FI125458B

FI125458B - Stainless steel product, use of product and process for its manufacture

Info

Publication number: FI125458B
Application number: FI20080360A
Authority: FI
Inventors: Mats Liljas; Jan Olsson; Peter Samuelsson; Mikael Willför
Original assignee: Outokumpu Oy
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2015-10-15
Also published as: JP5613152B2; EA201001571A1; FI20080360A; MX2010012226A; FI20080360A0; CN102027147A; AU2009247934A1; SI2279276T1; US20110064601A1; PL2279276T3; WO2009138570A1; TWI490345B; CA2722236A1; KR20100133487A; EP2279276B1; BRPI0912807B1; BRPI0912807A2; EP2279276A4; TW200951232A; AU2009247934B2

Description

RUOSTUMATON TERÄSTUOTE, TUOTTEEN KÄYTTÖ JA MENETELMÄ SEN VALMISTAMISEKSISTAINLESS STEEL PRODUCT, USE OF PRODUCT AND METHOD FOR MANUFACTURE

Tämä keksintö kohdistuu ruostumattomasta teräksestä tuotettuun valukappaleeseen, jossa on dupleksi ferriittis-austeniittinen mikrorakenne ja jossa on korkea rakenteellinen stabiilisuus ja parannettu yhdistelmä ominaisuuksia, erityisesti koneistettavuus ja hitsattavuus. Keksintö kohdistuu lisäksi tuotteen käyttöön ja menetelmään valukappaleen valmistamiseksi.The present invention relates to a stainless steel casting having a duplex ferrite-austenitic microstructure and having high structural stability and an improved combination of properties, in particular machinability and weldability. The invention further relates to the use of a product and a method for making a casting.

Ferriittis-austeniittiset dupleksi ruostumatonta terästä olevat valukappaleet on yleisesti määritelty seoksina, jossa on sekoittuneena melkein yhtä suuret osuudet ferriittiä ja austeniittia vastakohtana austeniittisille valukappaleille, jotka pääasiassa sisältävät 10-15 % ferriittiä. Dupleksi valukappaleille ASTM A890-standardin mukaan ferriittitasoja ei ole spesifioitu, mutta listatut seokset kehittävät noin 30 - 60 % osuuden ferriittiä austeniittitasauksella. Kaksifaasirakenteel-la voidaan suunnitella mielenkiintoisia ominaisuusprofiileja. Ensimmäiset dupleksi ruostumattomat teräkset kehitettiin melkein 80 vuotta sitten ja luultavimmin tulivat esiin austeniittisista valukappaleista, joissa määrätyt määrät ferriittiä mikrorakenteessa osoittivat olevan edullisia. Tosiasiassa dupleksi koostumukset yleisesti näyttävät parempaa valettavuutta kuin austeniittiset. Muita edullisia dupleksi materiaalien ominaisuuksia ovat korkea mekaaninen lujuus, erinomainen väsymislujuus, hyvä kulumiskestävyys ja hyvä korroosiokestävyys. Sen tähden sekä valetut että muokatut tuotteet ovat löytäneet monia kiinnostavia sovelluksia. Useita dupleksi koostumuksia on kuvattu erilaisin optimaatioin. Monissa tapauksissa myös valetut artikkelit on sisällytetty artikkeleina dupleksi koostumusten patenteissa. Viime vuosina suuresti kohenneiden raaka-ainekustannuksilla erityinen huoli on ollut pienentää nikkeli- ja molybdeenitasoja seoksissa ja kuitenkin ylläpitää kohtuulliset ominaisuudet.Ferritic-austenitic duplex stainless steel castings are generally defined as mixtures of almost equal proportions of ferrite and austenite as opposed to austenitic castings containing predominantly 10-15% ferrite. For duplex castings, the ASTM A890 standard does not specify levels of ferrite, but the listed alloys develop approximately 30-60% of the ferrite with austenite leveling. The biphasic structure can be used to design interesting property profiles. The first duplex stainless steels were developed almost 80 years ago, and most likely emerged from austenitic castings where certain amounts of ferrite in the microstructure appeared to be advantageous. In fact, duplex compositions generally appear to have better castability than austenitic ones. Other advantageous properties of duplex materials include high mechanical strength, excellent fatigue strength, good wear resistance and good corrosion resistance. As a result, both cast and custom products have found many interesting applications. Several duplex compositions have been described with various optimizations. In many cases, molded articles are also included as articles in patents for duplex compositions. In recent years, with significantly improved raw material costs, a particular concern has been to reduce nickel and molybdenum levels in the alloys while still maintaining reasonable properties.

