TW452600B - Corrosion-resistant low-nickel austenitic stainless steel - Google Patents

Description

452600 Λ7 經濟部智慧財產局員工消费合作钍印製 _____B7___ 五、發明說明（/ ) 本發明係關於抗腐蝕低鎳沃斯田鐵不銹鋼’特別是抗 一般腐蝕，凹坑腐蝕及裂隙腐蝕。 已知有些關於鋼的專利，其組成依照比例包含基本元 素，例如鉻、鎳、錳、銅及矽，具有沃斯田鐵的結構。 例如，法國專利申請案第70/27948號係關於沃斯田鐵 鋼，其組成如下：碳：0.05-0.15% ;砂：〇.3%-1.〇% ;猛 :4%-12% ;鎳：0·5%-3% ;鉻：;氮：〇.〇5%- 0.2%。該專利申請案揭示沃斯田鐵不銹鋼的組成，具有低 鎳含量及相對高錳含量，其抗腐鈾性質相當於或優於高鎳 含量的傳統市售等級品，例如AISI 304、301、201或202 ，在含氯化物的介質之浸漬測試及在S〇2裡的測試。其淸 楚描述銅、鉬及鎳的影響，鎳含量必須低，但是沒有提到 例如鈣、硼及硫等元素的影響。 在另一實施例裡，專利JP 54,038,217關於下列組成的 沃斯田鐵錳鋼：碳：低於0.04% ;矽：低於1% ;錳：6% 13% ;鎳：1.0%-3.5% ;鉻：13%-19% ;鈮：低於 0.3% :銅：1_0%-3.5% ;稀土元素：〇·〇〇5%-〇.3%。所述鋼的 抗腐蝕性至少相當於AISI 304型的不銹鋼’而且非常抗晶 粒間腐蝕。未提及硫 '鈣及硼元素，也沒有提及它們對各 種腐蝕的影響。 在另一實例裡，專利JP 52,〇24,914係關於沃斯田鐵鋼 ，其組成如下：碳：;矽··低於^ ;錳： 8.0%-U% ;鎳：1.0%-3.5% ;鉻：;氮：0_05 %-0.15% ;銅：〇·5%-3.5% ;鉬：低於 〇·5%。其教導降 4 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項.彳填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4覘格（210 X 297公釐〉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4526 0 0 A/ _B7五、發明說明（i)低鎳含量不損傷抗腐蝕性。例如硫及硼元素的影響未提及 0本發明之目的在於製造非常低鎳含量的沃斯田鐵鋼， 其抗腐蝕行爲類似AISI 304鋼，特別是在凹坑腐蝕、裂隙 腐蝕及一般腐飩方面。本發明之主題在於具有以重量百分比計之下列組成的 抗腐鈾低鎳沃斯田鐵不銹鋼： 〇.〇1%<碳<〇.〇8%， 0.1%<矽<1%，5%<錳<11%，15%<鉻<17‘50/〇， 1%〈鎳 <4%，1%〈銅 <4%， 1 X 10.4。/。<硫<20 X HT4%， 1 X 10·4%〈鈣 <50X 10—4%， 0%〈鋁<0,03%， 0.005%〈磷<0.1%， 硼 <5X 10·4%， 氧<0.01%，其餘量爲鐵及熔煉操作所產生的雜質。較佳地，組成如下： 〇.〇1%<碳<〇.〇5%， 0.1%<矽<1%， 5 %〈猛 < 11 %， (琦先閱讀背面之江意事項A填寫本頁) 本紙張尺度適用中@國家標準（CNTS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ϋϋ A7 ____ B? _ 五、發明說明（） 15%<鉻<17%， 1%<鎳<2%， 2%〈銅<4%， 1 X i〇-4%<i<i〇x 1〇-4%， 1 X 10·4〇/ο<鈣 <10 X 1〇-4%， 0%〈銘 <0.01%， 0.005°/。<磷<〇.1%， 氧<0.01%， 其餘量爲鐵及熔煉操作所產生的雜質。 鋼可以更包含0.01%到2%的鉬。 下列說明及附錄之圖式，經由非限制範例的說明下， 將使本發明被淸楚瞭解。 第1及2圖係顯示凹坑腐蝕電位的比較値，分別於23 °C、pH 6.6 的 0.02Μ NaCl 中及 23°C ' pH 6.6 的 0_5M NaCl 中，以不同種類的鋼爲對照組，而三個根據本發明的組成 則標以星號。 第3圖係顯示23°C、pH 6.6之0.〇2M NaCl裡的凹坑 腐蝕電位，其以二個對照組鋼及二個本發明鋼(其中一個組 成中鉻含量低)之硫含量的函數來表示。 