NO337315B1 - Martensittisk rustfritt stål samt fremgangsmåte for å fremstille samme - Google Patents

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse gjelder et martensittisk rustfritt stål og en fremgangsmåte for fremstilling av slikt martensittisk rustfritt stål, samt nærmere bestemt et martensittisk rustfritt stål som kan brukes i en struktur eller konstruksjon som krever høy skjærbestandighet og som er i stand til å hindre rustdannelse når det lagres enten på en utendørs lagerplass eller innendørs, samt også en fremgangsmåte for fremstilling av slikt martensittisk rustfritt stål.

Bakgrunnsteknikk

Generelt omfatter et rustfritt stål Cr i en innholdsandel på 12 til 15% og stålet betegnes da vanligvis som et 13% Cr-stål. Et slikt 13% Cr-stål er utmerket når det gjelder mekaniske egenskaper, slik som strekkfasthet, trykkfasthet og lignende, så vel som når det gjelder varmebestandighet, slik at stålet f.eks. kan brukes som et materiale for et oljebrønnrør.

Under fremstillingsprosessen av 13% Cr-stål blir et stålmateriale vanligvis varmebehandlet ved høy temperatur og bråkjølt, slik at et overflatesjikt med dob-belt lagstruktur og bestående av et indre skallsjikt og et ytre skallsjikt blir da uunngåelig dannet på overflaten av vedkommende 13 Cr-stål. Det indre skallsjikt omfatter hovedsakelig FeCraCM av spinneltype og med høy vannbestandighet, samt FeO, Fe304, Fe2Si04og lignende, og dette har en utmerket vedheftighet til utsiden av basismaterialet i 13% Cr-stålet, mens det ytre skallsjikt omfatter Fe203, Fe304og lignende og har mindre grad av vedhefting.

Før borttransportering av 13% Cr-stålet, ble tidligere avskalling obligatorisk utført ved å påføre en behandling, slik som syrebeising eller sandblåsing på den overflate som er blitt påført skallsjiktet. I de senere år er imidlertid 13% Cr-stål i stadig høyere grad blitt ført bort uten å utføre en avskallingsprosess på ståloverflaten, for på denne måte å redusere både antallet behandlingsprosesser og produk-sjonskostnader.

På den annen side er høy værbestandighet påkrevet for 13% Cr-stålet og derfor er rusthindrende olje vanligvis blitt påført stålets overflate. Når imidlertid 13% Cr-stålet med skallsjikt er transportert bort etter påføring av slik rusthindrende olje på stålets overflate, vil imidlertid bare det ytre skallsjikt med indre vedhefting bli skrelt av, slik at derved den rusthindrende olje fjernes fra overflaten sammen med det ytre skallsjikt. En følge av dette er at ikke tilstrekkelig værbestandighet kan oppnås.

Forskjellige fremgangsmåter for fremstilling av slikt 13% Cr-stål ble under-søkt for det formål å frembringe en utmerket vannbestandighet.

Det er velkjent at ståloverflatens tilstand spiller en vesentlig rolle når det gjelder å øke værbestandigheten. For det formål å forbedre overflatetilstanden på vedkommende 13% Cr-stål, er det blitt vist en fremgangsmåte hvor basismaterialet blir oppvarmet under en oksygenfri atmosfære og derpå bråkjølt. Det er også velkjent at hovedkomponentene i det skallsjikt som dannes på overflaten av stålet utgjøres av jernoksider, og verken stålet med 13% Cr blir oksidert og heller ikke skallsjiktet dannet under den fremgangsmåte som utføres under en slik oksida-sjonsfri atmosfære.

Da derfor intet ytre skallsjikt skrelles av, vil påføringen av den rusthindrende olje på ståloverflaten gi en tilstrekkelig høy værbestandighet. I denne fremgangsmåte kreves imidlertid ytterligere apparatutstyr for å opprette den oksygenfrie atmosfære. Dette gjør at både installasjonsomkostningene og de løpende omkostninger øker, slik at derved fremstillingsomkostningene for 13% Cr-stål økes.

Ved en annen fremgangsmåte for å øke værbestandigheten blir oppvarm-ingstemperaturen senket i bråkjølingsprosessen. Denne fremgangsmåte gjør at skallsjikt dannes i avtagende grad på ståloverflaten. Det oppnås imidlertid ingen vesentlig forbedring angående dannelsen av et skallsjikt i seg selv. Som en følge av dette frembringer denne fremgangmåten også et lignende problem hvor det ytre skallsjikt skrelles av under transport og den rusthindrende olje som er påført ståloverflaten også fjernes, og da sammen med det ytre skallsjikt.

