FI100341B - Austeniittinen ruostumaton teräs - Google Patents

Description

100341

Austeniittinen ruostumaton teräs Tämän keksinnön kohteena on austeniittinen ruostumaton teräs, jolla on hyvä lujuus, hyvä iskusitkeys, hyvä hitsattavuus ja hyvä korroosionkestävyys, etenkin hyvä piste- ja rakokorroosionkestävyys.

Kun ruostumaton, austeniittinen teräs, Avesta 254 SMO®, joka sisältää runsaat 6 % molybdeeniä, (US-A-4 078 920) tuotiin markkinoille yli 10 vuotta sitten, niin tämä merkitsi huomattavaa teknistä edistysaskelta, koska sen korroosio- ja lujuusominaisuudet olivat huomattavasti paremmat kuin silloin käytössä olevien runsaasti seostettujen terästen vastaavat ominaisuudet. Nykyisin on olemassa myös ferriit-tistä ja ferriittisausteniittista terästä, joilla on suunnilleen sama korroosionkestävyys kuin Avesta 254 SMO®:11a.

Eräs tapa lisätä austeniittisen ruostumattoman teräksen korroosionkestävyyttä on seostaa tämä typellä, jota jo sinänsä käytetään yllä mainitussa teräksessä Avesta 254 SMO®, joka sisältää runsaat 2 % typpeä. On tunnettua, että typpiliukoi-suutta voidaan lisätä edelleen, jos teräksen mangaani- tai ; ’ kromipitoisuutta lisätään.

·· On olemassa kuitenkin useita käyttöalueita, joilla nykyisil- : lä parhailla ruostumattomilla teräksillä ei ole riittävää « « · korroosionkestävyyttä. Tämä pätee etenkin syövyttävissä klo-.·.· ridiliuoksissa, joissa piste- ja rakokorroosion vaara on suuri, sekä voimakkaissa hapoissa. Tällaisissa tapauksissa ollaan siten riippuvaisia hyvin kalliista materiaaleista, kuten nikkeliperusseoksista. Tästä syystä on olemassa tarve materiaalista, joka on halvempi kuin nikkeliperusseokset, *** mutta jonka korroosionkestävyys, etenkin mitä tulee piste-ja rakokorroosioon, on nikkeliperusseoksien tasolla.

2 100341 mainituilla ja muilla käyttöalueilla, vaaditaan, että niiden aineosien koko pitoisuutta, jotka edistävät korroosionkestävyyttä, lisätään voimakkaasti verrattuna nykyisin käytössä oleviin runsaasti seostettuihin austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin, esim. Avesta 254 SMO®:hon. Tässä yhteydessä etenkin merkittävien seosaineiden, kromin ja molybdeenin, korkeat pitoisuudet lisäävät kuitenkin teräksen metallien välisten faasien erkautumistaipumusta. Tämä voi, mikäli er-kautumistaipumus on voimakas, aiheuttaa ongelmia valmistuksessa ja hitsauksen yhteydessä sekä huonontaa korroosionkestävyyttä.

Eräs tapa vähentää tai välttää metallien välisten faasien erkautuminen on seostaa teräs korkealla typpipitoisuudella. Samanaikaisesti typpi sinänsä voi parantaa teräksen piste-ja rakokorroosionkestävyyttä. Kuitenkin kromilla on korkea affiniteetti typen suhteen ja se muodostaa helposti kromi-nitridejä liian korkeissa kromi- ja typpipitoisuuksissa, mikä muodostaa näiden terästen erään toisen ongelman. Korkeiden typpipitoisuuksien aikaansaamiseksi austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä on myös tarpeen, että sulafaasin typpiliukoisuus on riittävän korkea. Sulafaasin lisääntynyt typpiliukoisuus voidaan saada aikaan kromin ja mangaanin lisätyillä pitoisuuksilla. Korkeat kromipitoisuudet voivat kuitenkin muodostaa krominitridien muodostumisvaaran, kuten II! yllä on mainittu. Aikaisemmin useimmissa tapauksissa on li-sätty hyvin korkeita mangaanipitoisuuksia, millä tarkoitetaan yli 6 % mangaania, teräksen typpiliukoisuuden lisäämiseksi, niin että voidaan saada aikaan yli 0,4 %:n typpipitoisuuksia. Näin korkeat mangaanipitoisuudet voivat kuitenkin puolestaan aiheuttaa määrättyjä ongelmia. Siten ne vaikeuttavat teräksen mellotusta sekä kuluttavat konvertterei-den vuorausta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on siten saada aikaan hitsat-: " tava, austeniittinen ruostumaton teräs, jolla on hyvä lu- 100341 3 juus, hyvä iskusitkeys ja useihin nykyisiin nikkeliperus-seoksiin verrattavissa oleva piste- ja rakokorroosionkestä-vyys.

