FI67408C - Ferritiska stabiliserade rostfria och korrosionsbestaendiga krm-molybdenstaol och deras anvaendning foer apparatbyggen espiellt svetsade konstruktioner - Google Patents

Description

RSr^l ΓβΊ m,KÖULUTU5JULKAISU /π,ΛΛ «TL m t11) utlAggningssrrift 6/4Uö

SgjS C (45) Γ~·ί;η“* n-r3nncLty 11 03 1935 ^ ^ (51) K*JklflM.a? C 22 C 38/22 SUOMI—FINLAND (*> -****-»** 771566 (22) Η·ίι—AMfllmlnfdH 17.05.77 'Fl' (23) AMmpahrt—GNdgMtadaf 17.05.77 (41) TullutfulklMlai — Bftvttoffmt«t 29.11.77

Patentti- ja rekisterihallitus _ ________ ._......__ _ ’ (441 N*kt»»tlulp«no« |a kuuLJulkmlaun pvm. —

Patent- och roister Styrelsen ' ' AeUMcan od» «Ukrtft·* peMcaratf 30.11.84 (32X33X31) PyHstty ·ακΛ·υ·-β·*Ι#4 priortut 28.05.76 Saksan Li ittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2624117.8 (71) Granges Nyby AB, 640 44 Nybybruk, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Göran Gemmel, Torshälla, Christer Aslund, Torshälla,

Barry Solly, Fagersta, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 Oy Kolster Ab (54) Ferriittiset stabiloidut ruostumattomat ja korroosionkestavat kromi--molybdeeniteräkset ja niiden käyttö laiterakenteisiin, erityisesti hitsattuihin rakenteisiin - Ferritiska stabi1iserade rostfria och korrosionsbeständiga krom-molybdenstäl och deras användning för apparatbyggen, speciellt svetsade konstruktioner

Keksinnön kohteena ovat ferriittiset stabiloidut ruostumattomat ja korroosionkestävät kromi-molybdeeniteräkset, joiden hiilipitoisuus on 0,01 - 0,025 %, typpipitoisuus 0,005 - 0,025 %, kromipitoisuus 20,0 - 30,0 %, molybdeenipitoisuus 3,0 - 5,0 % sekä mangaani- ja piipitoisuus kumpikin 0,02 - 1,0 %, vanadiini-, volf-rami-, koboltti- ja alumiinipitoisuus kukin korkeintaan 0,25 %, sekä niiden käyttö laiterakenteisiin, erityisesti hitsattuihin rakenteisiin.

Keksinnön mukaisille teräksille on tunnusomaista, että ne sisältävät nikkeliä pitoisuuksina 3,2 - 4,8 %, kuparia 0,1 - 1,0 %, titaania 0,2 - 0,7 % ja/tai niobia 0,2 - 1,0 %, jolloin loppuosa on rautaa yhdessä tavanomaisten epäpuhtauksien kanssa.

2 67408

Viime vuosina ovat ferriittiset kromi-molybdeeniteräkset olleet perusteellisten tutkimusten kohteena, joissa tutkimuksissa on pyritty selvittämään niitä puutteita joita näillä teräksillä on, verrattuina austeniittisiin kromi-nikkeliteräksiin. Näissä tutkimuksissa on myös pyritty löytämään keinoja näiden puutteiden poistamiseksi. Kuten tunnettua, näillä teräksillä on mm. taloudellisessa mielessä selviä etuja verrattuna austeniittisiin teräksiin.

Tiedot epästökiömetrisiä yhdisteitä muodostavista aineista, hiilestä ja typestä, ovat ensisijaisesti johtaneet uusiin metallurgisiin menetelmiin, jotka mahdollistavat näiden elementtien pitoisuuksien alentamisen tähän asti käytettyjen arvojen alapuolelle. Päämäärä on tosin saavutettu, mutta vain käyttämällä metallurgisia menetelmiä ja laitoksia, jotka ovat olleet käytännössä liian kalliita. Tulokset eivät ole olleet tyydyttäviä myöskään erityisesti muu-toslämpötilan suhteen, ts. sen lämpötilan suhteen, jossa teräksen sitkeä tila äkkiä muuttuu hauraaksi tilaksi.

Stabiloivien elementtien käyttö hiilen ja typen sitomiseksi näiden elementtien alhaisimpiin pitoisuuksiin (eli 5. 0,03 %) on johtanut lisäyksiin, jotka esim. titaanin kohdalla eivät enää vastaa stökiömetristä suhdetta 1:4, vaan suhde saattaa olla jopa 1:15.

