FI93126C - Austeniittis-ferriittinen ruostumaton teräs - Google Patents

Description

93126

Austeniittis-ferriittinen ruostumaton teräs

Esillä oleva keksintö koskee austeniittis-ferriit-tistä ruostumatonta terästä.

5 Tunnetaan austeniittis-ferriittisiä ruostumattomia teräksiä, jotka omaavat hyvät mekaaniset ominaisuudet, hyvän korroosionkestävyyden sekä hyvän hitsattavuuden.

Tällaiset seokset sisältävät paitsi rautaa, joka muodostaa jäännöksen, 10 kromia ja molybdeenia siten, että parannetaan kor roosionkestävyyttä ; nikkeliä ja typpeä siten, että parannetaan auste-niittisen faasin stabiiliutta; hiiltä alhaisena prosenttimääränä, sillä se heiken-15 tää korroosionkestävyyttä, ottaen huomioon sen heikon liu-kenevuuden ferriittiin; piitä; mangaania.

EP-patentti 0 156 778 kuvaa siten austeniittis-fer-20 riittisen ruostumattoman terässeoksen, jonka austeniitti-nen faasi pysyy vakaana mahdollistaen kylmämuokkaukset välillä 10 - 30 %, hyvän hitsattavuuden sekä hyvän korroosionkestävyyden .

Tällaisen seoksen koostumus on seuraava: 25 C < 0,06 paino-%

Si < 1,5 paino-%

Mn < 4,0 paino-% 21 paino-% < Cr < 24,5 paino-% 2 paino-% < Ni < 5,5 paino-% 30 0,01 paino-% < Mo < 1,0 paino-% ·· 0,05 paino-% < N <0,3 paino-% 0,01 paino-% < Cu < 1,0 paino-% jäännöksen ollessa rautaa (Fe), jolloin yllä mainittujen 35 aineiden täyttyessä lisäksi täyttää seuraavat ehdot: 2 93126 ferriittiprosentti a välillä 35 - 65 ferriittiprosentti a < 0,20 (Cr %/N %) + 23 (Cr % + Mn %)/N % < 120.

22,4 x Cr % + 30 x Mn % + 22 x Mo % + 26 x Cu % + 5 110 x N % > 540.

Mo % + Cu%> 0,15, jossa kuparia vähintään 0,005 %.

Tällaisilla metalliseoksilla on vakaa austeniit-tinen faasi, jolla ei ole taipumusta muuttua martensiitik-10 si, mutta ne ovat vaikeasti työstettäviä ja niiden mekaaniset ominaisuudet ovat heikot.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada austeniittis-ferriittinen seoste, jonka korroosionkestävyys on parempi kuin nykyisten seosten korroosionkestä-15 vyys, ja jolla on korkea työstökerroin.

Tällaisen seoksen molybdeeniprosentti on alhainen mutta kuparipitoisuus korkea, ja se on liuotettu lämpökäsittelyllä yli 900 °C:ssa ja sen jälkeen jäähdytetty nopeasti ympäristön lämpötilassa, tämän seoksen koostumuksen 20 ollessa seuraava painoprosentteina ilmaistuna: C <0,06 paino-%

Si < 1,2 "

Mn < 3 21 < Cr < 25 25 3 < Ni < 6 0,06 N < 0,30 "

Mo < 1 1 < Cu < 3,5 " 30 jäännöksen ollessa rautaa (Fe). Koostumus tasapainotetaan siten, että saadaan 38 - 70 % ferriittiä 300 °K:ssa.

Muita etuja ja tunnusmerkkejä tulee esiin luettaessa selitys, jota seuraavat keksinnön mukaisen seoksen erityiset suoritusmuodot, ainoan liitteenä olevan kuvion 35 esittäessä seoksen kovettumisalueet aika- ja lämpötiladia-grammina.

3 93126

Kahta erillistä seosta A ja B analysoidaan verrattuina yleisesti tunnetun koostumuksen omaaviin seoksiin, erityisesti koostumukseen UNS 32304, joka vastaa EP-paten-tissa 0 156 778 kuvattua seosta.

