FI109032B - Austeniittinen ruostumaton teräs, jolla on hyvät ominaisuudet ja suuri rakenteellinen stabiilisuus, ja sen käytöt - Google Patents

Description

109032

Austeniittinen ruostumaton teräs, jolla on hyvät ominaisuudet ja suuri rakenteellinen stabiilisuus, ja sen käytöt Tämä keksintö koskee austeniittista ruostumatonta 5 terästä, jolla on suuri lujuus, hyvä korroosionkesto ja erittäin hyvä rakennestabiilisuus.

Laitteistojen valmistukseen, jotka on tarkoitettu erityisesti savun saasteenpoistoasennuksiin, öljynporauslautoille, kemian teollisuuteen ja paperimassateollisuu-10 teen, käytetään austeniittisia tai superausteniittisia ruostumattomia teräksiä, joilla on suuri lujuus ja hyvä korroosionkesto. Nämä ruostumattomat teräkset sisältävät yleensä suuria typpi- ja molybdeenipitoisuuksia. Tällaisia teräksiä on paljastettu erityisesti kahdessa hakemusjul-15 kaisussa 0 438 992 ja 0 342 574 ja FR-hakemusjulkaisussa 93-06468. Näiden teräksien haittana on kuitenkin tietty yhteensovittamattomuus hyvän korroosiokäyttäytymisen ja hyvän rakenteellisen stabiilisuuden välillä. Tästä johtuen on olemassa tietty vaikeus sovittaa yhteen laitteiston 20 valmistusoperaatioita, kuten hitsausta tai kuumamuokkausta ja tämän laitteiston kaikkien osien erittäin suurta kor-roosionkestoa.

Alalla tunnetuilla austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä, joilla on suuri lujuus ja hyvä korroosion-25 kesto, on toinen haitta siinä, että niitä ei voida käyttää massiivisten osien muodossa. Todellakin osien jäähdytyksen aikana rakenteen epästabiilisuus aiheuttaa metallien välisiä erkaumia, jotka vaikuttavat merkittävän haitallisesti teräksen korroosionkestoon ja mekaanisiin ominaisuuksiin.

30 Tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan auste niittinen ruostumaton teräs, jolla on hyvät mekaaniset ominaisuudet, erittäin hyvä korroosionkesto klooratussa väliaineessa ja erittäin hyvä rakenteellinen stabiilisuus.

Tässä tarkoituksessa tämä keksintö kohdistuu auste-35 niittiseen ruostumattomaan teräkseen, jolla on hyvät me- 2 109032 kaaniset ominaisuudet, hyvä korroosionkesto ja hyvä rakenteellinen stabiilisuus. Teräkselle on tunnusomaista, että sen kemiallinen koostumus laskettuna painosta on 23 % < Cr < 28 % 5 15 % < Ni < 28 % 0,5 % < Mn < 6 % 0 % < Cu < 5 % 0 % < C < 0,06 % 0 % < Si < 1 % 10 0 % < Nb < 0,5 % 0 % < V < 0,5 % 0%<A1<0,1% 3 % < Mo < 8 % 0,35 % < N < 0,8 % 15 1 % < W < 5 % loppuosan koostuessa raudasta ja valmistukseen liittyvistä epäpuhtauksista.

Edullisemmin teräksen kemiallinen koostumus, laskettuna painosta on 20 23 % < Cr < 26 % 21 % < Ni < 23 % 2 % < Mn <3,5 % 1 % < Cu < 2 % 0 % < C < 0,03% .25 0 % < Si < 0,4 % 0 % < Nb < 0,5 % 0 % < AI < 0,1 % 4,5%<Mo<6,5% 0,4 % < N < 0,55 % 30 2 % < W < 3,5 % 3 109032 loppuosan koostuessa raudasta ja valmistukseen liittyvistä epäpuhtauksista.

Edullisesti tämän keksinnön mukaisen teräksen kemiallinen koostumus täyttää seuraavan kaavan: CP = 20 x 5 % Cr + 0,3 x % Ni + 30 x % Si + 40 x % Mo + 5 x % W + 10 x % Mn + 50 x % C - 200 x % N < 710, mikä takaa, että metallien välisten faasien erkautumiskinetiikka on mahdollisimman hidas.

Lisäksi, jotta saataisiin mahdollisimman hyvä kor-10 roosionkesto, teräksen kemiallisen koostumuksen on vastattava seuraavaa: PRENW = % Cr + 3,3 x % Mo + 16 x % N + 1,7 %W> 47.

