FI103416B - Austeniittinen ruostumaton teräs, jonka työstettävyys on hyvä ja kylmä muovattavuus parannettu - Google Patents

Description

, 103416

Austeniittinen ruostumaton teräs, jonka työstettävyys on hyvä ja kylmämuovattavuus parannettu

Esillä oleva keksintö koskee hitsautuvaa austeniit-5 tista ruostumatonta terästä, joka on hyvin työstettävissä, ja jonka kylmämuovausominaisuudet ovat hyvät.

Julkaisusta JP-A-160 785 tunnetaan työstettävä teräs, joka on kylmämuovattavissa, ja jossa painoprosentteina, erityisesti rikkipitoisuus on alle 0,03 %, 10 kalsium- ja happipitoisuudet, tässä järjestyksessä, on välillä 10 - 300 ppm ja välillä 30 - 300 ppm, kuparipitoisuus on välillä 0,8 - 5 % ja lyijypitoisuus on välillä 0,01 - 0,25 %.

Happi ja kalsium syötetään tähän austeniittiseen 15 ruostumattomaan teräkseen muuttamaan kovat sulkeumat kal-siumoksidipohj aisiksi sulkeumiksi.

Parannus työstettävyydessä johtuu erilaisten lyijy-määrien syötöstä koostumukseen.

Tiedetään hyvin, että austeniittiset ruostumattomat 20 teräkset ovat vaikeita työstää, johtuen toisaalta niiden alhaisesta lämmönjohtokyvystä, ja toisaalta johtuen niiden suuresta kylmäkarkenevuudesta, mikä johtaa paikallisesti hyvin koviin alueisiin. Lämmön heikko johtuminen, mitä syntyy leikkaavan työkalun kärjessä, johtaa työkalun no-' 25 peaan huononemiseen.

Yksi austeniittisen ruostumattoman teräksen työs-tettävyyden parannuskeinoista, julkaisun JP-A-160 785 mukaan, käsittää lyijyainesosan syöttämisen, osuuden ollessä välillä 0,01 - 0,25 %.

3 0 Tämän ainesosan haittapuolina on se, että sitä on vaikea liuottaa homogeenisella tavalla sulaan metallikyl-pyyn, johtuen sen suuresta tiheydestä, ja sillä on taipumus akkumuloitua metallurgisten astioiden pohjaan.

Lisäksi se muodostaa faaseja, joiden sulamispiste 35 on alhainen, mikä huonontaa kuumamuovautuvuutta muodosta- 103416 2 maila virheitä valssauksen aikana, ja mikä, mitä tulee hitsautuvuuteen, tuottaa hitsialueella tätä samaa virhettä, mikä rajoittaa hitsin mekaanista kestävyyttä.

Lisäksi austeniittisen ruostumattoman teräksen 5 koostumukseen voidaan syöttää booria, julkaisun JP-A-160 785 mukaisesti, ainesosana, joka pystyy eliminoimaan lyijyn haitalliset vaikutukset mitä tulee kuumavalssaukseen, mutta boori lisää yhä vielä vaikeuksia hitsauksessa.

Booriainesosan syöttö johtaa lisäksi ainakin yhteen 10 toiseen haittapuoleen, se nimittäin pienentää kuumavals-saukselle sopivaa lämpötila-aluetta, mikä edellyttää vaativampaa kuumavalssausmenetelmää.

Austeniittinen ruostumaton teräs voi julkaisun JP-A-160 785 mukaan sisältää myös titaania.

15 Titaani, joka tavallisesti syötetään ruostumat tomiin teräksiin parantamaan raerajakorroosiokestävyyttä, häiritsee kalsiumoksidisulkeumien muodostumista ja pienentää niiden määrää.

Lisäksi titaani johtaa kovien sulkeumien muodostu-20 miseen, mikä heikentää työstettävyyttä aiheuttamalla leik-kaavien työkalujen ennenaikaista kulumista.

