alloy through the total effect of the intended Elements in a wide solution annealing temperature range essentially constant and desired ratio of ferrite to austenite in this form Material before, which is an advantageous margin 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 levels of corrosion resistance of the material, but indicate in their effect and mutual influence of the structural morphology pronounced limits.
  • the demanding Limits of 26.0, 5.0, 1.00 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.
  • Concentrations below 24.0 wt% Cr, 4.0 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 could surprisingly be found, an advantageously homogeneous Distribution of elements between austenite and ferrite in the structure is achieved with
  • 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 2.50 to 3.50 wt .-% is present because manganese on the one hand Nitrogen solubility increased and on the other hand has an austenite-forming function.
  • Mn Contents of more than 3.50% 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 safe setting of a desired ratio of ferrite to austenite in the Heat treatment of parts. Increase manganese contents lower than 2.50% 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.
  • Ni contents higher than 7.50% by weight have an extraordinary effect in the alloy stabilizing, resulting in long thermal treatment times and unevenly high Austenite contents depending on the temperature, with lower ones Concentrations than 6.51 wt .-% of nickel higher ferrite contents with the result cause excretions.
  • Tungsten fractions of 0.51 to 1.00 wt .-% increase the corrosion resistance and reduce the tendency to form intermetallic phases in the Heat treatment of the material. At W contents below 0.51% by weight, these are mechanical material properties deteriorated, whereas the limit of W values exceeding 1.00% 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 0.202% by weight mask nitrogen and form harmful, especially row-shaped Nitrides, whereas lower levels of vanadium are no longer effective are, so that Grobkom can arise disadvantageously. This also applies to the in this regard, partially substitutable elements Ti and Nb / Ta.
  • Silicon contents in the range between 0.21 and 0.82 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 a content of 0.82% by weight influence 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 0.062% 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 affected by the heat Impairment of the properties are caused.
  • Tab. 1 shows the chemical composition and the PREN factor achieved of examined melts or samples.
  • Table 2 shows the heat treatment and the test results.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Duplexlegierung für komplex beanspruchte Bauteile mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit, 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.
Von Horvath et al. erfolgte eine wissenschaftliche Untersuchung (' Microstructures and yield strength of nitrogen alloyed super duplex steels', ACTA MATERIALIA, Bd. 45, Nr. 4, 1997, Seiten 1645 - 1654, XP002086990 United States) hinsichtlich der Wirkung von steigenden Stickstoffgehalten bei einer Legierung enthaltend in Gew.-% 24,8 Cr, 7,07 Ni, 4,9 Mn, Rest Fe. Gemäß dieser Untersuchung wird durch einen an sich bekannten Einbau von Stickstoffatomen auf Zwischengitterplätzen und durch Ausscheidungshärtung die Streckgrenze des Werkstoffes erhöht. Topologisch den Matrix-Einschluß-Charakter der Ferrit-Austenit-Duplexlegierung betreffend wurde gefunden, daß bei Stickstoffgehalten von 0,4 Gew.-% N Ferrit die Matrix bildet, wohingegen bei 0,53 Gew.-% N Austenit die matrixbildende Phase darstellt.
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 in Gew.-% max. 0.04 C, 0.15-0.55 Si, 2.0-2.9 Mn, max. 0.025 P, max. 0.005 S, 23.0-27.0 Cr, 3.0-5.0 Mo, 5.6-8.0 Ni, 0.5-1.0 W, 0-0.5 Cu, 0.2-0.35 N, 0.04-0.25 V, 0-0.20 Nb/Ta, 0-0.04 Ca, 0-0.02 Mg, max, 0.06 Al. 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-455 625-9) stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine 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-Zähigkert von höher als 125 Joule aufweist.
Diese Aufgabe löst eine Duplexlegierung gemäß Anspruch 1.
Ein aus dieser Legierung gefertigter Roh- oder Bauteil hat nach einer Wärmebehandlung durch ein Lösungsglühen im Temperaturbereich zwischen 1180 °C und 850 °C mit anschließend forcierter Abkühlung eine Mikrostruktur mit einen den Ferritgehalt übersteigenden Austenitgehalt.
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 von 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 verbessern 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, 1,00 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 24.0 Gew.-% Cr, 4.0 Gew.-% Mo, 0,51 Gew.-% W und insbesondere unter 0,351 Gew.-% N vermindern 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 2,50 bis 3,50 Gew.-% vorliegt, weil Mangan einerseits die Stickstofflöslichkeit erhöht und andererseits eine Austenitbildnerfunktion ausübt. Gehalte über 3,50 Gew.-% Mn vergrößern 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 von Teilen. Niedrigere Mangangehalte als 2,50 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 entsprechende 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 6,51 bis 7,50 Gew.-% Ni. Höhere Ni-Gehalte als 7,50 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 6,51 Gew.-% an Nickel höhere Ferritgehalte mit den dadurch bewirkten Ausscheidungen nach sich ziehen.