第4圖係顯示三個對照組鋼及三個本發明鋼(其組成中 的鎳含量不同)在氯化物介質中的裂隙腐蝕行爲。 第5及6圖係顯示分別在23°C、pH 6.6之0.02M NaCl 及23°C、pH 6.6之0.5M NaCl裡的凹坑腐蝕電位之比較値 ，顯示出各類鋼中硼的影響。 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)~"" I-------------裝*-------訂---------線 (請先間讀背面之注意事項舁填寫本頁) 452600 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（Ο 本發明係發展出符合腐蝕標準，特別是凹坑腐蝕、一 般腐飩及裂隙腐蝕標準的鋼。 爲達此目的，分析下列合金元素的效果： 鉻，範圍在15.5%到17.5%， 鎳，範圍在0.5到2.7%， 碳，範圍在0.05%到0.11%， 氮，範圍在0.12%到0.26%， 硫，範圍在0.001%到0.007%， 銅，範圍在2%到3%， 硼，0.0025%和低於0.0005%的濃度， 鈣，0.0025%和低於0.0005%的濃度。 測試之鋼的化學組成係列於表1，第一欄顯示測試鋼 之熱的參考數字，本發明之鋼係以星號標示。表2係顯示 已知對照組鋼的化學組成，當作比較。 各種型式的腐蝕硏究如下= -在23Τ：、pH 6.6之0.02Μ及0.5Μ NaCl介質裡的凹坑腐 蝕性： -在23°C、氯化物介質裡的裂隙腐蝕性，其繪出2M NaCl 介質內各種酸pH値的極化曲線，然後測量活性電流； -在23°C、2M濃硫酸介質裡的一般腐蝕，其繪出極化曲 線並測量活性電流： 晶粒間腐蝕，其係藉由針對熱處理所敏化的鋼及針對 TIG熔接鋼進行STRAUSS測試。 表3及4係顯示腐蝕測試的結果，其解釋本發明的組 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---' I ----------^衣·-------訂 *-------- (請先閱讀背面之注意事項丨填寫本頁) 4.5 26 Ο Ο Α7 _Β7 _ 五、發明說明（S ) 成選擇。 就凹坑腐蝕而言，顯示對應每平方公分一個凹坑之機 率的電位Et。就裂隙腐餓而言，顯示在各種不同pH之2Μ NaCl溶液裡測試的臨界電流密度i値。就一般腐鈾而言， 顯示在2M H2S〇4酸溶液內的臨界電流密度i値。晶粒間腐 鈾的結果係以重量損失Am和以微米表示的最大裂痕深度 的形式而顯示於表4。 . 訂· I (請先閱讀背面之注意事項彳填冩本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鋼 C Si 1 Mn Νι Cr Μο Cli S Ippm) ! Ρ ν2 Λ1 Ca (ppm) 〇2 (ppm) Β (ppm) 567 0.047 0.41 8.50 1.59 15.23 0.033 295 40 0.023 0.1 19 <0.005 <5 87 1 / 584 0 081 0.40 7.47 1.07 16.28 0.037 2.70 40 0.024 0.167 <0.005 <2 ΙΟΙ / 592 0.046 0.43 8.48 1.61 15.38 0.045 j 〇] 30 ϋ.024 0 202 <0.005 <5 106 丨 594 0.107 0 40 SJO L63 15.28 0.046 3.00 40 0.024 0.215 <0.005 <5 89 596 0.1 !6 0.40 8.56 1.62 15 2S 0.045 3.01 40 0 024 0.130 <0.005 <5 98 / 720 0.068 0.42 8.42 1.06 1641 0.047 3,05 29 0.025 0.202 <0 005 5 90 / 723 0.069 0.41 8.3L 1.06 15.46 0.051 3 02 27 0.025 0.170 <0,005 3 95 I 774 0075 0.76 S.55 1.09 15.27 0.049 3.02 9 0.026 0.196 0,010 3 21 <5 783 0.071 0.70 