5

C Si Mn Ni Cr Mo Cu N

A 0,02 0,06 1,9 4,1 23,5 0,13 1,60 0,1 10 B 0,02 0,5 2 3,9 24,3 0,14 2,8 0,09 AISI 304L 0,02 0,6 1,3 10 18,2 0,03 0,02 0,05 AISI 316 0,025 0,5 1,5 11,5 17,5 2,3 0,03 0,05 15 UNS 32304 0,02 0,5 1,8 4,2 23 0,13 0,127 0,123 UNS 31803 0,02 0,5 1,7 5,7 21,9 2,75 0,135 0,120 20 Ylläolevassa taulukossa on tehty yhteenveto raudan lisäaineiden seossuhteista keksinnön mukaisissa seoksissa A ja B sekä yleisesti tunnetuissa seoksissa.

Keksinnön mukaiset seokset aikaansaadaan sulatuksella vähintään 1 600 °C:ssa ja ne kuumennetaan uudelleen 25 jähmettymisen jälkeen noin 1 180 °C:ssa. Ne valssataan levyiksi. Suoritetaan näytteiden otot, jotta voitaisiin määrittää rakenteenkestävyys suhteessa lämpökäsittelyihin ja vielä erityisemmin kovettuminen, mekaaniset ja fyysiset ominaisuudet, korroosionkestävyys sekä työstettävyys.

30 Etukäteen on välttämätöntä tutkia eri lisäaineiden vaikutus. Hiili redusoidaan alhaisiin pitoisuuksiin, jotka ovat alle 0,06 %, jotta vähennettäisiin karbidien muodos-tumisriskit lämpökäsittelyjen kuluessa, mikä olisi haitallista tiettyjen korroosiomuotojen kestävyydelle.

• * 4 93126

Pii redusoidaan alhaisiin pitoisuuksiin, jotka ovat alle 1,2 %, jotta vähennettäisiin metalliyhdisteiden muo-dostumisriskit, jotka metalliyhdisteet haurastavat seosta.

Mangaanin avulla lisätään typen saattamista jäh-5 meäksi liuokseksi seokseen, mutta typpipitoisuus on rajattava 3 %:iin, jottei se haittaa paikallisen ja yleisen korroosion kestävyyttä joissakin tapauksissa.

Kromi kontrolloidaan siten, että ferriittisten ja austeniittisten faasien tilavuusosuudet ovat lähellä toi-10 siaan. Liian alhainen pitoisuus ei mahdollista riittävän ferriittitilavuusosuuden saamista.

Liian korkea pitoisuus saattaa vaatia huomattavia nikkelin ja typen lisäyksiä, mitä, nikkelin hinnan huomioon ottaen, on vältettävä. Lisäksi seoksella on lisään-15 tynyt taipumus saostua haurastaviin metalliyhdistefaasei hin lämpökäsittelyjen aikana.

Niinpä käytetään totuttuun tapaan kromipitoisuuk-sia, jotka ovat välillä 21 - 25 %, tarkemmin sanoen pitoisuutta 23,5 %. Tuolla prosenttimäärällä seoksella on eri-20 nomainen korroosionkestävyys.

Tällaisella kromipitoisuudella yhtyneenä alhaiseen nikkeli- ja molybdeenipitoisuuteen estetään, jopa muutamien tuntien lämpökäsittelyn ollessa kyseessä, faasin a1 muodostuminen, erotuksena faasista a, joka a1 on kovettava 25 ja haurastava. Faasi a1 muodostuu välillä 300 - 500 °C tapahtuvien lämpökäsittelyjen aikana.

Nikkeli on alkuaine, joka stabiloi austeniittisen faasin optimoiden austeniitti/ferriitti -tasapainon. Kun otetaan huomioon nikkelin hinta, rajoitetaan sen lisäämi-30 nen välille 3 - 6 %, vielä erityisemmin 4,2 %:iin.

Typpi on mukana ylläpitämässä austeniitti/ferriitti -tasapainoa ja lisäksi sen lisääminen mahdollistaa mekaanisten ominaisuuksien sekä pistekorroosion kestävyyden parantamisen. Typen lisääminen rajoitetaan arvoon 0,30 ja 35 usein lähelle 0,13 %.

93126 5

Molybdeeni rajoitetaan prosenttimäärään, joka on korkeintaan 1 %, jotta vähennetään seoksen valmistuskus-, tannuksia sekä supistetaan metalliyhdistefaasien muodos tumista. Molybdeeni parantaa seoksen korroosionkestävyyt-. 5 tä.

Kupari, päinvastoin kuin yleisesti tunnetuissa seoksissa, on läsnä verrattain suurina prosenttimäärinä välillä 1 - 3,5 %. Tämä alkuaine on tavallisesti mukana vähäisenä määränä yleisesti tunnetuissa seoksissa, sillä 10 sen liukenevuus austeniittis-ferriittisiin seoksiin jäähdytyksen aikana on rajallinen.

