PL122888B1 - Austenitic stainless steel - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest austenityczna stal nierdzewna. .Rezultatem zetkniecia powierzchni metalu z jo¬ nami chlorków 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 zageszczania jonów chlorkowych w obszarze pierwszego wzeru. Uzyty w mniejszym 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 okresleniu korozja wze¬ rowa.Znane sa stale o wlasciwosciach i cechach zbli¬ zonych do tych jakie ma stat*wedlug wynalazku.Wsród nich nalezy wymienic np. patenty USA nr 2553330, 2894833, 3311511, 3561953 i inne, a zwlasz- szcza $854938, którego przedmiotem jest austeni¬ tyczna nierdzewna stal nadajaca sie do uzycia jako metal na filtr przy spawaniu lukowym w oslonie 2 gazowej, oraz sposób lukowego spawania w oslonie gazowej przy uzyciu tej stali na filtr. Ta stal skla¬ da sie zasadniczo w procentach wagowych z do 0,1%,wegla, 7,5 do 16% manganu, do 1% krzemu, 17,5 do 26% chromu, 5,0 do 17,0% niklu, 0,75 do 4,0% molibdenu, 0,2 do 3,8% azotu, reszta zelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, a ponadto stosunek skladników austenizujacych do ferrytotwórczych jest wiekszy od jednosci zgodnie z nastepujacym wzorem: p/oNi + 30(%C + %N) + 0,5(%Mn] : [%Cr + + %Mo +l,5(%Si)] 1 Stosunek manganu do azotu wynosi przynaj¬ mniej 42, suma skladników chromu, manganu, niklu i molibdenu wynosi przynajmniej 28.Zadna z zacytowanych publikacji nie podaje takiej kombinacji pierwiastków, których synergicz- ny efekt dzialania nadaje przedmiotowej stali uni¬ kalne wlasnosci.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie nierdzewnej stali austenitycznej majacej kombi¬ nacje peirwiastków, których synergiczny efekt dzialania dawalby szczególnie korzystna kombinacje wlasnosci.Cel ten osiagnieto przez opracowanie austeni¬ tycznej stali nierdzewnej o podwyzszonej odpor¬ nosci na korozje wzerowa i szczelinowa chlorków zelazawych, której istota jest to, ze stal zawiera wagowo 0,004—0,1% co najmniej jednego pierwiast¬ ka z grupy obejmujacej cer, wapn i magnez, przy 122 888122 888 czym stosunek manganu do azotu wynosi co naj¬ mniej 20, a korzystnie co najmniej 25.W niniejszym opisie wynalazku opisano stal austenityczna o wysokiej odpornosci na korozje wzerowa, która w próbie gumowej tasmy charakte¬ ryzuje sie ubytkiem nie wiekszym niz jedna czesc wagi na 10 000, w wyniku dzialania 10% chlorku zelazawego i 90% wody destylowanej w czasie 72 godzin w temperaturze 22°C. Stop zawiera okres¬ lone dodatki chromu, a zwlaszcza molibdenu jako pierwiastków zwiekszajacych odpornosc na korozje wzerowa. Poniewaz jednak chrom i molibden sa pierwiastkami intensyfikujacymi ferrytacje, to stal musi zawierac dostateczne ilosci pierwiastków in- tPni|fl££ik.iiiqryrh austenUvzacie aby byla stala auste¬ nitJcJhfe, 1 Póf fpiejjtffaslków takich naleza nikiel, maLgan do pewnego 'poziomu zawartosci, miedz i afeot, który równiez Izwieksza odpornosc na ko¬ rozje w^cYo^a. Sfale austenityczne znalazly szer- c^ol 7? stosowanip ^ i 5 .$*] p ferrytyczne i martenzy- tyczne ze wzgledu na korzystna kombinacje wlas¬ nosci obejmujaca latwosc spawania, dobra wytrzy- • malosc i odpornosc na korozje.Opisana stal charakteryzuje sie równiez pod¬ wyzszona kowalnoscia, która zapewnia pelna auste- nitycznosc stali oraz bardzo niska zawartosc siarki.Niska zawartosc siarki uzyskuje sie najkorzystniej przez dodatek ceru, wapnia i/lub magnezu. Stal uwaza sie w pelni za austenityczna w znaczeniu niniejszego wynalazku gdy ma ona tylko slady, w ilosci najwyzej kilku procent ferrytu wraz ze zwykle wystepujacymi wtraceniami, a takze nie¬ wielka iloscia fazy sigma lub fazy chi.Pewne