PL170353B1 - Stal austenityczna wysokokrzemowa odporna na korozje PL - Google Patents
Stal austenityczna wysokokrzemowa odporna na korozje PLInfo
- Publication number
- PL170353B1 PL170353B1 PL92294447A PL29444792A PL170353B1 PL 170353 B1 PL170353 B1 PL 170353B1 PL 92294447 A PL92294447 A PL 92294447A PL 29444792 A PL29444792 A PL 29444792A PL 170353 B1 PL170353 B1 PL 170353B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- silicon
- content
- steel
- corrosion
- alloy
- Prior art date
Links
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 47
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 45
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 40
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 25
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 40
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 3
- KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L chromic acid Substances O[Cr](O)(=O)=O KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N furo[3,4-b]pyrazine-5,7-dione Chemical compound C1=CN=C2C(=O)OC(=O)C2=N1 AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 abstract description 2
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 48
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 48
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
Abstract
1. Stal austenityczna wysokokrzemo- wa odporna na korozje, znam ienna tym , ze zawiera wagowo: nie wiecej niz 0,02% we- gla, od 10 do 25% niklu, od 8 do 13% chro- mu, od 6,5 do 8% krzemu, do 10% manganu, nie wiecej niz 0,010% siarki, nie wiecej niz 0,025% fosforu, a pozostalosc stanowi zelazo i nieuniknione zanieczyszczenia. (5 4 ) Stal austenityczna wysokokrzemowa odporna na korozje PL
Description
Przedmiotem wynalazku jest stal austenityczna wysokokrzemowa odporna na korozję.
Do kontaktu ze środowiskiem silnie stężonego kwasu azotowego opracowano w szczególności stal w gatunku X2CrNiSil815, która oprócz chromu w ilości od 17 do 18% wagowych i niklu w ilości od 14,5 do 15,5% wagowych zawiera także od 3,7 do 4,3% wagowych krzemu. Wysoka odporność na korozję w ponadazeotropowym, szczególnie silnie stężonym kwasie azotowym można osiągnąć tylko przy zawartości krzemu nie mniej niż 3,7% (E.M. Horn A. Kuglar, Z. Verkstufftechnik, Bd. 8, 1977, str. 362-370 i 410-417). Zawartość chromu wynosi przy tym około 18% wagowych, tak by pasywacja mogła nastąpić także w innych roztworach wodnych. Stosunkowo duża zawartość niklu (około 15%) jest niezbędna po to, aby osiągnąć austenityczną osnowę struktury. Wpływ dużych zawartości krzemu, jak na przykład około 4%, badano także w przeszłości (E.M. Horn, R. Kilian, K. Schoeller, Z. Werkstofftechnik, Bd. 13, 1982, str. 274-285).
Opis niemieckiego zgłoszenia patentowego nr 28 22 224 podaje informację o stali zawierającej wagowo od 2,5 do 5% krzemu, od 15 do 20% chromu, od 10 do 22% niklu, nie więcej niż 2% manganu, nie więcej niż 0,10% węgla z dodatkami jeszcze innego składnika stopu, składającego się z tantalu, cyrkonu lub mieszaniny niobu i tantalu i/lub cyrkonu dla wytwarzania odpornych na korozję blach sprężynowych. Brytyjski opis patentowy nr 2 036 077 podaje m.in. informację na temat stali austenitycznej o polepszonej odporności na utlenianie w wysokich temperaturach. Stal ta zawiera wagowo od 1 do 5% krzemu, od 15 do 30% chromu, od 7 do 35% niklu, nie więcej niż 3% manganu, nie więcej niż 0,10% węgla; pozostałość do 100% stanowią: żelazo oraz zwykłe zanieczyszczenia, przy czym zawartość siarki w tej stali wynosi nie więcej niż 0,003%. Na rynku jest także oferowana stal o wagowej zawartości krzemu zwiększonej do 5-5,6%, przy czym zawartość niklu zwiększono do około 17,5% po to, by zachować jeszcze strukturę austenityczną. W opisie zgłoszenia patentowego patentu brytyjskiego nr 2 122 594 rości się prawo do stosowania tego rodzaju stali dla części instalacji potrzebnych przy wytwarzaniu kwasu siarkowego. Jednak przy dotychczasowym stanie techniki nie wybiera się na ogół wyższej zawartości krzemu niż około 4,5%, ponieważ przy zawartości chromu około 18% wzrastająca zawartość krzemu przyspiesza wytrącanie jednocześnie węglików i faz międzymetalicznych. Stal o zawartości około 4% krzemu opublikowano w 1953 w ASME Boiler und Pressure Vessel Code, Sect. VIII, Div. 1. Silna skłonność do wytrącania osadów wymaga m.in. specjalnego postępowania przy spawaniu (R.R.- Kircheiner, F. Hoffman, Th. Hoffman, G. Rudolph, Materials Performance, Vol. 26, No. 1,1987, str. 49-56). Narynku oferuje się ponadto stal austenityczną Nitronic 60 o wagowej zawartości od 3,5 do 4,5% krzemu, od 16 do 18% chromu, od 8 do 9% niklu, od 7 do 9% manganu, nie więcej niż 0,10% węgla oraz od 0,08 do 0,18% azotu; stal ta jest materiałem szczególnie odpornym na ścieranie.