Wolframanteile von 0,51 bis 1,00 Gew.-% erhöhen die Korrosionsbeständigkeit und vermindern die Neigung zur Ausbildung intermetallischer Phasen bei der Wärmebehandlung des Materials. Bei W-Gehalten unter 0,51 Gew.-% sind die mechanischen Materialeigenschaften verschlechtert, wohingegen die Grenze von 1,00 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 0,202 Gew.-% maskieren Stickstoff und bilden schädliche, insbesondere reihenförmig ausgebildete Nitride, wohingegen niedrigere Vanadinanteile nicht mehr komfeinend wirksam sind, so daß in nachteiliger Weise Grobkom entstehen kann. Dies gilt auch für die diesbezüglich teilweise substituierbaren Elemente Ti und Nb/Ta.
Siliziumgehalte im Bereich zwischen 0,21 und 0,82 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 0,82 Gew.-% Kegende 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 0.062 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 steigern 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.
    Chemische Zusammensetzung in Gew.-%
    Probe C Si Mn P S Cr Mo Ni W Cu N V Nb+Ta Ca Mg Al
    A 0.021 0.43 1.37 0.032 0.017 22.7 3.18 5.65 0.08 0.10 0.184 0.05 0.06 0.0003 0.000 < 0.001
    B 0.026 0.59 1.23 0.020 0.012 21.4 3.24 5.90 0.21 0.31 0.190 0.04 0.08 NB NB NB
    C 0.029 0.78 4.9 0.022 0.004 27.6 2.4 4.51 0.8 0.43 0.312 0.06 0.09 0.0016 0.000 0.021
    D 0.028 0.68 5.74 0.027 0.005 26.3 2.17 4.10 0.52 NB 0.353 0.009 NB 0.0011 NB 0.002
    E 0.031 0.38 2.16 0.020 0.003 24.8 4.01 6.23 0.63 0.38 0.29 0.014 0.04 0.0012 0.000 0.001
    F 0.028 0.50 0.66 0.009 0.001 25.9 3.83 7.15 0.64 0.61 0.236 0.021 NB NB NB 0.005
    G 0.030 0.68 3.41 0.007 0.001 24.6 4.33 6.58 0.82 0.14 0.382 0.11 0.01 NB NB 0.011
    H 0.021 0.51 3.13 0.009 0.003 25.8 4.24 7.28 0.56 0.09 0.358 0.06 NB 0.006 0.005 0.007
    I 0.027 0.38 3.04 0.010 0.002 25.1 4.53 7.16 0.62 0.28 0.371 0.08 0.04 0.002 NB 0.019
    NB = NICHT BESTIMMT
    Probe PREN-Faktor (% Cr+3,3xMo+20xN) Lösungsglüh-Temp. [°C] RM [MPa] RP 0,2 [MPa] AV (iso-v) [Joule] FATT [°C]
    A 36.9 1100 730 498 > 300 -30
    B 35.9 1110 744 506 296 -25
    C 41.7 1100 758 572 134 +/- 0
    D 40.6 1120 774 594 128 -5
    E 43.8 1100 782 586 261 -23
    F 43.2 1100 760 571 287 -20
    G 46.5 1060 929 660 202 -22
    H 47.0 1070 901 631 210 -25
    I 47.5 1100 912 642 218 -22
    G,H,I erfindungsgemäße Duplexlegierung

    Claims (6)

    1. Duplexlegierung für komplex beanspruchte Bauteile mit hoher
      Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit, welche 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 diese 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 besitzt.
    2. Duplexlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese nach einer Wärmebehandlung durch ein Lösungsglühen im Temperaturbereich zwischen 1180°C und 850°C mit anschließender forcierter Abkühlung eine Mikrostruktur mit einem den Ferritanteil übersteigenden Austenitgehalt hat.
    3. Duplexlegierung nach Anspruch 1 oder 2, 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.
    4. Duplexlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete PREN-Faktor einen Wert zwischen 44,5 und 49,5 , vorzugweise zwischen 45,5 und 48,0 aufweist.
    5. Duplexlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4. 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 ist, wobei der Anteil der Sigmaphase und der Nitridanteil und der Anteil an Karbiden unter 5 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,5 Gew.-%, ausgebildet ist.
    6. Duplexlegierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
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