NL8001739A - Ferritisch roestvast staal. - Google Patents

Description

. 1

V

Ferritisch roestvast staal.

De uitvinding heeft betrekking op ferritisch roestvast staal.

In de Amerikaanse octrooischriften 3.932.174 en 3.929.473 worden ferritische roestvaststaallegeringèn beschreven 5 met een superieure bestandheid tegen het optreden van scheurtjes-corrosie en tegen het optreden van intergranulaire corrosie. De in die octrooischriften beschreven staallegeringen bevatten 29 % chroom en 4 % molybdeen. Ze hebben ook een maximaal gehalte aan koolstof plus stikstof van 250 gew.dln per miljoen. Er wordt een 10 grens gesteld aan de koolstof- en stikstofgehalten, daar de bestandheid tegen corrosie van de staallegeringen afneemt met stijgende gehalten aan koolstof en stikstof.

Het vereiste van een laag koolstof en stikiof-gehalte van de legeringen volgens de Amerikaanse octrooischrif-15 ten 3.932.174 en 3.929.473 is ongunstig, omdat het de toepassing vereist van duurdere smelttechnieken, bijvoorbeeld inductiesmel-ten onder vacuum.

Volgens de uitvinding wordt nu voorzien in een legering met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met de lege-20 ringen volgens de Amerikaanse octrooischriften 3.929.174 en 3.929.473 waarbij toch niet de dure smelttechnieken nódig zijn waarvan hiervoor sprake was. De legeringen volgens de uitvinding kunnen bijvoorbeeld worden gesmolten en worden gezuiverd onder toepassing van argon-zuurstof-ontkolingsmethoden (AOD-methoden), 25 De legeringen volgens de uitvinding bevatten ten hoogste 2,00 gew.% van de elementen titaan, zirkonium en columbium, waarbij tevens wordt voldaan aan de voorwaarde: 8001739 2 %Ti/6 + %Zr/7 + %Cb/8 _> %C + ZN en hebben een koolstof plus stikstofgehalte van meer dan 275 gew.dln per miljoen. De legeringen worden gekenmerkt door een superieure bestandheid tegen bet optreden van scheurtjescorrosie 5 en van intergranulaire corrosie, door een goede lasbaarheid en door een bevredigende taaiheid, zowel voor als na lassen.

Gezien de hiervoor genoemde verschillen onderscheiden de legeringen volgens de onderhavige uitvinding zich duidelijk van de legeringen volgens de Amerikaanse octrooischrif-10 ten 3.932.174 en 3.929.473. De legeringen onderscheiden zich ook duidelijk van twee andere legeringen die worden beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.957.544 en 4.119.765. De legeringen volgens deze laatstgenoemde twee octrooischriften hebben een maximaal molybdeengehalte dat lager is dan voor de legering vol-15 gens de onderhavige uitvinding wordt vereist.

Gewezen wordt voorts op een artikel "Ferritic Stainless Steel Corrosion Resistance and Economy" door Remus A. Lula, gepubliceerd in Metal Progress, juli 1976, biz. 24-29.

Het ferritische roestvaste staal volgens de onder-20 havige uitvinding dat zich onderscheidt door een superieure bestandheid tegen het optreden van scheurtjescorrosie en van intergranulaire corrosie, door een goede lasbaarheid en door bevredigende taaiheid zowel voor als na lassen, bevat ten hoogste 0,08 gew.% koolstof, ten hoogste 0,06 gew.% stikstof, 25,00 tot 25 35,00 gew.% chroom, 3,60 tot 5,60 gew.% molybdeen, ten hoogste 2.00 gew.% mangaan, ten hoogste 2,00 gew.% nikkel, ten hoogste 2.00 gew.% silicium, ten hoogste 0.,5 gew.% aluminium, ten hoogste 2.00 gew.% van de elementen titanium plus zirkonium plus columbium en bestaat voor de rest praktisch geheel uit ijzer. De som van het 30 koolstof plus het stikstofgehalte is groter dan 0,0275 gew.%.

De gehalten aan titanium, zirkonium en columbium voldoen aan de voorwaarde: %Ti/6 + %Zr/7 + %Cb/8 >_ %C + ZN.

