NO770029L - Fremgangsm}te ved fremstilling av austenittisk, rustfritt st}l. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av austenittisk,

rustfritt stål.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av austenittisk, rustfritt stål.

Den for tiden anvendte fremstillingsprosess for austenittisk, rustfritt stål som inneholder høyst 0,20% carbon (C), høyst 2,5% silicium (Si), høyst 10% mangan (Mn), 12-40% krom (Cr), 7-40% nikkel (Ni), 0-5% molybden (Mo) og eventuelt som andre legeringselementer 0-4% kobber (Cu), 0-1% titan (Ti), 0-1% niob (Nb) og 0-0,3% nitrogen (N) , under slike.betingelser at stålet efter høytemperaturgløding og hurtig avkjøling får en struktur som er homogent austenittisk eller austenittisk i dets grunnmasse med en liten mengde ferritt innlagret som adskilte øer, omfatter for. bearbeidede rustfrie stål-produkter de følgende trinn:

1. Smelting ved en temperatur av 1500-1600°C

2. Kokillestøping eller kontinuerlig støping ved en temperatur

av 1425-1550°C •

3A. - Avkjøling sammen med kokillen til værelsetemperatur

- Åpning av kokillen og fjernelse av overflatefeil på støpe-stykket - Oppvarming til en utgangstemperatur for varmbearbeiding av 1150°C med en oppvarmingshastighet av høyst 100°C/h

- Gløding ved utgangs.temperaturen av 1150°C for varmbearbeiding

i 1-6 timer avhengig av støpestykkets størrelse, eller

3B. - Avkjøling av det kontinuerlige støpeemne til en utgangstemperatur av 1150°C for varmbearbeiding 4. Varmbearbeiding som avsluttes senest når temperaturen har sunket til 850°C (mellomglødinger utføres efter behov)

5. Avkjøling til værelsetemperatur

6. Oppvarming til varmebehandlingstemperatureh 1000-1100°C med en oppvarmingshastighet av høyst 100 oC/h 7. Gløding ved varmebehandlingstemperaturen 1000-1100°C i 1-6 timer avhengig av arbeidsstykkets størrelse 8. Hurtig avkjøling til værelsetemperatur - i praksis ved brå-kjøling i vann.

Ved anvendelse av den ovennevnte fremgangsmåte fås et stål som, avhengig av den forholdsvise mengde av legeringselementer i stålet, har en helt austenittisk mikrostruktur eller en austenittisk grunnmasse og med ferritt som en ytterligere fase, og typisk for dette stål er at det har en forholdsvis beskjeden holdfasthet, en utmerket seighet og fremfor alt en god korrosjonsbestandighet. For-utsetningen for korrosjonsbestandighet er foruten en efter om-stendighetene tilstrekkelig omfattende legering at krominnholdet som hovedsakelig forårsaker korrosjonsbestandigheten, er tilstrekkelig, overalt i stålets struktur. Når stålet efter kokillestøping eller varmbearbeiding langsomt avkjøles til værelsetemperatur, foregår en utfelling av carbider ved austenittens korngrenser innen temperaturområdet 900.-400°C. Disse carbider forbinder seg i den nær-liggende sone av korngrensen med en så stor krommengde at krominnholdet i denne sone synker til et vesentlig lavere innhold enn inn-holdet i de øvrige områder og ofte under den kritiske grense av 12% Cr som teoretisk er nødvendig for "passivering" av stålet. Denne sone som kalles "diffusjonsgården", følger austenittens korngrenser som et sammenhengende, smeltet belte og er ikke lenger korrosjonsbestandig på grunn av dens lave krominnhold. Når et på denne måte "sensibilisert" stål kommer i et korroderende medium, dannes"et lokalt cellesystem i ståloverflaten slik at den smale, "diffusjonsgård" blir en anode som blir korrodert, mens dé vide kornoverflater utgjør en korrosjonsbestandig katode. Resultatet er det verste korros jonsf enomen ved rustfrie stål, dvs., korngrensekorrosjon som kan ødelegge stålet i løpet av en meget kort tid. Korngrensecarbidene kan oppløses i den austenittiske grunnmasse ved temperaturer over 900°C, og en fornyet utfelling av disse og en derpå følgende "sensibilisering" kan hindres ved å foreta en hurtig avkjøling av stålet fra den ovennevnte temperatur til værelsetemperatur, hvorved utskillelsesprosessen som er diffusjonskontrol-lert, ikke får tid til å sette igang. Det eneste formål med varme-behandlingen av de austenittiske rustfrie stål, dvs. oppvarming ved 1000-1100 C/bråkjøl ing i vann, er åødelegge korngrensecarbidene som er blitt dannet i de tidligere trinn av prosessen og på denne måte å fjerne risikoen for korngrensekorrosjon.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte som angitt i krav l's overbegrep, og fremgangsmåten er særpreget ved de i krav l's karakteriserende del angitte trekk.

