PL117992B2 - Corrosion-resistant chromium-nickel-molybdenum steel - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest stal chromowo-niklowo-molibdenowa odporna na korozje, o wysokiej wytrzymalosci, dobrej spawalnosci, stosowana zwlaszcza na urzadzenia energetyczne i silowni jadrowydi.Na czesci skladowe narazone na wysokie obciazenia mechaniczne i korozyjne w urzadzeniach mechanicz¬ nych, chemicznych, energetycznych i jadrowych niezbedne jest stosowanie stali o wyzszych wlasnosciach mecha¬ nicznych i z wystarczajaca odpornoscia korozyjna.Istnieja na przyklad gatunki stali ferrytycznych chromowych, które wykazuja granice plastycznosci w za¬ kresie od 400 do 500 MPa i wytrzymalosc na rozciaganie od 750 do 800 MPa, lub austenityczne stale chromoni- klowe, które maja nizsza granice plastycznosci 180 do 320 MPa przy wytrzymalosci na rozciaganie od 500 do 900 MPa. Mozna z tych stali wybrac gatunki o dobrej odpornosci korozyjnej i o dobrych wlasnosciach plastycz¬ nydi.Wade jednak ich stanowia niskie wlasnosci mechaniczne, zwlaszcza granica plastycznosci, wskutek czego odpornosc tych stali na obciazenia mechaniczne, zuzycie, erozje i kawitacje jest niska.Wysokostopowe stale — Maraging o zawartosci 18% Ni, 8% Co, 5% Mo i 0,4 do 0,6% Ti maja po utwardze¬ niu dyspersyjnym granice plastycznosci od 1300 do 1700 MPa przy wydluzeniu wzglednym 7 do 8%, przy czym wada tych stali jest niska odpornosc korozyjna w wodzie i w parze. Poza tym, nie nadaja sie do stosowania w srodowiskach z promieniowaniem radiacyjnym (ze wzgledu na wysoka zawartosc kobaltu i molibdenu ponad 4%).Znana niskoweglowa stal o wysokiej wytrzymalosci na bazie Ni-Cr-Mo o skladzie chemicznym maksimum 0,03% wagowych C, 12% wagowych Ni, 5% wagowych Cr, 3% wagowych Mo, 0,3% wagowych Al i 0,25% wagowych Ti ma granice plastycznosci rzedu 1050 MPa przy wydluzeniu wzglednym 10%, przy dobrej odpor¬ nosci korozyjnej. Wytrzymalosc na rozciaganie nie przekracza jednak znacznie wartosci osiaganydi przez ferry- tyczne r austenityczne stale o najwyzszej wytrzymalosci.Znana jest równiez stal o zawartosci 0,008% wagowych wegla, 0,12% wagowych krzemu, 0,08% wagowych manganu, 9% wagowych chromu, 8,5% wagowych niklu, 3,25% wagowych molibdenu, 0,9% wagowydi alumi-2 117992 nium i 0,23% wagowych tytanu. Stop ten jednak ma niska udamosc. Celem wynalazku jest opracowanie skladu takiej stali, która nie posiadalaby wad stali wyzej wymienionych.Stal wedlug wynalazku zawiera wagowo max. 0,03% C, od 0,1 do 0,4% Si, od 0,05 do 0,25% Mn, od 8,0 do 12% Ni, od 1,8 do 4,0% Mo, od 0,4 do 0,8% Ti, od 0,65 do 1,0% Al, max. 0,02% P, max. 0,02% S, od 4,0 do 8,0% Cr oraz min. 0,004% N, a reszta zelazo i zwykle zanieczyszczenia.Dalsze ulepszenie mozna wedlug wynalazku osiagnac przez dodanie boru w ilosci 0,001 do 0,005% wago¬ wych i cyrkonu 0,005 do 0,15% wagowych.Odpornosc na zuzycie i stabilnosc cieplna mozna wedlug wynalazku jeszcze dalej podwyzszac przez dodanie niobu do 0,25% wagowych, wolframu do 1% wagowych, wanadu do 1% wagowych i to pojedynczo lub tez we wzajemnych kombinacjach.W przypadkach granicznych mozna zapewnic podwyzszenie stopnia czystosci i polepszenie wlasnosci pla¬ stycznych przez obnizenie zawartosci siarki do maksimum 0,009% wagowych, oraz przez dodatek metali ziem izadkich do 0,2% wagowych.Na czesci skladowe urzadzen, które pracuja w srodowiskach narazonych na promieniowanie radiacyjne stosowanie stali wedlug wynalazku jest optymalne, przy czym modyfikuje sie zasadniczy sklad chemiczny