Koolstof en stikstof zijn gewoonlijk aanwezig in hoeveelheden van 35 respectievelijk tenminste 0,005 gew.% en 0,010 gew.% terwijl de som van beide bij voorkeur groter is dan 0,0300 gew.%. Chroom en 8001739 •<*fc »*· 3 molybdeen zijn bij voorkeur aanwezig in hoeveelheden van respectievelijk 28,50 tot 30,50 gew.% en 3,75 tot 4,75 gew.%. Mangaan, nikkel en silicium zijn elk gewoonlijk aanwezig in hoeveelheden van minder dan 1,00 gew.%. Aluminium dat aanwezig kan zijn van-5 wege zijn deoxyderende werking, is gewoonlijk aanwezig in een hoeveelheid van minder dan 0,1 gew.%.

Titaan, columbium en/of zirkonium worden toegevoegd om de bestandheid tegen het optreden van scheurtjescorrosie en van intergranulaire corrosie van de legering volgens de uit-10 vinding te verbeteren, welke legering in zekere zin beschouwd kan worden als een modificatie met een hoog koolstofgehalte plus stikstofgehalte van de legeringen volgens de ‘Amerikaanse octrooi-schriften 3.932.174 en 3.929.473. *

Er werd \astgesteld dat er stabilisatoren kun-15 nen worden toegevoegd aan modificaties van de legeringen volgens de Amerikaanse octrooischriften 3.932.174 en 3.929.473 met een hoog koolstof en/of stikstofgehalte, zonder dat daardoor de taaiheid en/of lasbaarheid van de legering teniet wordt gedaan. Hoewel er de voorkeur aan wordt gegeven om tenminste 0,15 gew.% titaan 20 in de legeringen öp te nemen, omdat de aanwezigheid van columbium alleen een nadelige invloed kan hebben op de lasbaarheid van de legering, is het ook binnen het kader van de uitvinding om de vereiste hoeveelheid stabilisator in de vorm van titaan of van columbium in de legeringen op te nemen. Columbium heeft een gun-25 stige invloed in vergelijking met titaan, op de taaiheid van de legeringen. Een bijzonder gunstige uitvoeringsvorm van de legering volgens de uitvinding wordt gevormd door legeringen die tenminste 0,15 gew.% columbium en tenminste 0,15 gew.% titaan bevatten. Titaan, columbium en zirkonium zijn bij voorkeur aanwezig 30 in hoeveelheden tot 1,00 gew.% waarbij wordt voldaan aan de voorwaarde: %Ti/6 + %Zr/7 + %Cb/8 =* 1,0 tot 4,0 (%C + %N)

Het ferritische roestvaste staal volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor toepassing bij gelaste 35 voorwerpen met een dikte van niet meer dan 1,75 mm (gewoonlijk niet meer dan 1,24 mm en is in het bijzonder geschikt voor toe- 8001739 4 passing in de vorm van gelaste condensorbuizen met een wanddikte van 0,65 tot 0,92 mm.

De volgende voorbeelden illustreren verschillende aspecten van de uitvinding.

5 Gietblokken uit 15 verschillende legeringen (de legeringen A t/m 0) werden verwarmd op 1121°C, heet gewalst tot een strook met een dikte van 3,1 mm, ontlaten bij temperaturen van 1065 tot 1121°C, koud gewalst tot stroken met een dikte, van 1,55 tot 1,63 mm en ontlaten bij temperaturen van 1065 10 tot 1121°C. Monsters uit de stroken werden vervolgens onderzocht op bestandheid tegen het optreden van scheurtjescorrosie. Andere monsters werden in een inert gas atmosfeer met een niet-afsmel-tende elektrode gelast (TIG-lassen) en werden beoordeeld op bestandheid tegen optreden van scheurtjescorrosie en van intergra-15 nulaire corrosie.

De chemische samenstelling van de gebruikte legeringen is vermeld in tabel A.

'!

