FI97398B - Martensiittisen ruostumattoman teräksen käyttö paperinvalmistuksen imuteloihin - Google Patents

Description

97398

Martensiittisen ruostumattoman teräksen käyttö paperinvalmistuksen imuteloihin.

Käsillä olevan keksinnön kohteena ovat ruostumattomia mar-5 tensiittiteräksiä koskevat parannukset ja erityisesti ruostumaton martensiittiteräs, joka on sopiva käyttömateriaali tapauksiin, joissa tarvitaan suurta korroosioväsymyslujuutta ja suurta korroosionkestävyyttä, esimerkiksi paperiteollisuuden imuteloihin, merivesipumppuihin ja erilaisiin muihin 10 laitteisiin.

Esimerkiksi paperiteollisuudessa käytetyt imumuhvitelat ovat alttiina valkolipeälle, ja niillä on sen vuoksi oltava erittäin hyvä korroosionkestävyys ja erittäin hyvä korroo-15 sioväsymyslujuus. Näiltä ominaisuuksiltaan erinomaisiin materiaaleihin kuuluvat ruostumaton ferriittiausteniitti-dupleksiteräs, ruostumaton saostuskovetettu teräs ja vastaavat, mutta näillä aineilla on yleensä heikko työstettävyys.

Koska nämä materiaalit ovat erityisen huonoja porilla työs-20 tettäviä, niitä on erittäin vaikeaa työstää kieräporilla eikä näitä tavallisesti voida käyttää.

Näin muodoin paperiteollisuuden imutelojen valmistamiseen käytetään yleisesti ruostumattomia martensiittiteräksiä, 25 joista tyypillinen esimerkki on JIS SCSI, koska näiden terästen työstettävyys porilla on erinomainen ja koska ne ovat halpoja. Näillä materiaaleilla on lisäksi ongelmana huono stabiilisuus, kun näitä käytetään kone-elimiin. Esimerkiksi niiden käytettävyys korroosionkestävyyden ja väsy-30 myslujuuden kannalta eivät ole täysin tyydyttäviä kloori- ioneja sisältävissä korrodoivissa ympäristöissä. Erityisesti kun niitä käytetään olosuhteissa, joissa rasituksen ovat toistavia, materiaali heikkenee nopeasti mahdollistaen sellaisia pettämisiä kuin telojen murtumisen.

35

Erityisesti paperitehtaat toimivat viime vuosina yhä suurem-. maila nopeudella, alhaisemmassa pH-arvossa ja korkeammassa 97398 2 S2032--ionikonsentraatiossa ja sen vuoksi yhä korrodoivam-massa ympäristössä valkolipeän läsnäollessa. Sen vuoksi on tarpeen, että käytettävä materiaali on yhä parempi korroosionkestävyyden ja korroosioväsymislujuuden suhteen.

5 Käsillä oleva keksintö tuo esiin tämän vaatimuksen täyttävän uuden materiaalin.

Käsillä olevan keksinnön päätavoitteena on tuoda esiin 10 martensiittisen ruostumattoman teräksen, jolla on suuri korroosioväsymislujuus ja erinomainen korroosion kestävyys, ja jonka koostumus on painoprosentteina yli 0 - enintään 0,06 % C, yli 0 - enintään 2,0 % Si, yli 0 - enintään 2,0 %

Mn, 3,0 - 6,0 % Ni, 14-17% Cr, 1 - 3 % Mo, 0,5-1,5% Cu 15 lopun ollessa rautaa ja väistämättömiä epäpuhtauksia, käyttö paperin valmistuksen imuteloihin syövyttävissä olosuhteissa, joissa esiintyy kloridi-ioneja.

Käsillä olevan keksinnön mukaisesti käytetyllä ruostumatto-20 maila martensiittiteräksellä on suuri korroosioväsymyslujuus ja erinomainen korroosionkestävyys, ja se sopii erityisesti materiaaliksi, jolla valmistetaan paperiteollisuuden imute-loja, kemiallisia laitteita, pumppujen komponentteja ja merivesien käsittelylaitteita, joita käytetään korrodoivissa 25 ympäristöissä, mukaan lukien silloin kun mukana on kloori-ioneja.