På den andre side antas det at for det formål å hindre det ytre skallsjikt fra å skrelles av, bør dette ytre skallsjikt fortrinnsvis være fjernet på forhånd. Ut i fra dette synspunkt er det offentliggjort i japansk patentsøknad (Kokai) nr. 11 -302802 foreslått en fremgangsmåte for fremstilling av et martensittisk rustfritt stål, hvor da etter avskallingen, bråkjølingsbehandlingen og anløpningsbehandlingen utføres i rekkefølge. Denne japanske offentliggjorte patentsøknad (Kokai) nr. 11-302802 har videre angitt en fremgangsmåte for fremstilling av et martensittisk rustfritt stål, hvor avskallingen og anløpsbehandlingene blir utført i rekkefølge etter bråkjølings-behandlingen.

Det martensittiske rustfrie stål som er fremstilt ved hjelp av en hvilken som helst av disse fremgangsmåter gir da en utmerket værbestandighet, da det ytre skallsjikt som vanligvis blir skrelt av, faktisk er fullstendig fjernet. Likevel blir et ytre skall atter dannet i den endelige prosess etter anløpningen. Følgelig overfor det formål å frembringe et martensittisk rustfritt stål med høy værbestandighet, er det viktig å korrekt spesifisere hvorledes det skall som dannes under den avsluttende anløpsprosess blir behandlet.

EP0937782 A1, i samme familie som JP 11-302802 nevnt ovenfor, vedrører et martensittisk stål der det ytterste skallsjiktet reduseres fra Fe203til FeCrcCM.

EP1099772 A1 beskriver den fullstendige fjerningen av både det indre og det ytre laget ved avsugningssandblåsing.

Beskrivelse av oppfinnelsen

I betraktning av de ovenfor omtalte problemer, er et formål for foreliggende oppfinnelse å fremstille et martensittisk rustfritt stål med et indre skallsjikt som har FeCr204som hovedkomponent, og et ytre skallsjikt som ikke kan skrelles av, slik at det derved blir mulig å forbedre stålets værbestandighet.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det blitt undersøkt egenskaper ved et skall-lag som består av et indre skallsjikt og et ytre skallsjikt. Som beskrevet ovenfor, vil det indre skallsjikt ha en høy værbestandighet samt utmerket vedhefting til basismaterialet, mens det ytre skallsjikt har dårligere vedhefting og derved gir en redusert værbestandighet. Ut i fra disse faktiske forhold følger det at fjerning av det ytre skallsjikt på forhånd vil frilegge det indre skallsjikt mot stålets utside, slik at derved stålets værbestandighet i seg selv forbedres.

Skjønt det ytre lag har mindre vedhefting, vil det imidlertid fremdeles være vanskelig å fjerne dette ytre lag med letthet, og når bearbeidingseffektiviteten tas med i beregningen, vil det være ytterst vanskelig å fullstendig fjerne bare det ytre skallsjikt. Følgelig ville det være hensiktsmessig å fjerne det ytre skallsjikt på en slik måte at denne fjerning ikke utøver noen vesentlig virkning på det ferdige ståls værbestandighet.

Imidlertid er det lagt merke til at meget fine sprekkdannelser alltid opptrer over hele overflaten av det indre skallsjikt etter at det ytre skallsjikt er blitt fjernet. Graden av sprekkdannelser er ganske liten, hvilket vil si at den ikke utgjør noen andel på mer enn 2% av arealet. Rust dannes i disse sprekker og vokser utover fra disse. I betraktning av det forhold at rustdannelsen kan undertrykkes ved hensiktsmessig utnytting av disse sprekker samt ved videre å påføre den rusthindrende olje på ståloverflatene.

Ved inntrengningen av den rusthindrende olje inn i sprekkene, vil hver av sprekkene gjøre tjeneste som en slags kile for å hindre den rusthindrende olje fra å bli fjernet fra vedkommende overflate, slik at det derved blir mulig å permanent bibeholde værbestandigheten for stålets basismateriale.

En ytterligere eksperimentell undersøkelse ble utført med henblikk på denne fremgangsmåte for fremstilling av et martensittisk rustfritt stål med et slikt skallsjikt. Da den endelige tilstand av skallsjiktet avgjørende påvirker stålets værbestandighet, vil det være nødvendig å danne et ønsket skallsjikt ved avskallingsbe-handlingen under anløpsprosessen.

For dette formål blir stålets overflater ført tilbake til samme tilstand som det opprinnelige basismateriale ved å fjerne de skallsjikt som dannes under bråkjøl-ingsbehandlingen. Deretter blir stålet anløpt og derpå avskallet på en slik måte at et ønsket avsluttende skallsjikt kan oppnås ut i fra det skallsjikt som opprettes under anløpningsbehandlingen.