Edulliset dupleksi ruostumattomien terästen ominaisuudet voidaan aikaansaada faasitasapainoin alueella 30-70 % ferriittiä ja austeniittia. Pääasiallisten seo-salkuaineiden, erityisesti kromin, typen, nikkelin ja molybdeenin vuorovaikutuk set ovat melko monimutkaisia. Stabiilin dupleksi rakenteen aikaansaamiseksi, joka reagoi hyvin prosessointiin ja valmistukseen, täytyy huolehtia saavuttaa jokaisen näiden alkuaineiden oikea taso. Faasitasapainon rinnalla haitallisten metallien välisten faasien muodostuminen korotetuissa lämpötiloissa on toinen pääasiallinen huoli dupleksi ruostumattomilla teräksillä. Sigma- ja chi-faasit muodostuvat korkeakromisilla, korkeamolybdeenisillä ruostumattomilla teräksillä ja erkautuvat etupäässä ferriittiin. Typen lisäys muuttaa faasitasapainoa edullisella tavalla ehkäisemään sellaisten faasien muodostumista.The advantageous properties of duplex stainless steels can be achieved by phase equilibria in the range of 30-70% ferrite and austenite. The interactions of the main seo-portfolios, in particular chromium, nitrogen, nickel and molybdenum, are quite complex. To achieve a stable duplex structure that responds well to processing and fabrication, care must be taken to achieve the correct level of each of these elements. Along with phase equilibrium, the formation of harmful metal phases at elevated temperatures is another major concern with duplex stainless steels. The sigma and chi phases are formed by high-chromium, high-molybdenum stainless steels and are predominantly precipitated in ferrite. The addition of nitrogen alters the phase balance advantageously to prevent the formation of such phases.

US-patentti 4500351 kohdistuu valettuun dupleksi ruostumattomaan teräkseen, jossa valukappaleen mikrorakenne sisältää ferriittimatriisin, jossa on ainakin noin 30 % austeniittia 1200 °C:ssa suoritetun liuoskäsittelyn ja nopean jäähdytyksen jälkeen vesikarkaisulla välttämään sigma-faasin muodostuminen. Valu-kappale sisältää painoprosentteina noin 0,02 prosenttia hiiltä, 24 prosenttia kromia, noin 9,5 prosenttia nikkeliä, noin 6 prosenttia molybdeenia, noin 0,5 prosenttia mangaania, noin 0,2 prosenttia piitä, ja noin 0,25 prosenttia typpeä. Tämän US-patentin 4500351 valukappaleet ovat käyttökelpoisia pumpun osissa, kuten juoksupyörissä ja koteloissa sekä venttiiliosissa, kuten istukoissa ja luistisuluissa.U.S. Patent 4,500,351 relates to cast duplex stainless steel, wherein the molding has a microstructure containing a ferrite matrix containing at least about 30% austenite after treatment at 1200 ° C and rapid quenching with water to avoid sigma phase formation. The molding contains, by weight, about 0.02 percent carbon, 24 percent chromium, about 9.5 percent nickel, about 6 percent molybdenum, about 0.5 percent manganese, about 0.2 percent silicon, and about 0.25 percent nitrogen. The castings of this U.S. Patent 4,500,351 are useful in pump parts such as impellers and housings, and valve parts such as seats and skid valves.

Dupleksi ruostumaton teräs, jossa on hyvä ominaisuusyhdistelmä valutilaisena ja kestää termistä muodonmuutosta martensiitiksi, kuvataan US-patentissa 4828630. Teräs sisältää painoprosenteissa korkeintaan 0,07 % hiiltä, 17-21,5 % kromia, 1-4 % nikkeliä, 4-8 % mangaania, 0,05-0,15 % typpeä, vähemmän kuin 2 % piitä, vähemmän kuin 2 % molybdeeniä ja vähemmän kuin 1,5 % kuparia. Tämän patentin teräs sisältää 30-60 % ferriittiä ja se on sovelias auton alustakomponenttien ohutseinäisiin valukappaleisiin. Teräksellä on valutilaisena ominaisuuksia sisältäen 10 % minimivenymän, 0,2% myötölujuuden ollessa suurempi kuin 50 ksi (350 N/mm2), iskusitkeyden ollessa vähintään 20 ft.-lbs (30 Nm) lämpötilassa 0 °C eikä typpihuokoisuutta.Duplex stainless steel with a good combination of properties in casting and resistant to thermal deformation to martensitic is described in U.S. Patent 4,828,630. It contains up to 0.07% carbon by weight, 17-21.5% chromium, 1-4% nickel, 4-8% manganese. , 0.05-0.15% nitrogen, less than 2% silicon, less than 2% molybdenum and less than 1.5% copper. The steel of this patent contains 30-60% ferrite and is suitable for thin wall castings of car chassis components. Steel has casting properties including 10% minimum elongation, 0.2% yield strength greater than 50 ksi (350 N / mm2), impact strength of at least 20 ft.-lbs (30 Nm) at 0 ° C and no porosity.

