DE1194587B

DE1194587B - Verwendung von austenitischen Stahllegierungen als Werkstoff fuer geschweisste Bauteile, die dem Angriff von Seewasser und/oder Meeres-atmosphaere ausgesetzt sind

Info

Publication number: DE1194587B
Application number: DEP31955A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ewald Baerlecken; Dr-Ing Klaus Lorenz; Dipl-Ing Dr-Ing George Medawar
Original assignee: VER HUETTEN und ROEHRENWERKE; Phoenix Rheinrohr AG
Current assignee: VER HUETTEN und ROEHRENWERKE; Phoenix Rheinrohr AG
Priority date: 1963-06-06
Filing date: 1963-06-06
Publication date: 1965-06-10
Also published as: NL6406370A; GB1062658A

Description

Verwendung von austenitischen Stahllegierungen als Werkstoff für geschweißte Bauteile, die dem Angriff von Seewasser und/oder Meeresatmosphäre ausgesetzt sind Nichtmagnetisierbare Stahllegierungen haben in letzter Zeit als Werkstoff für den Bau von U-Booten erhebliche Bedeutung gewonnen. Unter nichtmagnetisierbaren Stahllegierungen sollen hier nur solche verstanden werden, deren Permeabilität sowohl bei der Verarbeitung, beispielsweise Erwärmen und Schweißen, als auch bei den während des Gebrauchs auftretenden Beanspruchungen kleiner als 1,01 G/Oe ist. Für diesen Zweck wurden vor allem Stahllegierungen mit etwa 0;40% Kohlenstoff, 18% Mangan, 40% Chrom, 0,10% Stickstoff verwendet, die im lösungsgeglühten Zustand eine Streckgrenze von mehr als 40 kp/mm2 haben. Irrtümlicherweise wurde zunächst angenommen, daß diese Stähle gegen Spannungsrißkorrosion beständig sind. Diese Annahme beruht auf der Feststellung, daß bei Beanspruchungen durch die für austenitische Stähle übliche 'Magnesiumchloridlösung unter gleichzeitiger Biegebeanspruchung keine Rißbildung auftrat. Dagegen wurde bei Untersuchungen dieser Stahllegierungen im geschweißten Zustand in kochendem Seewasser bei einer Spannung, die 900% der Streckgrenze beträgt, festgestellt, daß diese Proben in der wärmebeeinflußten Zone bereits nach 15 Stunden vollständig durch Spannungsrißkorrosion zerstört wurden. Tatsächlich sind bei den aus derartigen Stählen gefertigten U-Booten schon nach mehrmonatigem Einsatz Risse aufgetreten, die ihre weitere Verwendung in Frage stellen.
Stahllegierungen mit 18% Chrom und etwa 8% Nickel sowie mit Gehalten an Molybdän sind zwar gegen Seewasser weitgehend unempfindlich, weisen aber nur im kaltverfestigten Zustand genügend hohe Streckgrenzenwerte auf, so daß aus derart kaltverfestigten Stahlblechen keine Bootskörper hergestellt werden können. Da aber diese Stahlbleche nur durch Warmbiegen und Schweißen für diesen Zweck weiterverarbeitet werden können, werden durch diese Erwärmung der Stahlbleche zonenweise die Rekristallisationstemperaturen erreicht, und die Streckgrenzenwerte sinken wieder ab. In solchen Fällen kann die rechnerische Stabilität der Boote nicht mehr gewährleistet werden. Das gleiche gilt für Stahllegierungen mit 16 bis 30% Chrom, 7 bis 20% Nickel, bis 0,20% Kohlenstoff und 1 bis 5% Molybdän, denen entweder 1,5 bis 5% Mangan oder bis 4% Mangan und mindestens 4 - C an Niob zulegiert sind. Weiterhin