NO341311B1

NO341311B1 - Dupleks rustfritt stål

Info

Publication number: NO341311B1
Application number: NO20041897A
Authority: NO
Inventors: John F Grubb; Davis Bergstrom; John J Dunn; William A Pratt
Original assignee: Ati Properties Inc
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2017-10-09
Also published as: JP2005505696A; RU2004114863A; CN1289705C; ZA200402810B; HK1070396A1; DE60232352D1; IL161175A; NO20041897L; PL368118A1; DK1442148T3; IL161175A0; WO2003033755A1; RU2282674C2; CN1571860A; BR0213263A; US6551420B1; PL197674B1; EP1442148A4; ATE431436T1; CA2461966C

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt et dupleks rustfritt stål. Spesielt vedrører den foreliggende oppfinnelsen et dupleks rustfritt stål som kan være et økonomisk alternativ til visse kjente dupleksrustfrie stål, mens det også frembringes forbedret korrosjonsbestandighet i forhold til visse austenittiske rustfrie stål, slik som AISI type 304, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål. Den foreliggende oppfinnelsen er også innrettet mot en fremgangsmåte for fremstilling av dupleks rustfritt stål ifølge oppfinnelsen. Det dupleks rustfrie stålet i den foreliggende oppfinnelsen finner anvendelse i for eksempel det korrosive miljø og kan fremstilles til produksjonsgjenstander slik som for eksempel remse, stang, plate, tynnplate, støpeprodukt, rør eller hylser.

Dupleks rustfrie stål er legeringer som inneholder en mikrostruktur bestående av en blanding av austenitt og ferrittfaser. Generelt fremviser de visse egenskaper av begge fasene, sammen med en relativt høy fasthet og duktilitet. Forskjellige dupleks rustfrie stål har blitt foreslått, noen av disse er beskrevet i US patenter nr. 3,650,709, 4,340,432, 4,798,635, 4,828,630, 5,238,508, 5,298,093, 5,624,504 og 6,096,441. US patent 5,672,315 A beskriver et superplastisk dual-fase rustfritt stål som har lav motstand mot deformasjon og utmerket forlengelse.

Tidlige duplekslegeringer hadde moderat bestandighet mot generell korrosjon og klorid spenningskorrosjonssprekking, men led av et betydelig tap av egenskaper når det ble brukt i "som sveist" (as-welded) tilstand. For tiden er et av de mest brukte andre generasjons dupleks rustfrie stål tilgjengelige under varemerket AL 2205 (UNS S31803 og/eller S32205) fra Allegheny Ludlum Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania. Dette dupleks rustfrie stålet er en nominell 22 % krom, 5,5 % nikkel, 3 % molybden og 0,16 % nitrogenlegering som gir korrosjonsbestandighet i mange miljø som er overlegen de til AISI type 304, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål (med mindre annet bemerkes, er alle prosentene her vektprosenter av den totale legeringsvekten). AL 2205, som er et nitrogenforsterket dupleks rustfritt stål som har de metallurgiske fordelene av nitrogen med å forbedre korrosjonsytelsen og "som sveist"-egenskaper, og fremviser også en konvensjonell flytegrense som er mer enn dobbelt så stor som den konvensjonelle flytegrensen til de konvensjonelle austenittiske rustfrie stål. Dette dupleks rustfrie stålet brukes ofte i form av sveiste rør eller rørkomponenter, så vel som et formet og sveist tynnplateprodukt i miljøer der bestandighet mot generell korrosjon og klorid spennings-korrosjon (stress corrosion cracking, "SCC") er viktig. Den økte fastheten gir mulig-heter for reduksjon i rørveggtykkelsen og motstår håndteringsskade.

Som nettopp angitt har AL 2205 blitt svært akseptert av rørsluttbrukere, spesielt som en lavkostnadserstatning til type 316 rustfritt stål når SCC kan være aktuelt. Dette skyldes i stor grad det faktum at AL 2205 er betydelig mer bestandig mot spaltkorrosjon enn type 316 og type 317 austenittiske rustfrie stål. Denne overlegne bestandigheten mot kloridionespaltkorrosjon er vist i tabellen nedenfor, som viser resultatene av ASTM-prosedyre G48B ved anvendelse av en 10 % jernkloridløsning. Den refererte 10 % jernkloridløsningen er vekt for heksahydratsalt og er ekvivalent med en omtrent 6 % av vekt-løsning av det vannfrie jernkloridsaltet.