Näin suuret titaanipitoisuudet vaikuttavat haitallisesti teräksen ominaisuuksiin. Nykyään pyritään yleensä alle 0,015 %:n hiili- ja typpipitoisuuksiin, jolloin tietyissä tapauksissa sallitaan seuraa-via pitoisuuksia muita aineita: piitä alle 3 %, mangaania alle 1 %, nikkeliä alle 5 % ja kuparia alle 2 %. Koska näillä elementeillä ei annetuilla pitoisuusalueilla ole mitään vaikutusta saatujen terästen ominaisuuksiin, nämä elementit eivät ilmeisesti ole tarpeellisia. Muutoslämpötilan sijainti on erityisen tärkeä hitsauksessa, eli käytettäessä näitä teräksiä teollisten tuotteiden valmistukseen. Yllä mainitut teräkset, joilla hitsaamattomina on hyväksyttävä sit-keysarvo, säröilevät hitsaussaumassa ja hitsaussaumaa rajoittavissa vyöhykkeissä.

Esillä olevaan keksintöön johtaneet tutkimukset ovat nyt antaneet yllättäviä ja odottamattomia tuloksia, joiden mukaan stabiloiduilla ferriittisillä kromi-molybdeeniteräksillä voi olla huomattavasti huoneen lämpötilan alapuolella olevia muutoslämpötiloja, 3 67408 erityisesti hitsaussaumassa ja siihen välittömästi liittyvissä vyöhykkeissä, kun sinänsä tunnettuihin teräksiin lisätään nikkeliä ja kuparia rajoitetussa määrin, jolloin myös hiili- ja typpipitoisuuksien on oltava määrätyllä alueella, yllättäen tosin suhteellisen korkeina pitoisuuksina. Titaania ja niobia tulee lisätä pitoisuuksina, jotka ovat nykyään käytettyjen suhdelukujen alapuolella, mutta kuitenkin vähintään 0,2 %, ja lisäksi titaania sellainen määrä, joka vastaa 4-kertaista (C+N)-pitoisuutta, ja vastaavasti niobia 8-kertaista (C+N)-pitoisuutta vastaava määrä, jolloin sallitaan titaanin enimmäispitoisuudeksi 0,7 % ja vastaavasti niobin enimmäis-pitoisuudeksi 1,0 %.

Silmiin pistävää ja täysin odottamatonta oli kuitenkin, että suhteellisen korkeissa (C+N)-pitoisuuksissa vaaditaan suhteellisen korkeita nikkelipitoisuuksia ja vähemmässä määrin kuparipitoisuuksia, jotta saavutettaisiin korkea sitkeysarvo syöpymiskestävyy-den silti pysyessä muuttumattomana huoneen lämpötilassa ja sen alapuolella, erityisesti hitsausvyöhykkeessä.

Sen odottamattoman ja yllättävän vaikutuksen osoittamiseksi, mikä erityisesti nikkelin lisäyksellä on ferriittisten kromi-mölyb-deeniterästen sitkeyteen, esitetään seuraavassa kaksi esimerkkiä teräksistä, joilla on keksinnön mukainen edullinen koostumus, verrattuna tavallisten terästen sitkeyteen. Teräksillä A ja C on esillä olevan keksinnön mukainen koostumus, ja teräkset B ja D ovat tavallisia teräksiä.

Esimerkki I Esimerkki II

Teräs A Teräs B Teräs C Teräs D

C 0,012 0,011 0,014 0,012

Si 0,4 0,35 0,41 0,32

Mn 0,32 0,28 0,39 0,33

Cr 25,7 25,3 21,1 21,2

Ni 4,20 0,10 3,5 0,4

Mo 4,08 3,1 3,2 3,1

Ti 0,45 0,41 0,39 0,35

Cu 0,55 0,010 0,38 0,45 AI 0,059 0,049 0,048 0,05

Nb 0,011 0,021 N 0,015 0,010 0,010 0,010 67408

Terästen A, B, C ja D muutoskäyrät on esitetty graafisesti.

Käyrä "GM" koskee perusainetta ja käyrä "HAZ" hitsaussauman lähellä sijaitsevia vyöhykkeitä. Hitsaussauma on erityisen altis haurastumiselle.