Denne prosedyre gir en nedsatt tykkelse av skall-laget og avskallingen etter anløpningen kan da lett utføres. Da videre det ikke foreligger noe sameksistens mellom det skallsjikt som dannes under oppvarmingen i forbindelse med bråkjøl-ingsbehandlingen og det skallsjikt som dannes ved anløpsbehandlingen, kan et ønsket avsluttende skallsjikt stabilt bibeholdes.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er da (1) et martensittisk rustfritt stål og (2) en fremgangsmåte for fremstilling av et slikt martensittisk rustfritt stål utvik-let på følgende måte og på basis av den ovenfor omtalte kunnskap: (1) Et martensittisk rustfritt stål som regnet i masse-% omfatter C: 0,15 - 0,22%, Si: 0,18 - 1,0%, Mn: 0,05 - 1,0%, Cr: 10,5 - 14,0% og resten Fe, og som videre omfatter Ni: ikke mer enn 0,20%, Al: ikke mer enn 0,05%, N: ikke mer enn 0,100%, S: ikke mer enn 0,015% og P: ikke mer enn 0,020% som da utgjør forurensninger, hvor da et skall-lag på basismaterialets overflate utgjøres av et indre skallsjikt som hovedsakelig omfatter FeCteCU samt et ytre skallsjikt med en tykkelse på ikke mer enn 20 \ im som er avsatt utenpå det indre skallsjikt med en overfla tedekning på ikke mindre enn 1% og ikke mer enn 15%, og hvor da den rusthindrende olje påføres overflaten av det angitte skallsjikt. (2) En fremgangsmåte for fremstilling av et martensittisk rustfritt stål omfatter da følgende prosesstrinn: oppvarming av et basismateriale som omfatter angitt i masse-% C: 0,15 - 0,22%, Si: 0,18 - 1,0%, Mn: 0,05 - 1,0%, Cr: 10,5 - 14,0% og resten Fe, og hvori det da videre inngår Ni: ikke mer enn 0,20%, Al: ikke mer enn 0,05%, N: ikke mer enn 0,100%, S: ikke mer enn 0,015% og P: ikke mer enn 0,020% som da utgjør forurensninger ved bråkjøling etter ovnsoppvarming til 850 - 980 °C, fullstendig avskalling av et skallsjikt som er dannet på overflaten av basismaterialet, bråkjøling av basismaterialet, anløpning av basismaterialet i en anløpningsovn, delvis avskalling av skallsjikt som på ny er dannet på overflaten av basismaterialet for da å frembringe et avsluttende skall-lag bestående av et indre skallsjikt som hovedsakelig inneholder FeCrcCMsamt et ytre skallsjikt med en tykkelse på ikke mer enn 20 nm og som ligger utenpå det indre skallsjikt med en overflatedekning på ikke mindre enn 1 % og ikke mer enn 15%, samt påføring av rusthindrende olje.

I denne fremgangsmåte for fremstilling av martensittisk rustfritt stål blir avskalling utført etter oppvarming i ovnen for påfølgende bråkjøling ved et anslagstrykk på ikke mindre enn 473 N/mm<2>, under bruk av en høytrykks skallfjerner ved hjelp av vann, og denne avskalling etter anløpning utføres da ved et anslagstrykk på 167 - 343 N/mm<2>, ved bruk av en høytrykks vann-skallfjerner.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser et snitt gjennom et stykke martensittisk rustfritt stål i henhold til foreliggende oppfinnelse, og hvorpå det er dannet et skallsjikt på overflaten. Fig. 2 er et skjema som viser forholdet mellom anslagstrykket fra høytrykks-vannstrålen og skallsjiktets tykkelse, når det skall-lag som er blitt dannet med oppvarmingen før bråkjølingsbehandlingen er blitt fjernet ved hjelp av en høytrykks vann-avskaller. Fig. 3 er et skjema som viser forholdet mellom anslagstrykket fra høytrykks-vannet og tykkelsen av skallsjiktet, når det skallsjikt som er dannet ved oppvarmingen i forbindelse med anløpsbehandlingen blir fjernet ved hjelp av en høytrykks vann-avskaller. Fig. 4 er et skjema som viser forholdet mellom anslagstrykket fra høytrykks-vannet og overflatedekningen for det ytre skallsjikt, når det skall-lag som er dannet ved anløpsbehandlingen fjernes ved hjelp av en høytrykksvann-avskaller.

Beste modus for utførelse av oppfinnelsen

I henhold til den følgende beskrivelse blir det martensittiske rustfrie stål i henhold til foreliggende oppfinnelse brukt for fremstilling av et stålrør. Utførelses-formen er imidlertid på ingen måte begrenset til et slikt rør. Det martensittiske rustfrie stål i henhold til foreliggende oppfinnelse kan således benyttes i form av en plate, en stang eller i en annen form.

Foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i detalj med hensyn til (1) den kjemiske sammensetning av vedkommende stål (basismateriale), (2) strukturen av skall-laget og (3) bråkjølings- og anløpningsbehandlingene.

(1) Den kjemiske sammensetning av stålet (basismaterialet)

Stålet inneholder stort C, Si, Mn og Cr som elementer som ikke kan utela-tes, samt videre Ni og ytterligere elementer som forurensninger. I det følgende vil grunnene til at de spesifiserte elementer er valgt og hvorfor det spesifiserte innhold er fastlagt for de kjemiske komponenter. Prosentangivelsene i den følgende beskrivelse og i forbindelse med den kjemiske sammensetning er da angitt i mas-seprosent.