Lopuksi, jotta saataisiin erittäin korkeat mekaaniset ominaisuudet, teräksen kemiallisen koostumuksen on 15 edullisesti täytettävä suhde: 113 + 16 (% Mo + 0,7 % W) + 525 % N > 420.

Tämän keksinnön mukaisesti tätä terästä voidaan käyttää massiivisten osien valmistukseen. Sitä voidaan myös käyttää laitteiston valmistukseen, joka on tarkoitet-20 tu massiivisille öljynporauslautoille, tai laitteiston valmistukseen, joka on tarkoitettu kemian tehtaisiin, pa-perimassatehtaisiin, puhdistuslaitoksiin, tai säiliöiden valmistukseen, jotka on tarkoitettu syövyttävien tuotteiden kuljetukseen, tai viimeiseksi laivarunkojen valmistuk-25 seen. Tätä terästä voidaan myös käyttää kerros- tai päällystettyjen levyjen valmistukseen.

Tätä keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisesti ei-rajoittavalla tavalla.

Alaan perehtyneet tuntevat austeniittiset ruostu-30 mattomat teräkset, jotka ovat rautapohjaisia lejeerinkejä, joilla on suuri kromi- ja nikkelipitoisuus ja joilla on luonnostaan austeniittinen rakenne kiinteässä tilassa oleellisesti missä tahansa lämpötilassa. Useimmilla näistä teräksistä rakenne ei ole 100-%:isesti austeniittinen lä-35 hellä jähmettymispistettä, mutta muuttuu sellaiseksi heti 4 109032 kun lämpötila laskee. Joillakin näistä teräksistä, joita kutsutaan superausteniittisiksi teräksiksi, rakenne on 100-%:isesti austeniittinen jähmettyessään. Näiden terästen katsotaan olevan tunnettuja.

5 Tämän keksinnön tekijät ovat havainneet, että yl lättäen lisäämällä samanaikaisesti näihin teräksiin suuria pitoisuuksia typpeä: 0,35 - 0,8 paino-% ja edullisesti 0,4 - 0,55 % ja wolframia: 1-5 paino-% ja edullisesti 2 -3,5 %, saatiin heti hyvät mekaaniset ominaisuudet, erittäin 10 hyvä korroosionkesto klooratussa väliaineessa ja erittäin hyvä rakenteellinen stabiilisuus, ts. erittäin hidas metallien välisten faasien erkanemiskinetiikka korotetussa lämpötilassa.

Erittäin hyvä rakenteellinen stabiilisuus tekee 15 mahdolliseksi massiivisten osien, esimerkiksi paksujen levyjen, paksujen putkien, taottujen osien, valettujen osien tai hitsattujen kokoonpanojen, valmistuksen, joiden mekaaniset ominaisuudet ja käyttäytyminen korroosion suhteen ovat joka kohdassa erinomaiset hitsaussaumojen 20 läheisyys mukaan luettuna.

Nämä teräkset sisältävät painosta laskettuna edellä mainittujen typpi- ja wolframipitoisuuksien lisäksi seuraa-vassa mainittuja alkuaineita.

Kromi: Yli 23 %, jotta varmistetaan hyvä 25 paikalliskorroosionkesto ja hyvä typen liukenevuus, mutta alle 28 % ja edullisesti alle 26 %, kromikarbidien erkanemisvaarojen rajoittamiseksi.

Nikkeli: Yli 15 % ja edullisesti yli 21 %, jotta varmistetaan austeniittinen jähmettyminen, mikä takaa hyvän 30 typen liukenemisen niin, että saadaan hyvä korroosionkesto rikkihappoväliaineessa, ja rajoitetaan paikalliskorroosion etenemistä, alle 28 % ja edullisesti alle 23 % niin, että vältetään pienentämästä liiallisesti typen liukenemista ja koska nikkeli on kallis metalli.

35 5 109032

Mangaani: Yli 0,5 % ja edullisesti yli 2 % niin, että saadaan riittävä typen liukeneminen ja rajoitetaan murtumisherkkyyttä kuumassa tilassa, alle 6 % ja edullisesti alle 3,5 % metallien välisten faasien erkanemisvaa-5 rojen rajoittamiseksi ja tulenkestoisten osien kulumisen rajoittamiseksi teräksen valmistuksen kuluessa.

Kupari: 0 - 5 % ja edullisesti 1 - 2 % korroosion-keston parantamiseksi rikkihappopitoisessa ja happamassa klooratussa väliaineessa.