Hyvin työstettävän teräksen valmistusmenetelmä tunnetaan myös julkaisusta FR-A-2 542 761.

Kyseisessä julkaisussa mainitaan, että syy ruos-1 25 tumattomien terästen työstettävyyden hankaluuteen piilee tosiasiassa siinä, että ne sisältävät kovia ok-sidisulkeumia, kuten esimerkiksi alumiinioksidia tai kromiittia, jotka huonontavat leikkaavia työkaluja.

Yksi keinoista vähentää kovien oksidisulkeumien 30 haitallista vaikutusta on syöttää teräkseen yhtä tai useampia maa-alkalimetalliyhdisteitä korvaamaan hyvässä suhteessa kovat sulkeumat esimerkiksi kalsiumpohjaisilla oksidisulkeumilla. On myös toisaalta mainittu, että tietty määrä rikkiä yhdistettynä kovien sulkeumien kanssa 35 pienentää jälkimmäisten haitallista vaikutusta, rikkipi- 3 103416 toisuuden ollessa yleensä alle 0,5 x 10'4 % ja toisaalta, että toisina keinoina vähentää sulkeumien haitallista vaikutusta on pienentää niiden määrää, hyvällä hapen poistolla ja hyvällä sulan metallikylvyn dekantoinnilla teräksen 5 valmistuksen aikana.

Julkaisussa FR-A-2 648 477 ehdotetaan austeniittis-ten ruostumattomien terästen työstettävyyden parantamistarkoitukseen rikkimäärän, jonka osuus on välillä 0,1 -0,4 %, syöttämistä koostumukseen, samalla varmistaen että 10 kalsium- ja happiosuudet, tässä järjestyksessä, ovat suuremmat kuin 30 x 10'4 % ja 70 x 10'4 %, ja tyydyttämällä Ca/O-suhde välille 0,2 - 0,6.

Kyseisessä julkaisussa tarkoituksena on muodostaa mangaanin ja pienemmän kromiosuuden kanssa mangaani- ja 15 kromirikki (Mn, Cr) S, joka mahdollistaa määrättyjen sulkeumien muodossa, kunnollisen leikkaavan työkalun voitelun työstötoimenpiteiden aikana.

On myös mainittu, että rikillä on epäedullinen vaikutus korroosiokestävyyteen, ja että tästä huolimatta, 20 valittuna suuntauksena on syöttää uudelleen sulfuroituun teräkseen kalkkioksidien silikoaluminaattia ja edullisesti anortiittia.

Nyt on havaittu, että tällaisella austeniittisella ruostumattomalla teräksellä, silloin kun sen * 25 työstettävyysominaisuudet ovat hyvät, on toinen haittapuo li. Rikki tosiaan vähentää johdonmukaisella tavalla terästen ominaisuuksia, hitsautuvuuden näkökulmasta ja kylmä-muovautuvuuden näkökulmasta katsottuna, esimerkiksi säröjen esiintymisenä langaksi vedettäessä.

30 Edellä mainituissa julkaisuissa austeniittisen ruostumattoman teräksen työstettävyyttä on siksi parannettu : syöttämällä lyijyä voiteluaineena, syöttämällä happea tai kalsiumia korvaamaan kovat 35 sulkeumat sulkeumilla, jotka perustuvat maa-alkalimetallin yhdisteisiin, 4 103416 pienentämällä kovien sulkeumien määrää poistamalla happea sulametallin kylvystä teräksen valmistuksen aikana, syöttämällä määrä rikkiä uudelleensulfurointitek-niikalla.

5 Esillä olevan keksinnön päämääränä on tuottaa hit sautuva austeniittinen ruostumaton teräs, jonka työstet-tävyys on parantunut ja ominaisuudet kylmänä ovat hyviä, jolloin kupari- ja taottavat oksidit, valittuna kolmiosaisesta Al203-Si02-Ca0-diagrammista, ovat sopivassa suhteessa 10 samanaikaisesti läsnä, ja parantavat hyvin olennaisesti ominaisuuksia, joista jotkin ovat antinomisia.