Imidlertid kan den usedvanlige korrosjonsbestandigheten (og andre egenskaper) til AL 2205 være mer enn det som er påkrevet ved visse anvendelsesområdet. I visse SCC-anvendelser, vil AL 2205 kunne gi en aksepterbar teknisk løsning, men den er kanskje ikke en økonomisk gunstig erstatningslegering for type 304, 316 eller 317 rustfritt stål. De høyere kostnadene til AL 2205 skyldes hovedsakelig mengden av legeringselementene nikkel (nominell 5,0 %) og molybden (nominell 3 %).

Således er det ønskelig å frembringe et sveisbart, formbart dupleks rustfritt stål som har bedre korrosjonsbestandighet enn type 304, type 316 eller type 317 austenittiske rustfrie stål, og som har en lavere produksjonskostnad enn det vanlig brukte AL 2205 dupleks rustfrie stålet.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et dupleks rustfritt stål ifølge krav 1 i de medfølgende krav. Alternative utførelsesformer angis i de uselvstendige kravene 2-11. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et dupleks rustfritt stål omfattende, i vekt-%, opptil 0,06 % karbon; 15 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 3,75 % mangan; 0,14 opp til 0,2 % nitrogen; opp til 2 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til mindre enn 0,5 % kobber; opp til mindre enn 0,2 % kobolt; opp til 0,05 % fosfor; opp til 0,005 % svovel; 0,001 opp til 0,0035 % bor; og jern og tilfeldige urenheter. Dette dupleks rustfrie stålet er et sveisbart, formbart stål og kan fremvise bedre korrosjonsbestandighet enn 304, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål.

Et dupleks rustfritt stål kan omfatte, i vekt-% opp til 0,03 % karbon; 19,5 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 2 % mangan; 0,14 opp til 0,20 % nitrogen; opp til 1 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til 0,4 % kobber; opp til 0,3 % fosfor; 0,001 % svovel; og 0,0015 opp til 0,0030 % bor; jern og tilfeldige urenheter.

I tillegg kan et dupleks rustfritt stål bestå hovedsakelig av, i vekt-%, opp til 0,03 % karbon; 19,5 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 2 % mangan; 0,14 opp til 0,20 % nitrogen; opp til 1 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til 0,4 % kobber; opp til 0,3 % fosfor; 0,001 % svovel; og 0,0015 opp til 0,0030 % bor; jern og tilfeldige urenheter.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører også produksjonsgjenstander slik som for eksempel remser, stenger, plater, tynnplater, støpegods, rør eller rørledninger fremstilt fra eller innbefattende det dupleks rustfrie stålet i den foreliggende oppfinnelsen. Artiklene/gjenstandene laget av det dupleks rustfrie stål i den foreliggende oppfinnelsen kan være spesielt fordelaktige når formålet er å bruke den i kloridinneholdende miljø.

I tillegg tilveiebringer den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av et dupleks rustfritt stål, ifølge krav 14 i det medfølgende kravsettet. Ifølge fremgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen, frembringes et dupleks rustfritt stål i samsvar med foreliggende oppfinnelse, stålet løsningsglødes og avkjøles. Stålet kan videre bearbeides til en produksjonsartikkel eller til en hvilken som helst slags annen ønsket form.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et dupleks rustfritt stål omfattende, i vekt-%, opp til 0,06 % karbon; 15 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 3,75 % mangan; 0,14 opp til 0,2 % nitrogen; opp til 2 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til mindre enn 0,5 % kobber; opp til mindre enn 0,2 % kobolt; opp til 0,05 % fosfor; opp til 0,005 % svovel; 0,001 opp til 0,0035 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Det forutgående dupleks rustfrie stålet i den foreliggende oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis både austenitt og ferrittfaser, i området på mellom 20 % og 80 % i volum i glødet/herdet tilstand. Det dupleks rustfrie stålet i oppfinnelsen er et sveisbart, formbart materiale som kan fremvise større korrosjonsbestandighet enn 304, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål.

