PL122887B1 - Austenitic stainless steel - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest austenityczna stal nierdzewna.Rezultatem zetkniecia powierzchni metalu z jo¬ nami chlorku jest czesto korozja zwana korozja wzerowa, szczególnie grozna w srodowiskach takich jak woda morska, lub czynniki w jakich poddaje sie przeróbce pulpe w fabrykach papieru. Jakkol¬ wiek postep wiekszosci form korozji jest staly i mozliwy do przewidzenia, to korozje wzerowa charakteryzuje nieustalony przebieg rozwoju.Korozja wzerowa skupiona jest w ograniczonych, lecz nieokreslonych z góry czesciach powierzchni metalu, a po zapoczatkowaniu proces jej rozwoju przyspiesza sie na skutek zageszczenia jonów chlorkowych w obszarze pierwszego wzeru. Uzyty w niniejszym opisie termin korozja wzerowa obej¬ muje zarówno korozje wzerowa jak i szczelinowa.Gdy szczelina pojawia sie w czasie wykonywania lub skladowania urzadzenia to ten rodzaj korozji lepiej odpowiada terminowi korozja szczelinowa.Jednak w powszechnym uzyciu termin korozja szczelinowa miesci sie w znaczeniu terminu ko¬ rozja wzerowa.Stal austenityczna musi zawierac dostatecznie duza ilosc pierwiastków intensyfikujacych austeni- tyzacje a niewielka ilosc pierwiastków intensyfi¬ kujacych ferrytyzacje. Pierwiastkami sprzyjajacy¬ mi austenityzacji sa nikiel, mangan, azot i wegiel.Pierwiastkami sprzyjajacymi ferrytyzacji sa chrom, molibden i krzem. Stale austenityczne znalazly 18 10 30 szerze zastosowanie niz stale ferrytyczne i marten- zytyczne ze wzgledu na polaczenie korzystnych wlasnosci jak latwosc spawania, dobra wytrzyma¬ losc i odpornosc na korozje.Znane sa stale majace cechy podobne do stali wedlug wynalazku, jednak róznia sie od nich za¬ sadniczo. Wsród nich nalezy wymienic patenty USA nr 2 229 065, 2 398 702, 2 553 330, 3129 120, 3 716 353 oraz opis patentowy USA nr (zgloszenie nr 571460 zlozone 25 kwietnia 1975 r.) a zwlaszcza opis patentowy nr 3 726 668; dotyczacy wynalazku pt. „Material filtra zawierajacy skladniki metalicz¬ ne i wegiel". Sklad tej stali jest nastepujacy: 0,001—0,2% wegla, 0,1—5,0% krzemu, 0,25—10,0% manganu, 15,0—25,0% chromu, 3,5—6,0% molibde¬ nu, 8,0—30,0% niklu, 0,01—3,0% miedzi, 0,1—0,35% azotu w odniesieniu do ciezaru calkowitego meta¬ licznych skladników, reszta zelazo i nieuniknione zanieczyszczenia. Zadna z zacytowanych publikacji nie podaje takiej kombinacji pierwiastków, których synergiczny efekt dzialania nadaje przedmiotowej stali unikalne wlasnosci.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie nierdzewnej stali austenitycznej zawierajacy kom¬ binacje pierwiastków, których synergiczny efekt dzialania dawalby szczególnie korzystna kombi¬ nacje wlasnosci.Cel ten osiagnieto przez opracowanie austenitycz¬ nej stali nierdzewnej o podwyzszonej odpornosci na korozje wzerowa i szczelinowa chlorków zela- 122 887122 887 zawych, oraz podatna na obróbke plastyczna na goraco, zawierajacej wagowo 18—20% chromu, 11—14% niklu, 3,25—3,75°/o molibdenu, 0,1—0,3% azotu, oraz reszta zelazo, a ponadto wegla max 0,08'%, krzemu max 1,0%, siarki max0,01% i man¬ ganu max 2,0%. Istota wynalazku polega na tym, ze powyzsza stal zawiera ponadto wagowo 0,015— —0,1% co najmniej jednego z pierwiastków grupy obejmujacej cer, wapn i magnez.Korzystnie, powyzsza stal zawiera wagowo 0,02— —0,1% co najmniej jednego z pierwiastków grupy obejmujacej cer, wapn i magnez.Chrom, molibden i krzem sa pierwiastkami sprzy¬ jajacymi ferrytyzacji. Chrom dodaje sie zarówno dla podwyzszenia odpornosci na utlenianie i zwyk¬ la korozje jak i korozje wzerowa. Najkorzystniejszy zakres zawartosci chromu wynosi 18,2 do 19,5%.Podobnie jak chrom, molibden dodaje sie dla swiekszenia, odpornosci na korozje