8.54 101 15.26 0.051 3.03 64 0.023 0.188 0.003 <2 34 <5 800+ 0.076 0.52 6.64 2.71 16.45 0.052 3.04 12 0.026 0.150 0.005 4 28 <5 801* 0 076 0.59 6.05 1.63 16.36 0.052 3.04 10 0.025 0.IS2 0.010 <2 30 <5 804* 00.70 0.57 5.97 1.62 16.39 0.052 2,01 0.023 0.209 0.005 3 23 <5 805 0.073 0.61 6.00 049 16.35 0.052 3.01 S 0.023 0.240 0,004 4 38 <5 806+ 0.073 0.57 5.94 1.61 17.44 0.056 3.02 12 0 025 0.245 0.001 <2 40 <5 SI7 0.072 0.60 7.41 0.50 16,42 0.051 3.06 9 0.025 0.202 0,006 <5 48 <5 836 0.052 0.70 7,29 1.63 16.37 0.052 3.05 7 0.023 0.216 0.014 23 5ί 25 838+ 0.050 0.78 7A7 \.0\ Ϊ6.37 0.051 3.04 3 0.023 0.247 0.025 22 47 <5 839 0.051 0.79 7—47 1.02 16.33 0.052 3.05 3 ϋ.022 0262 0.032 24 33 21 S40 0.050 0.82 7.44 0.52 16.35 0.052 3.04 3 0.024 0,266 0.032 20 11 <5 841 0.052 0.80 7.46 0.50 1635 0.051 3,05 4 0.023 0.275 0.029 21 ]2 21 881 0.058 0.74 7.51 L62 16.36 0.049 3.04 6 0,034 0.216 ΟΌ17 <2 30 29 882* 0.056 0.76 7.01 1.6ό 16.38 0.053 3.06 10 0.035 0.212 0.007 5 58 <5 452600 A7 B7 五、發明說明（b ) 表1 :經硏究之低鎳沃斯田鐵型鋼的化學組成 ~~~η j ^ [ Γ | ^ p ^ *本發明之鋼 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） ---------------------訂，-------" (請先閱讀背&之注意事項4填"本頁) 452600 A7

B 五、發明說明（Ί ) 表2:經硏究之對照組鋼的化學組成 鋼 C Si Mn Ni Cr Mo Cu s (ppm) Mb Ti P N Al Ca (ppm) 〇l (ppm) B (ppml A 304 0037 0.424 1.42 862 Ϊ8.08 0 207 0210 10 <0.002 0.004 0.018 0.043 0.007 <2 32 / β 304 0.037 0 385 1 41 8.58 18.23 0.199 0.213 36 <0.002 0.003 0.019 0 041 <0.010 3 8 < C 430 0.036 0.373 0.-16 0 13 16.39 0 023 0.042 30 <0.002 0.004 / 0.026 0.032 / 22 / D 430 Nb 0.024 G.39 0.41 009 Ϊ7.21 0.006 0.006 45 0388 0.005 0.004 0010 0.0015 / 53 / E 430 Nb 0,004 0.25 0.47 0.13 16,46 0.015 / <10 0.335 0.004 / 0-009 0.012 / 32 / F 430 Nb ^— G 430 Nb 0.022 0.43 0.51 0.19 10.03 0,010 0.055 2\ 0.765 0.006 0033 0.045 / 27 / 0.035 0.35 0.40 0.13 16.49 0.014 0.051 75 0.714 0 002 / 0.036 