170 353
W uzupełnieniu poprzednio wymienionych austenitycznych stali krzemowych, należy wymienić opis europejskiego zgłoszenia patentowego nr 0 135 320, w którym proponuje się krzemową stal austenityczno-ferrytyczną jako szczególnie przydatną do kontaktu z roztworami kwasu azotowego stosowanymi przy obróbce elementów paliwowych reaktorajądrowego. Skład tej stali jest następujący: od 2 do 6% wagowych krzemu, od 20 do 35% chromu, od 3 do 27% wagowych niklu, od 0,1 do 2% wagowych manganu, nie więcej niż 0,03% wagowych azotu, nie więcej niż 0,04% wagowych węgla, przynajmniej jeden z następujących pierwiastków: niob, tytan lub tental w ilości przewyższającej 8-krotnie lub więcej zawartość węgla jednak nie więcej niż 1%; pozostałość stanowi głównie żelazo. W opisie europejskiego zgłoszenia patentowego nr 0 135 321 zamieszczono informację o krzemowej stali austenitycznej, która charakteryzuje się polepszoną odpornością na korozję spowodowaną kwasem azotowym i ma ten sam zakres zastosowania co stal wymieniona poprzednio. Skład tej stali jest następujący: od 2 do 6% wagowych krzemu, od 20 do 35% wagowych chromu, od 17 do 50% wagowych niklu, od 0,01 do 8% wagowych manganu, nie więcej niż 0,03% wagowych azotu, nie więcej niż 0,03% wagowych węgla, nie więcej niż 1% wagowych przynajmniej jednego spośród pierwiastków: niobu, tytanu i tantalu o ilości 8-krotnie lub więcej przewyższającej zawartość węgla, zaś pozostałość stanowi głównie żelazo.
Z podsumowania informacji na temat stali krzemowych odpornych na korozję wynika, że nawet przy zawartościach krzemu do 6% wagowych odporność na działanie silnie stężonego gorącego kwasu siarkowego w temperaturach powyżej 100°C, przy założeniu dopuszczalnych strat korozyjnych (liniowej szybkości korozji) nie więcej niż 0,3 mm/rok - co jest do przyjęcia w przypadku praktycznych zastosowań - nie jest wystarczająca.
Według brytyjskiego opisu patentowego nr 1 534 926 stal o szybkości korozji poniżej 0,3 mm/rok w 95,6% kwasie siarkowym w 110°C można uzyskać w przypadku zastosowania następującego wagowego składu stopu: od 4,1 do 12% krzemu, od 6 do 22% chromu, od 10 do 40% niklu, od 0,6 do 4% miedzi, nie więcej niż 4% manganu, nie więcej niż 1,5% molibdenu plus H2 wolframu, nie więcej niż 0,2% azotu, nie więcej niż 0,06% węgla, w sumie nie więcej niż 2% pierwiastków: niobu, tantalu, cyrkonu i wanadu; pozostałość stanowi głównie żelazo. Optymalna zawartość krzemu powinna wynosić zgodnie z wymienionym opisem patentowym zazwyczaj od 7,5 do 10%, chromu szczególnie od 9 do 14%, niklu szczególnie od 14 do 20%, zaś miedzi od 2 do 3%.
