SE461151B - Rostfritt staal - Google Patents

Description

461 1517 2 härdas genom lösningsbehandling och efterföljande åldring, un- der vilken en Cu-rik fas utskiljes. Hárdheten är dock högst 140 kp/mmz. Det sistnämnda stålet härdas genom att det först underkastas lösningsbehandling, varefter den metastabila auste- nitiska fasen helt eller delvis omvandlas till martensitfas ge- nom exempelvis kallbearbetning, och slutligen utskiljes en intermetallisk Ni3Al-förening genom åldring. På detta sätt kan man åstadkomma material med avsevärd hállfasthet.

För omvandling av austenitfasen i SUS 631 till marten- sitfas och efterföljande åldring kan man genomföra sådana be- handlingar som TH 1050, RH 950, CH, etc. Den hàllfasthet som uppnås genom de tvâ förstnämnda behandlingarna är dock högst 130 kp/mmz, under det att en så hög hårdhet som 190 kp/mmz kan uppnås genom CH-behandling. Vid CH-behandling underkastas stå- let först en kallbearbetning för omvandling av austenitfasen till ett austenit-martensit-tvåfassystem såsom vid kallhärdbara rostfria stål, varefter stålet underkastas åldring. Hårdheten efter kallbearbetningen är ca 150 kp/mm2 beroende pà graden av kallbearbetning. Den ovan nämnda höga hållfastheten uppnås emellertid genom utskiljning av den intermetalliska Ni3Al-före- ningen när stålet áldringshärdas.

Av de ovan beskrivna rostfria stålen kan martensitiska rostfria stål underkastas seghärdníng för uppnående av håll- fasthet och seghet. Värmebehandlingarna är besvärliga. Vid seghärdning upphettas material till en hög temperatur (950- 1 100°C), varefter de störtkyles. En snabb martensítisk omvand- ling försämrar de behandlade alstrens form. För att förhindra dylika problem erfordras en speciell värmebehandling, såsom press-kylning.

När det gäller austenitiska rostfria stål erfordras en hög grad av kallbearbetning för att. man skall uppnå en hög hållfasthet. Om en hög hållfasthet uppnås, försämras dock sträckbarheten, och formen hos produkter i form av plåt och band försämras ofta.

Av de utskiljningshärdbara rostfria stålen uppnår SUS 630 icke en hög hållfasthet, och SUS 631 utvecklar ofta ytgrov- het och får en försämrad seghet och sträckbarhet på grund av ' 3 461 151 att stålet innehåller 0,75-1,50% Al, som har en kraftig affini- tet till syre och kväve. Härvid bildas inneslutningar av alu- miniumoxid-typ vid ståltillverkningen, och koagulerade inne- slutningar av AlN bildas när stålet gjutes. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett höghållfast rostfritt stål, vilket är lätt att tillverka, icke ger en försämrad produktform och har utmärkt sträckbarhet.

Det höghållfasta rostfria stålet enligt föreliggande uppfinning består huvudsakligen av högst 0,10% C, mera än 1% och högst 3,0% Si, mindre än 0,5% Mn, minst 4% och högst 8% Ni, minst l2,0% och högst 18,0% Cr, minst 0,5% och högst 3,5% Cu, högst 0,15% N, högst 0,004% S, varvid den totala halten av C och N är minst 0,10%, och varvid resten utgöres av Fe och till- fälliga föroreningar. Stålet enligt uppfinningen är överlägset konventionella kallhärdbara austenitiska stål och utskiljnings- härdbara rostfria stål vad avser hállfasthet, sträckbarhet och ytjämnhet.

Stålet enligt föreliggande uppfinning har sådan samman- sättning, att det innehåller en metastabil austenitfas i fast lösning. Inga speciella betingelser erfordras vid tillverkning av stålet, och stålet kan framställas enligt samma metod som användes för framställning av konventionellt kallhärdbart aus- tenitiskt rostfritt stål eller utskiljningshärdbart rostfritt stål.

Stålet enligt föreliggande uppfinning innehåller Si, som är ett martensitframkallande och martensitförstärkande me- del, i större mängd än i konventionellt stål, nämligen i en mängd av 1,0-3,0%. Vidare innehåller stålet C och N, vilka förstärker martensitfasen, i en mängd av minst 0,10% tillsam- mans. Pâ grund av närvaron av den höga halten Si är det lätt att framställa martensitfasen från den metastabila austeniten efter lösningsbehandling genom lätt kallbearbetning. Den sålun- da framkallade martensitfasen härdas medelst Si, C och N, och man kan sålunda erhålla produkter med god form, hög hållfast- het och hög sträckbarhet.