0.021 28 / H 430 Ti 0Ό26 0.32 0.43 0.09 16.83 0.005 <0.002 29 <0.002 0.375 0.007 0.014 <0.002 / 48 / 1 430 Ti 0.025 040 044 ΰ.09 17.45 0004 0.006 42 <0.002 0 382 0.004 0.010 0003 / 69 / --------I I I I I --------訂-丨 if — — — — —(請先閱讀背面之注意事115填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） B7 五、發明說明（p ) 表3 :凹坑、裂隙及一般腐蝕測試的結果 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 凹坑腐蝕 (E丨，mV/SCE) 裂隙腐蝕（2M NaCl) i&;w (μΑ/cnT) 一般腐蝕 (2M H2S04) (μΑ/cm2) 0.02M 0.5M TT i pH= | pH= pH= PH= 第一 第二波 NaCl NaCl 1.5 2.0 2.5 3.0 波峰 峰 584 372 132 359 104 η -ϊ J J 12 50 157 720 317 92 167 79 16 10 0 99 723 265 56 622 160 25 6 712 343 774 405 193 1140 93 4 3 743 329 783 261 / / / / / / / 800* 359 191 84 23 4 3 0 116 801* 494 315 240 24 4 2 0 115 804* 536 316 253 20 6 3 392 160 805 527 236 730 108 5 3 184 156 806* 576 407 92 19 3 2 0 117 836 327 134 135 34 6 2 90 148 840 310 203 247 20 3 2 120 186 841 388 246 461 30 3 3 0 145 881* 422 215 124 13 3 2 0 104 881水淬* 471 281 / / / / / / 882* / / 279 38 4 2 0 112 A-304 583 / / / / / / / B-304 491 317 83 35 21 . 9 0 226 C^30 367 122 / / 25 19 / / D-430 Nb / / / 915 95 12 0 73 ΧΙΟ3 E-430 Nb 385 I / / / / / / F-430Nb 370 I / / / / / / G-430 Nb 320 i / / 440 56 / / H-430 Ti 445 273 / 511 11 0.3 / / 1-430 Ti 517 296 762 401 9 2 0 20 ΧΙΟ3 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------裝·-- (請先閱讀背面之注意事項-彳填寫本頁) 訂！ Λ7 Λ7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 ______ —____ 五、發明說明（？） 表4 :晶粒間腐蝕測試的結果 •--------τ Τ2 650°C-l〇 分鐘 -水淬 Τ’2 650°C-l〇 分鐘 -水淬 Τ1 700°C-30 分鐘 -水淬 TIG熔接 Δ m (毫克) 裂痕 深度 (μηΐ) Δ m (毫克) 裂痕 深度 (μπι) Am (毫克) 裂痕 深度 (μιιι) Am (毫克) 裂痕 深度(μηι) 567 / / / / 4.8 20 5.7 0 584 3.3 0 / / 27.7 2500 2.8 0 592 / / / 1 4.95 65 2.3 50 (熔融區域） 594 5.4' 22 / / 70.6 2500 4.4 50 (熔融區域） 596 9.4 1250 / / 68.9 2500 4.2 0 720 9 250 15.7 537 47 550 4.1 10 723 11 50 / / 16.8 1600 4.5 0 800* 10.7 40 26.0 2500 32.2 500 / / 801* 12.2 20 / 1 31.1 1500 / / 805 5.1 0 / ! 