NO121630B - - Google Patents

Description

Rustfritt og sveisbart martensittisk stål.

Det er kjent at rustfrie martensittiske kromstål kan

få god sveisbarhet ved legering med nikkel og senkning av karboninnholdet til under ca. 0,10 %. Stålene er luftherdnende. Den martensittiske struktur som fås ved herdning, går ved anlopning over til en blandestruktur bestående av martensitt og nydannet austenitt med martensitt-innholdet som dominerende. Stål av denne type betegnes derfor også som martensitt-austenittiske.

I den martensitt-austenittiske strukturtilstand har stålene hOy strekk- og hrudd-grense, god forlengelse og stor slagseighet. Sveisbarheten er meget god, noe som ifQlge en teori tilskrives det relativt store innslag av austenitt. Stålene kan

sveises uten for- og eftervarmning. De har god varmefasthet.

Et kommersielt stål av denne type har sammensetningen 0,05 % C, 12,5 # Cr, 3,8 % Ni, 0,5 % Mo. Et annet har sammensetningen 0,08 # C, 13 # Cr, 6 # Ni, 1,5 % Mo.

Den foreliggende oppfinnelse gjelder en forbedring av den ovenfor omtalte ståltype, som kan karakteriseres ved ana-lysen 11 - 15 % Cr, max 3,5 % Mo, max 8 % Mn og max 7 % Ni og med et samlet innhold av Mn + Ni » 3 - 12 %• Ståltypen er nærmere bestemt ved at legeringsbestanddelene er avpasset slik i forhold til hverandre at 1,1 • C<r>ekv - <Ni>ekv er hSyst 11, hvor C<r>ekv <-><#> Cr + # Mo + 1,5 % Si og <Ni>ekv - $ Ni + 0,3 % Mn ♦

30 (% C + % N).

Samtidig er oppfinnelsen karakterisert ved at karboninnholdet er mindre enn 0,02 % og fortrinnsvis maksimalt 0,015 De forsSk som ligger til grunn for oppfinnelsen, har nemlig vist at disse ekstremt lave karboninnhold hos den omtalte ståltype helt uventet virker h&ynende på strekkgrensen i anlopet tilstand. Dessuten får stålet en så god seighet i uanlSpet tilstand at det meget godt kan anvendes i denne tilstand. Dette er av vesentlig betydning fordi den sone som efter sveisning er varmepåvirket, hovedsakelig vil bestå av uanlQpet martensitt. Ved hSyere karboninnhold blir denne relativt spr6d, så man må ty til eftervarme-behandling, noe som altså ikke kreves ved de lave karboninnhold i henhold til oppfinnelsen. Det lave karboninnhold bedrer også stålet når det gjelder korrosjon. En annen fordel ved de ekstremt lave karboninnhold er at stålet kan herdes fra lav temperatur (> 770° C) uten at der skjer karbidutsondring. Videre foreligger der ikke fare for korngrenseutsondring av kromkarbider ved luft-kjoling av tykkere dimensjoner, noe som kan inntreffe ved stål med karboninnhold over 0,03 Slike korngrenseutsondringer virker seighetssenkende og korrosjonsnedsettende.

Stålet if6lge oppfinnelsen kan herdes (normaliseres) fra temperaturer helt ned til 770° C og anlSpes innen temperatur-området 500 - 700° C.

Med hensyn til de dvrige elementer som skal inngå i ståltypen, kan sies: Krom har ingen merkbar innvirkning på martensittens fasthetsegenskaper, men må foreligge i innhold over 11 % av hensyn til korrosjonsfastheten. Altfor h6ye krominnhold farer til dannelse av deltaferritt, som b6r unngås på grunn av den resulteren-de anisotropi i egenskapene hos valset materiale, spesielt hvad slagseigheten angår.

Nikkel.influerer på austenittmengden f6rst og fremst ved sin innvirkning på Ael~temperaturen. Nikkel senker Acl, og med stigende nikkelinnhold aker mengden av ny austenitt som dannes ved anlSpningen. Blandt annet av denne årsak blir strekkgrensen senket. Med utgangspunkt i dnsket om å ha et h8yt krominnhold (og eventuelt også h8yt molybdeninnhold) blandt annet av hensyn til korrosjonsfastheten uten dannelse av deltaferritt eller restaustenitt, begrenses det praktiske variasjensområde for nikkelinnholdet til 3 - 7 % når andre austenittdannere bare foreligger i små mengder.