Dessutom innehåller stålet det utskiljningshärdande elementet Cu, som verkar synergistiskt tillsammans med Si och som icke medför någon risk för bildning av inneslutningar. 461 151' 4 Efter åldringshärdning erhålles därför en ökad hállfasthet.

Stålet enligt föreliggande uppfinning kan därför användas såsom kallhärdbart rostfritt stål, som är överlägset konventionellt stål vad avser hållfasthet och sträckbarhet, och det kan också användas såsom utskiljningshärdbart rostfritt stål.

De ovan angivna haltgrânserna i stålet enligt uppfin- ningen förklaras nedan. 4 C är en austenitbildare och hämmar effektivt bildning av 5-ferrit vid hög temperatur samt förstärker den martensitfas som bildas genom kallbearbetning. Lösningsgränsen för C är emellertid begränsad på grund av den höga Si-halten i stålet enligt föreliggande uppfinning. En hög kolhalt kommer därför att framkalla avsättning av kromkarbíder i korngränserna, vil- ket medför försämrad sträckbarhet och försämrad beständighet mot intergranulär korrosion. Kolhalten är därför begränsad till 0,10%.

Si användes vanligen såsom desoxidationsmedel. För detta ändamål är Si-halten högst 1,0% i vanliga kallhärdbara austenitiska rostfria stål, såsom SUS 301, 304, etc, och i ut- skiljningshärdbara rostfria stål, såsom SUS 631. Stålet enligt föreliggande uppfinning innehåller emellertid en högre halt Si så att maftensitfasen lätt framkallas genom kallbearbetning, dvs framkallas även vid lätt kallbearbetning. Den förhöjda Si- -halten främjar bildningen av martensitfasen och ökar förhål- landet mellan martensitfas och austenitfas. Den bildade marten- siten icke endast förstärkas utan löses även i den kvarvarande austenitfasen för härdning av denna, och sålunda ökas hårdheten efter bearbetningen. Vid åldringen ökar dessutom Si âldrings- effekten i kombination med Cu. Såsom ovan har angivits har Si många verkningar. För att kiseln skall utöva dessa verkningar måste Si-halten vara högre än 1,0%, dvs högre än i konventio- nella stål. Om Si-halten överstiger 3,0%, bildas dock högtem- peratursprickor och vissa problem erhålles vid framställningen.

En Si-halt av 1,0-3,0% är lämplig.

Mn är ett element som reglerar austenitfasens stabili- tet. Halten bestämmes med hänsyn tagen till halterna av de and- ra elementen. I stålet enligt föreliggande uppfinning medför en högre Mn-halt en försämring av sträckbarheten och ger också fø- 5 461 151 vissa problem när stålet användes. Av detta skäl är Mn-halten begränsad till 0,5%.

Ni är ett väsentligt element för bildning av en auste- nitfas vid både höga temperaturer och rumstemperatur. I stålet enligt föreliggande uppfinning måste metastabil austenit exis- tera vid rumstemperatur, och denna austenit mäste omvandlas till martensit genom kallbearbetning. Om Ni-halten är mindre än 4%, bildas en stor mängd 6-ferrit vid en högre temperatur, och austenitfasen blir snarare ostabil än metastabil vid rumstempe- ratur. A andra sidan är martensitfasen icke lätt att framkalla genom kallbearbetning vid Ni-halter över 8,0%. Ni-halten är därför 4,0-8,0%.

Cr är ett väsentligt element för erhållande av korro- sionsbeständighet. För att stålet skall få den önskade korro- sionsbeständigheten erfordras minst 12% Cr. Cr är emellertid också en ferrit-bildare. Om Cr-halten är hög, bildas en stor mängd 6-ferrit vid höga temperaturer. Därför mäste stålet inne- hålla en motsvarande större mängd austenitbildande element (C, N, Ni, Mn, Cu, etc) för att hämma bildningen av dferrit. Om stora mängder austenitbildare ingår, stabiliseras à andra sidan austeniten vid rumstemperatur, och stålet kan icke härdas genom kallbearbetning och åldring. Den övre gränsen för Cr-halten är därför 18,0%.

Cu härdar stålet vid åldring i kombination med Si. Vid allt för liten Cu-halt är härdningseffekten icke tillräcklig, och vid allt för stor Cu-halt erhålles sprickbildning. Den lämpliga Cu-halten är därför 0,5-3,5%.

N är en austenitbildare och härdar mycket effektivt bå- de austenitfasen och martensitfasen. Om kvävehalten är hög, kan det emellertid bildas blåsor när stålet gjutes. Kvävehalten är därför begränsad till högst 0,15%.