tak, ze ogranicza sie zawartosc chromu do maksimum 6% wagowych, manganu do maksimum 0,08% wagowych, molibdenu do maksirnum 3% wagowych, boru do maksimum 0,004% wagowych, wanadu do maksimum 1% wagowych, wolframu do maksimum 0,1% wagowych, tantalu do maksimum 0,02% wagowych.Dla szczególnie ciezkich warunków eksploatacji konieczne jest traktowanie wolframu i tantalu jako niepo¬ zadanych zanieczyszczen, których zawartosc nie powinna przekraczac dla wolframu wartosci 0,01% wagowych, a dla tantalu równiez 0,01% wagowych. W tych warunkach zaleca sie równiez traktowac podobne zawartosci kobaltu, który jest wprowadzany do materialu, np. z zelazostopami, przy czym niepozadana zawartosc tego dodatku nie powinna przekraczac 0,01% wagowych.Stale wedlug wynalazku moga byc stosowane w stanie lanym, walcowanym lub kutym z utwardzaniem dyspersyjnym w temperaturze ponizej -50°C lub do 450°C, albo tez w stanie nie utwardzonym dyspersyjnie do 700° C.Stal wedlug wynalazku ma te zalete, ze jest trwala równiez w najciezszych warunkach atmosferycznych w wodzie i w parze, co oznacza, ze jest gatunkiem podstawowym o wysokich wartosciach mechanicznych. Zalez¬ nie od temperatury austenityzacji i utwardzania dyspersyjnego oraz czasu utwardzania dyspersyjnego ma sednia granice plastycznosci w zakresie od 1450 do 1680 MPa, przy stosunku granicy plastycznosci do wytrzymalosci na rozciaganie 0,87 do 0,97, przy srednich wartosciach wydluzenia 8 do 10%, przewezenia 40 do 48% i udarnosci 40 do 54 J/cm2. Po austenityzacji w temperaturze 820 do 900° C wciagu godziny stal wykazuje srednia wytrzymalosc na rozciaganie 950 do 1020 MPa przy stosunku Re/Rm=0,84 do 0,86 (granica plastycznosci/ wytrzymalosc na rozciaganie).Stal wedlug wynalazku ma korzystne wlasnosci technologiczne, gdyz daje sie latwo obrabiac, polerowac, spawac i latwo utwardzac dyspersyjnie w granicach 420 do 550°C w ciagu trzech do szesciu godzin, przy obnizo¬ nych temperaturach 40 godzin w dowolnym srodowisku nie naweglajacym, bez wzgledu na grubosc scian i wy¬ miary wyrobu.Duza zalete stanowi wysoka stabilnosc wymiarów przy utwardzaniu dyspersyjnym, bez wzgledu narozne grubosci wyrobów, co umozliwia obróbke na gotowo czescijeszcze przed utwardzaniem.Dalsza zaleta stali wedlug wynalazku jest wyjatkowo wysoka odpornosc na erozje i na korozje w parze przy dlugotrwalej eksploatacji, która jest dziesieciokrotnie do pietnastokrotnie wyzsza niz dla stali wysokochro- mowych, jak tez austenitycznych stali chromoniklowych z tytanem, lub dla stali konstrukcyjnych ze srednia zawartoscia wegla.Stal wedlug wynalazku ma jeszcze te zalete, ze glówne skladniki stopowe jak i mikroskladniki stopowe i skladniki towarzyszace spelniaja warunki do stosowania materialu w sodowisku z promieniowaniem radiacyj¬ nym, przy czym mozna dobrac optymalny gatunek zgodnie z wymaganiami wytycznych eksploatacji. Korzystny sklad chemiczny umozliwia dalej poddawanie stali wedlug wynalazku obróbce powierzchniowej,jak chromowa¬ niu, azotowaniu i podobnym, przy zachowaniu wszystkich pozostalych korzysci. Mozna przy tym w procesach, które odbywaja sie w temperaturach do 550° C, jak to wystepuje przy azotowaniu, polaczyc w jedna operacje proces utwardzania dyspersyjnego z obróbka cieplno-chemiczna powierzchni.Takim procesem jest na przyklad azotowanie jonowe, za pomoca którego mozna dla tej stali o niskiej zawartosci wegla z niklem wedlug wynalazku osiagnac wyjatkowo wysoka twardosc 1080 do 1180 MPa, wskutek czego ta twardosc powierzchniowa