sind austenitische Stähle mit etwa 0,05% Kohlenstoff, 0,5% Mangan, 23% Chrom, 50% Nickel und 0,280% Stickstoff bekannt, die zwar im geglühten Zustand eine Streckgrenze von etwa 55 kp/mm2 aufweisen, jedoch nicht als amagnetisch - im vorstehenden Sinne anzusehen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegierung mit einer Streckgrenze (0,2-Grenze) von mehr als 40 kp/mm2 im nichtkaltverfestigten Zustand vorzuschlagen, die als Werkstoff für nichtmagnetisierbare, dem Angriff von Seewasser und/oder Meeresatmosphäre ausgesetzte geschweißte Bauteile geeignet ist, wobei nach dem Schweißen keine nachträgliche Wärmebehandlung erforderlich ist. Dabei soll unter dem Begriff »nichtkaltverfestigt« verstanden werden, daß die verwendeten Werkstoffe bei der Herstellung nicht zum Zwecke der Erhöhung der Streckgrenze kaltgewalzt oder auf andere Weise kaltverformt sind. Kaltverformungen, wie z. B. bei der Verarbeitung notwendig, können dagegen ohne Beeinträchtigung der sonstigen Eigenschaften durchgeführt werden. Insbesondere sollen diese Stahllegierungen als Wrkstoff für den Stahlkörper von Unterseebooten verwendet werden. Erfindungsgemäß werden hierfür austenitische Stahllegierungen mit max. 0,07% Kohlenstoff max. 0,7% Silizium 4 bis 12% Mangan 22 bis 15% Chrom 16 bis 6% Nickel 0,23 bis 0,4% Stickstoff 3% und weniger Molybdän Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Begleitelementen und Verunreinigungen verwendet.
Im Falle von niedrigen Gehalten an Kohlenstoff und Stickstoff sind die Chrom- bzw. die Molybdängehalte sowie der Nickelgehalt innerhalb der angegebenen Bereiche hoch zu wählen und umgekehrt.
Für ein optimales Verhältnis dieser Elemente ist die Anwendung folgender Regeln zu empfehlen: 1. 33 mal (0/11 C + 11/11 N) + 0,8 mal 0/11 Cr + 1.5 mal 0/11 Mo > 28.
2. 0/11 Cr +- 0/11 Mo < 10 + 16 mal (0/11 C + 0/11 N) + 0,7 mal 0/11 Ni - 0,05 mal % Mn.
Eine unbedeutende Abweichung von den optimalen Verhältnissen ergibt sich, wenn in den Formeln noch folgende Toleranzen vorliegen: Formel 1 (33 ± 2) mal (0/11 C + 0/11 N) + (0,8 0,05) mal 0/11 Cr + (1,5 + 0,1) mal 0/11 Mo > 28. Formel 2 %Cr+O/oMo<10+(16+1) mal (0/11 C + 0/11 N) + (0,7 + 0,1) mal 01o Ni - (0,05 + 0,02) mal 0/11 Mn. Für den vorgenannten Verwendungszweck werden vor allem folgende austenitische Stähle mit folgender Legierungszusammensetzung empfohlen: 0,03 bis 0,07% Kohlenstoff; 0,3 bis 0.5% Silizium, 5 bis 801o Mangan, 18,5 bis 16,5% Chrom, 13 bis 9% Nickel.
0,3 bis 0.401o Stickstoff, 2,5 bis 1.5010 Molybdän, wobei 0/11 Cr + 1,9 mal 0/11 Mo > 21 ist, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel, oder 0,03 bis 0.07% Kohlenstoff; 0.3 bis 0,5% Silizium, 5 bis 8% Mangan, 18,5 bis 16,5% Chrom, 2,5 bis 1.5% Molybdän, 13 bis 9% Nickel, wobei der Nickelgehalt über 10,5% liegt, falls 0/11 Chrom + mal 0/11 Molybdän >l9,5 ist, 0,17 bis 0,270% Stickstoff; 0,05 bis 0,15% Niob, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel.
Durch einen kleinen Gehalt an Niob werden die Eigenschaften der Stähle noch verbessert, insbesondere wird die Streckgrenze weiter erhöht.