C: 0,15-0,22%

C er et element for å øke den mekaniske styrke. Et C-innhold som ikke er mindre enn 0,15% er påkrevet for å oppnå en mekanisk styrke på 80 ksi (551,58 MPa). Et for høyet C-innhold innfører imidlertid en nedsetting av korrosjonsbestandigheten. I henhold til dette fastlegges C-innholdet til ikke mer enn 0,22%.

Si: 0,18-1,0%

Si er et element som utgjør et avoksideringselement som er nødvendig for å redusere oksygeninnholdet, som da forringer varm-bearbeidbarheten i den prosess som går ut på fremstilling av stålet. Videre undertrykker Si dannelsen av skallsjikt og øker vedheftingen av skallsjiktet til basismaterialet. For å frembringe en slik virkning vil det være nødvendig å fastlegge innholdet og Si til ikke mindre enn 0,18%. Et for høyt innhold av Si medfører imidlertid en reduksjon av materialets seighet. Følgelig bør Si-innholdet fastlegges til ikke mer enn 1,0%.

Mn: 0,05-1,0%

Mn er et element som virker som et avoksideringselement, på lignende må-te som Si. Videre forbedrer Mn varm-bearbeidbarheten ved å fastholde S i fast løsning og da oppløst i stålet som MnS. For å oppnå en slik virkning, vil det være nødvendig å innstille innholdet av Mn til ikke mindre enn 0,05%. Et for stort innhold av Mn medfører imidlertid en reduksjon av materialets seighet og danner videre FeOMn203som utgjør oksider av spinneltype i dette indre skallsjikt, hvilket derved forårsaker en markert sprøhet og medfører derved avflaking av det indre skallsjikt. Mn-innholdet bør følgelig ikke settes til mer enn 1,0%. For videre å oppnå forbed-ret seighet, bør Mn-innholdet fortrinnsvis ikke være høyere enn 0,85%.

Cr: 10,5-14,0%

Cr er et element for forbedring av korrosjonsbestandigheten, og da særlig korrosjonsbestandigheten overfor CO2. For det formål å undertrykke den gropdan-nende korrosjon og/eller sprekk-korrosjonen, vil det være nødvendig å sette innholdet av Cr til ikke mindre enn 10,5 %. PÅ den annen side er Cr element som danner ferritt. Et Cr-innhold på mer enn 14,0% gjør da at 5-feilpartikler danner en varmebehandling ved høy temperatur, slik at varmbearbeidbarheten forringes. Videre vil en større mengde ferritt gjøre det mulig å oppnå en ønsket mekanisk fast-het, selv om anløpningsbehandlingen utføres for å bibeholde bestandigheten overfor spenningskorrosjonssprekker. Cr-innholdet bør følgelig ikke settes til høyere enn 14,0%.

Ni: Ikke mer enn 0,20%

Ni: frembringer spenningskorrosjonssprekker under hydrogensulfid-atmosfæren, og Ni-innholdet bør da ikke settes til høyere enn 0,20%. På den annen side har Ni slik virkning at den øker vedheftingen mellom basismaterialet og det indre skallsjikt. I henhold til dette bør Ni-innholdet fortrinnsvis ikke innstilles til mindre enn 0,02%.

Al: Ikke mer enn 0,05%

Al er et element som forringer stålets renhetsverdi. Videre forårsaker Al til-stopping av et munnstykke når et basismateriale fremstilles ved kontinuerlig støp-ing. Det er derfor nødvendig å innstille Al-innholdet til ikke mer enn 0,05%. På den annen side er Al et effektivt middel for avoksidering, slik at Al-innholdet fortrinnsvis ikke bør være mindre 0,0005%.

N: Ikke mer enn 0,100%

N er et element som reduserer seigheten ved for høyt innhold, og N-innholdet innstilles da til ikke å være mer enn 0,100%. På den annen side har N en virkning som forbedrer materialets mekaniske styrke ved fasthetsøkning ut i fra fast-stoffløsning, slik at N-innholdet fortrinnsvis ikke bør være mindre enn 0,010%.

S: Ikke mer enn 0,015%

S er et forurensningselement som inngår i stål og for høyt innhold forårsaker da sterk nedsettelse av varmebearbeidbarheten. En slik virkning gir seg lett til kjenne når et stålrør fremstilles ved hjelp av et pluggvalseverk eller et trekkdor-verk, eller når en stålbarre gjennomhulles ved hjelp av et hullvalseverk. Stålrøret kan ikke fremstilles uten mangler ved et større S-innhold. I samsvar med dette innstilles S-innholdet til ikke mer enn 0,015%.

P: Ikke mer en 0,020%

P er et forurensningselement av samme art som S, og for stort innhold av P gjør det mulig å hindre at effekter dannes. Da blir seigheten også i høy grad redusert ved et slikt P-innhold. Følgelig må P-innholdet innstilles til fortrinnsvis ikke mer enn 0,020%.

(2) Strukturen av skallsjiktet

I martensittisk rustfritt stål i henhold til foreliggende oppfinnelse er overflaten av basismaterialet dekket med et skall-lag bestående av et indre skallsjikt og et ytre skallsjikt, og rusthindrende olje blir videre påført overflaten av skall-laget.