10 Molybdeeni: Teräksen molybdeenin painosisällön on oltava yli 3 % ja edullisesti yli 4,5 % paikalliskorroo-sionkeston, typen liukenemisen, mekaanisten ominaisuuksien huoneenlämpötilassa ja korotetussa lämpötilassa parantamiseksi ja murtumisvaarojen rajoittamiseksi kuumatilassa 15 hitsauksen jälkeen; mutta tämän sisällön on oltava alle 8 % ja edullisesti alle 6,5 % rikastumien muodostumisen ja metalien välisen faasien erkanemisen välttämiseksi.

Typen ja wolfrämin vaikutukset ovat seuraavat:

Typpi tekee mahdolliseksi saada hyvät mekaaniset 20 ominaisuudet, hyvän käyttäytymisen koskien paikalliskor-roosiota ja hyvän rakenteellisen stabiilisuuden; kuitenkin liian suurina pitoisuuksina se huonontaa iskusitkeyttä.

Wolframi tekee mahdolliseksi saada hyvän korroo-sionkeston happamissa ja pelkistävissä klooratuissa väli- • · · 25 aineissa, hyvän korroosionkeston halkeamissa, kun se on liittynyt molybdeeniin ja typpeen, mekaanisten ominaisuuk-sien lujittumisen huoneenlämpötilassa ja korotetussa läm-"|| pötilassa; kuitenkin liian suurina pitoisuuksina se ai- • * heuttaa erkaumia, joilla on haitallinen vaikutus käyttö- 30 ominaisuuksiin.

* Tällaiset teräkset sisältävät aina hieman hiiltä, : piitä ja alumiinia. Hiilipitoisuuden on oltava alle 0,06 % .···. ja edullisesti alle 0,03 %, jotta vältetään karbidin erka- '['· neminen raerajoilla.

• · · 6 109032

Pii ja alumiini, jotka toimivat hapenpoistoaineissa teräksen valmistuksen kuluessa, on rajoitettu 1 %:iin piin osalta ja 0,1 %:iin alumiinin osalta.

Muita alkuaineita, kuten magnesiumia, seriumia tai 5 kalsiumia, voidaan lisätä hapenpoistoaineiksi. On myös mahdollista lisätä jopa 0,5 % niobia ja/tai vanadiinia mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi. Jotta varmistettaisiin, että tämän keksinnön mukaisen ruostumattoman teräksen ominaisuudet ovat optimaaliset, kemiallinen koostu-10 mus on säädettävä sellaisiin koostumusrajoihin, että: mekaaniset ominaisuudet ovat hyvät, mihin vaaditaan seuraavaa suhdetta: 113 + 16 (% Mo + 0,7 % W) + 525 % N > 420, paikalliskorroosionkesto on maksimissaan, mihin 15 vaaditaan seuraavaa: PRENW > % Cr + 3,3 (%Mo) + 16 (%N) + 1,7 (%W) > 47, metallien välisten faasien erkanemisen kinetiikka on erittäin hidas, mikä saavutetaan, mikäli: CP = 20 % Cr + 0,3 x % Ni + 3+ x % Si + 40 x % Mo + 5 x % 20 W + 10 x % Mn + 50 x % C - 200 x % N < 710.

Tällä kemiallisella koostumuksella saadaan auste-niittinen ruostumaton teräs, jonka myötöraja Rp 0,2 % huo-neenlämpötilassa on yli 420 MPa ja jonka rakenteellinen .*·*. stabiilisuus, jota karakterisoi metallien välisten faasien 25 erkanemisen kinetiikka 850 °C:ssa, on parempi kuin niillä • · · \;m laduilla, jotka ovat muuten ekvivalentteja. Tämän seurauk- sena korroosionkestoon ei vaikuta metallin käytössä, kuten hitsauksessa, käytetty lämpösykli, mikä ei ole asianlaita ’·' aikaisemman tekniikan teräksillä.

30 Esimerkkinä valmistettiin teräs, jolla on seuraava kemiallinen koostumus: 0’: Cr = 23,7 % C = 0,015 % .···. Ni = 21,5 % Mn = 2 %

Mo = 5 % Si = 0,2 % . 35 N = 0,45 % Nb = 0,02 % 7 109032 W = 2 % V = 0,15 %

Cu = 1,5 % AI = 0,02 % Tämän teräksen myötöraja on 452 MPa, korroosion herkkyyskerroin PRENW-puhkaisulla = 50,8 ja erkaumien 5 herkkyyskerroin CP = 627 siten, että säilytysaika metallien välisten yhdisteiden erkanemiseen 850 °C:ssa on 180 sekuntia.