Szybkości korozji przy próbach w temperaturze 150°C i wyższych przewyższają jednak znacznie wartość graniczną 0,3 mm/rok, wiążącą się z praktycznymi zastosowaniami; wykazały to badania stali dostępnych na rynku, o składzie zgodnym z danymi analitycznymi z brytyjskiego opisu patentowego nr 1 534 926, przeprowadzone przez niezależny instytut. W tym przypadku najkorzystniejsza (czyli najmniejsza) szybkość korozji w 96% kwasie siarkowym w temperaturze 150 °C wyniosła 0,5 mm/rok.
Ponadto wspomniana stal, ze względu na dużą zawartość krzemu i równoczesną zawartość miedzi, trudno poddaje się formowaniu, wskutek czego wytworzenie walcowanych elementów większych wymiarów, takich jak blachy i rury, możliwe jest jedynie w określonych warunkach. W celu poprawienia zdolności do formowania na gorąco należy do stopu dodać w sumie 0,5% magnezu, aluminium i wapnia, jak również do 0,2% metali ziem rzadkich.
Celem wynalazku jest, biorąc za punkt wyjścia dotychczasowy stan techniki, opracowanie krzemowej stali austenitycznej dającej się łatwo formować, przez odlewanie i przez przeróbkę plastyczną w celu uzyskania walcowanych elementów dużych wymiarów, takich jak blachy i rury, i która, z punktu widzenia praktycznych zastosowań, jest wystarczająco odporna na korozję (prędkość korozji poniżej 0,3 mm/rok) przy kontakcie z silnie stężonym gorącym kwasem siarkowym, silnie stężonym gorącym kwasem azotowym i innymi mediami silnie utleniającymi.
Zgodnie z wynalazkiem cel ten osiągnięto, dzięki temu, że wytworzono stal o następującym składzie: max 0,02% węgla, od 10 do 25% niklu, od 8 do 13% chromu, od 6,5 do 8% krzemu, do 10% manganu, nie więcej niż 0,010% siarki, nie więcej niż 0,025% fosforu; pozostałość stanowią żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, przy czym wszystkie dane procentowe dotyczą procentów wagowych.
170 353
Wynalazek w przykładach wykonania został przedstawiony w tabelach 1 i 2 oraz na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia strukturę stopu nr 6 z tabeli 1 dla grubości walcowanej blachy wynoszącej 5 mm, fig. 2 - strukturę przy grubości blachy 2 mm, fig. 3 - liniową prędkość korozji austenitycznej stali stopowej w zależności od zawartości składników stopowych, fig. 4
- ubytek korozyjny stali w zależności od zawartości składników stopowych.
Powołano się przy tym na osiem stopów próbnych o składzie podanym w tabeli 1, którą następnie przewalcowano na blachy. W tabeli 1 stopy te uporządkowano według wzrastającej zawartości krzemu. Stopy 14,5 i 7 jak również 2 i 3 pochodzą z dwóch niezależnych od siebie laboratoriów, zaś stop 6 został wytworzony przez zgłaszającego niniejszy wynalazek. Stopy 1 do 5 są stopami według dotychczasowego stanu techniki, zaś stopy 6 i 7 są zgodnymi z wynalazkiem austenitycznymi stalami zawierającymi wagowo max 0,02% węgla, od 20 do 25% niklu, od 8 do 13% chromu, od 6,5 do 7,5% krzemu oraz do 2% manganu.