Käsillä olevan ruostumattoman teräksen komponenttien pitoisuuden on rajoitettu edellä olevalla tavalla seuraavista 30 syistä.

·· C: yli 0 - enintään 0,06 % C on austeniitin muodostava alkuaine, ja rakenteen vahvista-35 miseksi sitä on kiinteässä liuoksessa austeniittifaasissa. Kuitenkin kun sitä on mukana yhä enemmän, C muodostaa Cr-karbidia ja kuluttaa kromia, joka osaltaan parantaa kor- 3 97398 roosionkestävyyttä, mikä näin pienentää korroosionkestävyyttä. Lisäksi mahdolliset erottuvat suuret Cr-karbidimäärät huonontavat sitkeyttä. C:in ylärajan tulisi olla 0,06 %.

5 Si: yli 0 - enintään 2,0 %

Si toimii vastahapettimena, kun terästä sulatetaan. Kun piitä on mukana suuri määrä, se kuitenkin haurastuttaa ja muutoinkin huonontaa materiaalin ominaisuuksia, joten ylära-10 ja on 2,0 %.

Mn: yli 0 - enintään 2,0 %

Piin tavoin Mn toimii vastahapettimena ja se myös ottaa 15 kiinni rikin (S) kun teräs sulatetaan. Suuri läsnäoleva määrä mangaania kuitenkin alentaa korroosionkestävyyttä, ja tästä syystä yläraja on 2,0 %.

Ni 3,0 - 6,0 % 20

Ni on austeniitin muodostava alkuaine, joka muodostaa mikrorakenteissa jäljelle jäävän austeniittisen faasin tehokkaasti parantaa sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä. Paperin valmistuksen imumuhvit ovat yleensä suuria teloja, joiden 25 halkaisija on yli 1 metri ja seinämän paksuus 100 mm valettuna ja jotka tavallisesti valmistetaan sentrifugivalun avulla. Kun tällaisten telojen valamiseen käytettiin tavanomaista SCSl-materiaalia, valuprosessissa esiintyi erilaisia ongelmia kuten halkeilua valun aikana. Nikkelin mu-30 kanaolo parantaa valettavuutta. Lisäksi kun mukana on sopiva määrä nikkeliä, tämä edistää jäljelle jäävän austeniittisen :* faasin oikean määrän muodostumista, mikä vuorostaan takaa paremman sitkeyden ja saa teräksen jähmettyväksi koostumukseltaan parempana. Näiden etujen varmistamiseksi mukana on 35 oltava vähintään 3,0 % nikkeliä, kun taas suuremman nikkeli-määrän mukanaolo muodostaa liian paljon jäännösausteniittia ja johtaa siten ei-toivottuun tulokseen. Tämän seurauksena 97398 4 kustannukset kasvavat, koska nikkeli on kallis alkuaine. Ni-pitoisuuden tulisi siten olla enintään 6,0 %.

Cr: 14 - 17 % 5

Cr, joka on ferriittiä muodostava alkuaine, on paremman lujuuden antamisen kannalta oleellinen alkuaine, koska se muodostaa ferriittifaasin ja antaa ruostumattomalle teräkselle korroosion kestävyyden. Suuren lujuuden ja hyvän 10 korroosion kestävyyden takaamiseksi Cr-pitoisuuden on oltava vähintään 14 %. Suuren Cr-määrän mukanaolo lisää kuitenkin ferriittifaasin määrää mikrorakenteessa, mikä heikentää korroosion kestävyyttä ja sitkeyttä. Ylärajan tulisi siten olla 17 %. Cr-pitoisuus liittyy sattumoisin läheisesti 15 hiilen ja nikkelin pitoisuuksiin austeniittia muodostavina alkuaineina ja molybdeenin pitoisuuteen ferriittiä muodostavana alkuaineena. Tämä huomioiden on sopivaa rajoittaa Cr-pitoisuus keksinnön mukaisesti välille: 14 - 17 %.