Karkaisun jälkeen korroosionopeus kloorivetyväliai-neessa on 100 MDD (mg/dm2/d); karkaisun jälkeen, jota seulo raa herkistyskäsittely pitämällä terästä 800 °C:ssa 15 minuuttia, korroosionopeus samoissa olosuhteissa on 200 MDD.

Vertailun vuoksi aikaisemman tekniikan teräksellä, jolla on seuraava koostumus:

Cr = 24 Mn = 3 Si = 0,4 15 Ni = 22 C = 0,01 AI = 0,02

Mo = 7 Nb = 0,2 N = 0,45 V = 0,15 on myötöraja 461 MPa, PRENW = 54,3, CP = 716, säilytysaika erkautumiseen 60 sekuntia, korroosionopeus karkaisun jäl-20 keen 99 MDD ja korroosionopeus herkistyskäsittelyn jälkeen 850 °C:ssa 15 minuutin ajan 980 MDD.

Tämän keksinnön mukainen teräs on paljon vähemmän herkkä herkistyksen lämpösykleille. Tämän seurauksena on mahdollista valmistaa kerros- tai päällystettyjä levyjä, .1!1. 25 jotka koostuvat tämän keksinnön mukaisen teräksen kerrok-sesta ja rakenneteräksen kerroksesta, jonka ruostumattoman päällysteen ominaisuudet ovat vertailukelpoiset sellaisen '!!! massiivisen ruostumattoman teräslevyn ominaisuuksien kans- * · · * sa, joka on valmistettu samasta laadusta.

30 Koska tämän keksinnön mukaisella teräksellä on hyvä rakenteellinen stabiilisuus, sitä voidaan käyttää erityi-V : sesti valettujen osien, taottujen osien, valssitankojen, .···. valssilevyjen, saumattomien putkien ja hitsattujen putkien valmistukseen erityisesti, kun nämä tuotteet ovat massii- • t 35 visia, ts. kun niitä käytetään paksujen osien muodossa.

8 109032 ts. osina, joiden minimipaksuus on yli 4 mm, erityisesti kun kyseessä ovat osat, joiden paksuus on yli 4 mm ja alle 40 mm; niillä on tällöin hyvä ominaisuuksien homogeenisuus koko paksuudelta; mitä tulee yli 40 mm: n paksuuksiin, 5 erittäin hyvä rakenteellinen stabiilisuus tekee mahdolliseksi säilyttää iskusitkeyden ja tuottavuuden korkeat tasot koko paksuudelta.

Johtuen tämän keksinnön mukaisen teräksen mekaanisista ominaisuuksista, sen korroosionkestosta, sen sovel-10 tuvuudesta hitsaukseen ja paksujen osien valmistukseen, sitä voidaan käyttää edullisesti erityisesti seuraavien tuotteiden valmistukseen: putket, laipat, kollektorit, öljyputkistot, kaasu-putkistot, erottimet, pumput, kompressorit, lämmönvaihti-15 met, jotka soveltuvat käytettäväksi kosketuksessa meriveteen tai virtaaviin aineisiin, jotka sisältävät klorideja ja H2S:a, erityisesti jotka on tarkoitettu mihin tahansa palontorjuntaprosessien laitteistoon tai piireihin, jotka johtavat merivettä öljynporauslautoilla, 20 putket, laipat, säiliöt, reaktorit, pumput, komp ressorit ja yleisemmin mitkä tahansa osat tai seinämät laitteistoissa, jotka on tarkoitettu kemian teollisuuteen, paperimassan valmistukseen, hydrometallurgiaan, puhdistuk- • t seen, joka toimii kosketuksessa virtaaviin aineisiin tai 25 korrodoiviin poistovirtoihin ja erityisesti, kun kyseessä " on happamien kloorattujen väliaineiden aiheuttama korroo- sio; kyseessä ovat paperimassateollisuudessa erityisesti » klooraussuodattimet, valkaisutornit, erityisesti valkaisu-’ tornit, joissa käytetään peroksidihappea ja otsonia, se- 30 koittimet, pesutornit, kyllästyslaitteet, säiliöt, jotka on tarkoitettu korrodoivien tuottei-V ·’ den maantie-, rautatie tai merikuljetuksiin, .···, laivojen rungot, laitteistot, jotka toimivat korotetussa lämpötilas-. 35 sa ja erityisesti laitteistot, jotka on tarkoitettu petro- 109032 9 kemian teollisuuteen, sementtiteollisuuteen, jätteenpolt-toon, savutorviin, savupiippuihin.