wzerowa. Za¬ wartosci molibdenu obejmuja zakres od 3,25% do 3,75%. Krzem zwieksza topliwosc i jest korzystnie utrzymywany na poziomie nie wiekszym od 0,75%.Poniewaz stal wedlug niniejszego wynalazku jest stala austenityczna to ferrytyzujace dzialanie chro¬ mu, molibdenu, krzemu i wymiennych pierwiast¬ ków takich jak niob musi byc zrównowazone przez pierwiastki austenityzujace. Pierwiastkami auste- nityzujacymi sa nikiel, mangan, azot i wegiel. Naj¬ silniej dzialajacym austenityzujaco z nich jest nikiel. Jego zawartosc korzystnie wynosi 12— —13,75%. Azot poza tym, ze spelnia role pierwiast¬ ka sprzyjajacego austenityzacji podwyzsza wytrzy¬ malosc stali i znacznie zwieksza jego odpornosc na korozje wzerowa. Jego zawartosc musi wynosic co najmniej 0,1%, a korzystnie co najmniej 0,15%.Mangan zwieksza rozpuszczalnosc azotu w stali.Granice rozpuszczalnosci azotu w stali wedlug wy¬ nalazku wynosi okolo 0,3%. Zawartosc wegla utrzy¬ muje sie czesto ponizej 0,03% gdyz moze on byc przyczyna korozji miedzykrystalicznej w strefie nagrzewanej przy spawaniu. W innym przykladzie § wykonania wegiel jest zwiazany dodatkami pier¬ wiastków stabilizujacych z grupy obejmujacej niob, wanad i tytan. Te przyklady wykonania zawieraja nie wiecej niz 0,1% jednego z tych pierwiastków.Dla zwiekszenia kowalnosci stali wedlug wyna- li lazku zawartosc siarki utrzymuje sie na poziomie nie wiekszym niz 0,01%, a korzystnie nie wieksz/m niz 0,007%. Niska zawartosc siarki uzyskuje sie najkorzystniej przez dodanie ceru, wapnia i/lub magnezu. Stal wedlug wynalazku zawiera zwykle 15 od 0,015—0,1% tych pierwiastków, a korzystnie od 0,02 do 0,1%. Cer mozna wprowadzic przez dodanie miszmetalu. Uwaza sie, ze obok zmniejszania za¬ wartosci siarki, cer, wapn i magnez zmniejszaja kruchosc na zimno, która powoduje rysy krawe- 20 dziowe. Rysy krawedziowe, pod pojeciem których rozumie sie pekniecia rozdzielcze na krawedziach i narozach, sa defektami obróbki na goraco stano¬ wiacymi objaw niskiej ciagliwosci w dolnym zakre¬ sie temperatur obróbki na goraco. 25 Ponizsze przyklady wykonania ilustruja poszcze¬ gólne cechy wynalazku.Przyklad I. Piec próbek (stale A, B, C, D i E) przewalcowane na tasme o grubosci 3,5 mm, wyzarzono w temperaturze 1121°C, przewalcowano na zimno do 1,7 mm i wyzarzono powtórnie, wy¬ trawiono i przewalcowano na grubosc 1,5 mm, a nastepnie poddano w czasie 72 godzin w tempera¬ turze pokojowej dzialaniu roztworu 10% chlor- u ku zelazowego i 90% wody destylowanej w próbie gumowej tasmy. Sklady stopów zamieszczono w tablicy 1.Tablica 1 Sklad (% wagowe) 1 Stop A B C D E Cr 18,52 18,50 18,52 18,23 18,50 Ni 13,5 13,5 13,4 13,59 13,49 Mo 3,50 3,50 3,57 3,59 3,55 1 Mn 1,57 1,57 1,57 1,57 1,57 S 0,006 0,006 0,002 0,002 0,003 Ca — — 0,004 0,004 0,004 Ce — — 0,038 0,028 0,022 N 0,030 0,032 0,030 0,11 0,20 Si 0,50 0,50 0,49 0,50 0,51 C 0,064 0,060 0,075 0,065 0,069 Fe reszta reszta reszta reszta reszta Trzy próbki kazdej stali poddano próbie gumo¬ wej tasmy. Poczatkowa waga próbek wynosila 15 i 16 g.Próba tasmy gumowej jest stosowana do arkusza stali nierdzewnej o znormalizowanych wymiarach 25X50 mm stanowiacego próbke. Do kazdej po¬ wierzchni próbki jest dolaczony cylindryczny blok z tworzywa sztucznego za posrednictwem dwóch tasm o róznej dlugosci. Obydwa bloki sa utworzone z cztero-fluoro-etyleno-fluoro-wegla, maja srednice 55 05 12,7 mm i wysokosc 12,7 mm. Na jednym czole kazdego bloku sa wykonane dwa wzajemnie pros¬ topadle rowki o szerokosci i glebokosci 1,6 mm, w celu trzymania gumowych tasm gdy beda docis¬ kane do próbki. Przed polaczeniem w zespól prób¬ ka jest wazona. Zespól jest zanurzony w 10% roz¬ tworze chlorku zelazawego w temperaturze 22°C przez 72 godziny. Po