Ved den foreliggende fremgangsmåte hindres fullstendig dannelsen av de skadelige korngrensecarbider og de følger disse har, slik at det ikke er nødvendig å foreta en egen varmebehandling for å fjerne carbidene. Den foreliggende fremgangsmåte omfatter de følgende trinn:

1. Smelting som ved den 'for tiden anvendte prosess.

2. Støping i kokille eller kontinuerlig støping som ved den for tiden anvendte prosess. 3. Varmbearbeiding av støpestykket eller det kontinuerlige støpeemne når dets temperatur har sunket til ca. 1150°C. 4. Varmbearbeiding som forsøkes avsluttet før temperaturen har sunket til området for dannelse av carbider, dvs. til under 900°C. Hvis dette ikke er mulig, anvendes mellomglødinger. 5. Bråkjøling i vann umiddelbart efter at varmbearbeidingen er blitt avsluttet ved en temperatur over 900°C.

Ideen med den "direkte bråkjøling" av det austenittiske, rustfrie stål er således at stålet efter at smeiten har størknet, skal varmbearbeides i sin helhet ved en så høy temperatur at korn-grensecarbider ikke får energimessige muligheter til å dannes, og at avkjøling skal utføres umiddelbart efter varmbearbeidingen og

så hurtig at korngrensecarbider ikke har kinetiske muligheter til å skilles ut. Da det ikke i noe trinn av den foreliggende fremgangsmåte dannes slike carbider, behøver disse heller ikke å fjernes, og den'separate varmebehandling av stålet kan sløyfes.

Den direkte bråkjøling som utføres ved den foreliggende fremgangsmåte byr på betydelige fordeler sammenlignet med den for tiden anvendte fremgangsmåte, selv om innvirkningen på produktets kvalitet ikke er betydelig. Disse fordeler er:'

1. Forkortning av gjennomgangstiden

Tiden for gjennomgangen ved prosessen forkortes med 50-90% i av-hengighet av støpestykkets størrelse. For et f.eks. 100 mm tykt stålprodukt er gjennomgangstiden ved den for tiden'anvendte fremgangsmåte :

A.. Kokillestøping: smelting 3 timer + støping 0,2 time + av-

o

•kjøling i kokillen til værelsetemperatur 10 timer + opp-

varming til bearbeidingstemperatur 10 timer + varmbearbeidings-gløding og varmbearbeiding 4 timer + avkjøling til værelsetemperatur 10 timer + oppvarming til varmebehandlingstemperatur 10 timer + gløding ved varmebehandlingstemperaturen 3 timer + avkjøling i vann 0,3 time eller sammenlagt 50,5 timer..

B. Stangstøping: smelting 3 timer + støping 0,2 time + avkjøling av stangstøpeemnet til bearbeidingstemperatur 10 timer + oppvarming til . varmebehandlingstemperatur 10 timer + gløding ved behandlingstemperaturen 3 timer + avkjøling i vann 0,3 time eller sammenlagt 28,5 timer.