23.1 2500 / / 817 I / 11.5 663 13.9 2500 / / 836 8.6 35 / / 8.0 60 6.2 0 838 / / 6.8 24 6.0 31 / / 839 / / 4.4 32 4.8 34 / / 840 / / 4.7 14 5.6 44 / 1 841 / / 6.4 20 8.3 101 / ! 881* 7.5 90 / / 10.3 75 / / 882* / / / / 7.5 30 / / 針對各種導入本發明組成之合金元素的影響作評估。 硫的影響。 硫對一般腐蝕的行爲沒有影響。在裂隙腐蝕方面，其 稍微降低對腐蝕起始及前進的抗性，當硫含量增加時於大 12 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4规烙（2】〇χ 297公釐） ------------ ^一^ --------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項；填寫本頁) 在526〇 Ο Α7 Β7__ 五、發明說明（W ) 於或等於2.0之酸鹼値下有較高的臨界電流i。另一方面， 其效果於凹坑腐蝕方面更大。藉由將其組成裡含極少量鎳 之鋼組成中的硫含量降低到大約10ΧΗΓ4%的等級，凹坑 腐蝕行爲獲得大幅改善。 從凹坑腐蝕的觀點來看，本發明之鋼具有與AISI 304 對照組鋼或AISI 430 Ti鋼相同的性質，其包含大約30X 10_4%硫，然而具有30X10_4%硫含量的低鎳鋼之行爲類似 AISI 430 Nb對照組鋼。 並未預期到觀察得到之硫對本發明組成的影響。對於 沃斯田鐵對照組鋼或對於430 Nb類型肥粒鐵鋼的影響小很 多而且更均勻，如第3圖所示。 鎳的影響。 已顯示：鎳在一般腐飩以及裂隙腐蝕方面中非常有利 〇 在一般腐蝕方面，1.6%的鎳含量可以獲得類似AISI 304鋼的行爲，然而其顯示0.6%的鎳含量仍不夠的。 在裂隙腐蝕方面，必需有1%的最小鎳含量，以獲得 可接受而且顯著優於AISI Ti類型鋼的抗腐蝕性水準。 然而，鎳含量較佳低於2%以具有良好的凹坑腐蝕行 爲。 第4圖係顯示各種對照組鋼及本發明鋼的裂隙腐蝕行 爲，其係以活性電流値與氯化物溶液酸鹼値之函數曲線顯‘ 示。 活性電流係與腐蝕速度成比例。曲線越接近X軸，腐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4规格 (210 X 297公釐） ^^1 ^1 n n ^i· n I 11 «] n I n· > n n If I 4 (碕先閱讀背面之注意事項/株寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 452600 五、發明說明（M ) 蝕速度越低，因此腐蝕行爲較佳。 銅的影響。 銅在一般腐蝕方面有利。爲了達到等於AISI 3〇4類型 鋼的行爲，鋼804的行爲顯示2%的銅含量可能被視爲不 足，然而3%的銅含量較佳，如鋼801的行爲所示。 所測得的活性電流値列於表3。就鋼804而言，應注 意：第二活性波峰是在-390 mV/SCE的電位處觀察到。該 波峰也必須列入考慮，以決定H2so4酸中的腐蝕速度。 然而，銅對凹坑腐蝕行爲有不利影響，如第1及2圖 或表3所示。銅含量爲3%的鋼801具有比銅含量爲2%之 鋼804更低的凹坑腐蝕電位。因此，本發明之銅含量較佳 限制爲4%。 硼的影響。 硼對一般腐蝕沒有影響。在凹坑腐蝕方面，如第5及 6圖所不，似乎些微利於含有少量耗的鋼，例如鋼8 41，但 是其對例如881及801等不含鈣的鋼不利。對含硼但不含 錦的鋼而言，應該快速淬至1100°C，接著進行水淬，再次 以使其凹坑腐蝕行爲類似不含硼也不含鈣而且僅以空氣淬 火的鋼。 最後’在晶粒間腐蝕的領域中，如表4所示，在一些 情況裡有些微不利的影響。較佳地，本發明之組成不包含 硼元素，或其含量總是低於5X1.0_4%。 鈣的影響。 