Fig. 1 viser et snitt gjennom et martensittisk rustfritt stål i henhold til foreliggende oppfinnelse, hvor da det er dannet et skallsjikt på overflaten av stålet. Det indre skallsjikt består hovedsakelig av FeCrcCM, og inkluderer videre FeO, Fe304, Fe2Si04og lignende. FeCrcCh frembringer en utmerket værbestandighet på grunn av en økt størrelse av Cr-konsentrasjonen, og det indre sjikt ruster derfor ikke selv om det utsettes direkte for atmosfæren.

Det indre skallsjikt dekker da hele overflaten av basismaterialet og tjener til beskyttelse av dette. Meget fine sprekker dannes uunngåelig i det indre skallsjikt, slik at faktisk rust dannes i disse sprekker og vokser utover fra disse. Denne rust kan imidlertid undertrykkes ved rusthindrende olje, slik det senere vil bli beskrevet.

På den annen side blir det ytre skallsjikt dannet på overflaten av det indre skallsjikt, og utgjøres da av Fe203, FesCMog lignende. Det ytre skallsjikt dekker 1% til 15% overflateområde av det indre overflatelag, og tykkelsen av dette ytre skallsjikt er da ikke mer enn 20 nm.

Når et flateforhold defineres ved den andel av flaten som er dekket av det ytre skallsjikt med hele overflateområdet av dette indre skallsjikt (heretter vil dette overflateforhold bli betegnet som "overflatedekning") blir økt, så vil antallet eller i hvilken grad det ytre skallsjikt skrelles av øke under transporten. I forbindelse med avflakingen går også en større mengde rusthindrende olje tapt, slik at det derved blir umulig å oppnå en høy grad av værbestandighet. Hvis overflatedekningen er null, kan en høy værbestandighet oppnås uten avflaking. I dette tilfelle vil det imidlertid ta lang tid å fullstendig fjerne ytre skallsjikt, sammen med et økt antall prosesstrinn i framstillingsprosessen.

Slik det senere vil bli beskrevet, er denne fremgangsmåte for fremstilling av et martensittisk rustfritt stålkarakterisert vedat overflatedekningen er redusert ved avskalling av det ytre skallsjikt. Selv ved en nedsatt overflatedekning, kan det antas at de gjenværende deler av det ytre skall-lag er slike som vil ha mindre ten-dens til avflaking, sammenlignet med forholdene for det ytre skallsjikt som helhet, og som da allerede er blitt fjernet. De gjenværende deler av det ytre sjikt kan da som sådan neppe forårsake noe problem med hensyn til lett avflaking.

Når avskalingen utføres ned til en overflatedekning som ikke utgjør mer enn 15%, vil det ikke foreligge noe vesentlig problem med hensyn til vannbestandighet på grunn av avflakingen av det ytre skallsjikt. På den annen side vil den fullstendige avskalling uunngåelig være begrenset i en viss grad på grunnlag av produktivi-teten, begrensninger med hensyn til både den tid som er påkrevet for skallfjern-ingsprosessen og antallet arbeidstrinn, slik at overflatedekningen bør fortrinnsvis settes til ikke mindre enn 1%, og fortrinnsvis ikke mindre enn 5%.

Videre vil en økt tykkelse av det ytre skallsjikt medføre en økt grad av avflaking, og i samsvar med dette vil værbestandigheten i tiltagende grad bli forringet. Ut i fra dette synspunkt bør tykkelsen av det ytre skalasjikt ikke fastlegges til mer enn 20 nm.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse blir rusthindrende olje (ikke vist i fig. 1) påført overflaten av det skall-lag som består av det indre skallsjikt og et ytre skallsjikt. Skjønt den rusthindrende olje videre forbedrer værbestandigheten for det martensittiske rustfrie stål i seg selv, vil den i størst grad undertrykke dannelse og vekst på grunn av sprekker som dannes i det indre skallsjikt etter at en rusthindrende olje har trengt inn i disse. Følgelig er det å foretrekke at den rusthindrende olje haren høy inntrengningsgrad, og derfor kan fortrinnsvis planteolje, mineralolje eller lignende utnyttes som rusthindrende olje.

(3) Bråkjølings- og anløpnings-behandlinger

Ved fremgangsmåten for fremstilling av et martensittisk rustfritt stål i henhold til foreliggende oppfinnelse blir bråkjølings- og anløpningsbehandlinger benyt-tet. Et basismateriale før bråkjøling frembringes et basismateriale fra vedkommende stålmateriale og som da innbefatter de elementer som er definert under (1) i den kjemiske sammensetning, og fremstillingsprosessen blir hovedsakelig utført ved hjelp av en vanlig fremstillingsmetode.

