NO153813B - Ferrittisk fe-mn legering for kryogene formaal. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjoldor et spesialstål sorr. egner seg spesielt for anvendelse ved kryogene temperaturer.

På grunn av den sviktende tilgangen på naturgass i U.S.A. og andre land, er det særlig i de land som ligger nær de store forbrukernasjonene av naturgass, stor interesse for å kunne transportere flytendegjort naturgass (liquidified natural gas, LNG) på en trygg måte med skip og andre transportmidler. Transportbeholderne for flytendegjort naturgass må være motstandsdyktige mot brudd på grunn av trykkstigning og sprekkdannelse ved kryogene temperaturer. Faren for en katastrofal eksplosjon og brann er alltid til stede ved håndtering av flytendegjort naturgass. Ved kryogene temperaturer (vanligvis under -90°C) taper vanlige stållegeringer mye av sin seighet og blir sprø. Et fellestrekk ved de konstruksjonsstål som i dag blir anbefalt for anvendelse ved kryogene temperaturer, dvs. med 9% Ni, austenittiske rustfrie stål og invarlegeringer (ca. 36% Ni), er deres relativt høye nikkelinnhold. Tilsetningen av nikkel bidrar til legeringenes gode lavtemperaturegenskaper, men øker også i vesentlig grad omkostningene. I den senere tid er det framkommet stållegeringer med 5-6% Ni for å imøtekomme kravet om billigere materiale. Men en ytterligere reduksjon av det akseptable nikkelinnholdet ville være ønskelig.

Dessuten finnes det et stort marked for kryogene legeringer i forbindelse med lagringssystemer for andre flytendegjorte gasser, særlig nitrogen, oksygen og flytende

luft. Normene for en slik anvendelse er ikke like strenge som for flytendegjort naturgass, og stålet må derfor ha lavere produksjonsomkostninger for å kunne konkurrere med andre legeringer.

Blant de vanlige legeringstilsetninger i legerte stål er mangan den mest attraktive som erstatning for nikkel i kryogene legeringer. Mangan er lett å skaffe, forholdsvis billig og når det gjelder virkningen på stålets mikrostruktur er mangan analogt med nikkel i metallurgisk henseende. Fe-Mn-legeringene har derfor tiltrukket seg interesse for deres potensielle anvendelighet ved lave temperaturer. Den forskningen som er drevet med Fe-Mn-legeringer har imidlertid ikke til nå ført til noen industrielle anvendelse ved kryogene temperaturer. Det har vist seg at Fe-Mn-legeringer kan gjøres seige ved

77°K ved kaldbearbeiding og en tilsluttende anløpning for å undertrykke tilbøyeligheten til interkrystallinsk brudd. Senere har det vist seg at interkrystallinsk brudd i Fe-12Mn-legeringer også kan elimineres ved kontrollert kjøling gjennom martensittomvandlingen som gir en legering med en rimelig seighet ved <?7®>K . Behandlingen er imidlertid temmelig tidkrevende og fordrer en nøyaktig temperaturkontro11.

Et kort sammendrag av den forskningen som er drevet i forbindelse med Fe-Mn-Legeringer for kryogen anvendelse er presentert av J.W. Morris Jr. og medarbeidere i en artikkel med tittelen "Fe-Mn alloys for cryogenic uses: A brief survey of current research", som ble over-sendt til Advances in Cryogenic Engineering for publikasjon.

I samsvar med oppfinnelsen er det skapt et nikkelfritt manganstål med en meget lav

myk-sprø-omvandlingstemperatur etter vanlig luftavkjøling fra austenittiserende gløding, og som har mindre enn det halve totale innhold av legeringsbestanddeler sammenliknet med austenittiske kryogene stål, samt som er i besittelse av høye fasthetsegenskaper og stor seighet ved kryogene temperaturer. Manganstålet har ferritisk struktur og er

ifølge oppfinnelsen karakterisert ved vektsammensetningen 10-13% Mn, 0,002-0,01% B, 0,1-0,5% Ti, 0-0,5% Al og resten Fe og forurensninger som normalt er til stede. Tilsetningen av bor har vist seg å eliminere behovet for en langsom kontrollert avkjøling, og dette medfører en be-tydelig reduksjon av stålets produksjonsomkostninger.

I den grafiske framstillingen i fig. 1 vises slagseighetens temperaturavhengighet for et spesielt 12Mn-stål med bortilsetning i samsvar med oppfinnelsen og som sammenlikning også for et 9Ni-stål og et 12Mn-stål uten bortilsetning. Slagprøvingen ble gjennomført i henhold til Charpy med V-prøvestav.

Det legerte stålet ifølge oppfinnelsen har den økonomisk sett viktige fordelen at det er fritt for nikkel og at det tross dette kan konkurrere med 9Ni-stål ved kryogen prøving. Dette resultatet er blitt oppnådd ved tilsetning av en liten mengde bor, av størrelsesorden 0,002-0,01%, til en Fe-Mn-legering med et manganinnhold på 10-13%. Nærvær av bor undertrykker tydeligvis interkrystallinsk brudd i disse legeringene, og senker derved myk-sprø-omvandlingstemperaturen, samt forbedrer seigheten ved temperaturer ned mot 77°^ (temperaturen i flytende nitrogen). Det er viktig at borinnholdet ligger under 0,01% ettersom det ved høyere borinnhold begynner å opptre utskilling i korngrensene og dette søker å be-gunstige sprøhet.

Det legerte stålet ifølge oppfinnelsen inne-holder dessuten 0,1-0,5% titan og opptil 0,05% aluminium. Nærvær av disse grunnstoffene i Fe-Mn-legeringer er generelt sett fordelaktig for kontroll av innleirede forurensninger i smeiten.

Eksempel:

Et legert stål med følgende nominelle sammen-setning ble framstilt og undersøkt for kryogen anvendelse: 12% Mn, 0,002% B, 0,1% Ti, 0,05% Al og resten Fe. Stålet ble testet som det var avkjølt (40 min. austenittiserende glødning ved 1000°C og luftavkjøling) og i mykglødet tilstand (etter austenittisering/luft-avkjøling , 1 time glødning ved 550°C og bråkjøling i vann). Resultatene, som ble sammenliknet med et 9Ni-stål og med en jevnførbar Fe-Mn-legering uten bortilsetning, er gjengitt i den etterfølgende tabellen og i fig. 1.

Av de viste resultatene framgår det at stålet ifølge oppfinnelsen tåler godt en sammenlikning med 9Ni-stål for kryogen anvendelse og at bortilsetningen i merkbar grad forbedrer slagseigheten for et Fe-12Mn stål ved kryogene temperaturer.

Claims (2)

1. Ferrittisk legert stål, spesielt egnet ved kryogene temperaturer, karakterisert ved vektsammensetningen 10-13% Mn, 0,002-0,01% B, 0,1-0,5% Ti, 0-0,05% Al og resten Fe med tilfeldige urenheter som normalt finnes.

2. Ferrittisk legert stål i samsvar med krav 1, karakterisert ved sammensetningen 12% Mn, 0,002% B, 0,1% Ti, 0,05% Al og resten Fe med tilfeldige urenheter som normalt finnes.