Etenkin keksinnön tarkoituksena on saada aikaan materiaali, jota voidaan edullisesti käyttää esimerkiksi seuraavilla käyttöaloilla: - avomeriteollisuudessa (merivesi, hapan öljy ja kaasu), - lämmönvaihtimissa ja lauhduttimissa (merivesi), - suolanpoistolaitoksissa (suolainen vesi), - savukaasun puhdistuslaitteissa (kloridipitoiset hapot), - savukaasun kondensointilaitteissa (vahvat hapot), - rikki- ja fosforihappotehtaissa (vahvat hapot), - öljyn ja kaasun tuotantoputkissa ja -laitteissa (hapan öljy ja kaasu) - selluloosan valkaisulaitosten ja kloraattitehtaiden laitteissa ja putkissa (kloridipitoiset, hapettavat hapot tai vastaavat liuokset), - tankkereissa ja säiliöautoissa (kaikenlaiset kemikaalit).

Kehitettäessä tätä keksintöä on yllättäen osoittautunut, että 0,4 %:n typpipitoisuus voidaan saada aikaan selvästi ·.' alhaisemmilla mangaanipitoisuuksilla, ja tämän lisäksi on : myös osoittautunut, että mangaani alentaa teräksen korroo sionkestävyyttä. Tämän keksinnön erityisenä tehtävänä on si-ten etenkin myös sovittaa teräksen seoskoostumus siten, :*** että voidaan saavuttaa haluttu korkea typpipitoisuus huoli- .·.· matta teräksen verraten kohtuullisesta mangaanipitoisuudes-ta.

Nämä ja muut tehtävät voidaan ratkaista siten, että teräs sisältää: • · · korkeintaan 0,08 paino-% C:tä, korkeintaan 1,0 paino-% Si:tä, yli 0,5 ja korkeintaan 6 paino-% Mn:ää, yli 19 ja korkeintaan 28 paino-% Cr:ää, 4 100341 yli 17 ja korkeintaan 25 paino-% Ni:tä, yli 7 ja korkeintaan 10 paino-% Mo:ta, 0,4 - 0,7 paino-% N:ää, pieniä määriä - korkeintaan 2 paino-% Cu:ta, 0-0,2 paino-% Ce:tä, loput olennaisesti ainoastaan rautaa, epäpuhtauksia ja lisä-aineosia normaaleina pitoisuuksina.

Mainittujen seosaineiden lisäksi teräs voi vielä sisältää muita aineita pienehköinä pitoisuuksina, edellyttäen, että nämä eivät vaikuta negatiivisesti teräksen yllä mainittuihin aiottuihin ominaisuuksiin. Esimerkiksi teräs voi sisältää siten korkeintaan 0,005 % B:tä teräksen lämpökäsiteltävyy-den lisäämiseksi edelleen. Siinä tapauksessa, että teräs sisältää ceriumia, teräs sisältää normaalisti vielä muita harvinaisia maametalleja, koska nämä aineet, mukaanlukien cerium, lisätään tavallisesti sekametallin muodossa. Edelleen teräkseen voidaan lisätä vielä kalsiumia, magnesiumia tai aluminiumia korkeintaan 0,01 % vastaavaa aineosaa eri tarkoituksia varten.

Eri seosaineosien suhteen pätee edelleen seuraava:

Hiiltä on pidettävä tässä teräksessä ei-toivottuna aineosana, koska hiili alentaa hyvin voimakkaasti sulan typpiliu- . koisuutta. Hiili lisää myös vahingollisten kromikarbidien • · · .··· erkautumistaipumusta ja tästä syystä sitä saa esiintyä kor-keintaan 0,08 %, etenkin korkeintaan 0,05 % ja sopivasti korkeintaan 0,03 %.

Pii lisää metallien välisten faasien erkautumistaipumusta sekä alentaa voimakkaasti teräksen typpiliukoisuutta sulassa. Piitä saa tästä syystä esiintyä korkeintaan 1,0 %, eten-kin korkeintaan 0,7 %, sopivasti korkeintaan 0,5 %.

: '. Kromi on erittäin merkittävä aineosa tässä, kuten kaikissa ruostumattomissa teräksissä. Kromi lisää yleisesti korroo- 100341 5 sionkestävyyttä. Se lisää myös typpiliukoisuutta sulassa voimakkaammin kuin muut teräksen aineosat. Kromia saa siten esiintyä teräksessä vähintään 19 %.

Kromi lisää kuitenkin, etenkin yhdessä molybdeenin ja piin kanssa, metallien välisten faasien erkautumistaipumusta ja yhdessä typen kanssa vielä nitridien erkautumistaipumusta. Tällä on merkitystä esimerkiksi hitsattaessa ja lämpökäsittelyssä. Tästä syystä kromipitoisuus rajoitetaan korkeintaan 28 %:iin, etenkin korkeintaan 27 %:iin, sopivasti korkeintaan 26 %:iin.