(a) Bråkjøling

Ved bråkjølingsbehandlingen blir et basismateriale oppvarmet i en bråkjøl-ingsovn, og i dette tilfelle kan LNG, LOG, tungolje, butan eller lignende brukes for å frembringe gassatmosfæren i bråkjølingsovnen. Nærmere bestemt omfatter gassatmosfæren fortrinnsvis O2: 0,01 - 8,0%, H2O: 3,0 - 20,0%, CO2: 1,0 - 20,0%, samt N2og andre ytterligere bestanddeler. Hvis bråkjølingsovnen ikke er fylt med en slik gassatmosfære, vil enhetsforbruket på grunn av ufullstendig for-brenning eller en overdrevet høy andel av O2forringes, eller det vil være nødven-dig å tilføre ytterligere gass eller damp inn i bråkjølingsovnen, og dette bringer da økte omkostninger.

Basismaterialet oppvarmes ved 850 - 980 °C i bråkjølingsovnen. Deretter blir basismaterialet avskallet ved fullstendig fjerning av det skallsjikt som er dannet på materialets overflate, hvorpå bråkjøling finner sted. I dette tilfelle er det dannet et skall-lag bestående av et indre skallsjikt og et ytre skallsjikt på basismaterialets overflate på grunn av oppvarmingen. Ved denne behandling og i det tilfelle opp-varmingstemperaturen er mindre enn 850 °C, kan et austenittisk enkeltsjikt ikke blir dannet på basismaterialet.

Videre vil det være vanskelig å fullstendig fjerne skallsjiktet ved avskallings-behandlingen. Når f.eks. avskallingen utføres ved bruk av en høytrykks vann-avskaller, blir ikke bare mekanisk avskalling ved hjelp av vanntrykket utført, men også avskalling ved hjelp av en forskjell i varmeutvidelseskoeffisienten mellom basismaterialet og skallsjiktet.

Ved en avtagende oppvarmingstemperatur vil avskallingen ved hjelp av for-skjellen mellom termisk utvidelseskoeffisient ikke være effektiv, således at det vil være vanskelig å fullstendig avskalle skallsjiktet. På den annen side vil en oppvarmingstemperatur på mer enn 980 °C forårsake reduksjon av basismaterialets sprøhet.

Så lenge skallsjiktet kan fullstendig fjernes, kan en hvilken som helst fremgangsmåte benyttes for avskalling av skallsjiktet. Av følgende grunner må skallsjiktet fjernes fullstendig: et skallsjikt vil også bli dannet ved den bråkjølingsbe-handling som er beskrevet i avsnittet (b), slik at i det tilfelle skallsjiktet forblir under bråkjølingsbehandlingen, vil det foreligge en blanding av både det skallsjikt som dannes ved oppvarmingen og bråkjølingsbehandlingen, og det skallsjikt som dannes ved anløpsbehandlingen.

I dette tilfelle vil tilstanden av disse blandede skallsjikt avhenge av den grad skallsjiktet er dannet ved oppvarmingen i bråkjølingsbehandlingen, og det vil derfor være vanskelig å justere i hvilken grad skalasjiktet skal fjernes, hvorved det blir vanskelig å oppnå et ønsket skall-lag. Den ovenfor angitte metode som utnytter en høytrykks vannavskaller kan da benyttes som en avskallingsmetode.

Fig. 2 er et diagram som viser sammenhengen mellom anslagstrykket og tykkelsen av skall-laget når det skall-lag som er dannet ved oppvarming i forbindelse med bråkjølingsbehandlingen fjernes ved hjelp av en avskaller som benytter høytrykksvann. I dette tilfelle betyr anslagstrykket det trykk som høytrykksvannet utøver på et enhetsareal av skall-laget. Fra fig. 2 kan det erkjennes at et anslagstrykk på ikke mindre enn 473 N/mm<2>er påkrevet for fullstendig å fjerne skall-laget ved hjelp av avskalleren med høytrykksvann.

Etter avskallingen blir stålmaterialet bråkjølt og en vanlig bråkjølingsmetode kan benyttes. Bråkjølingen er da i stand til å frembringe en martensittisk omform-ing i basismaterialet.

(b) Anløpning

Ved anløpningsbehandlingen blir en anløpningsovn fylt med en gassatmosfære av samme art som den som benyttes ved bråkjølingsbehandlingen. Kompo-nenten i gassatmosfæren er den samme som angitt ovenfor. Anløpningsbehand-lingen frembringer dannelse av et nytt skall-lag bestående av et indre skallsjikt og et ytre skallsjikt. Ved avskallingen blir en del av det nye skall-lag fjernet.

Avskallingen utføres på en slik måte at det indre skallsjikt med høy værbestandighet forblir, og det ytre skallsjikt vil dekke overflaten av det indre skallsjikt ved en overflatedekning på 1-15%, hvor da tykkelsen av det ytre skallsjikt ikke er mer enn 20 nm. Det benyttes en avskallingsmetode ved bruk av en avskaller som avgir høytrykksvann.

Fig. 3 er et diagram som viser sammenhengen mellom anslagstrykket og tykkelsen av skall-laget, når det skall-lag som er dannet med anløpningsbehand-lingen blir fjernet ved hjelp av høytrykksspyling med vann fra en avskaller.