Esillä oleva keksintö koskee hitsautuvaa austeniit-tista ruostumatonta terästä, jolla on hyvä työstettävyys ja parantunut kylmämuovautuvuus, ja jolle on tunnusomais-15 ta, että sen koostumus painoprosentteina on seuraava: C alle 0,1 %

Si alle 2 %

Mn alle 2 % S alle 0,03 % 20 Ni 8 - 10 %

Cr 15 - 25 % P enintään 0,04 %

Mo alle 0,5 %

Cu 1 - 5 % 25 N 0,02 - 0,07 %

Ca 30 x 10'4 - 150 x 10'4 % O 70 X 10'4 - 250 x 10'4 %

Ai alle 50 x 10'4 %, jolloin Ca/O-suhde on 0,3 - 0,6.

30 Esillä olevan keksinnön mukaisella austeniittisella ruostumattomalla teräksellä on edullisesti seuraava koostumus painoprosentteina: 5 103416 C enintään 0,08 %

Si 0,2 - 0,75 % Μη 0,5 - 1,5 % S alle 0,03 % 5 Ni 8 - 10 %

Cr 17 - 19 %

Mo alle 0,5 %

Cu 3 - 4 % N 0,02 - 0,07 % 10 Ca 0,003 - 0,01 % O 0,007 - 0,02 %

Ai alle 0,005 % P enintään 0,04 %,

Ca/O-suhteen ollessa välillä 0,3 - 0,6.

15 Hitsautuva austeniittinen ruostumaton teräs, joka on hyvin työstettävissä ja jonka kylmämuovautuvuus on hyvä, sisältää taottavia oksideja, joiden koostumukset ovat kolmiosaisen Al203-Si02-Ca0-diagrammin anortiitin, gehlenii-tin, pseudo-wollastoniitin kolmoispisteen alueella.

20 Rikki varmistaa mangaanirikin mikrosaostumien muo dostumisen, ja kupari varmistaa kylmäkarkenevuuden vähenemisen, mikä mahdollistaa pehmeämmän pinnan saamisen, ja työstön aikana, lastujen muodostumisen, jotka ovat myöskin pehmeämpiä työstölämpötliassa, mistä johtuu suuri nousu * 25 työkalujen eliniässä.

Edullisessa keksinnön mukaisessa muodossa typpipitoisuus on välillä 0,03 - 0,05 %. Toisessa edullisessa keksinnön mukaisessa muodossa hiilipitoisuus on alle 0,03 %.

30 Keksinnön piirteet ja edut tulevat selviksi seuraa- vasta kuvauksesta, joka annetaan ainoastaan esimerkkinä viittaamalla liitteenä oleviin piirroksiin, joissa: kuvio 1 edustaa työkalun kulumisen asteittaista kehittymistä ajan funktiona kuvaavaa kahta käyrää suhteessa 35 keksinnön mukaiseen teräkseen ja vertailuteräkseen, 6 103416 kuvio 2 edustaa kokoonpuristumiskertoimen asteittaista kehittymistä langaksi vetämisen jälkeen kuvaavaa kahta käyrää suhteessa keksinnön mukaiseen teräkseen ja vertailuteräkseen, 5 kuviot 3 ja 4 edustavat toisaalta magneettisen per- meabiliteetin vertailtua asteittaista kehittymistä keksinnön mukaisen teräksen ja vertailuteräksen muodonmuutospro-sentin funktiona, ja toisaalta martensiittipitoisuuden asteittaista kehittymistä muodonmuutosprosentin funktiona 10 suhteessa keksinnön mukaiseen teräkseen ja samaan vertailuteräkseen, kuvio 5 edustaa kriittisen virran suuruutta pH:n funktiona kuvaavaa kahta käyrää korroosiotestissä, klooratussa väliaineessa, suhteessa keksinnön mukaiseen teräk-15 seen verrattuna vertailuteräkseen.