Molybdeeni kuuluu tämän teräksen tärkeimpiin aineosiin, koska se lisää voimakkaasti korroosionkestävyyttä, etenkin piste- ja rakokorroosion suhteen samalla, kun se lisää typpiliukoisuutta sulassa. Nitridien erottumistaipumus jopa vähenee molybdeenipitoisuuden kasvaessa. Teräksen tulee siten sisältää yli 7,0 % Mo:ta, etenkin vähintään 7,2 % Mo:ta.

Näin korkea molybdeenipitoisuus voi kuitenkin aiheuttaa ongelmia lämpövalssauksessa ja kylmävalssauksessa, mutta sovittamalla keksinnön mukaisen teräksen muiden seosaineosien pitoisuus terästä on kuitenkin onnistuttu onnistuneesti läm-pövalssamaan tai kylmävalssaamaan jopa kyseessä olevissa korkeissa molybdeenipitoisuuksissa ongelmitta. Liian korkeissa molybdeenipitoisuuksissa voi esiintyä kuitenkin ongelmia lämpökäsiteltävyyden suhteen. Tämän lisäksi molybdee-:**’ ni lisää metallien välisten faasien erkautumistaipumusta esim. hitsattaessa ja lämpökäsittelyssä. Tästä syystä molybdeenipitoisuus saa olla korkeintaan 10 %, etenkin korkeintaan 9 % ja sopivasti korkeintaan 8,5 %.

Myös typpi on keskeinen seosaineosa tässä teräksessä. Typpi lisää hyvin voimakkaasti piste- ja rakokorroosionkestävyyttä sekä parantaa lujuutta radikaalisesti samalla, kun hyvä is-kusitkeys ja muotoiltavuus säilyvät. Samalla typpi on halpa seosaine, koska sitä voidaan seostaa teräkseen ilma- ja typ-pikaasuseoksen avulla mellotettaessa konverttereissa.

6 100341

Typpi on myös voimakkaasti austeniittia stabiloiva seosai-neosa, mikä myös mahdollistaa useita etuja. Hitsattaessa muutamat seosaineet erkautuvat voimakkaasti. Tämä koskee ennen kaikkea molybdeeniä, jota esiintyy korkeana pitoisuutena keksinnön mukaisessa teräksessä. Interdendriittisillä alueilla molybdeenipitoisuuksista tulee usein niin korkeita, että metallien välisten faasien erkautumisvaara on hyvin suuri. Keksinnön mukaisen teräksen tutkimustyössä on yllättävästi osoittautunut, että austeniittistabiilius on niin korkea, että interdendriittiset alueet säilyttävät auste-niittisen mikrorakenteensa huolimatta hyvin korkeista molybdeenipitoisuuksista. Hyvä austeniittistabiilius on edullista esim. hitsattaessa ilman lisäaineita, koska se mahdollistaa hitsaustuotteen erittäin alhaiset sekundaaristen faasien pitoisuudet ja siten sen muovattavuudesta ja korroosionkestävyydestä tulee parempi.

Tämän tyyppisessä teräksessä tavallisimmin esiintyviä metallien välisiä faaseja ovat Laves-faasi, sigma-faasi ja chi-faasi. Kaikilla näillä faaseilla on hyvin alhainen typpiliu-koisuus tai ei ollenkaan typpiliukoisuutta. Typpi voi tästä .·. syystä hidastaa Laves-faasin sekä sigma- ja chi-faasin er- kautumista. Korkeampi typpipitoisuus lisää siten stabiiliutta mainittujen metallien välisten faasien erkautumista vastaan. Yllä mainitusta syystä typpeä tulee esiintyä teräksessä vähintään 0,4 %, etenkin vähintään 0,45 %.

··* • · ·

Liian korkeissa typpipitoisuuksissa lisääntyy kuitenkin nit-ridien erkautumistaipumus. Korkeat typpipitoisuudet aiheuttavat myös sen, että lämpökäsiteltävyys huononee. Teräksen typpipitoisuus saa siten olla korkeintaan 0,7 %, etenkin korkeintaan 0,65 % ja sopivasti korkeintaan 0,6 %.

Nikkeli on austeniittiä muodostava aine ja sitä lisätään, jotta teräs saa austeniittisen mikrorakenteensa yhdessä muiden austeniittiä muodostavien aineiden kanssa. Lisätty nik-T. kelipitoisuus vastustaa lisäksi metallien välisten kuitujen 100341 7 erkautumista. Tästä syystä nikkeliä on esiinnyttävä teräksessä vähintään 17 %, etenkin vähintään 19 %.

Nikkeli alentaa kuitenkin teräksen typpiliukoisuutta sulassa ja lisää tämän lisäksi karbidien erkautumistaipumusta kiinteässä faasissa. Tämän lisäksi nikkeli on hyvin kallis seos-aineosa. Tästä syystä nikkelipitoisuus rajoitetaan korkeintaan 25 %:iin, etenkin korkeintaan 24 %:iin, sopivasti korkeintaan 23 %:iin.