przekracza twardosc azotowanej stali szybkotnacej, a mechaniczne wlasnosci w pozostalym przekroju odpowiadaja stanowi utwardzenia stosowanej stali.117992 3 Przyklady wykonania wynalazku. Stal o skladzie chemicznym 6% wagowych chromu, 12% wagowych niklu, 3% wagowych molibdenu, 0,70% wagowych aluminium, 0,50% wagowych tytanu,0,003% wagowych boru, 0,10% wagowych cyrkonu, 0,025% wagowych wegla, 0,08% wagowych manganu, 0,23% wagowych krzemu i 0,006% wagowych azotu, po wyzarzeniu austenityzujacym w temperaturze 820°C przez jedna godzine i po utwardzeniu dyspersyjnym w temperaturze 480°C w czasie 5 godzin poddano próbom wytrzymalosciowym, przy czym otrzymano nastepujace wyniki: granice plastycznosci 1590 MPa, wytrzymalosc na rozciaganie 1780 MPa, wydluzenie 7,2%, przewezenie 42% i udarnosc R2,54 J/cm2.Badanie korozyjne stali o powyzszym skladzie zostalo przeprowadzone w warunkach zmiennych przy 98% wilgotnosci wzglednej, przy 40°C, przy —40°C, przy temperaturach do 65°C, przy obróbce podzerowej —20°C i dalej przy natryskiwaniu i zanurzeniu w wodzie na przeciag 226 godzin bez oddzialywania korozyjnego. Stabil¬ nosc wymiarowa po utwardzeniu dyspersyjnym byla przebadana na dziesiatkach próbek z wydrazonych rurek z wzmocniona krawedzia 0 9,5 mm, które zostaly przeciete i utwardzone dyspersyjnie. Po utwardzeniu dysper¬ syjnym stali wedlug wynalazku do wytrzymalosci 1700 MPa nie stwierdzono zadnych wiekszych odchylek wymiarowych ponad od +0,01 do +0,02 mm.Przeprowadzono próby na erozje parowa oraz na korozje i obserwowano w ciagu od 30 do 50 godzin ubytek masy stali wysokochromowej o zawartosci 0,10% i 0,20% wegla, nastepnie austenitycznej stali chromo- wo-niklowej zawierajacej 18% chromu i 9% niklu z dodatkiem tytanu i w koncu stali o sredniej zawartosci wegla 0,45% C.Podczas, gdy zywotnosc wszystkich stali poddanych próbom przez okres od 30 do 50 godzin byla w po¬ równaniu ze stala zawierajaca 13% chromu i 0,10% wegla tylko od 1,05 do 1,19 raza wyzsa, to zywotnosc stali wedlug wynalazku w porównaniu z ta sama stala byla wyzsza od 14,5 do 15,2 raza. Te zywotnosc osiagnieto dla stali utwardzonej dyspersyjnie bez obróbki cieplno-chemicznej.Odporna na korozje stal chromowo-niklowo-molibdenowa wedlug wynalazku staje sie szczególnie korzy¬ stna dzieki swym wlasnosciom mechanicznym, takimjak dobra spawalnosc, zdolnosc do utwardzania dyspersyj¬ nego, wysoka stabilnosc wymiarowa i dobra technologiczna obrabialnosc w stanie lanym lub walcowanym.Ze wzgledu na swoja dobra odpornosc na zuzycie, odpornosc na erozje i kawitacje stal ta nadaje sie szczególnie na urzadzenia energetyczne i jadrowe, na czesci skladowe turbin parowych i wodnych, turbospreza¬ rek, pomp, urzadzen hydraulicznych, zbiorników cisnieniowych i urzadzen rozdzielczych, przegrzewaczy, wy¬ mienników ciepla, urzacjzen do przygotowywania wody i podobnych. Stal ta nadaje sie równiez na urzadzenia dla przemyslu chemicznego, transportowego, spozywczego, sanitarnego, budowlanego, biurowego, sportowego i podobne.Ponadto stal ta moze byc z powodzeniem stosowana na silnie obciazone czesci maszyn, takie jak lozyska, liny, sprezyny i membrany. Mozna z tej stali wyrabiac wszelkiego rodzaju sprzet, narzedzia, przyrzady pomiaro¬ we laboratoryjne i do automatycznego sterowania. Wreszcie stal te mozna stosowac na urzadzenia przeciw promieniowaniu radioaktywnemu.Wyrobom ze stali wedlug wynalazku mozna nadac calkowicie wyjatkowe wlasnosci przez wytworzenie szczególnie twardej warstwy powierzchniowej