Esillä olevan keksinnön mukaisen austeniittisen ruostumattoman teräksen koostumus painoprosentteina on seuraava: C alle 0,1% 20 Si alle 2 %

Mn alle 2 % S alle 0,03 %

Ni välillä 8 - 10 %

Cr välillä 15 - 25 % * 25 P alle tai yhtä suuri kuin 0,04 %

Mo alle 0,5 %

Cu välillä 1 - 5 % N välillä 0,02 - 0,07 %

Ca yli 30 x 10'4 % 30 0 yli 70 x 10‘4 % AI alle 50 x 10'4 %,

Ca/O-suhteen ollessa välillä 0,3 - 0,6.

Edullisesti esillä olevan keksinnön mukaisen austeniittisen ruostumattoman teräksen koostumus painoprosent-35 teinä on seuraava: 7 103416 C alle tai yhtä suuri kuin 0,08 %

Si välillä 0,2 - 0,75 %

Mn välillä 0,5 - 1,5 % S alle 0,03 % 5 Ni välillä 8 - 10 %

Cr välillä 17 - 19 %

Mo alle 0,5 %

Cu välillä 3 - 4 % N välillä 0,02 - 0,07 % 10 Ca välillä 0,003 - 0,01 % O välillä 0,007 - 0,02 % AI alle 0,005 % P alle tai yhtä suuri kuin 0,04 %,

Ca/O-suhteen ollessa välillä 0,3 - 0,6.

15 Tämä teräs sisältää taottavia oksideja, joiden koostumukset ovat kolmiosaisen Al203-Si02-Ca0-diagrammin anortiitin, gehleniitin ja pseudo-wollastoniitin kolmois-pisteen alueella.

Tähän päivään saakka austeniittisten ruostumatto-20 mien terästen työstettävyyttä on parannettu syöttämällä terästen koostumukseen joko lyijyä, rikkiä tai valvottua määrää kalsiumia ja happea.

Nyt on yllättäen havaittu, että kupari-, happi- ja kalsium-ainesosien yhdistelmä yhdistettynä pienen rik-• 25 kimäärän kanssa antaa austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle huomattavan työstettävyyden.

Kupariainesosa vaikuttaa seuraavasti: se pienentää lastujen kovuutta työstölämpötilassa, mitä tulee kylmämuovautuvuuteen, se varmistaa te-30 räksen kylmäkarkenevuuden vähenemisen lisäämällä pinoamis-virheiden energiaa, ja se varmistaa korroosiokestävyyden happamassa väliaineessa muodostamalla suojaavan metallioksidikalvon.

Austeniittisten ruostumattomien terästen koostumuk-35 seen syötetty typpiainesosa ennalta määrätyssä suhteessa 8 103416 ja rajoitettuna välille 0,03 - 0,05 %, stabiloi austeniit-tia kylmäkarkaistuvan martensiitin muodostumisen kustannuksella, millä on taipumusta pienentää magneettista per-meabiliteettia.

5 Hiilipitoisuus on edullisesti alle 0,03 %.

On myös havaittu, että rikin ja lyijyn korvaava kupariainesosa yksin käytettynä, ja edullisesti typen kanssa, myötävaikuttaa austeniitin stabiloitumiseen kylmäkarkaistuvan martensiitin muodostumisen kustannuksella, 10 mikä johtaa magneettisen permeabiliteetin pienenemiseen.

Keksinnön mukaisella austeniittisella ruostumattomalla teräksellä on ryhmä tunnusmerkkejä ja fysikaalisia ominaisuuksia, jotka ovat joskus yllättäviä, joskus anti-nomisia, kuten työstettävyys, hitsautuvuus, kylmämuovau-15 tuvuus, amagnetismi ja korroosiokestävyys.