Mangaania lisätään teräkseen teräksen typpiliukoisuuden lisäämiseksi sinänsä tunnetulla tavalla. Keksinnön mukaisen teräksen kehittämiseksi suoritetussa tutkimustyössä on todettu, että yllättävän alhaiset mangaanipitoisuudet riittävät yli 0,4 %:n typpipitoisuuksien mahdollistamiseksi.

Mangaania lisätään tästä syystä teräkseen vähintään 0,5 %, etenkin vähintään 1,0 % ja sopivasti vähintään 2,0 % teräksen typpiliukoisuuden lisäämiseksi sulafaasissa. Korkeat mangaanipitoisuudet aiheuttavat kuitenkin ongelmia mellotuk-sessa, koska aineosa alentaa kromin tavoin hiiliaktiivisuut-ta, niin että mellotus hidastuu. Mangaanilla on lisäksi korkea höyrynpaine sekä korkea affiniteetti hapen suhteen, mikä aiheuttaa sen, että merkittävä osa mangaanista menee hukkaan mellotuksessa, jos mangaanipitoisuus on korkea. Edelleen on tunnettua, että mangaani voi muodostaa sulfideja, jotka .··· alentavat piste- ja rakokorroosionkestävyyttä. Keksinnön mu- « e*“ kaisen teräksen kehittämiseksi suoritettu tutkimustyö on li-säksi osoittanut, että austeniittiin liuennut mangaani huonontaa korroosionkestävyyttä jopa silloin, kun mangaanisul-fideja ei ole läsnä. Tästä syystä mangaanipitoisuus rajoitetaan korkeintaan 6 %:iin, etenkin korkeintaan 5 %:iin, sopivasti korkeintaan 4,5 %:iin ja erityisesti korkeintaan 4,2 %:iin. Optimaalinen mangaanipitoisuus on n. 3,5 %.

*·' On tunnettua, että kupari voi parantaa määrätyissä auste- "... niittisissa teräksissä korroosionkestävyyttä määrättyjen • · 8 100341 happojen suhteen, kun taas piste- ja rakokorroosionkestävyys voi huonontua korkeammissa kuparipitoisuuksissa. Kuparia voi tästä syystä esiintyä teräkselle merkittävinä, korkeintaan 2,0 %:n pitoisuuksina. Laajat tutkimukset ovat osoittaneet, että on olemassa kuparille optimaalinen pitoisuusalue, jos otetaan huomioon korroosio-ominaisuudet eri aineissa. Kuparia tulee tästä syystä lisätä edullisesti 0,3 - 1,0 %, sopivasti 0,4 - 0,8 %.

Ceriumia voidaan lisätä mahdollisesti teräkseen, esim. seka-metallin muodossa, teräksen lämpökäsiteltävyyden lisäämiseksi sinänsä tunnetulla tavalla. Lisättäessä sekametallia teräs sisältää ceriumin lisäksi myös muita harvinaisia maame-talleja. Cerium muodostaa teräksessä ceriumoksisulfideja, jotka eivät huononna korroosionkestävyyttä samassa määrin kuin muut sulfidit, esim. mangaanisulfidi. Tästä syystä ceriumia voi sisältyä teräkseen merkittävinä pitoisuuksina, jotka voivat olla korkeintaan 0,2 %, sopivasti korkeintaan 0,1 %. Lisättäessä ceriumia sen pitoisuuden tulee olla vähintään 0,003 %.

Rikki on pidettävä keksinnön mukaisessa teräksessä hyvin alhaisella tasolla. Alhainen rikkipitoisuus on tärkeää korroosionkestävyyden samoin kuin teräksen lämpökäsiteltävyyden kannalta. Rikkipitoisuus saa tästä syystä olla korkeintaan 0,01 % ja etenkin hyvän lämpökäsiteltävyyden aikaansaamisek-si teräksen rikkipitoisuuden tulee olla alle 10 ppm (< 0,001 %), koska teräs, jossa on niin korkeat mangaani- ja molyb-deenipitoisuudet kuin keksinnön mukaisessa teräksessä, on normaalisti hyvin vaikeasti lämpökäsiteltävissä.

Taulukossa 1 on esitetty eri seosaineosien edulliset ja sopivat koostumusalueet. Muut aineosat muodostuvat raudasta sekä epäpuhtauksista ja lisäaineosista normaaleina pitoi-suuksina.

i · • · · t · I « * * « * 100341 9

Taulukko 1

Edullinen koostumus- Sopiva koostumus- alue, paino-% alue, paino-% C kork. 0,05 kork. 0,03

Si kork. 0,7 kork. 0,5

Mn 2-5 3,0-4,5

Cr 19 - 26 23 - 25

Ni 19 - 23 21 - 23 MO 7,2 8,5 7,2-8 N 0,45 - 0,6 0,48 - 0,55

Cu 0,3 - 0,8 0,3 - 0,8

Cr kork. 0,1 kork. 0,05

Kromin, molybdeenin ja typen vaikutus pistekorroosionkestS-vyyteen voidaan esittää seuraavalla pistesyöpymisekvivalent-tien tunnetulla kaavalla (Pitting Resistance Equivalent): PRE = % Cr + 3,3 kertaa % Mo + 30 kertaa % N (paino-%)

Systemaattinen kehitystyö on osoittanut, että Cr, Mo ja N on yhdistettävä siten, että PRE on > 60 teräksen aikaansaami-·: seksi, jolla on useimpiin nykyisiin kaupallisiin nikkelipe- : russeoksiin verrattavissa oleva rako- ja korroosionkestä- vyys. Keksinnön eräs tunnusmerkki on siten myös se, että teräksen PRE-arvo on > 60.