S bildar MnS i närvaro av Mn och medför en försämring av sträckbarheten. S är därför ett särskilt skadligt element i stålet enligt föreliggande uppfinning. För att man skall und- vika försämring av sträckbarheten är svavelhalten begränsad till högst 0,004%.

C och N har liknande verkningar och är inbördes utbyt- bara. Även om de respektive övre gränserna för dessa element . 461 151' f» är de ovan angivna, måste den totala mängden av dessa tvâ ele- ment vara minst 0,10% för utnyttjande av dessa elements effekt.

Förutom de ovan angivna elementen får stålet enligt fö- religgande uppfinning även innehålla en liten restmängd av Al och Ti, vilka användes såsom desoxidationsmedel, kalcium och sällsynta jordartsmetaller, vilka användes såsom avsvavlingsme- del, och tillfälliga oundvikliga föroreningar, såsom P. Stålet enligt föreliggande uppfinning får innehålla högst 0,020% Al, högst 0,020% Ti, högst 0,040% P, högst 0,01% Ca och högst 0,02% sällsynta jordartsmetaller.

Det höghållfasta rostfria stålet enligt föreliggande uppfinning innehåller företrädesvis högst 0,08% C, mera än 1,0% och högst 3,0% Si, mindre än 0,46% Mn, minst 4,5% och högst 7,5% Ni, minst 14,0% och högst 17,0% Cr, minst 0,8% och högst 3,0% Cu, högst 0,13% N och högst 0,0035% S.

Allra helst innehåller det höghållfasta rostfria stålet enligt föreliggande uppfinning högst 0,075% C, mera än 1,5% och högst 2,95% Si, mindre än 0,42% Mn, minst 5,50% och högst 7,30% Ni, minst 14,5% och högst 16,5% Cr, minst 1,00% och högst 2,65% Cu, högst 0,125% N och högst 0,003% S- I samtliga fall bör den totala halten av C och N vara minst 0,10%.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritníngarna.

Fig 1 visar sambandet mellan draghållfasthet och töj- ning hos stål enligt föreliggande uppfinning, konventionella stål och jämförande stål i kallvalsat tillstånd och åldrings- härdat tillstånd. Cirklarna, kvadraterna. och trianglarna be- tecknar stâl enligt uppfinningen, konventionella stål respek- tive jämförande stål. Tomma symboler betecknar kallvalsat till- stånd, och fyllda symboler betecknar åldringshärdat tillstànd.

Den heldragna linjen, den streckade linjen och den prickstrec- kade linjen anger fördelningen av värden för stålen enligt upp- finningen, de konventionella stålen respektive de jämförande stàlen.

Fig 2 visar sambandet mellan draghållfasthet och töj- ning för stålet H1 enligt uppfinningen och det jämförande stå- let e. ' 7 461 151 Stálen enligt uppfinningen (H1-H7), de konventionella stålen (A-C) och de jämförande stålen (a-f), vars sammansätt- ning anges i nedanstàende tabell 1, framställdes och varmval- sades enligt den vanliga metoden, varefter de kallvalsades med olika reduktionsgrader för bildning av höghállfasta kallvalsade stàlplàtsprover. Man mätte den mängd martensit som bildades ge- nom kallbearbetning (a), hàrdheten, draghållfastheten och töj- ningen hos de sålunda framställda stålplåtsproverna. De hög- hållfasta, kallvalsade stálplátsproverna åldringshärdades där- efter, varefter hàrdheten, draghâllfastheten och töjningen mät- tes. Resultaten anges i nedanstàende tabell 2, vari också anges skillnaden i hårdhet före och efter åldring (AH). Av de i ta- bell 2 angivna resultaten visas sambandet mellan draghållfast- het och töjning i fig 1. Dessutom visas i fig 2 sambandet mel- lan draghâllfasthet och töjning för stålet H1 enligt uppfin~ ningen och det jämförande stålet e, vars egenskaper i kall- valsat tillstånd ligger mycket nära egenskaperna hos stålen enligt uppfinningen. 461 151 å. 1: _ |: 1 ;-1:f. - ..:. - .