In der Tafel I sind beispielsweise einige der erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierungen aufgeführt. Die Eigenschaften dieser Stähle im lösungsgeglühten Zustand sind in der Tafel 1I wiedergegeben und nach DIN 50125 gemessen. Die angegebene Permeabilität wird auch bei Erwärmung auf Temperaturen über 400°C und durch Schweißen in der Schweißeinflußzone nicht verschlechtert. Die Standzeiten wurden an geschweißten und ungeschweißten Proben ermittelt, die in kochendem, mit Sauerstoff durchperltem Seewasser mit 900% ihrer Raumtemperaturstreckgrenze beansprucht waren.

Tafel I

Bez. %C 11/o si 11/o Mn 11,10M0 11/o Cr 11(o Ni o 0

111N (oNb

A ........... 0,06 0,34 11,2 - 19,1 9,8 0,35 -

B ........... 0,03 0,46 10,1 1,5 18,5 10,1 0,30 --

C ........... 0,05 0,34 6,7 1,6 18,1 9,5 0,25 0,12

Tafel II

Technologische Eigenschaften Permeabilität G/ 0e

Standzeit

ab,2 a'B (55

kp/n,m2 0/11 0/11 unverformt kaltverformt [ Stunden

A . . . . . . . . . . . 42,7 79,2 48 69 1,003 1,002 > 1000

B . . . . . . . . . . . 40,5 77 46 72 1,005 1,005 > 1000

C . . ....... .. 47,2 82 44 67 1,006 1,005 > 1000

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung von austenitischen Stahllegierungen mit max. 0,070% Kohlenstoff; max. 0,701o Silizium, 4 bis 12% Mangan, 22 bis 15% Chrom, 16 bis 6% Nickel, 0,23 bis 0,4% Stickstoff, 30io und weniger Mol_ybdän, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Begleitelementen und Verunreinigungen als Werkstoff für nichtmagnetisierbare, nichtkaltverfestigte, dem Angriff von Seewasser und/oder Meeresatmosphäre ausgesetzte geschweißte Bauteile mit einer Streckgrenze von mehr als 40 kp/ mm2. die nach dem Schweißen keiner Wärmenachbehandlung bedürfen.
2. Verwendung von im Anspruch 1 genannten Stahllegierungen mit der Maßgabe, daß die Bedingungen 1. 33 mal (% C + % N) + 0.8 mal 0lo Cr + 1,5 mal % Mo > 28. 2. 0io Cr + % Mo < 10 + 16 mal (% C + o/o N) + 0,7 mal 0/0 Ni - 0,05 mal 01o Mn erfüllt sind, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung von austenitischen Stahllegierungen nach Anspruch 1 mit 0,03 bis. 0,07% Kohlenstoff; 0,3 bis 0,5% Silizium, 5 bis 8% Mangan, 18,5 bis 16,5% Chrom, 13 bis 9% Nickel, 0,3 bis 0,4% Stickstoff, 2,5 bis 1,5% Molybdän, wobei 0% Chrom + 1,9 mal % Molybdän > 21 ist. Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung von austenitischen Stahllegierungen nach Anspruch 1 mit 0,03 bis 0,07% Kohlenstoff, 0,3 bis 0,5% Silizium, 5 bis 8% Mangan, 18,5 bis 16,50% Chrom, 2,5 bis 1,5% Molybdän, 0,17 bis 0,270% Stickstoff, 13 bis 9% Nickel, wobei der Nickelgehalt > 10,50% ist, falls % Chrom mal % Molybdän > 19,5% ist, die außerdem 0,05 bis 0,15% Niob enthalten, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung von austenitischen Stahllegierungen nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis 4 als Werkstoff für den Stahlkörper von Unterseebooten. In Betracht gezogene Druckschriften Französische Patentschrift Nr. 821603.