Videre viser fig. 4 et diagram som angir sammenhengen mellom anslagstrykk og overflatedekning i det tilfelle skall-laget som er dannet ved anløpningsbe-handlingen fjernes ved hjelp av spyling med høytrykksvann fra en avskaller.

Ut i fra begge disse diagrammer kan det erkjennes at et anslagstrykk på 167-343 N/mm<2>er påkrevet for å oppnå det ytre skallsjikt med en overflatedekning på 1-15% og samtidig en tykkelse av det ytre skallsjikt på ikke mer enn 20 nm, når det skall-lag som er dannet under anløpningsbehandlingen fjernes ved hjelp av en avskaller som avgir høytrykksvann.

Som beskrevet ovenfor, påføring av den rusthindrende olje på skall-laget frembringer et martensittisk rustfritt stål med høy værbestandighet.

(Utførelse)

For det formål å få bekreftet den oppnådde virkning ut i fra foreliggende oppfinnelsesgjenstand, ble det fremstilt martensittisk rustfritt stål med varierende skall-lag og den tilstand av rød rust som ble dannet under en værbestandighets-prøve ble undersøkt. Som prøvestykker ble det brukt sømløse stålrør med en ytt-erdiameter på 88,9 mm og en tykkelse på 6,44 mm. I dette tilfelle, var de kjemiske komponenter i prøvestykkene som følger: C: 0,19%, Si: 0,24%, Mn: 0,78%,

Cr: 12,7%, Ni: 0,12%, Al: 0,003%, N: 0,029%, S: 0,001% og P: 0,015%.

For å danne et skall-lag på overflaten av prøvestykket, ble vedkommende

prøvestykke først oppvarmet i en bråkjølingsovn ved 970 °C under en gassatmosfære på O2: 5%, H2O: 10%, CO2: 10%, og restmengde av N2og andre bestanddeler, og før luftnedkjølingen ble høytrykksvann påført prøvestykket med et anleggs-trykk på 473 N/mm<2>ved hjelp av en høytrykks-avskaller for fullstendig å fjerne

skall-laget.

Deretter ble det således luftnedkjølte prøvestykket anløpt ved 700 °C i 30 minutter i en anløpningsovn under samme atmosfære som i bråkjølingsovnen, og derpå ble det nettopp dannede skall-lag atter avskallet ved hjelp av en avskaller for påsprøyting av høytrykksvann. I dette tilfelle ble skall-lagets tilstand variert ved forandring av både det påførte vanntrykk fra høytrykksvann-avskalleren og avstan-den mellom prøvestykket og avskalleren.

Ved anvendelse av både en mikroanalysator (EPMA) med elektronsonde og et avsøkende elektronmikroskop (SEM), ble skallsjiktets tilstand observert på 12 steder som hver hadde en betraktningsplate på 1 mm<2>på den ytre overflate av et rørformet prøvestykke, hvor da i dette tilfelle 4 slike partier er omkretsplassert med samme innbyrdes vinkelavstand på 90 grader i innbyrdes avstand fra hver-andre innenfor tre forskjellige aksialposisjoner, hvor da to av disse aksiale posisjo-ner hadde en beliggenhet 200 mm fra ytterenden av prøvestykket, mens den gjenværende aksialposisjon ble plassert midt på prøvestykket. Under denne observa-sjon ble et parti som oppviste Cr-avbildning betraktet som et areal på det indre skallsjikt, mens et parti som ikke oppviste noe Cr-spor, og f.eks. omfattet Fe og O, da ble ansett som et område på det ytre skallsjikt, og på denne måte ble overflatedekningen fastlagt ved å ta middelverdien av de observerte områder over de 12 betraktede arealer på hvert prøvestykke.

To prøvestykker med samme tilstand av skallsjiktet ble fremstilt for hver av følgende tilstander. For et prøvestykke ved rusthindrende olje, nemlig linfrøolje på-ført på stykkets overflate, mens ingen linfrøolje ble påført overflaten av det andre prøvestykket. En simuleringsprøve på utsendelse og transport ble utført for begge stykker, og herunder ble en mekanisk vibrasjon med en amplitude på 10 mm og en periode på 60 ganger pr. minutt påført under én time på disse prøvestykker, og videre ble en værbestandighetsprøve utført under omgivelser med 50 °C og et fuk-tighetsinnhold på 98% under én uke etter at en vandig løsning av kunstig sjøvann uttynnet 100 ganger med vann ble påført overflaten av prøvestykkene, hvoretter den oppnådde tilstand av frembrakt rød rust ble undersøkt.

Ved undersøkelsen av den tilstand som frembrakte rød rust, ble et intensi-tetshistogram fastlagt for hver av de tre primærfarger, hvilket vil si rødt, blått og grønt, ut i fra de prøvestykkeavbildninger som var lagret i en datamaskin. På basis av disse intensitetshistogrammer, ble karakteristiske verdier beregnet ut i fra slike parametere som pikseldensitet, toppverdi og lignende og som da representerte særtrekkene ved avbildningen. Prøvestykkenes overflatekvalitet ble fastlagt ved å sammenligne de karakteristiske verdier med forut fastlagte terskelverdier. Overfla-teforekomsten av rød rust ble beregnet ut i fra de fastlagte resultater.