za pomoca polaczenia obróbki cieplnochemicznej i utwardzania dyspersyjnego.Zastrzezenia patentowe 1. Stal chromowo-niklowo-molibdenowa odporna na korozje, o wysokiej wytrzymalosci, dobrej spawalno- sci, stosowana zwlaszcza na urzadzenia energetyczne i silowni jadrowych, zawierajaca wagowo max. 0,03% wegla, od 0,1 do 0,4% krzemu, od 0,05 do 0,25% manganu, 8,0 do 12% niklu, od 1,8 do 4,0% molibdenu, od 0,4 do 0,8% tytanu, od 0,65 do 1,0% glinu, max. 0,02% fosforu, max. 0,02% siarki, oraz zelazo i zwykle zanieczysz¬ czenia, znamienna tym, ze zawiera od 4,0 do 8,0% wagowych chromu. 2. Stal chromowo-niklowo-molibdenowa odporna na korozje, o wysokiej wytrzymalosci, dobrej spawabio- sci, stosowana zwlaszcza na urzadzenia energetyczne i silowni jadrowych, zawierajaca wagowo max. 0,03% wegla, od 0,1 do 0,4% krzemu, od 0,05 do 0,25% manganu, od 8,0 do 12% niklu, od 1,8 do 4,0% molibdenu, od 0,4 do 0,8% tytanu, od 0,65 do 1,0% glinu, max. 0,02% fosforu, max. 0,02% siarki, oraz zelazo i zwykle zanieczyszczenia, znamienna tym, ze zawiera wagowo od 4,0 do 8,0% chromu, od 0,001 do 0,005% boru i od 0,005 do 0,15 cyrkonu. 3. Stal chromowo-niklowo-molibdenowa odporna na korozje, o wysokiej wytrzymalosci, dobrej spawabio- sci, stosowana zwlaszcza na urzadzenia energetyczne i silowni jadrowych, zawierajaca wagowo max. 0,03%4 117992 wegla, od 0,1 do 0,4% kizemu, od 0,05 do 0,25% manganu, od 8,0 do 12% niklu, od 1,8 do 4,0% molibdenu, od 0,4 do 0,8% tytanu, od 0,65 do 1,0 glinu, max. 0,02% fosforu, max. 0,02% siarki, oraz zelazo i zwykle zanie¬ czyszczenia, znamienna tym, ze zawiera wagowo od 4,0 do 8,0% chromu, max. 0,25% niobu, od 0,02 do 1,0% wanadu, od 0,03 do 0,25% tantalu i od 0,02 do 0,15% wolframu.Prac. Pokgra£ UP PRL. Naklad 120 egz.Cena 100zl PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Stal chromowo-niklowo-molibdenowa odporna na korozje, o wysokiej wytrzymalosci, dobrej spawalno- sci, stosowana zwlaszcza na urzadzenia energetyczne i silowni jadrowych, zawierajaca wagowo max. 0,03% wegla, od 0,1 do 0,4% krzemu, od 0,05 do 0,25% manganu, 8,0 do 12% niklu, od 1,8 do 4,0% molibdenu, od 0,4 do 0,8% tytanu, od 0,65 do 1,0% glinu, max. 0,02% fosforu, max. 0,02% siarki, oraz zelazo i zwykle zanieczysz¬ czenia, znamienna tym, ze zawiera od 4,0 do 8,0% wagowych chromu.
2. 2. Stal chromowo-niklowo-molibdenowa odporna na korozje, o wysokiej wytrzymalosci, dobrej spawabio- sci, stosowana zwlaszcza na urzadzenia energetyczne i silowni jadrowych, zawierajaca wagowo max. 0,03% wegla, od 0,1 do 0,4% krzemu, od 0,05 do 0,25% manganu, od 8,0 do 12% niklu, od 1,8 do 4,0% molibdenu, od 0,4 do 0,8% tytanu, od 0,65 do 1,0% glinu, max. 0,02% fosforu, max. 0,02% siarki, oraz zelazo i zwykle zanieczyszczenia, znamienna tym, ze zawiera wagowo od 4,0 do 8,0% chromu, od 0,001 do 0,005% boru i od 0,005 do 0,15 cyrkonu.
3. 3. Stal chromowo-niklowo-molibdenowa odporna na korozje, o wysokiej wytrzymalosci, dobrej spawabio- sci, stosowana zwlaszcza na urzadzenia energetyczne i silowni jadrowych, zawierajaca wagowo max. 0,03%4 117992 wegla, od 0,1 do 0,4% kizemu, od 0,05 do 0,25% manganu, od 8,0 do 12% niklu, od 1,8 do 4,0% molibdenu, od 0,4 do 0,8% tytanu, od 0,65 do 1,0 glinu, max. 0,02% fosforu, max. 0,02% siarki, oraz zelazo i zwykle zanie¬ czyszczenia, znamienna tym, ze zawiera wagowo od 4,0 do 8,0% chromu, max. 0,25% niobu, od 0,02 do 1,0% wanadu, od 0,03 do 0,25% tantalu i od 0,02 do 0,15% wolframu. Prac. Pokgra£ UP PRL. Naklad 120 egz. Cena 100zl PL