800173S

5

4J4J4JW+J +J4J4J+J 4J4J4-1+J-P+J

(UMWCOWWMMCOCOCnW MWWM cl, ju a) <u <u <u -<u <u «> <ü- (U <u <u a> <u- ω ootnai o (OtoM (Ί 'ί'ί'ί'ί

Ml I I I I I ΛΛΛ| λλπλλ u 1 1 1 ‘ o O O 0 0.0 0 0 — vO O — vO O O O C* O O - •H Μ η N ·ί Ό 'i N i/l N O " N (*1 Λ Λ Λ Λ Α Λ | I ΛΛΛΛΛΛΛ o o o o o o 0 0 0 0-0 0 0 r-ic^Ofnfntnirio-<i-voa>pr^oiop ^ΟΟΟ Ο ΟΟΟ ΟΟΟΟΟΟΟΟ Λ Λ A Λ Α Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ * Λ Λ 0.0-0 Ο 0 0 0 0 0-0 0 0 0 0 Ο

•H <r <i-c,o<ffriCN! 0oóc^\Dr^air'Lnoo cofOco fnMtncnn-ii'cocnrocMcn'cfCM

Λ Λ η·νΛ·> ·> - - οοοοοοοοοοοοοοο Γ.ΟΐΟΐ σιΟΟΙ-ιΟ ^ιΟ'ΰ 'ΐΛΌ^-· Γΐη^ΜΝ!,1Ν'ί<ίΐΛ·ί'ϊ'Τ'ί·ί1π οοοοοοοοοοοοοοο <; · ίΝΜΝΝΙΊΝΡί ηη/Πηη'ί'ίη Λ Λ Λ Λ Α Λ Λ Λ Λ Λ Α Λ * Λ»Λ· ,Η φ Ο Ο Ο Ο 0 0 0 0 0 0 0 0.0 0 0 - <U Ö0 CÖ Η *0 Pi ^ 0 — 0 ΟΊ c-1 —ι Ν ·ΐ ·ί Ο Μ νΟ Ο Ο Ο iH OO OOO OOOOOCM — OCSCN — Λig - -- -- -- - - -- - - --

W

Ö <u

C

S σ,οοοοιηοο — oocNvoiTivommiN

co ο<^οο οοο--οσ,οσ>οΓ^ιπ □ oieooidiooojoi oi cöooflicocoM oi ννννμνμ μννννμνν ν μ « m -d- rOiOvOO LO’^/nr^vO-d· ΝΝΝ---«-"ΜΝΝΜΜΜ ^οοοοοοοοοοοοοοο ΛΛΛΛΑΛΛλΛΛΛΛΛΛΛ οοοοοοοοοοοοοοο csistor^-cri'd'inocrioo — ^·ιλ<ν ϋ-ίΐοΝίΠίΊβ-ηΝίΊηηηηη οοοοοοοοοοοοοοο

Λ Λ Α Α Λ Λ Λ Λ Λ Α Α Λ A A A

ο ο οοοο οοο οοοοοο 1 8001739 η

μ<ΐΡΡϋΡΜΐίι. üSh^^iJSSO

α) ω 0) 1-4 6

Verdere cijfers met betrekking tot deze legeringen zijn vermeld in tabel B.

Tabel B

Legering %C + %N %Ti/6 + %Zr/7 + %Cb/8 5 A 0,064 0,052 B 0,086 0,057 C 0,041 0,043 D 0,056 0,067 E 0,053 0,102 10 F 0,077 0,110 G 0,030 0,048 H 0,046 0,066 I 0,048 0,082 J 0,055 0,083 15 K 0,056 0,073 L 0,056 0,071 M 0,061 0,083 N 0,061 0,086- 0 0,056 0,107 20 Opgemerkt wordt dat de legeringen A en B een samenstelling hebben die niet voldoet aan de voorwaarde volgens de uitvinding. Deze legeringen voldoen met name niet aan de voorwaarde :

%Ti/6 + XZr/7 + ZCh/8 > ZC + ZN

25 De bestandheid tegen optreden van scheurtjes- corrosie werd bepaald door monsters van 2,5 bij 5 cm met een geslepen oppervlak gedurende 72 h in een 10 %’s ijzer(III)chloride-oplossing te dompelen. De beproeving vond plaats bij temperaturen van 35 en 50°C. Scheurtjes werden teweeg gebracht in de randen 30 en in de oppervlakken door gebruik te maken van blokken van polytetrafluoretheen aan de voor en achterzijde die op hun plaats werden gehouden door middel van paren rubber wanden die, na uitrekken onder een hoek van 90° ten opzichte van elkaar in de lengterichting en in de dwarsrichting om de monsters waren aange-35 bracht. De betreffende proef wordt beschreven in "Designation": G48-76 van de American Society For Testing And Materials.