konkretne przyklady stali charakteryzuja sie szczególna przydatnoscia na konstrukcje spa¬ wane. Sklady tych stali sa starannie dobierane, tak by zawieraly dostateczne ilosci tych pierwiastków, które zwiekszaja rozpuszczalnosc azotu, a zwlasz¬ cza dostateczne ilosci manganu.Chrom, molibden i krzem sa pierwiastkami po¬ wodujacymi ferrytyzacje. Chrom dodaje sie zarów¬ no dla podwyzszenia odpornosci na utlenianie i zwykla korozje, jak i korozje wzerowa. Zakres zawartosci chromu wynosi 20 do 21%. Zawartosc molibdenu musi byc co najmniej 3% aby osiagnac dostateczna odpornosc na jony chlorkowe, tak aby stal charakteryzowala sie ubytkiem wagi 1 czesci na 10 000 w próbie gumowej tasmy pod dzialaniem roztworu 10% chlorku zelaza i 90% wody destylo¬ wanej w czasie 72 godzin w temperaturze 22°C.Zakres molibdenu obejmuje 3,5 do 4,0%. Krzem zwieksza topliwosc stali.Poniewaz stal wedlug niniejszego wynalazku jest stopem austenitycznym ferrytyzujace dzialanie chromu, molibdenu, krzemu i wymienionych pier- 40 45 55 wiastków takich jak niob musi byc zrównowazone przez pierwiastki austenityzujace. Pierwiastkami austenityzujacymi w stali sa nikiel, mangan do pewnej zawartosci, miedz, azot i wegiel. Nikiel, azot i mangan poza austenityzacja stali podwyz- s: ~.j\ równiez jej wlasciwosci fizyczne. Nikiel zwieksza udarnosc sali, a jego zawartosc siega co najmniej 8%. Korzystne zawartosci niklu obejmuja zakres od 9 do 13" (). Azot zwieksza wtrzymalj'c na rozciaganie stali i odpornosc na korozja wlewo¬ wa. Jego zawartosc wynosi od 0,2 do 0,i8 ,o a naj¬ korzystniej od 0,23 do 0,3o;l 0.Mangan zwieksza rozpuszczalnosc azotu w j-aii, a przez to jej przydatnosc na konstrukcje spawane.Jezeli stal ma byc spawana to stosunek m^ni...i \ do azotu powinien wynosic co najmniej 20, a ko¬ rzystnie co najmniej 25. Zawartosci manganu wy¬ nosza od 8 do 13,5%. Zawartosc wegla jest zwykle utrzymywana ponizej 0,08% jako, ze moze on po¬ wodowac korozje miedzykrystaliczna w obszarze podwyzszonej temperatury przy spawaniu. W in¬ nym przykladzie wykonania wegiel jest zwiazany dodatkami pierwiastków stabilizujacych z grupy obejmujacej niob, wanad i tytan. Te przyklady stali zawieraja co najmniej 0,1% jednego lub kilku z tych pierwiastków. W celu zwiekszenia odpor¬ nosci na kwas siarkowy stal moze zawierac do 3% miedzi. W stalach zawierajacych miedz, jej ilosc wynosi co najmniej 1%.Dla zwiekszenia kowalnosci stali wedlug wyna¬ lazku, zawartosc siarki utrzymuje sie na poziomie nie wiekszym od 0,01%, a korzystnie na poziomie nie wiekszym od 0,007%. Niska zawartosc siarki uzyskuje sie najkorzystniej przez dodanie ceru, wapnia i/lub magnezu. Stal wedlug wynalazku za¬ wiera zwykle 0,01—0,1% tych pierwiastków, a naj¬ korzystniej 0,014—0,1%. Cer mozna wprowadzic przez dodanie miszmetalu. Uwaza sie, ze obok zmniejszenia zawartosci siarki, cer, wapn i magnez zmniejszaja kruchosc na zimno, • która powoduje rysy krawedziowe. Rysy krawedziowe, pod poje¬ ciem których rozumie sie pekniecia rozdzielcze na krawedziach i narozach, sa defektami obróbki na goraco, bedacymi rezultatem niskiej ciagliwosci, na dolnym koncu zakresu temperatur obróbki na go¬ raco.Powyzsze przyklady wykonania ilustruja rózne cechy wynalazku.Przyklad I. Dwie stale (Stal A i B) wyza¬ rzono w temperaturze 1121°C i poddano w czasie 72 godzin w temperaturze pokojowej dzialaniu roz¬ tworu 10% chlorku zelaza i 90% wody destylowa- ' nej w próbie tasmy gumowej. Sklad stopów podano w tablicy 1.Stal A B Cr ,05 ,06 Ni 12,10 12,00 Mo 3,75 2,50 Mn 8,40 8,80 Tabli c a 1 Sklad (%) S 0,004 0,003 Ca 0,010 0,010 Ce 0,004 0,004 N 0,29 0,23 Si 0,33 0,33 C 0,050 0,059 Fe reszta reszta Trzy próbki