Sen sijaan keksinnön mukainen liuotus korkeassa lämpötilassa yli 950 eC:ssa tapahtuvalla lämpökäsittelyllä on mahdollinen. Tätä vaihetta täytyy seurata nopea jääh-15 dytys huoneenlämpötilaan siten, että austeniittis-ferriit- tinen rakenne ei saostu ja pysyy ylikyllästettynä kuparilla. Kupari lisää seoksen kestävyyttä tiettyihin happoympä-ristöihin, varsinkin rikkiympäristöihin nähden ja parantaa työstettävyyttä.

20 Seoksen B rakenteen kestävyyttä on tutkittu aikaan ja lämpötilaan nähden, kuten liitteenä olevassa kuviossa esitetään.

Välillä 300 - 600 °C tapahtuu seoksen huomattava kovettuminen kuparilla rikastettujen hiukkasten saostumi-25 sella seoksen ferriittisessä faasissa.

Tämä kovettuminen on verrannollinen kuparipitoisuudelle annettuun lämpökäsittelyyn.

Sen sijaan tapahtuu saostumisviive, kun ylläpidetään lämpötilaa 700 - 900 °C:ssa, mikä johtuu ferriittisen 30 faasin stabiiliudesta metalliyhdistefaasiin nähden, joka jälkimmäinen saadaan erittäin alhaisella molybdeenipitoi-suudella.

Mekaanisista ominaisuuksista tehdään yhteenveto allaolevassa taulukossa: » • t 93126 6

Veto-ominaisuudet:

Kovuus _

HV5 Re 0,2 % Re 1 % Rm λ Z

5 _ AISI 304 148 205 260 520 51 75

Seos A 223 449 514 660 30,5 50,6

Seos B 270 566 639 735 17,5 48,7

Seos B

10 kovettuneena 350 647 788 900 18,5 39

Mitä tulee kovettuneeseen seokseen B, kyseessä on 15 seos B, jota on lämpökäsitelty 5 tunnin ajan 400 eC:ssa.

Keksinnön mukaiset seokset omaavat paremmat mekaaniset ominaisuudet, varsinkin tavallisen kimmorajan (Re 0,2 %) sekä 1 % kimmorajan arvot samalla kun ne säilyttävät iskusitkeyden arvon V-uralliseen koesauvaan (KCV) sekä 20 venyvyyden (Venymä A) riittävinä.

Mitä tulee kovuuteen, lisääntyy se selvästi varsinkin lämpökäsittelyn jälkeen.

Keksinnön mukaisten seosten työstökerrointa parannetaan huomattavasti yleisesti tunnettuihin seoksiin ja 25 varsinkin EP-patentin 0 156 778 seokseen nähden.

* Tuloksista tehdään yhteenveto seuraavassa taulukos sa: 30 HB V 0,500 Kolojen määrä m/min per 500 mm

Seos A 223 26 72 AISI 304L 148 8 33 35 UNS 31803 241 16 56 UNS 32304 234 11 33 93126 7

Kolme tutkittua parametria ovat Brinell-kovuus (HB), työstökerroin leikkuunopeudella 0,5 m/mn sekä porauskoestus kolojen määränä, joka vastaa kumuloitua pituutta 500 mm (0,5 m).

5 Yleisesti tunnetut seokset omaavat kovuusarvoja, jotka sijaitsevat keksinnön mukaisen seoksen näytekappaleen A kovuusarvon molemmin puolin ja molemmat työstettä-vyyskoestukset yhdessä osoittavat seoksen A selvästi paremmat suoritusarvot.

10 Korroosiokokeet osoittavat, että saavutettuja etuja ei ole saatu korroosionkestävyyden kustannuksella.

Allaolevaan taulukkoon yhteenvetona kootut mitat on saatu happamissa ympäristöissä (H2S04 50 °C:ssa).

15 _ E korroosion Ia lp E murtuma mV/ecs μΑ/αη2 μΑ/cm2 mV/ecs UNS 32304 -430 1250 14 250 20 Seos A -460 1270 3 480

Seos B -460 2000 3,8 400 Näihin tuloksiin johtaneiden polarointikäyrien saa-25 miseksi on lähtöpotentiaali -600 mV yhteen ylikyllästet-tyyn kalomelielektrodiin (ees) nähden ja pyyhkäisynopeu-delle 0,25 mV/sek. Takaisinvirtaus on toteutettu virralle 100 μΑ aina arvoon -1 100 mV/ecs saakka.