Mangan kan i en viss utstrekning erstatte nikkel, men stabiliserer ikke i like hOy grad austenitten med hensyn til deltaferritt-dannelse. Mangan senker heller ikke Acl like meget som nikkel. Blir imidlertid mengden av ferrittdannere i stålet, f8rst og fremst krom og molybden, holdt på lavt nivå, kan nikkel nesten helt erstattes med mangan. Ved at Acl ikke senkes like meget hos manganlegerte stål som hos nikkellegerte, blir der dannet mindre ny austenitt ved normale aniapningstemperaturer,

så det blir mulig å få noe hayere fasthetsverdiero

Molybden virker haynende på både strekk- og brudd-grense i aniapet tilstande Dessuten aker molybden anl8pnings-fastheten forsåvidt som spesielt strekkgrensen ved akende molybdeninnhold synker langsommere med aniapningstemperaturen.

Man har videre grunn til å anta at en forekomst av molybden

kreves for å utlese den vanskelig forklarlige fasthetshayning ved de ekstremt lave karboninnhold„ Noen tilsvarende effekt har nemlig ikke kunnet iakttas ved i og for seg kjente stål som ikke inneholder molybden, men som fordvrig stemmer overens med stålet ifaige oppfinnelsen hvad sammensetningen angår»

Nitrogen aker fastheten og minsker seigheten hos

stålet i herdet tilstand.

Stålet ifaige oppfinnelsen kan også få tilsatt andre legeringselementer i moderat innhold, som i en eller annen hen-seende bedrer dets egenskaper ytterligereo

Sålede* kan der red tilsetning ar bor i innhold melles 0,001 og 0,01 % oppnås en hdyning av strekk- og brudd-grensen, forbundet med en samtidig forbedring av slagseigheten.

I herdet tilstand hdynes strekk- og brudd-grensen samt for-lengelses- og kontraksjonsverdiene.

Niob og vanadium virker fasthetsdkende og kan til-settes i innhold av maksimalt 0,5 % hver* Deres kornforfinende inflydelse kan utnyttes meget effektivt ved at herdningen pa grunn av stålets ekstremt lave karboninnhold kan utfares fra en meget lav temperatur (ned til 770° C). Hermed kan fastheten akes ytterligere.

Slike stoffer som aluminium og titan synes å influere lite på fasthetsegenskapene. Dog virker aluminium utskillelses-herdende ved elding 450° C

Stål i samsvar med oppfinnelsen skal være helt eller tilnærmelsesvis frie for deltaferritt, og legeringsbestanddelene

Cr

bdr derfor avpasses slik i forhold til hverandre at 1,1 ekv - <Ni>ekv er h8yst 11, hvor<Cr>ekv - % Cr ♦ % Mo + 1,5 % Si og

N<i>ekv - $ Ni ♦ 0,3 % Mn + 30 [% C + % N).

Et for hayt samlet innhold spesielt av legerings-elementene Cr, Ni, Mo, Mn, C eller N kan f8re til uheldig rest-austenittdannelse efter herdning. For å kunne velge en stål-sammensetning som gir martensittisk struktur ved herdning « 10 % austenitt), er det hensiktsmessig å basere seg på faigende vei-ledende relasjon

77 - 3 (% Cr) - A#3 (JÉ Ni + % Mn - 0,40) - 0,9 (* Mo) - 72 {% C) - 53 (* M) > 0, hvor % Cr angir stålets krominnhold i vektprosent, % Ni stålets nikkelinnhold i vektprosent, o.s.v.

Stålet ifaige oppfinnelsen egner seg spesielt for å anvendes hvor der dnskes god korrosjonsfasthet og h3y fasthet kombinert med god sveisbarhet. Stålet kan produseres i alle vanlige former for blikk, stang, rdr, bånd eller tråd, og også som stdpegods. Hensiktsmessige anvendelsesformål er blandt annet platekonstruksjoner som trykkbeholdere, turbinhus, transport-beholdere og oppbevaringstanker.