kazdej stali (Aj, A2 i A9 oraz Bi, B2i B3) poddano próbie tasmy gumowej.122 888 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 12,7 mm i wysokosc 12,7 mm.Na jednym czole kazdego bloku sa wykonane dwa wzajemnie prostopadle rowki o szerokosci i glebokosci 1,6 mm, w celu trzymania gumowych tasm gdy beda dociskane do próbki. Przed polacze¬ niem w zespól próbka jest wazona. Zespól jest za¬ nurzony w 10° o roztworze chlorku zelazawego w temperaturze 22°C przez 72 godziny. Po tym prób¬ ka jest wazona ponownie, a zmiana wagi jest trak¬ towana jako parametr korozji szczelinowej lub wzerowej. Wyniki zestawiono w tablicy 2.Tablica 2 cd. tab. 2 1 1 Bi 1 B2 1 B3 1 2 ,3272 ,5263 ,3220 3 —0,0799 —0,0903 —0,0800 Próbka 1 Ai A2 A3 Poczatkowa waga (gramy) 2 16,0090 ,3452 ,9260 Zmiana wagi (gramy) 3 0,0000 0,0000 0,0000 Z tablicy 2 wynika, ze próbki ze stali A wyka¬ zuja ubytek wagi mniejszy od 1 czesci na 10 000 w trwajacej trzy dni próbie gumowej tasmy z chlorkiem zelazawym, natomiast ubytek próbek stali B jest znacznie mniejszy od jednej czesci na 10 000. Próbki stali A zawieraja ponad 3,5% molibdenu, natomiast próbki stali' B ponizej 3% i nie spelniaja warunków rozwiazania.Przyklad II. Dwie.stale (C i D zostaly prze¬ testowane wedlug Gleeble'a w nastepujacy sposób: Nagrzano je do temperatury 1232°C w ciagu 10 se¬ kund, przetrzymywano je jedna minute w tej tem¬ peraturze, ochlodzono do temperatury testowania z predkoscia okolo 3°C na sekunde, przetrzymywa¬ no w czasie 1 sekundy oraz rozciagano az do zer¬ wania próbki w celu okreslenia plastycznosci w dowolnym zakresie temperatur obróbki na goraco.Sklad chemiczny stali podano w tablicy 3.Tablica 3 Sklad (°/o wagowe) Stal C D Cr ,57 ,93 Ni 11,35 11,40 Mo 3,95 3,93 Mn 13,15 13,15 S 0,0027 0,011 Ca 0,009 0,007 Ce 0,010 0,005 N 0,33 0,33 Si 0,53 0,26 C 0,051 0,047 Fe reszta reszta Wyniki testu wedlug Gleeble,a podano nizej w tablicy 4.Tablica 4 Temperatura testowania (°C) 1093 982 982 982 871 Zmniejszenie powierzchni (%) przy chlodzeniu od tempe¬ ratury 1232°C do tempera¬ tury . testowania Stal C 03,6 48,4 -48,4 47,9 45,0 Stal D 55,0 36,4 38,2 36,0 36,7 | 45 Z tablicy 4 wynika, ze obrabialnosc na goraco stali C jest lepsza niz stali D. Oczywiscie stal C spelnia warunki wynalazku podczas gdy stal D nie spelnia ich. Stal C ma zawartosc siarki ponizej 0,01%, natomiast stal D ponad 0,1%. ¦ Zastrzezenie patentowe Austenityczna stal nierdzewna o podwyzszonej odpornosci na korozje wzerowa i szczelinowa chlor¬ ków zelazawych, oraz podatna na obróbke plas¬ tyczna na goraco, zawierajaca wagowo 20—21% chromu, 11—13% niklu, 8—13,5%manganu, 0,2— —0,38% azotu, 3,5^% molibdenu, C —max. 0,10%, Si — max. 1,00%, Cu — max. 3%, Nb — max. 1,00%, V — max. 0,30%, Ti* — max. 0,30%, S — max. 0,01%, reszta zelazo, znamienna tym, ze zawiera ponadto wagowo 0,004—0,1% co najmniej jednego pierwiastka z grupy obejmujacej cer, magnez i wapn, przy czym stosunek manganu do azotu wynosi co najmniej 20, a korzystnie co naj¬ mniej 25. PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Austenityczna stal nierdzewna o podwyzszonej odpornosci na korozje wzerowa i szczelinowa chlor¬ ków zelazawych, oraz podatna na obróbke plas¬ tyczna na goraco, zawierajaca wagowo 20—21% chromu, 11—13% niklu, 8—13,5%manganu, 0,2— —0,38% azotu, 3,5^% molibdenu, C —max. 0,10%, Si — max. 1,00%, Cu — max. 3%, Nb — max. 1,00%, V — max. 0,30%, Ti* — max. 0,30%, S — max. 0,01%, reszta zelazo, znamienna tym, ze zawiera ponadto wagowo 0,004—0,1% co najmniej jednego pierwiastka z grupy obejmujacej cer, magnez i wapn, przy czym stosunek manganu do azotu wynosi co najmniej 20, a korzystnie co naj¬ mniej 25. PL