Passivoitumisvirtaa lp supistetaan samalla kun mur-30 topotentiaalia lisätään, mikä mahdollistaa keksinnön mukaisen seoksen käyttöalan laajentamisen redoksipotenti- • * aalin alueelle.

Tämä johtuu myös kuparista, mikä vahvistetaan seoksen B sitkeydellä lämpökäsittelyn jälkeen happamassa ympä-35 ristössä hiovien hiukkasten läsnäollessa, jotka hiukkaset 9ό ί 26 8 ovat läpimitaltaan 0,5, 1,9 ja 2,38 mm (katso allaolevaa taulukkoa):

Painohäviötulos (mg) 8 h H2S04 (2N) 5_____ UNS 32304 Seos B AISI 304 kovettuneena

Staattinen koestus 25 4 28 10 Dynaaminen koestus ilman hiukkasia 808

Dynaaminen koestus hiukkaset 0,5 mm 34 35 58

Dynaaminen koestus ^ hiukkaset 1,19 mm 97 73 110

Dynaaminen koestus hiukkaset 2,38 mm 130 99 136 20 Keksinnön mukainen seos ratkaisee asetetun ongelman parantamalla mekaanisia ominaisuuksia ja työstettävyyttä ilman, että nämä parannukset olisivat haitallisia korroo-sionkestävyysominaisuuksille.

Tämän seoksen ominaisuuksien parannukset saavute-25 taan kuparin prosenttimäärän lisäämisellä sekä viimemainitun liuottamisella tai osittaisella saostuksella.

Nämä tulokset ovat merkittäviä ottaen huomioon sen, että yleisesti tunnetut seokset, varsinkin UNS 32304, edellyttävät edullisimpana suoritusmuotona prosenttimääriä 30 Cu + Mo * 1 %.

Keksinnön mukaisessa seoksessa kuparipitoisuus on •« kuitenkin rajoitettava arvoon 3,5 %, jotta vältettäisiin suuret tuotteiden repeämisriskit toimeenpanon aikana.

Tässä välillä 1 - 3,5 % olevassa haarukassa osaava 35 ammattimies soveltaa prosenttimäärän seoksen hyväksikäytön mukaan.

9 931 26

Samaten mahdollistavat yleisesti tunnetut täydentävät lisäaineet kuten rikki ja vismutti työstettävyyden parantamisen.

Claims (6)

93126

1. Austeniittis-ferriittinen ruostumaton terässeos, tunnettu siitä, että sillä on erittäin hyvä kor- 5 roosionkestävyys sekä hyvä työstökerroin, sen molybdeeni-pitoisuus on alhainen ja sen kuparipitoisuus korkea, joka on liuotettu lämpökäsittelyllä yli 900 °C:n lämpötilassa ja sen jälkeen jäähdytetty nopeasti ympäristön lämpötilassa, terässeoksen koostumuksen ollessa seuraava:

10 C < 0,06 paino-% Si < 1,2 " Mn < 3 21 < Cr < 25 3 < Ni < 6 15 0,06 < N < 0,30 " Mo < 1 1 < Cu < 3,5 " lopun ollessa rautaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruostumaton te-20 rässeos, tunnettu siitä, että sillä on seuraava koostumus: C = 0,02 paino-% Si = 0,6 " Mn * 1,9 "

25 Ni = 4,1 " Cr = 23,5 " Mo = 0,13 " N = 0,1 " Cu = 1,6 " .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruostumaton te rässeos, tunnettu siitä, että sillä on seuraava • · ‘ koostumus: C = 0,02 paino-% Si = 0,5 "

35 Mn = 2 93126 Ni = 3,9 " Cr = 24,3 " Mo = 0,14 " N = 0,09 "

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen ruostumaton terässeos, tunnettu siitä, että kupari on liuotettu lämpökäsittelyllä vähintään 1 600 °C:ssa, jota lämpökäsittelyä seuraa uudelleenkäsit-10 tely 1 180 °C:ssa jähmettymisen jälkeen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen terässeos, tunnettu siitä, että seostamalla osittain liuotettu kupari, seokselle suoritetaan lämpökäsittely välillä 300 - 500 eC olevassa lämpötilassa.

5 Cu = 2,8 " .

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen ruostumaton teräs- seos, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyn kesto on 5 tuntia 400 °C:ssa. 951 26