已經顯不，鈣在凹坑腐蝕方面不利，最特別是在適中 14 本紙張尺度適用中國國家櫟準（CNS)A4規格（2丨ο X 297公爱） 1 11 n ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 I I n ^^1 ^^1 ^^1 ^^1 一 口' I n i 1^1 I-- u] n 1 (請先間讀背面之注意事項/填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 452600 A7 B7 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 五、發明說明（p) 氯化物介質中，亦即使用當量濃度〇·〇2Μ的NaCl °該行爲 示於表3。分別包含23χ10·4%和20χ10'4%鈣的鋼836及 840，具有比不含銘之鋼881(空氣淬火)及805更低的凹坑 腐蝕電位。 爲獲得接近AISI 304對照組及接近AISI 430 Ti鋼的 凹坑腐飽行爲’銘含量必須非常低’亦即低於2 〇 X 1 〇 % ，較佳低於10X w4%。 鉻的影響 鉻在一般腐蝕、凹坑腐蝕及裂隙腐蝕方面有利’如表 3所示，比較鋼584、723、801及806所得的値即可知道 。需要15%的最小含量以確保良好的腐蝕行爲’但是較佳 有16.5%的含量，以獲得相當於AISI 304或AISI 430 Ti 類型之對照組鋼的抗腐蝕性。 在鉻含量高於17%，例如鋼806時，腐蝕性更佳’但 是變成很難獲得具有完整沃斯田鐵結構的鋼。 碳及氮的影響 碳對於晶粒間腐蝕方面的鋼有極大影響。各種碳及氮 含量的鋼係在形成熔接體之後或在熱處理敏化之後，根據 STRAUSS測試進行測試。該測試的結果係列於表4。 可以看出：需要0.07%的最大碳含量，而且0.05%的 較佳含量可以獲得類似AISI 304對照組鋼的腐蝕行爲。0.1 到〇·3%的氮含量是可接受的。 雖然組成中包含極少的鎳，但是本發明鋼的腐蝕行爲 與AISI 304對照組鋼相當。 ------------ --------訂--------I (請先閱讀背面之注意Ϋ項...填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210x 297公釐） d 5 2 6 0 0 B7 五、發明說明（β )而且，本發明鋼的行爲在一般腐蝕及裂隙腐蝕方面極 優於AISI 430 Ti類型鋼的行爲。 ί請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐）

Claims (1)

1. ο 6 pi 5 Ί-τ • 8008 8 AKCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種抗腐蝕低鎳沃斯田鐵不銹鋼，其具有下列以重 量百分比計之組成： 0_01%<碳<0,08%， 〇.1%<矽<1%， 5 %〈猛 < 11 %， 15%〈鉻<17.5%， 1%〈鎳<4%， 1%<銅<4%， 1 X 10'4%〈硫<20X 10.4%， 1 X 1〇-4%<鈣<50父 ΙΟ.4%， 0%〈錯<0.03%， 0.005%〈磷<0]%， 硼々ΧΙΟ-40/。， 氧<0.01%， 其餘量爲鐵及熔煉操作所產生的雜質。 2. 根據申請專利範圍第1項之鋼’其特徵在於組成較 佳爲： 0.01%<碳<0.05% ’ 0_1%<矽<1%， 5%〈錳<11%， 15%<鉻<17%， 1%〈鎳<2%， ' , 2%〈銅<4%， 1X1〇-4%H2〇X1(T4〇/〇， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----,.--------I --------訂·------- (請先閱讀背面之注意事項#寫本頁) ΔΒ 4526 0 0 B8 DS f、申請專利範圍 1 X 10-4%〈鈣<50Χ ΙΟ.4%， 0%<鋁<0.01%， 0.005%〈磷<0.1%， 氧<0.01 %， 其餘量爲鐵及溶煉操作所產生的雜質。 3.根據申請專利範圍第1或2項之鋼，其特徵在於它 進一步包含0.01%至2%的鉬。 J (請先閱讀背面之·;1意事項卢「寫本頁) =° r 經濟部智慧財產局員，工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210 x 297公釐）