8001739 * *£ -* 7

De resultaten van de bepaling zijn weergegeven in tabel C.

Tabel G

Scheurtjescorrosieproef in 10 %’s ijzer(III)chloride- 5 oplossing.______

Gew.verlies (g)

Legering Basislegering na lassen na lassen __ 50°C 55°C 50°C

A 0,0 0,0 0,4195 10 B 0,8519 0,0198 0,5783 C 0,0 0,0001 V 0,0004 % ' ' D 0,0 - 0,0 E 0,0 0,0 0,0 F 0,0 0,0001 0,0 .15 G - - 0,0 H - - - I - - 0,0 J - - . 0,0003 K - - ··' 0,0 20 L - - 0,0 M - - 0,0 N - - 0,0 0 - - 0,0013

Uit tabel G ziet men dat de bestandheid tegen 25 het optreden van scheurtjescorrosie van de legeringen C t/m G en van de legeringen I t/m 0 superieur is ten opzichte van die van de Igeringen A en B. De legering B in niet gelaste toestand (Basislegering) gaf een gewichtsverlies te zien van 0,8519 g.

De gelaste legeringen A en B gaven een gewichtsverlies, te zien 30 van respectievelijk 0.4195 en 0,5783 g. Wezenlijk is hierbij dat de legeringen A en B buiten het kader van de uitvinding vallen. Anderzijds zijn de legeringen C t/m G en I t/m 0 legeringen volgens de uitvinding.

De bestandheid tegen intergranulaire corrosie 35 werd vastgesteld door monsters van 2,5 bij 5 cm met een geslepen oppervlak gedurende 120 h te dompelen in een kokend mengsel van 8001739 8 kopersulfaat en 50 % zwavelzuur. De gebruikelijke kriteria bij deze proef zijn dat een legering als goed wordt beoordeeld wanneer de corrosiesnelheid kleiner is dan 0,6 mm/jaar (0,05 mm/maand) en bij microscopisch onderzoek een bevredigend aanzien hebben. Deze 5 proef wordt aanbevolen voor gestabiliseerde ferritische roest-vaststaal-legeringen met een hoog chroomgehalte.

De resultaten, van deze beoordeling zijn vermeld in tabel D.

Tabel D

10 Corrosieproef met kopersulfaat - 50 % zwavelzuur

Corrosiesnelheid - als na lassen -- f

Legering mm/jaar mm/maand Microscopisch onderzoek _ _ _ na lassen (vergr. 30 x) A 0,205 0,017 15 B 3,525 0,295 C 0,171 0,014 D 0,249 0,021 Ξ 0,140 0,012 F 0,275 0,023

20 G 0,144 0,012 NAX

H -

I 0,157 0,013 NA

J 0,165 0,014 NA

K 0,140 0,012 NA

25 L 0,131 0,011 NA

M 0,145 0,012 NA

N 0,132 0,011 NA

0 0,159 0,013 NA

geen intergranulaire aantasting.

30 Uit tabel D blijkt dat alleen legering B bij deze proef niet voldeed. Legering B had een corrosiesnelheid van 3,525 mm per jaar. Zoals hiervoor reeds aangegeven is legering B eén van de twee legeringen die niet onder de uitvinding vallen. Deze legering wijkt echter sterker af van de legeringen volgens de uit-35 vinding dan legering A doordat ze een lagere verhouding van titaan tot koolstof plus stikstof heeft.

800 1 7 39

V

9 «e· -τ'·

De taaiheid werd bepaald door de overgangs-temperatuur te bepalen onder toepassing van proefstukken voor Charpy V-kerfslagproeven zowel uit heet gewalst en ontlaten materiaal ( proefmonsters van 3,125 x 9,85 mm) 5 en voor monsters uit gelast materiaal (monsters van 1,55 tot 1,625 mm x 9,85 mm). De overgangstemperatuur werd gebaseerd op het optreden van een 50 % ductiele - 50 % brosse breuk. De overgangstemperaturen zijn vermeld in tabel E.