W tabeli 2 przedstawiono straty korozyjne (liniowe prędkości korozji) tych stopów w roztworach 96% i 98,5% kwasu siarkowego w 150°C i 200°C. Z tabeli wynika, że zamieszczone w niej wartości uśrednionej liniowej prędkości korozji są w sposób widoczny wystarczająco powtarzalne, ponieważ w przypadku stopów próbnych 1,4 oraz 5, dla których wykonano po 2 serie pomiarów, wartości średnie z tych pomiarów, leżą tak blisko siebie, że jest możliwe zróżnicowanie zachowania tych stopów w stosunku do innych stopów. Z tabeli 2 widać, że liniowe prędkości korozji w 98,5% kwasie siarkowym są w każdym przypadku mniejsze niż w 96% kwasie siarkowym. Dla oceny stopów ze względu na ich przydatność w przypadku gorącego kwasu siarkowego o stężeniu 96% i wyższym są zatem miarodajne liniowe prędkości korozji w 96% kwasie siarkowym. Jeśli rozpatrzy się liniowe prędkości korozji w 96% kwasie siarkowym w 150°C (pierwsza szpalta tabeli 2) i porówna ze składem stopu podanym w tabeli 1 można przy pomocy liniowego równania regresji uzyskać następującą zależność:
liniowa prędkość korozji (mm/rok) = 8,166 - 0,988 x % Si - 0,057 x % Cr - 0,021 x % Ni (1)
Zatem w przypadku 96% kwasu siarkowego w 150°C odporność na korozję zależy w pierwszym rzędzie od zawartości krzemu, oprócz tego - w około 17-krotnie mniejszym stopniu
- od chromu. W tych warunkach według równania (1) korzystna dla odporności na korozję jest również rosnąca zawartość niklu.
W przypadku stopów zgodnych z wynalazkiem wynika, że zawartość w nich krzemu musi być możliwie wysoka. Jest to utrudnione ze względu na to, że: po pierwsze - zarówno krzem jak również chrom są silnymi pierwiastkami ferrytotwórczymi, po drugie - stop ze względu na łatwość obróbki winien się cechować brakiem lub jedynie niewielką zawartością ferrytu, po trzecie - dla zapewnienia pełnej bądź zadawalającej nierdzewności (por. Nichtrostende Stahle Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendung - 2, Auflage, Verlag Stahleisen mbH, Dusseldorf, 1989, str. 19) wymagane jest od 8 do 13% chromu, po czwarte - zawartość niklu jako czynnika austenitotwórczego przeciwdziałającego pierwiastkom ferrytotwórczym - krzemowi i chromowi z wielu względów musi być możliwie niewielka. Jest to spowodowane przez wysokie koszty niklu jako składnika stopowego, a także przez tendencję do tworzenia kruchych faz krzemku niklu towarzyszącą zwiększającej się zawartości niklu. Tak więc wytworzony stop nr 6 charakteryzuje się jeszcze przy grubości blachy 5 mm, nieprzydatną do zastosowań w praktyce, niejednorodną strukturą z rozproszonym w niej krzemkiem Cr3Ni5Si2 (fig. 1). Jednorodna struktura austenityczna występuje dopiero po dalszej obróbce przy grubości blachy 2 mm (fig. 2). Jest to następstwem opóźnionego wyrównywania segregacji pochodzących z odlewów w 5-tonowych blokach. To wyrównywanie jest w przypadku wysokokrzemowych stopów trudne, gdyż niska temperatura solidusu nie umożliwia wysokich temperatur nagrzewania bądź kształtowania na gorąco, które doprowadziłoby do szybkiego wyrównania stężeń. Na przykład temperatura solidusu określona dla stopu nr 7 wynosi 11550C. Zawartość niklu około 25%, jak to ma miejsce w przypadku stopu nr 6, przy równocześnie wysokiej zawartości krzemu stanowi zatem górną wartość graniczną. Przeciwnie jest w przypadku stopu nr 7 zawierającego około 22% niklu, który wykazuje już pierwsze oznaki udziału ferrytu w strukturze. Dolna wartość graniczna zawartości niklu w stopie zgodnym z wynalazkiem musi leżeć nieco niżej a zatem w pobliżu 20%. Jeśli za
170 353 dopuszczalną liniową prędkość korozji w 96% kwasie siarkowym w temperaturze 150°C uznać nie więcej niż 0,3 mm/rok zgodnie z liczbą znamionową 4 (strat korozyjnych) wg DIN 50 905 wtedy dla stopu zgodnego z wynalazkiem o górnej granicy zawartości chromu 13% i górnej granicy zawartości niklu około 25% wynika z równania (1) dolna granica zawartości krzemu około 6,7%. Wskutek znacznego rozrzutu wartości zmierzonych wokół prostej będącej wynikiem korelacji i spowodowanej przez to niepewności równania (1), przedstawionej na fig. 3, ustala się dolną granicę zawartości krzemu w stopie zgodnym z wynalazkiem jeszcze nieco niżej to jest na 6,5%. Minimalna niezbędna zawartość krzemu przesuwa się zgodnie z równaniem (1) na około 7,1%, jeśli chrom osiągnie dolną wartość graniczną 8%, zaś nikiel dolną wartość graniczną 20%. Ze względu na niezbędny zakres tolerancji związany z uzyskiwaniem prawidłowych wyników analizy w warunkach wielkotechnicznego wytwarzania przy użyciu środków stosowanych w hutnictwie oraz wskutek niepewności równania (1), wynikającej z fig. 3, do wyżej wymienionej minimalnej zawartości krzemu dodaje się jeszcze 0,4%, co prowadzi do ustalenia górnej granicy zawartości krzemu w stali zgodnej z niniejszym wynalazkiem na 7,5%.