I det feigende vil der i tabellform bli gjort rede for et antall eksempler for stål med varierende sammensetning og behandlingsmåte. Den effekt som oppnås ifOlge oppfinnelsen, og som består i at det låre karboninnhold bedrer strekkgrensen hos stålet, såvel som denne effekts uventede karakter fremgår av fig. 1, som i diagramform viser karboninnholdets innvirkning på strekkgrensen ved stål anlOpet ved 600° C og med omtrent samme sammensetning forbvrig.

Fig. 2 viser på tilsvarende måte seighetens avhengighet av karboninnholdet for stål i herdet tilstand.

Den fOlgende tabell 1 angir sammensetningen for en serie av de viktigere prdvede stål som ligger til grunn for oppfinnelsen.

I tabell 2 er gjengitt stålenes strekkgrenseverdier og austenittinnhold for forskjellige anlOpningstemperaturer samt slagseighetsverdiene for stålene i uanlopet tilstand.

For stålene 1 - 14 undersakte man fasthetsegenskapene efter tre timers anlOpning ved 560, $ 80 og 600° C • Alt materiale som skulde anldpes ved en og samme temperatur, blev varmebehandlet samtidig, og prOvene blev fordelt på slump i ovnen. Slagseigheten (charpy -V) blev bestemt i herdet tilstand. Herdningen blev ut-fart fra lC-500 C i olje.

Stålene 21 og A - C blev herdet fra 850° C i luft og aniepet i tre timer i luft ved 600° C samt - for stål 21 - dessuten ved 58O<0> C. Stålene A-C blev herunder behandlet samtidig, mens stål 21 blev behandlet ved en annen anledning. Stål 21 blev også eldebehandlet ved 450° C, noe som gav en meget h8y fasthet, men også lav seighet (1,0 % austenitt).

Samtlige stål har vært dobbeltpr8vet hvad fastheten angår, mens det ved undersdkelsen av slagseigheten blev anvendt tre-dobbelt prdve. Verdiene i tabell 2 «r middelverdier. Den mid-lere forskjell mellem strekkgrenseverdiene ved dobbeltprOvningen for alle i tabell 2 oppfarte stål i aniepet tilstand er 0,7 kp/mm .

Diagrammet på fig. 1 anskueliggjdr strekkgrensens avhengighet av karboninnholdet for pr8ver som var herdet og aniepet til 600° C, den eneste varmebehandling som blev anvendt på samtlige prSver. Denne varmebehandling har også resultert i at stålene varierer moderat når det gjelder målte austenittinnhold, som alle ligger innen intervallet 15 - 40 % og dermed oppfyller det tidligere nevnte kriterium.

Av diagrammet fremgår at den naturlige tendens som består

i at fastheten synker med karboninnholdet, plutselig blir brudt ved et karboninnhold på ca. 0,02 # for isteden helt overraskende å skifte til en sterkt oppadgående tendens.

At den Qkede fasthet ikke vinnes på bekostning av for-ringet seighet, er belyst på fig. 2, som i diagramform anskuelig-gj8r slagseighetens avhengighet av karboninnholdet for stål i herdet, men ikke anlopet tilstand.

Samtlige prosentverdier når det gjelder legerings-bestanddeler, angir vektprosent.

Claims (9)

1. Rustfritt og sveisbart martensittisk stål inneholdende for-uten jern, karbon og forurensninger hvor Mn + Ni = 3 - 12%, karakterisert ved at karboninnholdet er mindre enn 0,02$,og at legeringsbestanddelene er avpasset Cr Ni slik i forhold txl hverandre at 1,1 • ekv - ekv er høyst 11, hvor

2. Stål som angitt i krav 1,karakterisert ved at karboninnholdet er maksimalt 0,015 %.

3.. Stål som angitt i krav 2, karakterisert ved at karboninnholdet er ca. 0,007 %•

4.. Stål som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det inneholder 3 - 7 % Ni.

5. Stål som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det inneholder 0,5 - 3% Mo.

6. Stål som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det inneholder 2 - 8 % Mn.

7. Stål som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at dets analyse oppfyller betingelsen

8. Fremgangsmåte til fremstilling av stål som angitt i krav 1, med økt seighet i herdet tilstand og høynet strekkgrense i anløpet tilstand, karakterisert ved at stålet herdes fra en temperatur over 770°C og anløpes ved en temperatur mellom 500 og 700°C.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8,karakterisert ved at anløpningen utføres ved ca. 600°C.