Näiden sovellutusten ei ole tarkoitettu olevan tyhjentäviä ja yleisemmin tämä teräs tekee mahdolliseksi saa-5 vuttaa parantuneen toimintakäyttäytyrnisen verrattuna aikaisemman tekniikan teräksiin ja alhaisemmin kustannuksin kuin nikkelipohjaisilla lejeeringeillä kaikissa sovellutuksissa: hapettavassa klooratussa väliaineessa, 10 klorideja ja H2S:a sisältävässä väliaineessa, happamassa, klooratussa väliaineessa, erityisesti kun valmistettujen tuotteiden on oltava paksuja tai massiivisia tai kun käyttölämpötila on korotettu.

i • » • « « 1 • * « » • · ·

Claims (11)

109032

1. Ruostumaton austeniittinen teräs, jolla on hyvät mekaaniset ominaisuudet, hyvä korroosionkesto ja hyvä ra-5 kenteellinen stabiilisuus, tunnettu siitä, että sen kemiallinen koostumus laskettuna painosta on 23 % £ Cr £ 28 % 15 % £ Ni £ 28 % 0,5% £ Mn £ 6 % 10 0 % <; Cu 1 5 % 0 % £ C ^ 0,06 % 0 % <; Si £ 1 % 0 % ^ Nb <0,5 % 0 % <; V s 0,5 % 15 0%£A1^0,1% 3 % £ Mo £ 8 % 0,35 % £ N £ 0,8 % 1 % £ W <; 5 % loppuosan koostuessa raudasta ja valmistukseen liittyvistä ;;; 2 0 epäpuhtauksista.

• · ·** 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruostumaton te- I ··· räs, tunnettu siitä, että sen kemiallinen koos- ...i1 tumus laskettuna painosta on :’·”·1 23 1 Cr 1 26 % 25 21 % £ Ni i 23 % 2 % £ Mn £3,5 % • · · 1 % <; Cu 1 2 % 0 % ^ C £ 0,03 % • ' * » · 0 % < Si £ 0,4 % I | · 30 0 % <; Nb <; 0,5 % 0 % <; AI 1 0,1 % 4,5 % <; Mo <; 6,5 % 0,4 % £ N £ 0,55 % 2 % < W £ 3,5 % 109032 loppuosan koostuessa raudasta ja valmistukseen liittyvistä epäpuhtauksista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ruostumaton teräs, tunnettu siitä, että sen kemiallinen koos- 5 tumus täyttää seuraavan suhteen: CP = 20 x % Cr + 0,3 x % Ni + 30 x % Si + 40 x % Mo + 5 x % H + 10 x % Mn + 50 x % C - 200 x % N < 710.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen ruostumaton teräs, tunnettu siitä, että sen kemiallinen koostu- 10 mus täyttää seruaavan suhteen: PRENW = % Cr + 3,3 x%Mo + 1,6 X % N + 1,7 x%W > 47.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen ruostumaton teräs, tunnettu siitä, että sen kemiallinen koostumus täyttää seuraavan suhteen: 15 113 + 16 (% Mo + 0,7 % W) + 525 % N > 420.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen ruostumattoman teräksen käyttö massiivisten osien valmistami- ·.·. seen. * ·

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen ruos- 20 tumattoman teräksen käyttö öljynporauslautoille tarkoite- tun laitteiston valmistamiseen.

··’ 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen ruos- tumattoman teräksen käyttö laitteiston valmistamiseen, * · · v ·* joka on tarkoitettu kemian tehtaisiin, paperimassatehtai- 25 siin, hydrometallurgisiin laitoksiin ja puhdistuslaitok- siin.

. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen ruos- • * * ·, tumattoman teräksen käyttö säiliöiden valmistamiseen, jot- ' » · ka on tarkoitettu korrodoivien tuotteiden kuljetukseen. * · '··*’ 30

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen ruos- tumattoman teräksen käyttö laivanrunkojen valmistamiseen.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaisen ruos- | tumattoman teräksen käyttö kerroslevyjen valmistamiseen, j jotka koostuvat tämän keksinnön mukaisen teräksen kerrok- j 35 sesta ja rakenneteräksen kerroksesta. 109032