Tabel E

10 Overgangstemperatuur (°C)

Legering Als gelast Heet gewalst en ontlaten A -3,9 (1) 73,9 (3) B 15,6 (1) 85 (3) C 26,7 (1) 68,3 (3) 15 D 46,1 (1) 85 (3) E 118,3 (1) 90,6 (3) F 104,4 (1) 87,8 (3) G -37,2 (2) 35 . . (4) H - 48,9 (4) 20 I 35 (2) 71,1 (4) J 43,3 (2) 54,4 (4) K 15,6 (2) 48,9 (4) L 32,2 (2) 43,3 (4) M 40,6 (2) 57,2 (4) 25 N 68,3 (2) 60 (4) 0 54,4 (2) 98,9 (4) (1) Strook ontlaten voor het lassen bij 1121°C - aan de lucht gekoeld 30 (2) Strook ontlaten voor het lassen bij 1065°C - afgeschrikt met water (3) Ontlaten bij 1121°C - afgeschrikt met water; proef in de dwarsrichting (4) Ontlaten bij I065°C - afgeschrikt met water; proef in de 35 dwarsrichting.

De overgangstemperaturen geven aan dat het staal 8001739 10 volgens de uitvinding koud kan worden gewalst in een gewenste vorm kan worden gebracht en kan worden gelast, hoewel enig voorverhitten soms gewenst kan zijn. De columbium bevattende monsters hadden lagere overgangstemperaturen dan de titaan bevattende mon-5 sters. De monsters die zowel titaan als columbium bevatten hadden overgangstemperaturen tussen die van de columbium bevattende en de titaan bevattende monsters.

De uitvinding kan, zoals duidelijk zal zijn, worden uitgevoerd met allerlei modificaties en variaties zonder 10 buiten het kader van de uitvinding te komen.

8001739

Claims (8)

1. Ferritisch roestvast staal, in hoofdzaak bestaande uit ten hoogste 0,08 gew.% koolstof, ten hoogste 0,06 gew.% stikstof, 25,00 tot 35,00 gew.% chroom, 3,60 tot 5,60 gew.% 5 molybdeen, ten hoogste 2,00 gew.% mangaan, ten hoogste 2,00 gew.% nikkel, ten hoogste 2,00 gew.% silicium, ten hoogste 0,5 gew.% aluminium, ten hoogste 2,00 gew.% van de elementen titaan, zirko-nium en columbium te zamen, rest praktisch geheel ijzer, waarbij het titaan, zirkonium en columbium aan-wezig zijn in zodanige hoe- 10 veelheden dat wordt voldaan aan de voorwaarde: %Ti/6 + %Zr/7 + %Cb/8 > %C + %N terwijl de som van het koolstof plus het stikstofgehalte groter is dan 0,0275 %.

2. Ferritisch roestvast staal volgens conclusie 15 1, met het kenmerk, dat het tenminste 0,005 gew.% koolstof en ten minste 0,010 gew.% stikstof bevat en dat de som van het koolstof plus het stikstofgehalte groter is dan 0,0300 gew.%.

3. Ferritisch roestvast staal'volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het 28,50 tot 30,50 gew.% chroom 20 bevat.

4. Ferritisch roestvast staal volgens conclusie 1-3, met het kenmerk, dat het 3,75 tot 4,75 gew.% molybdeen bevat.

5. Ferritisch roestvast staal volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ten hoogste 1,00 25 gew.% van de elementen titaan, zirkonium en columbium tezamen bevat waarbij wordt voldaan aan de voorwaarde: %Ti/6 + %Zr/7 + %Cb/8 = 1,0 tot 4,0 (%C + %N).

6. Ferritisch roestvast staal volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het tenminste 0,15 30 gew.% titaan bevat.

7. Ferritisch roestvast staal volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het tenminste 0,15 gew.% columbium bevat.

8. Ferritisch roestvast staal volgens een der voorgaande conclusies,met het kenmerk, dat het tenminste 0,005 35 gew.% koolstof, tenminste 0,010 gew.% stikstof, 28,50 tot 30,50 gew.% chroom, 3,75 tot 4,75 gew.% molybdeen, ten hoogste 1,00 8001739 gew.% van de elementen titaan, zirkonium en columbium tezamen waarbij wordt voldaan aan de voorwaarde %Ti/6 + %Zr/7 + %Cb/8 « 1,0 tot 4,0 (%C + %N) terwijl de som van het koolstof plus het stikstofgehalte groter 5 is dan 0,0300 gew.%. 8001739