US-patentti 6033497 kohdistuu kuoppakorroosiokestävään dupleksi terässeok-seen, jossa on parannettu koneistettavuus, ja joka sisältää raudan lisäksi painoprosentteina vähemmän kuin 0,1 % hiiltä, 25-27 % kromia, 5-7,5 % nikkeliä, vähemmän kuin 0,5 % molybdeeniä, vähemmän kuin 0,15 % typpeä, vähemmän kuin 1,5 % piitä, vähemmän kuin 2,0 % mangaania, 1,5-3,5 % kuparia. Tämän US-patentin tekniikan tasossa sanotaan, että austeniittisten ruostumattomien terästen koneistettavuutta voidaan lisätä sellaisten seosalkuaineiden, kuten rikki ja seleeni, lisäyksillä, jotka voivat vähentää korroosiotehoa. Lisäksi sanotaan, että kuparin lisäys ilman molybdeeniä sallii dupleksi ruostumattoman terässeoksen olevan hyvin hitaasti hallintajäähdytetyn tiiviisti suljetussa lämpö-käsittelyuunissa niin, että haitalliset vetojäännösjännitykset minimoidaan, kun taas erinomaiset venyvyys ja korroosiokestävyys säilyivät.U.S. Patent No. 6,033,497 is directed to a pit corrosion resistant duplex steel alloy with improved machinability, containing less than 0.1% carbon, 25-27% chromium, 5-7.5% nickel, less than 0.5% by weight, in addition to iron. molybdenum, less than 0.15% nitrogen, less than 1.5% silicon, less than 2.0% manganese, 1.5-3.5% copper. The state of the art in this U.S. Patent states that the machinability of austenitic stainless steels can be increased by the addition of alloying elements, such as sulfur and selenium, which may reduce the corrosion effect. In addition, it is said that the addition of copper in the absence of molybdenum allows the duplex stainless steel alloy to be very slowly controlled in a tightly closed heat treatment furnace, while minimizing adverse tensile stresses while maintaining excellent elongation and corrosion resistance.

US-patentin 6033497 mukaisesti teräslaatua käsitellään nopeutetulla muotissa tapahtuvalla lämpökäsittelyllä valamisen jälkeen käyttämättä erillistä ja hidasta lämpökäsittelyvaihetta. Patentin teräslaatu on erityisesti onttoa sylinterimäistä keskipakovalukappaletta varten ja sitä käytetään esimerkiksi paperikoneen imu-telan vaippasovelluksiin. Muotissa tapahtuva lämpökäsittely käsittää valujääh-dytyksen nopeuden säädön lämpötila-alueella noin 260 °C - noin 1090 °C ja seoksen lämpötilan ylläpitämisen muotissa noin 450 °C:ssa muotin ulkopuoliseen lämpötilaan nähden. Teräslaadulla on parannettu koneistettavuus silloin, kun sitä käsitellään muotissa valamisen jälkeen nopeutetulla lämpökäsittelyllä, verrattuna samaa seoskoostumukseen, jota hitaasti hallintajäähdytetään tiiviisti suljetussa lämpökäsittelyuunissa. Seoksella ilman muotissa tapahtuvaa käsittelyä on nimellissisähalkaisijan vetojäännösjännitys 24 MPa, kun taas vastaava arvo muotissa valamisen jälkeen käsitellylle seokselle on 52 MPa.According to U.S. Pat. No. 6,033,497, steel grade is subjected to accelerated mold heat treatment after casting without using a separate and slow heat treatment step. The patent steel grade is particularly for hollow cylindrical centrifugal casting and is used, for example, in paper machine suction roll diaper applications. The heat treatment in the mold comprises controlling the rate of cast cooling in a temperature range of about 260 ° C to about 1090 ° C and maintaining the temperature of the mixture in the mold at about 450 ° C relative to the outside temperature of the mold. The steel grade has improved machinability when it is subjected to accelerated heat treatment after casting in the mold, as compared to the same alloy composition which is slowly controlled in a sealed heat treatment furnace. The alloy without any treatment in the mold has a nominal tensile stress of 24 MPa, whereas the corresponding value for the alloy treated after casting is 52 MPa.

EP-patentti 1327008 kuvaa ferriittis-austeniittista ruostumatonta terästä, jolla on mikrorakenne, joka sisältää 35-65 til-% ferriittiä ja 35-65 til-% austeniittia. Tämän teräslaadun koostumus sisältää pääseoskomponentteina painoprosenteissa 0,02-0,07 % hiiltä, 19-23 % kromia, 1,1-1,7 % nikkeliä, 3-8 % mangaania, valinnaisesti molybdeeniä ja/tai kuparia vähemmän kuin 1 %. Tätä EP-patentin terästä tuottaa Outokumpu tavaramerkillä LDX 2101® ja muokatuille tuotteille on vastaanotettu suurta kaupallista mielenkiintoa.EP 1327008 describes a ferritic-austenitic stainless steel having a microstructure containing 35-65% by volume of ferrite and 35-65% by volume of austenite. The composition of this steel grade contains 0.02-0.07% carbon, 19-23% chromium, 1.1-1.7% nickel, 3-8% manganese, optionally molybdenum and / or copper, less than 1% by weight as main alloy components. This EP patented steel is manufactured by Outokumpu under the trademark LDX 2101® and has received a great deal of commercial interest in customized products.