M | ~°.o w@Q.° °«.m_ _@.~ ~°Q_° °_.~ ~m.~ .>°.ø M W 1 ~@u_ .mono m«.m_ mmum @°=.° >v__ m>- «~°.Q w _ I . _ ~ _ ~ - Mï mä m3” Mä mä Nï ME Mwä W 1 _m.° _wQ.° ~m.v_ w@.~ m°°.° ~«.° _°.~ -°.° n - °~__ @_D.° _°_~_ .m.m m°=.o °n_° mw.~ ~_°.o u .Hflüm ._ wmvfiflumwuëmh. .mwmmw W w... mo.Q __°_° ~»_@. mfl.> mo=.o »m.° _«_° m@°_o u = W 1 >°_° m_°_° °m_>_ «m_~ w°°.° m_._ °m_° °~__Q m Pomwnw _ | m°_° m~Q.o ~w.@_ m°_» «°=_° mo.. ~m_o m°_.@ c Hflum mfi~wcofiu:m>:om - mm.~ w@o_o o_.m_ mm.m ~°°.° @fl.° w__~ ~«=~° ßæ | ~«H~ m~PHo =@Nm_ Mmmm Nocuø -H° mvnm m>°_° @= I _ - M3 Wi WH" m; æï ME m." mä .w I u ~ n n ~ s .5 § Q» _ ~@Q C wq W. mm w Ncc 0 Nm 0 NN _ Cnc Q M: » fw.. mm°.° >@.m_ wm.@ ,°°_° ~«.° ~ß_~ mm°.Q ~= | m>__ ~°._o mw.m_ °m.@ ~°°.° @«_° ~w.~ w~°.° _: cumcflccfiwmms umfiflcw fiflum @=«=x~me=< ~< nu z »U #2 m =: mm U ßcvswflm _@. H@»H~= _ Hfiwnøa 461 151 L . uwvcn uooov u.> mcmcfluwsmmcmuflfiw uuuum mm m N .m. .mm m.m mm. mmm m.mm mm .m. m.~ mm. .mm m.m .m. mmm m..m mm ,mm ._m m.. mmm m.. mm. mmm m.mm mm mm mm. ... m.~ m.m ..m mm. ..m m. mm. ._~ mmm mmm m.m mm. mmm m.m« mm mm. m_m mm. .mm m_m mm. mmm m.mm mm mm mm ~.~ mm. mmm m.« mm. mmm m.mm mm mm m.~ mm. mmm m.m mm. mmm m_m« mm mm mm ~_~ mmm .mm m.m mm. mmm m.mm mm .m m.~ .m. m.m ._m mm. mmm m..m om mm .m ._~ mm~ mmm ~.m mm. m.m m_mm mm mm m.~ mm. mmm m_m mm. .mm m.mm om mm mm m.. mmm mmm m.m .m. mmm m.mm mm mm m.~ m.~ ~.m m.m mm. mmm m..m om mm m.~ mmm .mm m.v .m.. Nmm m.«m mm mm ._m mm. mmm ._m mm. .mm m.mm mm N: mm ... mmm mmm ..m m.. mmm m.«m mm .m. ..~ mmm mmm m.< mm. mmm m_- mm =wm mm m.~ mmm mmm m_m mm. mmm m.mm m. |=.==.mmm= ~m ~.m mm. .mm >.m mm. mmm m.mm mm .= »m..=w .mmm . EE\mxv EE\mxv mwnummw mwwnummw _ .m. |..mm .m.. >= .mv W |..mm .m.. >= m< n mcmcfimb nmmnn umcwuwm mcmcnwßm nmmuo uwnøuw: _ .m. .m. mc UEwCmflN>fiAߥ NUUMW .ö Cüfluxflflüm >Ouü N HHUDMB 10 461 151' fw L P umwcfl UOoæv Ufl> wwvmßumåmwflfiuflfiw Hwvm muflwn * me m_o om- mmm w.N -w~ mßv o~«m ou mm -.N .oß- com m.v mv- www m~mø om u mm N._ N-N mmm n.m ns- mmv m~mm mm va m_- NON oæm o~v ßm_ www m~mm Om mm ß- ww_ mmm c.m Nm- nhw m~om mv om m~@ æw- mvm m.m ou- mmw o.øv Ge U ßm m- Nm- wfim o.N Nß- mmw c.wß Om mm m_N eß- mom m.N ßm- owe o_ßm om 0 NI w- mmp Nvm m~_ mæw Qom Q~mm Om mv o~N om- rpm v~v mm- mßv m.Om Om U mm v.« Nr- ßom ~.m me» -vv o~mm om ßw m~N em- www N.m cv- mpø o~wm om n mm 0.- -ß- mom m.N mmw DPQ m~mm Om Hwum mm _~N oo- wßv m.w FN- mhm o~me om M ww=muwuEmw S: ___ ä. m? w; m2 E.. ...ä m” wow N- mw- mvm m.m mm- mvv c.mv .cm oo_ ß._ mm_ omm o_> mw- omv m.vv mø :U cv w- em- vvm <~N >ß~ vom o.mw om cv m- æß_ mom m.v -wF www m.Nn mm m mm m.~ ~ß_ mom m~v Nwp mww c_ßw mm flwum mm v.N mm- omv ~_m mmr -mv m_mv om flflmwc ßm m.n mm_ www ß.w www ovv m_mm mv 4 |OwucU>c0x _ EE\ax. EE Q Dfldwmu Å Qflßmmhà Am. nfldwn Ao.. >: Aw. :Hawa _o_. >: :< mnflcfimë :anka uuzwumz mcflcnma ammun uwcuuwm Ås. Am. uc m:«:wHm>-m: umuum a cowuxnwum >o»m n _ umflc: uooow U«> mcflcuumzmmcwuvflm hmuum AmunOu_ N fifiwnmh H 461 151 Av resultaten i tabell 2 framgår, att stålen enligt uppfinningen innehåller större mängder martensit än de konven- tionella stålen vid samma reduktionsgrad, eftersom martensit bildas lättare genom kallvalsning i stålen enligt uppfinningen.