Tilstanden av skallsjiktet og forekomsten av frembrakt rød rust er angitt i følgende tabell 1.

Rød rust ble dannet på alle prøvestykker uten rusthindrende olje på overflaten. Når det gjelder de prøvestykker som hadde rusthindrende olje på overflaten, opptrådte rød rust ved en overflatedekning på mer enn 15%(Nr. 1-14 og 21-23), selv om tykkelsen av de ytre skallsjikt var nedsatt. På lignende måte opptrådte rød rust på prøvestykker med en overflatedekning på ikke mer enn 15%(nr. 15-20, og 24-27) samt med en lagtykkelse på mer enn 20 nm (nr. 24-27). Disse forhold skrev seg fra den omstendighet at det ytre skall-lag og rusthindrende olje begge var fjernet fra overflaten på grunn av prøvestykkets vibrasjon.

Ut i fra de prøveresultater som er angitt i tabell 1, kan det erkjennes at et martensittisk rustfritt stål med høy værbestandighet kan oppnås i det tilfelle overflatedekningen ikke er større enn 15% og samtidig tykkelsen av det ytre sjikt ikke er større enn 20 nm.

Industriell anvendbarhet

Ved det martensittiske rustfrie stål og den fremstillingsmetode for dette som inngår i foreliggende oppfinnelse, er stålsammensetningen begrenset til innenfor et spesifikt område for hvert element. Det skall-lag som dannes på overflaten av basismaterialet består av et indre skallsjikt som hovedsakelig omfatter FeCraCMog et ytre skallsjikt med en tykkelse på ikke mer enn 20 nm, hvor da dette ytre sjikt er påført det indre skallsjikt med en overflatedekning på 1-15%. Påføring av rusthindrende olje på overflaten av stålet sikrer da en utmerket værbestandighet under lang tid, og det kan således fremstilles et martensittisk rustfritt stål som ikke danner noe rust verken ved utendørs lagring eller ved oppbevaringer innendørs. Dette stål kan da anvendes for å fremstille ikke bare stålrør, men også stålplater, stålstenger og andre utførelsesformer innenfor et bredt anvendelsesområde.

Claims (3)

1. Martensittisk rustfritt stål som omfatter angitt i masse-% C: 0,15-0,22%, Si: 0,18-1,0%, Mn: 0,05-1,0%, Cr: 10,5-14,0% og resten Fe, og denne videre omfatter som forurensninger: ikke mer enn 0,20% Ni, ikke mer enn 0,05% Al, ikke mer enn 0,100% N, samt ikke mer enn 0,015% S og ikke mer enn 0,020% P,karakterisert vedat et skall-lag på overflaten av basismaterialet består av et indre skallsjikt som hovedsakelig omfatter FeCraCMog et ytre skallsjikt med en tykkelse på ikke mer enn 20 nm og som er påført overflaten av det indre skallsjiktet med en overflatedekning som ikke er mindre enn 1% og ikke er større enn 15%, og hvor rusthindrende olje er påført overflaten av det angitte skall-lag.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av et martensittisk rustfritt stål og som omfatter prosesstrinn som går ut på oppvarming av et basismateriale som i masse-% omfatter C: 0,15-0,22%, Si: 0,18-1,0%, Mn: 0,05-1,0%, Cr: 10,5-14,0% hvor resten er Fe, og ytterligere omfatter som forurensning ikke mer enn 0,20% Ni, ikke mer enn 0,05% Al, ikke mer enn 0,100% N, samt ikke mer enn 0,015% S og ikke mer enn 0,020% P i en bråkjølingsovn ved 850-980 °C; , karakterisert vedfullstendig avskalling av et skall-lag som er dannet på overflaten av basismaterialet, bråkjøling av basismaterialet, anløpning av basismaterialet i en anløpningsovn, delvis avskalling av et nydannet skall-lag på overflaten av basismaterialet i form av et ferdig frembrakt skall-lag bestående av et indre skallsjikt som hovedsakelig omfatter FeCraCMog et ytre skallsjikt med en tykkelse på ikke mer enn 20 nm og som er påført overflaten av det indre skallsjiktet med en overflatedekning på ikke mindre enn 1% og ikke mer enn 15%, samt påføring av rusthindrende olje.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av et martensittisk rustfritt stål og som angitt i krav 2, hvori avskallingen etter oppvarmingen i bråkjølingsovnen utføres ved et anslagstrykk på ikke mindre enn 473 N/mm<2>ved bruk av en høytrykksvannstråle fra en avskaller, mens avskallingen etter anløpningen utføres ved et anslagstrykk på 167-343 N/mm<2>ved bruk av en høytrykksvannstråle fra en avskaller.