Dupleksi ruostumattomilla teräsvalukappaleilla on yleisesti hyvä valettavuus. Kuitenkin on olemassa riski typpikaasuhuokosten muodostumisesta jähmettymisen aikana typen rajoitetun ferriittifaasiin liukenemisen vuoksi, jota tavallisesti jähmettyy terässulasta dupleksi ruostumattoman teräslaadun koostumukseen. Yleisesti voidaan lausua, että useimmat ruostumattomat teräsvalukappaleet ovat erilaisten koneistustoimintojen kohteena ollakseen sopivia systeemiin, jossa valukappaleita käytetään. Tässä suhteessa dupleksi ruostumattomia teräksiä pidetään vaikeampina koneistaa kuin esimerkiksi austeniittisia ruostumattomia teräksiä. Edellisen terästyypin korkeammat lujuustasot selittävät käyttäytymisen. Hiili- ja typpilisäykset, molemmat, lisäävät lujuutta ja teräksen muok-kauslujittumisastetta ja pitäisi siksi pitää matalina hyvän koneistettavuuden aikaansaamiseksi. Kuitenkin nykyaikaisia dupleksi ruostumattomia teräksiä seostetaan korkeilla typpipitoisuuksilla hyvän hitsattavuuden vuoksi ja parhaimpien hitsausominaisuuksien vuoksi koneistettavuutta uhraten.Duplex stainless steel castings generally have good castability. However, there is a risk of formation of nitrogen gas pores during solidification due to the limited solubility of nitrogen in the ferritic phase, which usually solidifies from a steel melt to a duplex stainless steel grade. Generally speaking, most stainless steel castings are subject to various machining operations in order to be suitable for the system in which the castings are used. In this respect, duplex stainless steels are considered more difficult to machine than, for example, austenitic stainless steels. The higher strength levels of the previous steel type explain the behavior. Additions of carbon and nitrogen, both, increase the strength and the degree of hardening of the steel and should therefore be kept low for good machinability. However, modern duplex stainless steels are alloyed with high nitrogen contents for good weldability and for the best welding properties, sacrificing machinability.

Yksi sovellus, jossa valettuja tai työstettyjä ruostumattomia teräksiä käytetään, on paperikoneiden imutelan teräsvaippa. Yksi tärkeä materiaaliominaisuus tälle sovellukselle on myös koneistettavuus, koska valetut tai muokatut teräsvaipat ovat olennaisen koneistuksen kohteena tuottamaan lopullinen imutela. Kuten sanottu US-patentin 6033497 yhteydessä, yksi tapa parantaa koneistettavuutta on lisätä rikkiä tai seleeniä, jotka alkuaineet kuitenkin vähentävät kor-roosiohyötysuhdetta.One application where cast or machined stainless steels are used is the steel sheath of the paper machine suction roll. One important material property for this application is also machinability, since cast or shaped steel shells are subject to substantial machining to produce a final suction roll. As mentioned in U.S. Patent No. 6,033,497, one way to improve machinability is to add sulfur or selenium, which however reduce the corrosion efficiency of the elements.

WO-julkaisu 2006/041344 kuvaa paperikoneen imutelan teräsvaippaa, jossa muokattua EP-patentin 1327008 teräslaatua LDX2101® käytetään ilman rikki-lisäystä. Lisäksi mitään käsittelyä koneistettavuuden parantamiseksi ei suoriteta samoin kuin kuparin ja molybdeenin valinnaiset lisäykset ovat merkittävästi pienempiä verrattaessa US-patenttiin 6033497.WO 2006/041344 describes a steel sheath for a paper machine suction roll, in which the modified steel grade of EP 1327008 LDX2101® is used without the addition of sulfur. In addition, no treatment to improve machinability is performed, nor are optional additions of copper and molybdenum significantly reduced when compared to U.S. Patent No. 6,033,497.