Ved den foreliggende fremgangsmåte er gjennomgangstiden som

følger:

Kokillestøping eller stangstøping: smelting 3 timer + støping 0,2 time + avkjøling til varmbearbeidingstemperatur 1 time + varmbearbeiding 1 time (mellomgløding efter behov 1.time) +

avkjøling i vann 0,3 time eller samlet 5,5 timer (6,5 timer).

Gjennomgangstiden forkortes altså ved kokillestøping méd 89% (86%) og ved stangstøping med 81% (77%) .

2. Energibesparelse

Smelting av 1 kg austenittisk, rustfritt stål krever teoretisk en energi av ca. 1,05 MJ (oppvarming + smelting) . Stålsmeltéovnens nytteeffekt er normalt ca. 0,5, og smelting av 1 kg stål krever derfor i praksis en energi av ca. 2 MJ.

Oppvarming av 1 kg austenittisk, rustfritt stål til varmbearbeidings- eller varmebehandlingstemperatur krever teoretisk en energi av ca. 0,5 MJ. Da varmebehandlingsovnenes nytteeffekt normalt varierer mellom 0,1 og 0,3, går det med en energi av 1,5-5,0 MJ for en oppvarming til varmbearbeidingstemperatur eller varmebehandlingstemperatur. Hvis varmeovnens nytteeffekt hadde vært 0,25, ville en oppvarming til varmbearbeidings- eller varmebehandlingstemperaturen ha krevd en energi av ca. 2 MJ ved behandling av austenittisk, rustfritt stål..

Det austenittiske, rustfrie stål krever ved den for tiden avendte fremgangsmåte en varmeenergi som følger (pr. kg): A.. Kokillestøping: smelting 2 MJ + oppvarming for varmbearbeiding 2 MJ + varmebehandling 2 MJ eller sammenlagt 6 MJ.

B. Stangstøping: smelting 2 MJ + varmebehandling . 2 MJ eller sammenlagt 4 MJ.

Ved den foreliggende fremgangsmåte med direkte bråkjøling er på

den annen side energiforbruket pr. kg:

Kokillestøping eller stangstøping: smelting 2 MJ, dvs. at

det fås en energibesparelse ved kokillestøping av 67% og ved stangstøping av 50% ved anvendelse av den direkte brå-kjøling.

3. Nedsatt risiko for sprekkdannelse

Det korngrensecarbidnett som dannes i det austenittiske, rustfrie stål under langsom avkjøling, gjør stålet sprøtt, og det er derfor mulig at støpestykket eller det varmbearbeidede produkt kan sprekke under den langsomme avkjøling dersom det av en eller annen grunn blir påvirket av spenninger.

Ved anvendelse av den direkte bråkjøling forekommer ingen risiko for sprekkdannelse da det i intet trinn av prosessen oppstår korngrensecarbider i støpestykket og som kan forårsake sprøhet.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av austenittisk, rustfritt o stål, ved smelting innen temperaturområdet 1500-1600 C med på-følgende kokillestøping eller stangstøping ved en temperatur 'av 1425-1550°C, karakterisert ved at støpestykket som er beregnet for varmbearbeiding, efter støpingen avkjøles til ■ utgangstemperaturen av 1100-1150°C for varmbearbeidingen, hvorefter denne utføres slik at sluttemperaturen for bearbeidingen er minst 950°C, hvorefter stålet umiddelbart bråkjøles i vann' eller i-et annet medium for hurtig avkjøling.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakteris, ert ved at for å sikre at det varmbearbeidede stålprodukt får en god kvalitet utføres en kort utjevningsgløding innen temperaturområdet 1000-1100°C umiddelbart efter varmbearbeidingen uten å utføre en mellomliggende avkjøling av stålet.