Stop nr 6 (zawierający 6,6% Si) oraz stop nr 7 (zawierający 7,2% Si) w tabeli 2 stanowią dwa przykłady wykonania stopu zgodnego z wynalazkiem. Jak widać liniowe prędkości korozji w przypadku 96% kwasu siarkowego w temperaturze 150°C wynoszą nie więcej niż 0,3 mm/rok. Odporność na korozję należy zatem w tym przypadku określić jako dobrą. Dla temperatury 200°C liniowe prędkości korozji są wyższe (0,69 bądź 0,76 mm/rok), lecz stosowanie stopu jest nadal możliwe, w obszarze granicznym, o ile na etapie ustalania grubości ścianki uwzględni się odpowiedni naddatek korozyjny. W przypadku, gdy stal zawiera max 0,02% C, od 20 do 25% Ni, od 8 do 13% Cr, od 6,5 do 7,5% Si zawartości manganu w tej stali do 2% wpływają dodatnio na szybkość korozji. Stopy 6 i 7, z których każdy zawiera 1,4% manganu, mają według tabeli 2 w zastosowanych tu mediach próbnych mniejsze liniowe prędkości korozji niż stopy wytapiane bez dodatku manganu. W warunkach próbnych podanych w tabeli 2 stopy 6 i 7 zgodne z wynalazkiem wykazują ogółem znacznie niższe prędkości korozji niż stopy porównawcze 1 do 5 zgodne z dotychczasowym stanem techniki.
W celu zmniejszenia liniowych prędkości korozji w 96% kwasie siarkowym w temperaturze 200°C, zawartość krzemu należy podwyższyć szczególnie do 7,5 - 8%. Aby przeciwdziałać niekorzystnemu zjawisku jakim jest utrudniona podatność na obróbkę przy tych zawartościach Si, korzystnie przy początkowej zawartości niklu od 20 do 25% zamienia się do 10% zawartości niklu przez nie więcej niż 10% zawartości manganu, przy czym nie mniej niż 4,5% manganu należy wprowadzić jako składnik stopowy. Przy takich zmianach stopy zgodnie z zastrzeżeniami 3 do 5, w przypadku których dolna granica zawartości niklu wynosi 10%, można dla temperatury 200°C wyekstrapolować wartość liniowej szybkości korozji poniżej 0,3 mm/rok.
Przy wyższym stężeniu kwasu siarkowego zastosowanie tego będzie w coraz większym stopniu problematyczne, jak to ilustrują dane korozyjne po prawej stronie tabeli 2 dla stopów 6 i 7 w 98,5% kwasie siarkowym; zatem w tym przypadku wariant stopu o zawartości max 0,02% C, od 20 do 25% Ni, od 8 do 13% Cr, od 6,5 do 7,5% Si oraz do 2% Mn może znów znaleźć zastosowanie.