Schramm et ai julkaisivat esityksessä ”Lean Duplex Stainless Steels for Pump Applications” (”Kilpailukykyiset dupleksi ruostumattomat teräkset pumppusovel-luksiin”) Stainless Steel World 2007-konferenssissa Maastrictissa 6-8 marraskuuta 2007 tuloksia tutkimuksista kilpailukykyisistä dupleksi materiaaleista pumppuspesifisille sovelluksille. Yksi seos ”east 2101” (”valettu 2101”) oli tehty valetuista tangoista, joiden koostumus oli painoprosenteissa 0,028 % hiiltä, 0,97 % piitä, 5,04 % mangaania, 0,011 % fosforia, 0,004 % rikkiä, 20,73 % kromia, 0,31 % molybdeeniä, 1,73 % nikkeliä, 0,20 % typpeä ja 0,30 % kuparia. Tuloksina tälle seokselle ”east 2101” (”valettu 2101”) lämpötilassa 1050 °C tapahtuneen liuoshehkutuksen ja vesijäähdytyksen jälkeen Schramm et ai mainitsevat esimerkiksi arvot 473 MPa 0,2% testilujuudelle ja 37,3 % A5-venymälle. Mitä tulee korroosio-ominaisuuksiin, Schramm et ai sanovat, että seoksella ”east 2101” on kuoppapotentiaali matalampi kuin seoksella 2304, jonka koostumus painoprosenteissa on 0,024 % hiiltä, 0,64 % piitä, 1,32 % mangaania, 0,015 % fosforia, 0,001 % rikkiä, 22,50 % kromia, 0,28 % molybdeeniä, 4,92 % nikkeliä, 0,09 % typpeä, ja 0,26 % kuparia. Kuitenkin Schramm et ai eivät mainitse mitään tietoa tämän seoksen ”east 2101” käyttökelpoisuudesta haluttuihin sovelluksiin.Schramm et al., In a presentation entitled "Lean Duplex Stainless Steels for Pump Applications", published the results of research on competitive duplex materials for pump-specific applications at the Stainless Steel World 2007 conference in Maastricht, November 6-8. One alloy “east 2101” (“cast 2101”) was made from cast bars containing 0.028% by weight carbon, 0.97% silicon, 5.04% manganese, 0.011% phosphorus, 0.004% sulfur, 20.73% chromium , 0.31% molybdenum, 1.73% nickel, 0.20% nitrogen and 0.30% copper. As results for this mixture after "east 2101" ("cast 2101") after solution annealing at 1050 ° C and water cooling, Schramm et al., For example, mention values of 473 MPa for 0.2% test strength and 37.3% for A5 elongation. Regarding the corrosion properties, Schramm et al. Say that "east 2101" has a well potential lower than that of alloy 2304, which has a composition by weight of 0.024% carbon, 0.64% silicon, 1.32% manganese, 0.015% phosphorus, 0.001% sulfur, 22.50% chromium, 0.28% molybdenum, 4.92% nickel, 0.09% nitrogen, and 0.26% copper. However, Schramm et al. Do not mention any information on the usefulness of this mixture "east 2101" for the desired applications.

Esilläolevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada valukappale dupleksi ruostumattomasta teräksestä, joka valukappaleen valmistusmenetelmässä on riittävän stabiili haitallisia erkau-tumia, kuten metallien välinen faasi, vastaan ja jolla on ominaisuuksina yhdistelmä korkeaa lujuutta ja hyvää korroosiokestävyyttä, hyvää valettavuutta ja korkeaa koneistettavuutta. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit selviävät oheisista patenttivaatimuksista.The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art and to provide a duplex stainless steel casting which is sufficiently stable in the casting process against harmful precipitates, such as intermetallic phase, and which has a combination of high strength and good corrosion resistance, high mouldability. The essential features of the invention will be apparent from the appended claims.

Esilläoleva keksintö kohdistuu ruostumatonta terästä olevaan tuotteeseen, mieluummin dupleksi ruostumattomaan teräsvalukappaleeseen, jolla on hyvä ko-neistettavuus, ja joka sisältää painoprosenteissa korkeintaan 0,07 % hiiltä, korkeintaan 2 % piitä, enemmän kuin 3, mutta korkeintaan 8 % mangaania, enemmän kuin 19, mutta korkeintaan 23 % kromia, enemmän kuin 0,5, mutta korkeintaan 1,7 % nikkeliä, enemmän kuin 0,15, mutta korkeintaan 0,30 % typpeä. Dupleksi ruostumattoman edelläsanotulla pitoisuusalueella olevan teräsva-lukappaleen tuotantoon käytettävät seokset voivat sisältää pieniä määriä muita alkuaineita tai epäpuhtauksia ja valinnaisesti alkuaineita, kuten enintään 1 % kuparia, enintään 1 % molybdeeniä ja/tai wolframia kaavan (Mo + I/2W) pienempi kuin 1 % mukaisesti, jäännöksen ollessa rautaa ja satunnaisia epäpuhtauksia. Keksinnön dupleksi ruostumattoman teräsvalukappaleen mikrorakenne sisältää 30-70 til-% ferriittiä ja 30-70 til-% austeniittia. Keksintö kohdistuu myös valumenetelmään valukappaleen valmistamiseen samoin kuin valukappaleen käyttöön.The present invention relates to a stainless steel product, preferably a duplex stainless steel casting with good machinability and containing by weight 0.07% carbon, 2% silicon, more than 3 but not more than 8% manganese, more than 19% by weight. but not more than 23% of chromium, more than 0,5 but not more than 1,7% of nickel, more than 0,15% but not more than 0,30% of nitrogen. The alloys used for the production of duplex stainless steel wafers in the foregoing concentration range may contain minor amounts of other elements or impurities and optionally elements such as up to 1% copper, up to 1% molybdenum and / or tungsten less than 1% , the residue being iron and occasional impurities. The microstructure of the duplex stainless steel casting of the invention contains 30-70% by volume of ferrite and 30-70% by volume of austenite. The invention also relates to a casting method for the production of a casting piece as well as to the use of a casting piece.