20 Mo: 1 - 3 %

Mo parantaa erittäin tehokkaasti korroosion kestävyyttä, erityisesti pistesyöpymistä vastaan. Vaikutus on riittämätön, jos Mo-pitoisuus on alle 1 %, kun taas yli 3 %:n Mo-25 pitoisuus johtaa alhaisempaan sitkeyteen ja suurempiin kustannuksiin. Ylärajan tulisi siten olla 3 %.

Cu: 0,5 - 1,5 % 30 Cu parantaa yleiskorroosion vastustuskykyä ja sillä voidaan saada vahvistettu austeniittinen kiinteä liuos. Erityisesti voidaan kuparin ja molybdeenin avulla saada synergistisesti aikaan vieläkin parempi yleiskorroosion kestävyys (kuten käy ilmi jäljempänä olevasta esimerkistä). Käsillä olevan kek-35 sinnön mukainen ruostumaton teräs on erittäin merkityksellinen siksi, että tämä teräs sisältää eri komponentteja hyvässä tasapainossa ja se lisäksi sisältää kuparia ja molybdee- 97398 5 nia, jotka saavat aikaan synergistisen vaikutuksen ja huomattavasti parantavat yleiskorroosion kestävyyttä. Jotta tämä vaikutus taattaisiin täydellisesti, mukana tulisi olla vähintään 0,5 % kuparia. Toisaalta liian korkea Cu-pitoisuus 5 alentaa sitkeyttä, joten ylärajan tulisi olla 1,5 %.

Käsillä olevan keksinnön mukaisesti käytetty ruostumaton teräs sisältää edellä mainitut alkuainekomponentit. Loput on rautaa ja teräkseen väistämättä mukaan tulevia alkuaine-10 epäpuhtauksia. Näihin epäpuhtauksiin kuuluvat P, S ja muut, joita väistämättä tulee mukaan teräkseen, kun se valmistetaan sulattamalla. Näitä epäpuhtauksia voi olla mukana, mikäli epäpuhtauden määrä on välillä, joka tavallisesti on sallittavissa mainituntyyppisille teräksille.

1 5 Jäljempänä annetun esimerkin tarkoituksena on yksityiskohtaisesti kuvata niitä parannuksia, jotka keksinnön mukaisesti käytetyllä martensiittisella ruostumattomalla teräksellä voidaan saada aikaan korroosion kestävyydessä ja korroosio-20 väsymyslujuudessa.

Esimerkki

Suuritaajuuksista induktiouunia käyttämällä valmistettiin 25 koostumukseltaan erilaisia lejeerinkejä ja nämä valettiin keskipakovalulla harkoiksi. Taulukossa 1 on annettu harkoista valmistettujen testikappaleiden kemialliset koostumukset .

30 Näytekappaleet lämpökäsiteltiin (jäähdytys ilmassa 1050°C:ssa, temperointi 650°C:ssa) ja niille suoritettiin ·.* yleiskorroosiotesti ja korroosio-väsymyslu juus-testi . Tulok set on annettu taulukossa 2. Testit suoritettiin seuraavilla menetelmillä.

35 97398 6

Yleiskorroosiotestiä varten upotettiin näytekappaleet 6 tunniksi kiehuvaan 5 % rikkihappoon ja korroosiohäviö neliömetriä kohti tarkistettiin joka tunti.

5 Korroosio-väsymyslujuus-testi suoritettiin nesteessä, jonka

Ph oli 3,5 ja joka sisälsi 100 ppm Cl- ja 1000 ppm C042--ioneja, käyttämällä Onon testauslaitetta (rotating bending fatigue tester) pyörimisnopeuden ollessa 3000 kierrosta/min ja kuormitusjännityksen 18 kg/mm2. Määritettiin näytekappa-10 leen murtumiseen tarvittavien toistettujen syklien lukumäärä .