• ·

Suoritetut kokeet ja saadut tulokset HF-tyhjöuunissa valmistettiin useita 30 kg:n laboratorio-. .. eriä, taulukon 2 seokset 1-15. Materiaali lämpövalssattiin 10 mm:n levyksi ja kylmävalssattiin tämän jälkeen 3 mm:n levyksi. Kemiallinen koostumus, joka seokselle 1 - 12 ja 14 tarkoittaa kontrollianalyysiä 3 mm:n levyllä ja seokselle 13 ja 15 tarkoittaa eräanalyysiä, on esitetty taulukossa 2. Seos 16 tarkoittaa 60 tonnin tuotantoerän eräanalyysiä, joka I ’ valettiin ongelmitta jatkuvasti ja lämpövalssattiin 10 mm:n 10 100341 levyksi. Seokset 17 ja 18 tarkoittavat kaupallisia nikkeli-perusseoksia. Kaikki pitoisuudet on esitetty paino-%:eina. Taulukossa esitettyjen aineosien lisäksi teräs sisälsi myös epäpuhtauksia ja lisäaineosia pitoisuuksina, jotka ovat normaaleja ruostumattomien austeniittisten terästen tai vastaavasti nikkeliperusseosten kohdalla. Fosforipitoisuus oli < 0,02 % ja rikkipitoisuus oli korkeintaan 0,010 %. Seoksessa 16 rikkipitoisuus oli < 10 ppm (< 0,001 %). 1 · • · • « 100341 11 ιη<Λ)ττιη~ττοιοη<τ>ο<Μθοσ^ο^ K in CD t—1 ^ '—I Γ1") ’—' r~' 00 '—1 00 00 00 a, inS35r^(oSiD(oio<o<OLntotoio br-nno^cotMCvir^oonp-oo οοοοοοοοοοοοο^ο^οο ΰ b'o'cTo'ooooooo'oooooi ι

t^^^^Oi^irncMCMOcoo^^SS

W ιηιί>ιοιπ»οιηιηιηιη»οιο^ιΓ^ο_^

z. o' o' o' o' o' o~ o' ο" O O O O O O O O I I

ojcnc\jnncMc\joiooc\joc\joc\jfn Οπ-(Γ-ι^Γ-ιι-<Γ-ι^Τσ),5,0·-''-'<-'·-^,:^ o o'" o" o" o o" oooo^oooooo . i

LDr-OCOLDOOCOO^inO'q-^CM^- ^O

r-inocNjnojajojcNjcMC'j'-i'T'T^Tr'io^^ o oio'r^cDor^c^c^r^r^r^r't^c^t^r^coin 2 ” rHCJ0^CM0O000 0_0PJ_^0 0^-^Ln ._( οοσιοο-^οοοοοοοοοοοοο

dP Z C\J°i-iC\]C\IOJ<MC\fC\JC\JC\jC\l<NC\IC\J(\J<OlO

o G «-· h oricricM^roocnocoiDiorvi^inntnco^ (O < Λ O WOJWNWWNWtMNtMWiMWWWW'-

S

. n o ί I1. 3 oocnr-iO>cxri-c\jcvjCM->ooinoooo^ i p ^ ^ ^ k r w r ·" »1 ·1 1- ^ ^ r . 5 c nn^-nroncNj^T^^oor^cvjiocvjcvjoo : . 4j s W w 0 ^.t^^O'J'ioin^rrcMinroiDcvjcpofn rj : ö (Λ o" o" o" o" o" o' o" o o o" o o o o o o o o o 2 o- ; ; 3 o o o o o o o o o o o_ o o_ o_ o_ o_ o o_ — ia u o o o“ o" o o o" o~ o o o o o o o o o o e '2 — o 00 a C <£ | 0) ld σ> o o i»5 co ί o <-> O 10 Γ' 1 ]« ^(Doj^-io^jr^coo) en oj o ^ o _ f\J v

Tj ο(\ΐΝοη!\ι<\ιΐΊ(\ιηιθπΐΛΐηιη οι __

r\] rz r^rtr-i<-i^-i^-'<-t^-»-''-|C0>-><-'r,'^,t^''5EZ

‘ ·** O

.·.· 2 H g .·. 2 m ^cjo’TintDt^cooOr-'Cjco^Tintot^o (0 r-ι 1—l »“"t ^ ^ ^

EH W

12 100341

Mekaaninen koestus

Veto- ja iskukoestus samoin kuin kovuusmittaukset suoritettiin huoneen lämpötilassa taulukossa 2 esitetyn keksinnön mukaisen teräksen n:o 6 3 mm:n levyllä päästetyssä tilassa. Taulukossa 3 on esitetty kahden vetokokeen/teräs, viiden iskukokeen/teräs sekä kolmen kovuuspainuman/teräs keskiarvot. Käytetyt vakiosymbolit tarkoittavat Rp 0.2: 0,2 %:n ve-nymisraja, Rm: murtoraja, A5: murtovenymä %:eina, KV: isku-sitkeys, ja HV5: Vickers-kovuus, 20 kg.