Ifølge visse utførelsesformer i den foreliggende oppfinnelsen, kan det dupleks rustfrie stålet omfatte, i vekt-%, opp til 0,03 % karbon; 19,5 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 2 % mangan; 0,14 opp til 0,20 % nitrogen; opp til 1 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til 0,4 % kobber; opp til 0,3 % fosfor; 0,001 % svovel; og 0,0015 opp til 0,0030 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Disse mengdene kan være spesielt godt egnet for rør/rørledningsbruk som krever både formbarhet og fasthet, mens de påkrevde nivåene av korrosjonsbestandighet opprettholdes. Det dupleks rustfrie stålet i den foreliggende oppfinnelsen kan innbefatte forskjellige andre legeringstilsetninger og tilsetningsstoffer som er godt kjent på feltet. Således kan utførelsesformer av det dupleks rustfrie stålet i den foreliggende oppfinnelsen være mindre kostbart å fremstille enn det vanlig brukte AL 2205 dupleks rustfrie stålet siden det har et lavere innhold av legeringstilsetningsstoffer, spesielt nikkel og molybden. Ikke desto mindre frembringer duplekstallet i den foreliggende oppfinnelsen fortsatt en stabil austenittfase (i forhold til deformasjonsindusert martensitt) og det ønskede nivået av korrosjonsbestandighet. Nedenfor sammenlignes nikkel og molybdeninnholdet av visse utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen med AL 2205.

Til tross for det reduserte nivå av nikkel og molybden sammenlignet med AL 2205, fremviser de vurderte utførelsesformene av dupleks-stålet i den foreliggende oppfinnelsen pitting (groptærings)-/spaltkorrosjonsbestandighet som er betydelig bedre enn for 3,4, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål. Som det er godt kjent er 316 og 317 rustfrie stål mer bestandige mot pitting/spaltkorrosjon enn 3,4 rustfritt stål.

Som et eksempel på den foreliggende oppfinnelsen produserte oppfinnerne et flytende produkt av dupleks-stål inneholdende, i vekt-%, 0,018 % karbon, 0,46 % mangan, 0,022 % fosfor, 0,0034 % svovel, 0,45 % silisium, 20,18 % krom, 3,24 % nikkel, 1,84 % molybden, 0,21 % kobber, 0,166 % nitrogen, og 0,0016 % bor (heretter kalt "eksempel 1"). Som det er vist nedenfor, fremviser denne utførelsesformen av dupleksstålet i den foreliggende oppfinnelsen betydelig større bestandighet mot pitting/groptærings-korrosjon enn 316 og 317 austenittiske rustfrie stål, mens det, på grunn av det reduserte nikkel- og molybdeninnholdet, opprettholder en lavere produksjonskostnad enn for AL 2205.

CPT for 316 og 317 austenittisk rustfritt stål er basert på ASTM-prosedyre G-48A. Ifølge denne prosedyren nedsenkes en prøve av materialet i et begerglass inneholdende en 6 % løsning av jernklorid i 72 timer ved den ønskede temperaturen og evalueres så for tegn på pitting/groptæring. Ved å gjenta testen ved høyere temperaturer, kan temperaturen der pitting initieres, bestemmes. CPT'en i eksempel 1 ble målt ved ASTM-prosedyre Gl 50. Ifølge denne prosedyren kan man bestemme den samme CPT, som bestemt i ASTM-prosedyre G-48A, ved å plassere en prøve av materialet i en elektrokjemisk celle inneholdende en molar (omtrent 5,8 vekt-%) natriumkloridløsning og polarisere materialet til et potensial på +700 mV mot SCE. Temperaturen i løsningen økes med en hastighet på 1 °C/min, og korrosjonsstrømmen måles. Ved en viss temperatur øker strømmen hurtig og overskrider en 100 mikroampére pr. kvadratcentimeter terskelverdi. Denne temperaturen registreres som CPT'en. Pitting/ groptæring på prøven bekreftes deretter visuelt.

I tillegg utviklet oppfinnerne også et annet dupleksstål innenfor den foreliggende oppfinnelsen, inneholdende i vekt-%, 0,021 % karbon, 0,50 % mangan, 0,022 % fosfor, 0,0014 % svovel, 0,44 % silisium, 20,25 % krom, 3,27 % nikkel, 1,80 % molybden, 0,21 % kobber, 0,167 % nitrogen og 0,0016 % bor (heretter kalt "eksempel 2") ble fremstilt og forskjellige mekaniske egenskaper av stålet ble vurdert. Resultatene er vist nedenfor. Som forventet overskrider de mekaniske egenskapene til eksempel 2 minimumskravene til ASTM-spesifikasjon av 240 for AL 2205. Videre, selv om flytegrensen og strekkfasthetene for eksempel 2 er lavere enn de for AL 2205, er de sammenlignbare. Det som er viktig, er imidlertid at disse verdiene var betydelig større enn minimumsfasthetskravene for ASTM-spesifikasjon av 240 for 304, 316 og 317 austenittisk rustfrie stål.