I stålen enligt uppfinningen bildas mera martensit vid mindre reduktionsgrad.

Av resultaten i fig 1 framgår, att stålen enligt uppfinningen har en högre draghållfasthet och töjning än de konventionella stålen och de jämförande stålen både i kallvalsat tillstånd och i åldringshärdat tillstånd. Stålen enligt uppfinningen uppvisar dessutom en anmärkningsvärd ökning av draghållfastheten efter åldring. Stálen enligt uppfinningen uppvisar sålunda bättre draghållfasthet och töjning än konventionella kallhärdbara aus- tenitiska rostfria stål och utskiljningshärdbara rostfria stål både när de användes i kallvalsat tillstånd och när de använ- des i åldringshärdat tillstånd. Eftersom graden av kallvalsning kan minskas, kan en god form uppnås.

Av en jämförelse mellan tabellerna 1 och 2 framgår, att större värden på AH erhålles i stål som innehåller både Si och Cu. Det bör inses att åldringshärdningen åstadkommes genom den synergistiska verkan av Si och Cu.

Av resultaten i fig 2 framgår, att det jämförande stå- let e, vilket innehåller högre halter av Mn och S, efter åld- ringshärdning uppvisar sämre töjning vid en viss hållfasthet än stålen enligt uppfinningen. Det bör inses att sträckbarheten är sämre, när stålet innehåller Mn och S i högre halter.

AH-värdena för det konventionella stålet C och det jäm- förande stålet a är höga. Draghållfastheten i kallvalsat till- stånd är emellertid icke hög, och därför blir ökningen av drag- hållfastheten vid åldringshärdning icke så stor. Det höga AH- -värdet för det konventionella stålet C beror på utskiljning av den intermetalliska föreningen Ni3Al.

Såsom ovan har beskrivits är stålet enligt föreliggande uppfinning överlägset konventionella kallhärdbara austenitiska rostfria stål och utskiljningshärdbara rostfria stål vad avser hållfasthet och sträckbarhet. Utskiljningselementet är Cu, som icke ger oönskade inneslutningar, och därför erhålles en god

Claims (3)

461 151' 12 ytjämnhet, som är en utmärkande egenskap hos rostfria stål. Stálet enligt föreliggande uppfinning är billigt, eftersom det icke innehåller några dyra element. P a t e n t k r a v

1. Höghållfast rostfritt stål, k ä n n e t e c k n a t a v att det huvudsakligen består av högst 0,10% C, mera än 1,0% och högst 3,0% Si, mindre än 0,5% Mn, minst 4,0% och högst 8,0% Ni, minst 12,0% och högst 18,0% Cr, minst 0,5% och högst 3,5% Cu, högst 0,15% N och högst 0,004% S, varvid den totala halten av C och N är minst 0,10%, och varvid resten utgöres av Fe och tillfälliga föroreningar.

2. Höghâllfast rostfritt stål enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t a v att halten C är högst 0,08%, halten Si är nera än1,0% och högst 3,0%, halten Mn är mindre än 0,46%, halten 'Ni är minst 4,5% och högst 7,5%, halten Cr är minst 14,0% och högst 17,0%, halten Cu är minst 0,8% och högst 3,0%, halten N är högst 0,13% och halten S är högst 0,0035%.

3. Höghållfast rostfritt stål enligt krav 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att halten C är högst 0,075%, halten Si är minst 1,5% och högst 2,95%, halten Mn är mindre än 0,42%, hal-. ten Ni är minst 5,50% och högst 7,30%, halten Cr är minst 14,5% och högst 16,5%, halten Cu är minst 1,00% och högst 2,65%, hal- ten N är högst 0,125% och halten S är högst 0,0030%. KJ*