Näiden tunnusmerkkien ja fysikaalisten ominaisuuksien joukkoa tullaan alempana kuvaamaan peräkkäisissä ver-tailutestien sarjassa, kuten karbidityökalun kulumistes-tissä ajan funktiona, kylmämuovautuvuuden vertailutestissä 20 langaksi vetämällä, martensiitin muodostumiseen teräksessä liittyviin taottavuuden fysikaalisten ominaisuuksien ver-tailutestissä, huokoisen korroosiokestävyyden vertailutes-tissä, ja hitsautuvuustestissä.

Austeniittisten ruostumattomien terästen, joiden 25 työstettävyys on parantunut, alueella saavutettuja käytön erilaisia teknisiä suuntauksia ja ominaisuuksia verrataan yleensä kansainväliseen vertailuteräkseen AISI 304.

Tämä vertailuteräs on luokiteltu austeniittinen teräs, jonka yleinen koostumus on seuraava: C alle 0,08 %, 30 Cr välillä 18 - 20 %, Ni välillä 8 - 10,5 %, S alle 0,03 %, Mo alle tai yhtä suuri kuin 0,5 %, Mn alle tai yhtä suuri kuin 2 % ja N alle tai yhtä suuri kuin 0,1 %.

Austeniittisten ruostumattomien terästen työstö-alueella testit on suoritettu karbidityökaluilla.

9 103416

Kuviosta 1 tullaan havaitsemaan, että 30 minuutin työstön jälkeen, leikkausnopeuden ollessa 220 m/min, työkalun, jolla on työstetty keksinnön mukaista terästä (käyrä A), kallistuksen kuluminen Vb pienenee noin 30 % suh-5 teessä kallistuksen kulumiseen Vb, joka saadaan työstämällä vertailuterästä (käyrä B).

Keksinnön mukaista terästä testattiin myös "Gun Drilling" -teknologialla eli porattiin ohjausholkin avulla öljyssä korkean paineen alaisena. Kun saavutetaan valitut 10 leikkausolosuhteet lastujen hyvin poistamiseksi, keksinnön mukaisten teräspalojen työstö on neljä kertaa nopeampaa kuin vertailuteräksellä, ja työstettyjen kappaleiden lukumäärä ennen työkalun uudelleen teroittamista on kuusi kertaa korkeampi.

15 Kylmämuovautuvuuden näkökulmasta, kuviossa 2 esite tyt testit osoittavat, että 300 %:n langaksi vetämisen muodonmuutoksen jälkeen, keksinnön mukainen teräs (käyrä C) säilyttää kokoonpuristumiskertoimen korkeampana kuin 60 %, kun taas se saavuttaa alemman arvon kuin 50 % ver-20 tailuteräksellä (käyrä D).

Yksi alkuperäisistä fysikaalisista tunnusmerkeistä liittyy keksinnön mukaisen teräksen magneettiseen käyttäytymiseen, kuten kuvioissa 3 ja 4 esitetty vertailutesti paljastaa.

• 25 100 %:n langaksi vetämisen muodonmuutoksen jälkeen keksinnön mukaisen teräksen magneettinen permeabiliteetti on 1,4 (käyrä G, kuvio 3) ja langaksi vetämisen aikana muodostuu vain 1,9 % martensiittia (käyrä E, kuvio 4).

Samoissa olosuhteissa vertailuteräs muodostaa kolme 30 kertaa niin paljon martensiittia (käyrä F, kuvio 4) ja sen magneettinen permeabiliteetti on siis 2,4 (käyrä H, kuvio 3).

Korroosiokestävyyden testit suoritettiin myös, ja ne esitetään kuviossa 5.