Taulukko 3

Seos, n:o Rp0.2 Rm A5 KV HV20 (MPa) (MPa) (%) (J/cm2) 6 479 861 57 174 226 16 467 838 58 240 215

Yllä olevista arvoista voidaan sanoa, että keksinnön mukaisella teräksellä n:o 6 ja 16 on tavanomaisiin austeniitti-siin ruostumattomiin teräksiin verrattuna hyvä lujuus ja lujuuden suhteen hyvä sitkeys.

Rakennestabiilius

Rakennestabiilius merkitsee runsaasti seostetuissa auste-:Y niittisissa teräksissä useimmissa tapauksissa kykyä säilyttää austeniittinen rakenne altistettaessa ne 700 - 1100°C:n lämpötiloihin. Sillä on ratkaiseva vaikutus teräksen hitsattavuuden ja karkeampien dimensioiden lämpökäsittelyn edellytysten suhteen. Mitä suurempi sekundaaristen faasien erkau- . . tumistaipumus on, sitä huonompia ovat hitsattavuus ja kar-• · \ . keampien tuotteiden lämpökäsittelyn mahdollisuudet.

λ, Laajat lämpökäsittelykokeet (isotermikäsittelyt) osoittavat, että keksinnön mukaisella teräksellä on tunnetun teräksen, Avesta 254 SMO®:n, tasolla oleva rakennestabiilius huolimat- 100341 13 ta selvästi korkeammasta seosmäärästä. Tämä johtuu siitä, että korkeampi typpipitoisuus estää metallien välisen faasin muodostumista samalla, kun krominitridien muodostumistaipu-mus on kohtuullinen.

Korroosiotutkimukset Nämä tutkimukset suoritettiin materiaalilla, joka oli otettu kylmävalssatuista 3 mm:n levyistä päästetyssä tilassa tai vast, kaupallisista nikkeliperusseoksista 17 ja 18.

Rako- ja pistekorroosionkestävyys arvioitiin 6 %:sessa FeCl3-liuoksessa ASTM G-48:n mukaisesti. Rakokorroosiokoes-tuksessa käytettiin moninkertaisen raon tyyppistä rakomuo-dostajaa. Molemmissa koestuksissa määritettiin kriittinen lämpötila, jossa korroosio voidaan havaita näytteiden pinnalla sen jälkeen, kun ne olivat olleet alttiina FeCl3~ liuokselle 24 tunnin ajan. Kriittinen lämpötila määritettiin 2,5°C:n tarkkuudella. Korkea kriittinen lämpötila on edullinen, s.o. mitä korkeampi kriittinen lämpötila on, sitä parempi on korroosionkestävyys. Näissä kokeissa käytettiin vertailuna kaupallisesti saatavaa, taulukoissa 2 esitetyistä nikkeliperusseoksista koostuvaa materiaalia.

Yleinen korroosionkestävyys hapoissa arvioitiin merkitsemällä anodiset polarisaatiokäyrät ja näistä määritettiin passi-.*.* voitumisvirran tiheys. Alhainen passivoitumisvirran tiheys merkitsee sitä, että seos passivoituu helpommin varsinaisessa hapossa kuin korkean passivoitumisvirran tiheyden omaava seos. Tämä on aina edullista, koska passiivisen teräksen korroosionopeus on paljon alhaisempi kuin teräksessä, jota • · · ei ole voitu passivoida. Kokeissa käytettiin 20 %:sta ^ H2S04:ää 75eC:ssa, 70 %:sta I^SC^rää 50eC:ssa sekä fosfori-happoa 50eC:ssa.

’·;· Fosforihapon koostumus oli seuraava: « · » * · · 14 100341

Taulukko 4 P205 54 % Al203 0,6 % H2S04 4,0 % MgO 0,7 % HCl 1234 ppm CaO 0,2 % HF 1,1 % Si02 0,1 %

Seuraavissa taulukoissa esitetään, miten erilaiset, tärkeät seosaineet vaikuttavat taulukoissa 2 esitettyjen seoksien korroosionkestävyyteen. Piste- ja rakokorroosion suhteen on tunnettua, että yksi seosaine vaikuttaa samalla tavalla näiden korroosiotyyppien kestävyyteen. Tästä syystä ei ole mitään merkitystä, kumpaa näistä korroosiotyypeistä tutkitaan silloin, kun osoitetaan seosaineiden vaikutus.