tym próbka jest wazona po¬ nownie, a zmiana wagi jest traktowana jako pa¬ rametr korozji szczelinowej lub wzerowej. Wyniki próby przedstawiono w ponizszej tablicy 2.122 887 Tablica 2 Zmiana wagi (w gramach) cd. tabeli 3 1 A 0,1913 0,5608 0,3049 | 0,3520 1 (srednia) B 0,1933 0,5291 0,1971 0,3065 (srednia) C 0,2115 0,4226 0,3070 0,3137 (srednia) D 0,0627 0,0314 0,1292 0,0744 (srednia) E 1 0,0068 0,0111 0,0254 0,0144 (srednia) Z tablicy 2 wynika, ze odpornosc na korozje stali D i E jest wyzsza niz stali A, B i C. Stale D i A maja zawartosc azotu nizsza od 0,1%. Wlasnosci stali wedlug wynalazku zaleza od zawartosci azotu wynoszacej co najmniej 0,1%, a korzystnie ponad 0,15%.Przyklad II. Dodatkowe próbki stali A do E nagrzano do temperatury 1232°C, przewalcowano na goraco i zbadano pekniecia krawedziowe przy róznych temperaturach wykanczania. Wyniki badan przedstawiono w tablicy 3.Tablica 3 Stal 1 A B C Grubosc (w mm) 2 16,0 3,1 3,6 16,0 2,8 3,7 16,0 2,6 3,4 Tempera¬ tura wy¬ kanczania (°C) 3 1066 938 843 1093 1016 843 1121 993 843 Wyniki | 4 Brak pekniec Nieliczne drobne pekniecia krawe¬ dziowe na tylnym krancu Drobne pekniecia 6—10 mm Brak pekniec Brak pekniec Drobne pegniecia 6 mm Brak pekniec Brak pekniec Brak pekniec 10 15 25 36 1 D E 2 16,0 33,0 3,5 16,0 2,9 °. 7 3 1121 1082 860 1135 1004 857 4 Brak pekniec Brak pekniec Brak pekniec Brak pekniec Brak pekniec Brak pekniec 45 Z tablicy 3 wynika, ze kowalnosc stali B, C, D i E jest wyzsza od kowalnosci stali A. Pekniecia krawedziowe sa wydatniejsze w stali A niz w sta¬ lach B, C, D i E. Stal A ma zawartosc siarki wyz¬ sza od 0,01%, podczas gdy stale B, C, D i E mniej¬ sza od 0,01%, zgodnie z wynalazkiem. Pekniecia krawedziowe sa równiez bardziej wydatne w stali B niz w stalach C, D i E. Stale C, D i E maja do¬ datki wapnia i ceru przekraczajace 0,015%, podczas gdy stal B nie ma tych dodatków. Jak wspomniano juz powyzej pekniecia krawedziowe, obejmujace pekniecia i rysy na krawedziach i narozach, sa defektami obróbki na goraco bedacymi rezultatem niskiej ciagliwosci, zwykle w dolnym zakresie tem¬ peratur obróbki na goraco. Nastepstwem tego jest koniecznosc szlifowania lub frezowania spekanej warstwy metalu, co zwieksza koszty materialowe produkcji.Zastrzezenia patentowe 1. Austenityczna stal nierdzewna o podwyzszonej odpornosci na korozje wzerowa i szczelinowa chlor¬ ków zelazawych, oraz podatna na obróbke plastycz¬ na na goraco, zawierajaca wagowo 18—20% chro¬ mu, 11—14% niklu, 3,25—3,75% molibdenu, 0,1— —0,3% azotu, wegla max 0,08%, krzemu max 1,0%, siarki max 0,01%, manganu max 2,0%, niobu max 1,G'%, wanadu max 0,3%, tytanu max 0,3%, reszta zelazo, znamienna tym, ze zawiera wagowo 0,015— —0,1% co najmniej jednego z pierwiastków z grupy obejmujacej cer, wapn i magnez. 2. Austenityczna stal wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera wagowo korzystnie 0,02—0,1% co najmniej jednego z pierwiastków z grupy obejmu¬ jacej cer, wapn i magnez. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Austenityczna stal nierdzewna o podwyzszonej odpornosci na korozje wzerowa i szczelinowa chlor¬ ków zelazawych, oraz podatna na obróbke plastycz¬ na na goraco, zawierajaca wagowo 18—20% chro¬ mu, 11—14% niklu, 3,25—3,75% molibdenu, 0,1— —0,3% azotu, wegla max 0,08%, krzemu max 1,0%, siarki max 0,01%, manganu max 2,0%, niobu max 1,G'%, wanadu max 0,3%, tytanu max 0,3%, reszta zelazo, znamienna tym, ze zawiera wagowo 0,015— —0,1% co najmniej jednego z pierwiastków z grupy obejmujacej cer, wapn i magnez.
2. 2. Austenityczna stal wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera wagowo korzystnie 0,02—0,1% co najmniej jednego z pierwiastków z grupy obejmu¬ jacej cer, wapn i magnez. PL