Verrattaessa terästen A ja B käyrän muotoa "GM" havaitaan, että keksinnön mukaisen teräksen A muutoslämpötila on -60*’"-80OC, kun taas tavallisen teräksen muutoslämpötila on +80''*+100°C. "HAZ"-käyrien vertailu osoittaa teräksen A muutoslämpötilaa -40’''-20°C ja vertaiiuteräksen B muutoslämpötilaa + 1 20'’'+140°C. Käyrän "GM" kulku osoittaa teräkselle C muutoslämpötilaa -30*‘'+30°C. Käyrän "HAZ" vertailu osoittaa keksinnön mukaiselle teräkselle C muutoslämpötilaa -10*’’-0°C ja vertailuteräkselle D +40’''+50°C.

Nämä tulokset osoittavat, etteivät esillä olevan keksinnön mukaiset teräkset hitsatuissa rakenteissa haurastu huoneen lämpötilassa tai sitä alemmissa lämpötiloissa.

Korostettakoon, että nikkelin ja kuparin lisäys on valittava niin, että sitkeyden pysyessä optimaalisena jännityskorroosion kestävyys ei huonone lainkaan tai huononee vain vähäisessä määrin; näin tapahtuisi, jos keksinnön mukaiset nikkelin ja kuparin ylimmät rajat ylitettäisiin lisäämällä esim. 5,0 % nikkeliä ja 2,0 % kuparia.

Keksinnön mukaisesti määritellyt, suhteellisen korkeat (C+N)-pitoisuudet takaavat teräksen tasalaatuisuuden, jota on vaikea saavuttaa alle 0,015 %:n (C+N)-pitoisuuksia käytettäessä; (C+N)-pitoi-suuden tulee kuitenkin edullisesti olla alle 0,04 %, kuten patenttivaatimuksessa 2 on mainittu.

Tasaisen laadun saavuttamista helpottaa lisäksi keksinnön mukaisen teräksen nikkelipitoisuus, jonka ansiosta (C+N)-pitoisuuden suurehkotkaan vaihtelut eivät vaikuta teräksen sitkeyteen.

Claims (7)

1. Ferriittiset stabiloidut ruostumattomat ja korroosionkes-tävät kromi-molybdeeniteräkset, joiden hiilipitoisuus on 0,01 -0,025 %, typpipitoisuus 0,005 - 0,025 %, kromipitoisuus 20,0 - 30,0 %, molybdeenipitoisuus 3,0 - 5,0 % sekä mangaani- ja piipitoisuus kumpikin 0,02 - 1,0 %, vanadiini-, volframi-, koboltti- ja alumiinipitoisuus kukin korkeintaan 0,25%, tunnetut siitä, että ne sisältävät nikkeliä pitoisuuksina 3,2 - 4,8 %, kuparia 0,1 - 1,0 %, titaania 0,2 - 0,7 % ja/tai niobia 0,2 - 1,0 %, jolloin loppuosa on rautaa yhdessä tavanomaisten epäpuhtauksien kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaiset teräkset, tunnetut siitä, että hiili- ja typpipitoisuuksien summa on vähintään 0,015 % ja korkeintaan 0,04 %.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaiset teräkset, tunnetut seuraavasta kemiallisesta koostumuksesta: C 0,012 - 0,025 % Si 0,02 - 0,5 % Mn 0,02 - 0,5 % Cr 20,0 - 22,0 % Ni 3,2 - 3,5 % Mo 3,0 - 4,5 % Cu 0,2 - 0,5% Ti 0,2+4x(C+N) kuitenkin maks. 0,7 % ja/tai Nb 0,2+4x(C+N) kuitenkin maks. 1,0 % N 0,005 - 0,015 %.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaiset teräkset, tunnetut siitä, että nikkelipätoisuus on 3,5 - 4,2 % kromipitoisuu-den ollessa 22,0 - 24,0 % ja molybdeenipitoisuuden ollessa 3,5 - 4,5 %.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaiset teräkset, tunnetut siitä, että nikkelipätoisuus on 3,9 - 4,5 % kromipitoi-suuden ollessa 27,0 - 30,0 % ja molybdeenipitoisuuden ollessa 3,7 - 4,2 %. 6 67408

5 67408

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaiset teräkset, tunnetut seuraavasta kemiallisesta koostumuksesta: C 0,012 - 0,025 % Si 0,02 - 0,5 % Mn 0,02 - 0,5 % Cr 24,5 - 27,0 % Ni 3,5 - 4,2 % Mo 3,7 - 4,5 % Cu 0,2 - 0,5 % Ti 0,2+4x(C+N) kuitenkin maks. 0,7 % tai Nb 0,2+4x(C+N) kuitenkin maks. 1,0 % N 0,005 - 0,015 %.

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukaisten terästen käyttö laiterakenteisiin, erityisesti hitsattuihin rakenteisiin. ? 67408