Således kan dupleksstålet i den foreliggende oppfinnelsen frembringe et lavkostnads-alternativ til AL 2205. Som vist med eksempler 1 og 2 i den foreliggende oppfinnelsen fremviser utførelsesformer av dupleksstålet i den foreliggende oppfinnelsen mekaniske egenskaper som er sammenlignbare med AL 2205 sammen med bestandighet mot pitting/spaltkorrosjon som er betydelig bedre enn for 316 og 317 rustfrie stål.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører også produksjonsartikler slik som for eksempel remser, stenger, plater, tynnplater, støpegjenstander, rørledninger eller rør sammensatt av eller innbefattende dupleksstålet i den foreliggende oppfinnelsen. Ifølge disse utførelsesformene av den foreliggende oppfinnelsen er produksjonsartikkelen laget av eller innbefatter et dupleks rustfritt stål som omfatter, i vekt-%, opp til 0,06 % karbon; 15 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 3,75 mangan; 0,14 opp til 0,2 % nitrogen; opp til 2 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til mindre enn 0,5 % kobber; opp til mindre enn 0,2 % kobolt; opp til 0,05 % fosfor; opp til 0,005 % svovel; og 0,001 opp til 0,0035 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Artiklene laget av dupleksstålet i den foreliggende oppfinnelsen kan være spesielt fordelaktig for bruk i kloridinneholdende miljø.

I tillegg vedrører den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av et dupleks rustfritt stål. Ifølge fremgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen er det frembragt et dupleks rustfritt stål, omfattende, i vekt-%, opp til 0,06 % karbon; 15 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 3,75 mangan; 0,14 opp til 0,2 % nitrogen; opp til 2 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til mindre enn 0,5 % kobber; opp til mindre enn 0,2 % kobolt; opp til 0,05 % fosfor; opp til 0,005 % svovel; og 0,001 opp til 0,0035 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Ifølge fremgangsmåten blir stålet påfølgende løsningsglødet og så avkjølt. Stålet kan videre bearbeides ved anvendelse av kjente teknikker som er kjent for fagfolk på feltet til en produksjonsartikkel, slik som de nevnt ovenfor, eller til en hvilken som helst slags annen ønsket form.

Det skal forstås at den foreliggende beskrivelsen viser aspekter av oppfinnelsen relevante for en klar forståelse av oppfinnelsen. Selv om den foreliggende oppfinnelsen har blitt beskrevet i forbindelse med visse utførelses-former, vil fagfolk på feltet forstå at mange utførelsesformer, modifikasjoner og variasjoner av oppfinnelsen kan gjøres innenfor rammen av de medfølgende krav.

Claims

1. Dupleks rustfritt stål,karakterisert vedat det omfatter, i vekt-%: opp til 0,06 % karbon;

15 opp til 22,5 % krom; mer enn 3 opp til mindre enn 4 % nikkel; opp til 3,75 % mangan;

0,14 opp til 0,2 % nitrogen; opp til 2 % silisium; mer enn 1,5 opp til mindre enn 2,0 % molybden; opp til mindre enn 0,5 % kobber; opp til mindre enn 0,2 % kobolt, opp til 0,05 % fosfor; opp til 0,005 % svovel;

0,001 opp til 0,0035 % bor; balanse jern og tilfeldige urenheter.

2. Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1 omfattende opp til 0,03 % karbon.

3. Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1 eller krav 2 omfattende 15 opp til 20,25 % krom.

4. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de foregående krav omfattende mer enn 3,0 opp til 3,27 % nikkel.

5. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de foregående krav omfattende opp til 2 % mangan.

6. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de foregående krav omfattende opp til 1 % silisium.

7. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de foregående krav omfattende opp til 0,4 % kobber.

8. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de foregående krav omfattende opp til 0,03 % fosfor.

9. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de foregående krav omfattende opp til 0,001 % svovel.

10. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de forgående krav omfattende 0,0015 opp til 0,003 % bor.

11. Dupleks rustfritt stål ifølge ethvert av de foregående krav, hvor stålet er sveisbart og formbart.

12. Produksjonsartikkel innbefattende et dupleks rustfritt stål i samsvar med ethvert av de foregående krav.

13. Produksjonsartikkel ifølge krav 12, hvor nevnte stål er i form av en artikkel valgt ut fra gruppen bestående av remse, stang, plate, tynnplate, støpegjenstand/-gods, rørledning og rør.

14. Fremgangsmåte for fremstilling av et dupleks rustfritt stål,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: frembringe en dupleks stållegering i samsvar med ethvert av kravene 1 til 11; løsningsgløding av stålet; og avkjøling av stålet.