Niniejszy wynalazek podaje stal krzemową austenityczną, która na podstawie zdefiniowanego składu jest z jednej strony wystarczająco odporna na korozję, bez konieczności dodawania do niej miedzi, z drugiej strony zaś daje się obrabiać przez formowanie na ciepło i/lub na zimno przy użyciu typowych środków technologicznych w stalowni; stal nadaje się także do wytwarzania dużych elementów, takich jak blachy i rury potrzebne do budowy aparatów, przy czym nie istnieje konieczność dodawania dalszych pierwiastków polepszających zdolność do formowania takich jak magnez, aluminium, wapń i/lub pierwiastki ziem rzadkich. Podatność na korozję zmierzono w gorącym, stężonym, czerwonym, dymiącym kwasie azotowym (zawartość min. 99,5% HNO3) przez próby z zanurzaniem w aparaturze destylacyjnej (10 litrowej) z chłodnicą zwrotną. Próbki sprawdzono we wrzącym kwasie. Punkt wrzenia wynosił około 85°C przy ciśnieniu atmosferycznym. W przypadku zgodnego z wynalazkiem stopu nr 7 w stanie po wyżarzaniu rozpuszczającym próbek (1100°C/20 min. oziębione w wodzie) wyznaczono liniowe prędkości korozji poniżej 0,005 mm/rok; wartości te nie zwiększyły się również po 10 minutowej sensybilizacji w 700°C z następującym po tym ochładzaniem w wodzie oraz po 20 minutowej
170 353 sensybilizacji w 600°C z następującym po tym ochładzaniem na powietrzu. Nie należący do wynalazku stop próbny nr 1 zawierający 5,3% krzemu i 17,9% chromu wykazał w stanie po wyżarzaniu rozpuszczającym znacznie wyższe liniowe prędkości korozji (0,02 mm/rok), które w przypadku próbek sensybilizowanych uległy podwojeniu. Zgodny z wynalazkiem stop nadaje się także według sformułowanego celu wynalazku do kontaktu z silnie stężonym kwasem azotowym i ma ponadto zalety w porównaniu ze stopami odpowiadającymi dotychczasowemu stanowi techniki. Z fig. 4 widać wyraźnie, że proponowany zgodnie z wynalazkiem skład stopu od 6,5% do 8% lub od 6,5 do 7,5% krzemu oraz od 8 do 13% chromu odpowiada stabilnemu położeniu minimum liniowej prędkości korozji w 90% kwasie azotowym przy 100°C.
Zgodny z wynalazkiem stop dobrze nadaje się także do kontaktu z innymi silnie utleniającymi mediami jak np. kwasem chromowym.
Tabela 1
Skład chemiczny siedmiu stopów próbnych
| Zawartości w % wagowych | ||||||
| Nr | Si | Cr | Ni | C | Mn | |
| Stop wg stanu techniki | 1 | 5,3 | 17,9 | 25,5 | 0,007 | 1,7 |
| <1 | 2 | 5,6 | 19,0 | 25,7 | 0,013 | |
| «1 | 3 | 5,7 | 9,0 | 18,8 | 0,024 | |
| tl | 4 | 5,9 | 9,0 | 18,4 | 0,007 | 1,7 |
| II | 5 | 6,1 | 8,9 | 21,9 | 0,006 | 1,6 |
| Stop wg wynalazku | 6 | 6,6 | 9,2 | 24,9 | 0,005 | 1,4 |
| Ił | 7 | 7,2 | 8,9 | 21,9 | 0,006 | 1,4 |
Pozostałość stanowią żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.
Tabela 2
Liniowa prędkość korozji stali stopowanych krzemem w silnie stężonym gorącym kwasie siarkowym (prędkość wyrażona w mm/rok; wartości średnie z pomiarów w ciągu 7, 14 oraz 21 do 23 dni)
| Nr | 96% P | I2SO4 | 98,5% H2SO4 | |
| 1 | 150°C 1,30/1,34 | 200°C 1,26/1,28 | 150°C 0,51/0,55 | 200°C 0,28/0,24 |
| 2 | 1,19 | 1,09 | 0,02 | 0,24 |
| 3 | 1,58 | 1,19 | 0,48 | 0,30 |
| 4 | 1,37/1,40 | 1,68/1,69 | 0,55/0,47 | 0,39/0,40 |
| 5 | 1,42/1,46 | 1,51/1,47 | 0,22/0,19 | 0,48/0,48 |
| 6 | 0,30 | 0,69 | 0,003* | 0,022* |
| 7 | 0,08 | 0,76 | 0,01 | 0,06 |
* Jako odstępstwo od pierwotnych parametrów prób zastosowano dla określenia podatności na korozję stopu nr 6 stężenia kwasu siarkowego 98%.