Taulukko I

Näyte- 1 5 kappale _Kemiallinen koostumus (p-%)*_ no . C_Si_Mn_Cr_Ni_Mo_Cu 1 0,05 0,37 0,68 11,77 0,48 0,02 2 0,05 0,52 0,80 11,95 0,53 0,58 3 0,05 0,41 0,72 16,00 6,13 2,03 20 4 0,05 0,42 0,81 16,12 5,01 2,11 1,01 * Loput rautaa ja väistämättömiä epäpuhtauksia.

Taulukko 2 25 Näytekappale Korroosiohäviö Korroosio-väsymislujuus no._(g/m2 . h)_(syklien määrä)_ 1 1 060 1,1 x 1 07 2 780 1,2 x 1 O7 30 3 520 3,0 x 1 07 4 50 9,1 x 107

Taulukossa 1 on näytekappale no. 1 tavanomainen JIS SCS1-materiaali, näytekappaleet no. 2 ja 3 ovat vertailumateri-35 aaleja, jotka on valmistettu keksinnön mukaisen ruostumattoman teräksen kanssa tapahtuvaa vertailua varten, ja näytekappale no. 4 on keksinnön mukainen ruostumaton teräs.

7 97398

Taulukon 2 tulokset osoittavat, että keksinnön mukaiseen käyttöön tarkoitetun ruostumattoman teräksen korroosiohäviö on paljon pienempi kuin tavanomaisen materiaalin ja vertai-5 lumateriaalin ja että sillä on erinomainen yleiskorroosion kestokyky.

Korrodoivassa ympäristössä määritetystä väsymislujuudesta voidaan todeta, että keksinnön mukaiseen käyttöön tarkoite-10 tun ruostumattoman teräksen lujuus on noin 7 kertainen näytekappaleisiin no. 1 ja 2 verrattuna ja noin 3 kertainen näytekappaleeseen no. 3 verrattuna.

Näiden erinomaisten ominaisuuksien uskotaan johtuvan molyb-15 deenin ja kuparin synergistisestä vaikutuksesta.

Käsillä olevan keksinnön mukaisella ruostumattomalla teräksellä on erinomainen korroosion kestävyys ja korroosio-väsymislujuus ja se on sen vuoksi hyvin sopiva materiaali 20 paperinvalmistuksen teloihin, kemiallisiin laitteisiin, pumppujen komponentteihin, meriveden käsittelylaitteisiin ja vastaaviin, joissa tällaisia ominaisuuksia tarvitaan.

Claims (3)

1. 97398 Patenttivaatimus Martensiittisen ruostumattoman teräksen, jolla on suuri korroosioväsymislujuus ja erinomainen korroosion kestävyys, 5 ja jonka koostumus on painoprosentteina yli 0 - enintään 0,06 % C, yli 0 - enintään 2,0 % Si, yli 0 - enintään 2,0 % Mn, 3,0 - 6,0 % Ni, 14 - 17 % Cr, 1 - 3 % Mo, 0,5 - 1,5 % Cu lopun ollessa rautaa ja väistämättömiä epäpuhtauksia, käyttö paperin valmistuksen imuteloihin syövyttävissä olosuhteissa, 10 joissa esiintyy kloridi-ioneja. « I » il m h mu i . « ju i 97398 Användning av rostfritt martensitstäl, som uppvisar stor korrosionsutmattningshällfasthet och utmärkt korrosions-5 beständighet, och vars sammansättning som viktprocent är 0. högst 0,06 % C, över 0 - högst
2. 2 % Si, över 0 - högst 2 % Mn, 3,0 - 6,0 % Ni, 14 - 17 % Cr, 1
3. - 3 % Mo, 0,5 - 1,5 % Cu, medan resten är järn och oundvikliga föroreningar, för sugvalsar i papperstillverkningen i frätande förhällanden, 10 där kloridjoner förekommer.