Suurien ruostumattomien teräsvalukappaleiden valmistamisessa on tärkeää olla mikrorakenne, joka on riittävän stabiili haitallisten erkautumien, kuten metallien välinen faasi, muodostumista vastaan, kun sellaisilla faaseilla on haitallisia vaikutuksia ominaisuuksiin. Tähän keksinnön valukappaleen kilpailukykyinen, tasapainotettu dupleksi koostumus on edullinen. Edullisesti keksinnön dupleksi ruostumattoman teräksen mikrorakenne sisältää 50 til-% ferriittiä ja 50 til-% austeniittia.In the manufacture of large stainless steel castings, it is important to have a microstructure that is sufficiently stable against the formation of harmful precipitates, such as the intermetallic phase, when such phases have adverse effects on properties. A competitive, balanced duplex composition of the casting of this invention is preferred. Preferably, the duplex stainless steel microstructure of the invention contains 50% by volume of ferrite and 50% by volume of austenite.

Toinen teräsvalukappaleiden tärkeä ominaisuus on helppous suorittaa korjaus-hitsausta. Niiden hyvän valettavuuden lisäksi keksinnön valukappale on yleisesti melko kestävä hitsauksen aikana tapahtuvaan kuumahalkeiluun. Jos korjaus-hitsausta tarvitaan, on useimmissa tapauksissa välttämätöntä suorittaa hitsauksen jälkeinen lämpökäsittely hitsausmetallilla ja lämmönvaikutusalue on altistettava nopeaan jäähdytykseen pienen hitsausrengastuman mukaisesti, jota ympäröi laaja valulohko. Tämä voi johtaa korkean ferriittipitoisuuden omaavaan mikrorakenteeseen, joka on altis halkeiluun ja ominaisuuksien laskuun, minkä tähden lämpökäsittelyn täytyy seurata. Tästä syystä on edullista keksinnön dupleksi ruostumattoman teräksen koostumuksella olla korkea austeniittireformaa-tio nopeiden lämpösyklien aikana kuten hitsauksessa. Sellaisen tunnusmerkin saavuttamisessa korkea typpipitoisuus keksinnön mukaisessa dupleksi ruostumattomassa teräsvalukappaleessa on suotava.Another important feature of steel castings is the ease of repair-welding. In addition to their good castability, the casting of the invention is generally quite resistant to hot cracking during welding. If repair welding is required, in most cases it is necessary to carry out the post-weld heat treatment with the weld metal and to subject the heat effect region to rapid cooling in accordance with a small welding ring surrounded by a large casting block. This can lead to a high ferrite microstructure which is prone to cracking and loss of properties, which is why heat treatment must follow. For this reason, it is advantageous for the duplex stainless steel composition of the invention to have a high austenite reformation during rapid thermal cycles such as welding. To achieve such a characteristic, a high nitrogen content in the duplex stainless steel casting according to the invention is desirable.

Keksinnön dupleksi ruostumaton teräsvalukappale voi edullisesti sisältää painoprosenteissa, edullisesti korkeintaan 0,05 % hiiltä ja mieluummin 0,03 % hiiltä, edullisesti korkeintaan 1 % piitä, edullisesti enemmän kuin 4, mutta korkeintaan 6 % mangaania, edullisesti enemmän kuin 21, mutta korkeintaan 22 % kromia, edullisesti enemmän kuin 1,1, mutta korkeintaan 1,7 % nikkeliä ja mieluummin enemmän kuin 1,35, mutta korkeintaan 1,7 % nikkeliä ja edullisesti enemmän kuin 0,20, mutta korkeintaan 0,26 % typpeä, ja valinnaisesti alkuaineita korkeintaan 1 % kuparia, korkeintaan 1 % molybdeenia ja/tai wolframia kaavan (Mo + 1/2W) vähemmän kuin 1 % mukaisesti, jäännöksen ollessa rautaa ja satunnaisia epäpuhtauksia.The duplex stainless steel casting of the invention may preferably contain by weight, preferably no more than 0.05% carbon and more preferably 0.03% carbon, preferably no more than 1% silicon, preferably more than 4 but not more than 6% manganese, preferably more than 21 but not more than 22%. chromium, preferably more than 1.1 but not more than 1.7% nickel and preferably more than 1.35 but not more than 1.7% nickel and preferably more than 0.20 but not more than 0.26% nitrogen, and optionally elements not more than 1% of copper, not more than 1% of molybdenum and / or tungsten less than 1% of formula (Mo + 1 / 2W), the remainder being iron and occasional impurities.

Keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin seuraavassa viitaten piirustuksiin, joissaThe invention will be described in more detail below with reference to the drawings in which

Kuvio 1 esittää koetuloksia, kun on verrattu keksinnön valukappaleen koneistet-tavuutta tekniikan tason austeniittiseen ruostumattomaan teräkseen,Figure 1 shows test results comparing the machinability of a casting of the invention with prior art austenitic stainless steel,

Kuvio 2 esittää mikrorakennetta stimuloidusta hitsauskorjauksesta keksinnön valukappaleessa.Figure 2 shows a microstructure of stimulated welding repair in a casting member of the invention.

Esilläolevan keksinnön dupleksi ruostumatonta teräsvalukappaletta testattiin koneistettavuudessa ja hitsauksessa, erityisesti hitsikorjauksessa.The duplex stainless steel casting of the present invention was tested for machinability and welding, particularly weld repair.

Koneistettavuuden testaamiseksi tuotettiin valukappale, jonka kemiallinen koostumus painoprosenteissa on taulukossa 1:To test machinability, a casting having the chemical composition by weight in Table 1 was produced:

Taulukko 1table 1

Valuaihio, jonka neliölohko oli 140 mm, kohdistettiin erilaisiin testeihin valutilai-sissa oloissa ilman edeltävää lämpökäsittelyä. Valukappaleen mekaaniset ominaisuudet olivat, kuten seuraa taulukossa 2:The casting blank with a 140 mm square block was subjected to various tests under casting conditions without prior heat treatment. The mechanical properties of the casting were as follows in Table 2:

Taulukko 2Table 2

Lujuustaso on kaukana yläpuolella austeniittisiin valukappaleisiin, jotka tyypillisesti näyttävät myötölujuuksia noin 200 MPa ja korkeinta lujuutta 500 MPa. Ko-neistettavuuden testaus tehtiin sorvaamalla sylinterimäisiä koekappaleita ja tulokset näytetään kuviossa 1. Kuvio kuvaa sallittua leikkausnopeutta 15 minuutin työkaluiälle sorvauksessa. Työkaluholkki oli karkaistua karbidityyppiä. Keksinnön mukaisen valukappaleen koneistettavuus on erinomainen austeniittiseen terästyyppiin 304L nähden. Tämä on ristiriidassa odotettuun tulokseen, jossa austeniittista terästä pidetään parempana koneistettavuudeltaan.The strength level is far above the austenitic castings, which typically show yield strengths of about 200 MPa and highest strength of 500 MPa. Machine machinability testing was performed by turning cylindrical test pieces and the results are shown in Figure 1. The figure illustrates the permissible cutting speed for a 15 minute tool blade turning. The tool sleeve was a hardened carbide type. The casting according to the invention has excellent machinability compared to austenitic steel type 304L. This is in contradiction with the expected result where austenitic steel is preferred for machinability.

Lisäkokeita suoritettiin keksinnön mukaisella valukappaleella, joka tuotettiin seuraavalla kemiallisella koostumuksella painoprosenteissa taulukossa 3:Further tests were carried out on a casting according to the invention which was produced with the following chemical composition by weight in Table 3:

Taulukko 3 140 mm paksusta valuaihiosta irrotettiin 30 mm paksuja neliömäisiä näytekappaleita ja näytekappaleisiin kohdistettiin simuloitu korjaushitsaus käyttäen suojattua metallikaarihitsausta. Perusmetalli on valutilaisissa oloissa. Näytekappaleeseen tehtiin uria ja täytettiin jälkikäteen hitsauksella käyttäen täytemateriaalia, joka on sopiva tälle seokselle. Kaarienergia oli 0,7 - 0,8 kJ/mm. Aikaansaadut hitsit olivat halkeamavapaita ja osoittivat normaalia mikrorakennetta, myös lämpövaikutusalueella. Tätä kuvataan kuviossa 2.Table 3 30 mm square square specimens were removed from the 140 mm thick casting and simulated correction welding was performed using protected metal arc welding. The parent metal is found in casting conditions. The specimen was grooved and subsequently welded using a filler material suitable for this alloy. The arc energy was 0.7-0.8 kJ / mm. The resulting welds were crack-free and showed a normal microstructure, including in the thermal effect region. This is illustrated in Figure 2.