Stopy nr 1 do 5: według stanu techniki Stopy nr 6 i 7: zgodne z wynalazkiem
170 353
Fig. 4
7 9 11 chrom w %
170 353
Fig.1
Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł
Claims (3)
1. Stal austenityczna wysokokrzemowa odporna na korozję, znamienna tym, że zawiera wagowo: nie więcej niż 0,02% węgla, od 10 do 25% niklu, od 8 do 13% chromu, od 6,5 do 8% krzemu, do 10% manganu, nie więcej niż 0,010% siarki, nie więcej niż 0,025% fosforu, a pozostałość stanowi żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.
2. Stal według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera: nie więcej niż 0,02% węgla, od 20 do 25% niklu, od 8 do 13% chromu, od 6,5 do 7,5% krzemu oraz do 2% manganu.
3. Stal według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera: nie więcej niż 0,02% węgla, od 10 do 20% niklu, od 8 do 13% chromu, od 7,5 do 8% krzemu oraz od 4,5 do 10% manganu.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4118437A DE4118437A1 (de) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | Hochsiliziumhaltiger, korrosionsbestaendiger, austenitischer stahl |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL294447A1 PL294447A1 (en) | 1993-01-25 |
| PL170353B1 true PL170353B1 (pl) | 1996-12-31 |
Family
ID=6433228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL92294447A PL170353B1 (pl) | 1991-06-05 | 1992-05-06 | Stal austenityczna wysokokrzemowa odporna na korozje PL |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5296054A (pl) |
| EP (1) | EP0516955B1 (pl) |
| JP (1) | JPH05195166A (pl) |
| AT (1) | ATE139578T1 (pl) |
| CA (1) | CA2070535A1 (pl) |
| DE (1) | DE4118437A1 (pl) |
| ES (1) | ES2090403T3 (pl) |
| MA (1) | MA22669A1 (pl) |
| PL (1) | PL170353B1 (pl) |
| TW (1) | TW198067B (pl) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4213325A1 (de) * | 1992-04-23 | 1993-10-28 | Bayer Ag | Verwendung von Knet- und Gußwerkstoffen sowie Schweißzusatzwerkstoffen für mit heißer konzentrierter Schwefelsäure oder Oleum beaufschlagte Bauteile sowie Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure |
| DE4308151C2 (de) * | 1993-03-15 | 1995-01-19 | Bayer Ag | Verwendung von Knet- und Gußwerkstoffen sowie Schweißzusatzwerkstoffen aus austenitischem Stahl für mit heißer konzentrierter Schwefelsäure oder Oleum beaufschlagte Bauteile |
| DE4342188C2 (de) * | 1993-12-10 | 1998-06-04 | Bayer Ag | Austenitische Legierungen und deren Verwendung |
| GB9506677D0 (en) * | 1995-03-31 | 1995-05-24 | Rolls Royce & Ass | A stainless steel alloy |
| US6978885B1 (en) | 2004-07-27 | 2005-12-27 | Rexnord Industries, Inc. | Hinge conveyor chain |
| CN101378853A (zh) * | 2006-02-08 | 2009-03-04 | 阿尔法拉瓦尔容器装备股份有限公司 | 清洗头 |
| JP5212581B1 (ja) * | 2011-07-29 | 2013-06-19 | 新日鐵住金株式会社 | 高Ｓｉオーステナイト系ステンレス鋼の製造方法 |
| GB2546809B (en) * | 2016-02-01 | 2018-05-09 | Rolls Royce Plc | Low cobalt hard facing alloy |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1420707A (en) * | 1920-08-06 | 1922-06-27 | Johnson Charles Morris | Alloy steel |
| GB1261809A (en) * | 1969-04-23 | 1972-01-26 | Keiichi Ota | High-strength silicon steel |
| BE754818A (fr) * | 1969-08-13 | 1971-01-18 | Armco Steel Corp | Acier inoxydable resistant a l'usure |
| GB1275007A (en) * | 1970-09-16 | 1972-05-24 | Nippon Silicolloy Kogyo Kabush | High silicon over-laying alloy |
| FR2324752A1 (fr) * | 1975-06-24 | 1977-04-15 | Sandvik Ab | Acier inoxydable resistant a l'acide sulfurique concentre |