On hyvin tunnettua, että kromi ja molybdeeni edistävät korroosionkestävyyttä useissa hapoissa ja että manganilla on hyvin vähän vaikutusta. On myös tunnettua, että kromilla ja ennen kaikkea molybdeenillä on positiivinen vaikutus piste-ja rakokorroosion suhteen, mutta että seokset, jotka sisältävät hyvin suuria kromi- ja molybdeenipitoisuuksia, voivat sisältää erkautumisia kromi- ja molybdeenirikkaiden faasien muodossa, jotka voivat vaikuttaa negatiivisesti rako- ja pistekorroosionkestävyyteen. On myös tunnettua, että mangaanilla voi olla negatiivinen vaikutus rako- ja pistekorroo-sion suhteen, koska se muodostaa mangaanisulfideja. Näistä t · syistä on tutkittu ainoastaan kromin, molybdeenin ja mangaanin vaikutusta rakokorroosion tai pistekorroosion suhteen.

On myös tunnettua, että rako- ja pistekorroosionkestävyys huononee austeniittisten terästen korkeissa kuparipitoisuuk- * » sissa, mutta että kuparipitoisuudella voi olla myös merki- « » '·* ^ tystä yleisen korroosionkestävyyden suhteen, minkä johdosta myös tätä viimeksi mainittua tekijää on tutkittu silloin, kun kuparipitoisuudella on merkitystä.

I I

Taulukossa 5 on esitetty molybdeenin vaikutus seosteiden •: ’ pistekorroosionkestävyyteen.

100341 15

Taulukko 5: Molybdeenipitoisuuden vaikutus kriittisiin pis-tekorroosiolämpötiloihin

Seos n:o Mo % Kriittinen lämpöt. °C

2 6,31 80 3 7,30 yli kiehumispisteen 4 8,28 yli kiehumispisteen 5 9,35 kiehumispiste 17 8,65 97,5 18 15,43 yli kiehumispisteen

Korkeimmat kriittiset lämpötilat on teräksellä 3 ja 4, jotka sisältävät 7,30 ja vast. 8,28 % molybdeeniä. Näillä teräksillä, joilla on keksinnön mukainen koostumus, on korkeampi kriittinen lämpötila kuin nikkeliperusseoksella n:o 17 ja sama kestävyys kuin nikkeliseoksella 18 myös kiehumispisteessä.

Taulukossa 6 on esitetty kromin vaikutus rakokorroosionkes-tävyyteen.

Taulukko 6: Kromipitoisuuden vaikutus kriittiseen rakokor-roosiolämpötilaan

Seos n:o Cr % Kriittinen lämpöt. °C

3 21,9 62,5 6 23,0 65 7 24,0 65 17 21,5 17,5 18 15,81 37,5

Kuten nähdään verrattaessa taulukon 6 seosteita 3 ja 6, • · . lisätyllä kromipitoisuudella on positiivinen vaikutus kor roosionkestävyyteen, mutta jo seoksen 23 %:n kromipitoisuu-dessa on saavutettu koko vaikutus. Mitään lisäparannusta ei siten saada aikaan seostamalla terästä lisää kromilla, seos 16 100341 n:o 7. Nikkeliperusseoksilla 17 ja 18 on huomattavasti alhaisemmat kriittiset lämpötilat kuin keksinnön mukaisilla seoksilla.

Taulukossa 7 on esitetty mangaanipitoisuuden vaikutus rako-korroosioon.

Taulukko 7; Mangaanipitoisuuden vaikutus kriittiseen rako-korroosiolämpötilaan

Seos n:o Mn % Kriittinen lämpöt. °C

16 2,0 60 3 4,1 62,5 12 7,8 45

Teräksellä n:o 12, jossa on korkea mangaanipitoisuus, on huomattavasti alhaisempi kriittinen lämpötila kuin teräksellä n:o 3. Viimeksi mainitussa on keksinnön mukainen mangaanipitoisuus, mutta muutoin sama seoskoostumus ja olennaisesti sama PRE-arvo kuin teräksellä n:o 12.

Taulukossa 8 on esitetty kuparipitoisuuden vaikutus pistekor-roosioon.

Taulukko 8; Kuparipitoisuuden vaikutus kriittiseen pistekor-roosiolämpötilaan

Seos n:o Cu % Kriittinen lämpöt. °C

3 0,12 yli kiehumispisteen 8 0,49 yli kiehumispisteen 9 0,96 kiehumispiste 10 1,46 97,5

Teräs, jossa on yli 0,49 %:n kuparipitoisuus, saa siis alhaisemman kriittisen lämpötilan kuin alhaisempia pitoisuuk-siä omaava teräs. Korroosionkestävyyden huononeminen on etenkin suuri 0,96 - 1,46 %:n kuparipitoisuusalueella.

100341 17

Taulukossa 9 on esitetty kuparin vaikutus yleiseen korroosionkestävyyteen hapoissa. Taulukossa on esitetty keskiarvo ja kahden mittauksen välinen hajonta.