Keksinnön mukaiset valukappaleet voidaan valaa eri valuprosesseilla, kuten keskipakovalu, kokillivalu, ruiskuvalu, panosvalu, painevalu, kiinteämuottivalu, hiekkavalu ja tyhjiövalu. Valettavuus on hyvä eikä näy mitään taipumusta hai- keiluun tai huokosmuodostukseen korkeasta typpipitoisuudesta huolimatta. Tämä on teräksen korkean mangaanitason 3-8 % vuoksi ja edullisesti alueella 4-6 % mangaania voidaan käyttää. Valunäytteet liuoshehkutetaan edullisesti lämpötilassa 1020-1100 °C ja sitä seuraa nopea jäähdytys. Kuitenkin, ohuempia lohkoja voidaan käyttää valutilaisina. Vaikka mikrorakenne ei ole ominaisuus ja voi olla vaikea mitata tarkasti, esilläoleva keksintö sisältää arviolta yhtä suuret määrät austeniittia ja ferriittiä, sallitun faasialueen ollessa 30-70 %. Lisäksi mikrorakenne on hyvin kestävää metallisten faasien erkautumiselle, mikä vuorostaan antaa alhaisen herkkyyden haurastumiselle. Esilläolevan keksinnön valukappaleet tuovat esiin erinomaisen koneistettavuuden valutilaisena samoin kuin liuoshehkutetuissa oloissa.The castings of the invention can be cast by various casting processes such as centrifugal casting, die casting, injection molding, batch casting, die casting, solid die casting, sand casting and vacuum casting. The pourability is good and there is no tendency to pelletization or pore formation despite the high nitrogen content. This is due to the high level of manganese in the steel of 3-8% and preferably in the range of 4-6% manganese can be used. The casting samples are preferably annealed at 1020 to 1100 ° C, followed by rapid cooling. However, thinner blocks can be used as castings. Although the microstructure is not a property and may be difficult to measure accurately, the present invention contains approximately equal amounts of austenite and ferrite, with a permissible phase range of 30-70%. In addition, the microstructure is very resistant to metal phase separation, which in turn gives low sensitivity to brittleness. The castings of the present invention exhibit excellent machinability in the cast state as well as in solution annealed conditions.

Täten esilläolevan keksinnön dupleksi valukappaleet tarjoavat haluttuja ja ei-kalliita kustannusvaihtoehtoja austeniittisiin valumateriaaleihin nähden niiden korkean koneistettavuuden, korkean lujuuden ja hyvän hitsattavuuden ansiosta. Esilläolevan keksinnön valukappaleet voivat olla erityisen sopivia käyttöön erilaisissa sovelluksissa ja pumppujen, venttiilien, juoksupyörien osissa tai käyttöön muissa sovelluksissa, joissa tarvitaan valukappaleen korkeaa koneistetta-vuutta, korkeaa lujuutta ja hyvää hitsattavuutta valutilaisena tai jonkin lisäkäsit-telyn, kuten liuoshehkutuksen ja jäähdytyksen jälkeisissä olosuhteissa.Thus, the duplex castings of the present invention offer desirable and non-expensive cost alternatives to austenitic casting materials due to their high machinability, high strength and high weldability. The castings of the present invention may be particularly suited for use in a variety of applications and parts of pumps, valves, impellers, or other applications requiring high machinability, high strength and good weldability of the casting in casting or any additional treatment such as solution annealing and cooling.

Claims

1. Duplex stainless steel casting with high machinability, characterized in that the steel casting contains up to 0.07% by weight carbon, 3-8% manganese, 19-23% chromium, 1.1-1.7% nickel, up to 1% molybdenum and / or tungsten according to the formula (Mo + 1 / 6W) less than 1%, not more than 1% copper and 0.15-0.30% nitrogen, the residue being iron and random impurities.

Stainless steel casting according to claim 1, characterized in that it contains up to 0.05% carbon.

Stainless steel casting according to claim 2, characterized in that it contains up to 0.03% carbon.

Stainless steel casting according to one of the preceding claims, characterized in that it contains 4-6% manganese.

Stainless steel casting according to one of the preceding claims, characterized in that it contains 21 to 22% of chromium.

Stainless steel casting piece according to one of the preceding claims, characterized in that it contains 0.20-0.26% nitrogen.

Use of stainless steel casting according to any one of the preceding claims in pumps.

Use of a stainless steel casting according to any one of claims 1 to 6 in valves.

Use of a stainless steel product according to any one of claims 1 to 6 in impellers.

Process for producing a stainless steel casting according to any one of the preceding claims, characterized in that the product is manufactured by centrifugal casting.

Process for producing a stainless steel casting according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the product is manufactured by casting.

Process for producing a stainless steel casting according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the product is manufactured by injection molding.

Process for producing a stainless steel casting according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the product is made by batch casting.

Method for producing a stainless steel casting according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the product is manufactured by means of solid die casting.

Method for producing a stainless steel casting according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the product is manufactured by sand casting.

Process for producing a stainless steel casting according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the product is manufactured by vacuum casting.