10 103416

Depassivoinnin pH, mitattuna natriumkloridin liuoksessa ja määritettynä pH:na, jonka yläpuolella kriittinen passivoitumisvirta on pienempi kuin 10 μΑ/cm2, on olennaisesti yhtä suuri kuin 3 keksinnön mukaisella teräksellä 5 (käyrä J), ja se on selvästi alempi kuin vastaava vertai-luteräksellä, joka on 3,5 (käyrä K).

Mitä tulee hitsautuvuuteen, suoritettiin testi vertaamalla kahta kaarihitsiä, ilman täytemetallia, toisen ollessa muodostuneena vertailuteräksen ja uudelleen sulfu-10 roidun teräksen välille, toisen ollessa muodostuneena sa man vertailuteräksen ja keksinnön mukaisen teräksen välille.

Uudelleen sulfuroidussa teräksessä havaittiin termisesti rasittunut alue, rikin runsas saostuminen karheis-15 sa liitoksissa.

Tätä aluetta verrattiin ei-termisesti rasitetun alueen kanssa, ja löydettiin, että tällä ei-termisesti rasitetulla alueella on tällaisen uudelleen sulfuroidun teräksen tunnettuja rikkisulkeumia.

20 Vertailuteräksen ja keksinnön mukaisen teräksen välille muodostettua hitsiä tutkittaessa havaittiin, että keksinnön mukaisella teräksellä ei ollut hitsauksesta johtuvaa rakenteen modifikaatiota.

Edellä mainitut erilaiset tunnusmerkit antavat kek-* 25 sinnön mukaiselle teräkselle suurinopeuksisen työstettä- vyyden, kylmämuovautuvuuden, jolla on merkittävät magneettiset ominaisuudet, ja suuren huokoisen korroosiokestävyy-den yhdessä hitsautuvuuden kanssa.

Kupariainesosan yhdistelmä yhdistettynä pienen rik-30 kimäärän ja annetun kalsiumin ja hapen suhteen kanssa antaa keksinnön mukaiselle teräkselle huomattavia tunnusmerkkejä johtamatta haittapuoliin, joita on luontaisesti alhaisen sulamispisteen omaavissa aineosissa.

Claims (5)

103416

1. Hitsautuva austeniitt inert ruostumaton teräs, jolla on hyvä työstettävyys ja parantunut kylmämuo- 5 vautuvuus, tunnettu siitä, että sen koostu mus painoprosentteina on seuraava: C alle 0,1 % Si alle 2 % Mn alle 2 % 10. alle 0,03 % Ni 8 - 10 % Cr 15 - 25 % P enintään 0,04 % Mo alle 0,5 %

15 Cu 1 - 5 % N 0,02 - 0,07 % Ca 30 x 10'4 - 150 x 10’4 % O 70 x 10'4 - 250 X 10'4 % Ai alle 50 x 10'4 %, jolloin 20 Ca/O-suhde on 0,3 - 0,6.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen teräs, tunnettu siitä, että sen koostumus painoprosentteina on edullisesti seuraava: C enintään 0,08 %

25 Si 0,2 - 0,75 % Mn 0,5 - 1,5 % S alle 0,03 % Ni 8 - 10 % Cr 17 - 19 %

30 Mo alle 0,5 % Cu 3 - 4 % N 0,02 - 0,07 % Ca 0,003 - 0,01 % O 0,007 - 0,02 %

35 AI alle 0,005 % 12 103416 P enintään 0,04 %, jolloin Ca/O-suhde on 0,3 - 0,6.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen teräs, tunnettu siitä, että se sisältää taottavia ok- 5 sideja, joiden koostumukset ovat kolmiosaisen Al203-Si02-CaO-diagrammin anortiitin, gehleniitin ja pseudo-wollas-toniitin kolmoispisteen alueella.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen teräs, tunnettu siitä, että typen pitoisuus on edul- 10 lisesti 0,03 -0,05 %.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen teräs, tunnettu siitä, että hiilen pitoisuus on edullisesti alle 0,03 %. 13 103416