Taulukko 9; Kuparipitoisuuden vaikutus passivointivirran tiheyksiin eri hapoissa

Seos n:o Cu % Passivointivirran tiheys μΑ/cm2 H2SO4 20 % H2S04 70 % H3PO4 3 0,12 114 ±35 135 ± 5 80 ± 4 8 0,49 122 ± 8 75 ± 8 97 ± 23 9 0,96 112 ± 7 65 ± 2 104 ± 5 10 1,46 120 ±3 63 ± 2 104 ± 10

Kuparilla ei ole mitään merkittävää vaikutusta passivointi-kykyyn 20%:isessa H2S04:ssä, mutta sillä on positiivinen vaikutus 70%:isessa H2S04:ssä. Viimeksi mainitussa tapauksessa suurin voitto on kuitenkin saavutettu jo 0,49 %:n Cu-pitoisuudessa. Fosforihapossa kuparin vaikutus on sitä vastoin negatiivinen.

Keksinnön mukaisella seoksella on siten optimaaliset korroosio-ominaisuudet n. 0,5 %:n kuparipitoisuudessa, koska - rako- ja pistekorroosionkestävyys ei ole huonontunut verrattuna alhaisemmissa kuparipitoisuuksissa saatuun kestä- ·... vyyteen, - kestävyys 70 %:sen H2S04:n suhteen on parantunut verrattuna alhaisemmissa kuparipitoisuuksissa saatuun kestävyyteen, ja - kestävyys fosforihapon suhteen ei ole huonontunut yhtä . .. paljon kuin alhaisemmissa kuparipitoisuuksissa saatu kes tävyys.

Claims (15)

100341

1. Austeniittinen ruostumaton teräs, jolla on hyvä lujuus, hyvä iskusitkeys, hyvä hitsattavuus ja hyvä korroosionkestävyys, etenkin hyvä piste- ja rakokorroosionkestävyys, tunnettu siitä, että teräs sisältää: korkeintaan 0,08 paino-% C:tä, korkeintaan 1,0 paino-% Si:tä, yli 0,5 ja korkeintaan 6 paino-% Mn:ää, yli 19 ja korkeintaan 28 paino-% Cr:ää, yli 17 ja korkeintaan 25 paino-% Niitä, yli 7 ja korkeintaan 10 paino-% Mo:ta, 0,4 - 0,7 paino-% N:ää, pieniä määriä - korkeintaan 2 paino-% Cu:ta, 0-0,2 paino-% Ce:tä, loput olennaisesti ainoastaan rautaa, epäpuhtauksia ja lisä-aineosia normaaleina pitoisuuksina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää korkeintaan 0,05 ja etenkin korkeintaan 0,03 % C:tä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää 1,0 - 5,0 %, etenkin 2,0 - 4,5 % Mn:ää.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää 3,0 - 4,2 % Mn:ää.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää korkeintaan 27 % ja etenkin korkeintaan 26 % Cr:ää. • ·

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu ’· ’ siitä, että se sisältää 7,2 - 9 % Mo:ta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää korkeintaan 8,5 %, etenkin korkeintaan 8,0 % Mo:ta. 100341

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää 0,45 - 0,65 %, etenkin korkeintaan 0,6 % ja sopivasti 0,48 - 0,55 % N:ää.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää 19 - 24 %, etenkin korkeintaan 23 % Ni:tä.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää 0,3 - 1,0 %, etenkin 0,4 - 0,8 % Cu:ta.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää korkeintaan 0,7 %, etenkin korkeintaan 0,5 % Siitä.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää 0,005 - 0,1 % Ce:tä.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen teräs, tunnettu siitä, että %Cr+ 3,3 x % Mo + 30 x % N > 60.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen teräs, tunnettu siitä, että sen koostumus on seuraava: korkeintaan 0,03 % C:tä, :V korkeintaan 0,5 % Si:tä, 2,0 - 4,5 % Mn:ää, 19 - 26 % Cr:ää, 19 - 23 % Ni:tä, 7,2 - 8,5 % Mo:ta, 0,45 - 0,6 % N:ää, . 0,3 - 0,8 % Cu:ta, :/· korkeintaan 0,1 % Ce:tä, loput olennaisesti ainoastaan rautaa, epäpuhtauksia ja lisä-aineosia normaaleina pitoisuuksina. 100341

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen teräs, tunnettu siitä, että sen koostumus on seuraava: korkeintaan 0,03 % C:tä, korkeintaan 0,5 % Si:tä, 3,0 - 4,2 % Mn:ää, 23 - 25 % Cr:ää, 21 - 23 % Ni:tä, 7,2 - 8 % Mo:ta, 0,48 - 0,55 % N:ää, 0,3 - 0,8 % Cu:ta, korkeintaan 0,05 % Ce:tä, loput olennaisesti ainoastaan rautaa, epäpuhtauksia ja lisä-aineosia normaaleina pitoisuuksina. • · * » • « 21 100341