| JPS53144415A (en) * | 1977-05-23 | 1978-12-15 | Sumitomo Chem Co Ltd | Anti-corrosive bellows |
| JPS5591960A (en) * | 1978-12-28 | 1980-07-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | High silicon-nickel-chromium steel with resistance to concentrated |
| JPS6033342A (ja) * | 1983-08-05 | 1985-02-20 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐硝酸性２相ステンレス鋼 |
| CA1323511C (en) * | 1988-04-05 | 1993-10-26 | Hisatoshi Tagawa | Iron-based shape-memory alloy excellent in shape-memory property, corrosion resistance and high-temperature oxidation resistance |
| DE3901028A1 (de) * | 1989-01-14 | 1990-07-19 | Bayer Ag | Nichtrostende knet- und gusswerkstoffe sowie schweisszusatzwerkstoffe fuer mit heisser, konzentrierter schwefelsaeure beaufschlagte bauteile |
-
1991
- 1991-06-05 DE DE4118437A patent/DE4118437A1/de active Granted
-
1992
- 1992-04-18 AT AT92106710T patent/ATE139578T1/de active
- 1992-04-18 ES ES92106710T patent/ES2090403T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1992-04-18 EP EP92106710A patent/EP0516955B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-05-06 PL PL92294447A patent/PL170353B1/pl unknown
- 1992-06-04 US US07/894,035 patent/US5296054A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-05 JP JP4169969A patent/JPH05195166A/ja active Pending
- 1992-06-05 MA MA22832A patent/MA22669A1/fr unknown
- 1992-06-05 CA CA002070535A patent/CA2070535A1/en not_active Abandoned
- 1992-07-23 TW TW081105834A patent/TW198067B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4118437C2 (pl) | 1993-07-22 |
| EP0516955B1 (de) | 1996-06-19 |
| US5296054A (en) | 1994-03-22 |
| ES2090403T3 (es) | 1996-10-16 |
| EP0516955A1 (de) | 1992-12-09 |
| CA2070535A1 (en) | 1992-12-06 |
| MA22669A1 (fr) | 1993-07-01 |
| ATE139578T1 (de) | 1996-07-15 |
| JPH05195166A (ja) | 1993-08-03 |
| TW198067B (pl) | 1993-01-11 |
| PL294447A1 (en) | 1993-01-25 |
| DE4118437A1 (de) | 1992-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900006870B1 (ko) | 페라이트-오스테나이트 강철합금 | |
| US4155752A (en) | Corrosion-resistant ferritic chrome-molybdenum-nickel steel | |
| JP3355510B2 (ja) | オーステナイト合金およびそれらの使用 | |
| JP5870201B2 (ja) | 二相ステンレス鋼 | |
| TWI571517B (zh) | 肥粒鐵－沃斯田鐵不銹鋼 | |
| WO2000036174A1 (en) | Corrosion resistant austenitic stainless steel | |
| GB2084187A (en) | Ferritic stainless steel | |
| MXPA04008584A (es) | Aleaciones de ni-cr-mo resistentes a la corrosion, que se pueden templar por envejecimiento. | |
| CA1214667A (en) | Duplex alloy | |
| US3957544A (en) | Ferritic stainless steels | |
| PL170353B1 (pl) | Stal austenityczna wysokokrzemowa odporna na korozje PL | |
| US3355280A (en) | High strength, martensitic stainless steel | |
| US3342590A (en) | Precipitation hardenable stainless steel | |
| JP3169978B2 (ja) | 析出硬化型高強度非磁性ステンレス鋼 | |
| US4832765A (en) | Duplex alloy | |
| US3989474A (en) | Austenitic stainless steel | |
| JPH0525945B2 (pl) | ||
| JP3461350B2 (ja) | ニッケル−モリブデン合金 | |
| US4033767A (en) | Ductile corrosion resistant alloy | |
| US3932175A (en) | Chromium, molybdenum ferritic stainless steels | |
| JPS6358214B2 (pl) | ||
| EP0360143A1 (en) | Corrosion resistant alloy | |
| US4050928A (en) | Corrosion-resistant matrix-strengthened alloy | |
| CA2355109C (en) | Corrosion resistant austenitic stainless steel | |
| Backensto et al. | Sulfidation Resistance of Aluminum-Containing Steels |