DE19631712A1 - Austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-Stahllegierung - Google Patents
Austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-StahllegierungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine korrosionsbestän
dige austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-Stahllegie
rung.
Eine austenitische Stahllegierung mit guter Warmbear
beitbarkeit und Lochfraßbeständigkeit gegenüber halo
genidischen Medien, beispielsweise Seewasser, ist aus
der deutschen Patentschrift 27 03 756 bekannt und ent
hält 0,013% Kohlenstoff, 0,57% Mangan, 0,36% Silizium,
0,192% Stickstoff, 19,7% Chrom, 6,2% Molybdän, 18,3%
Nickel und 1,01% Kupfer, Rest Eisen; sie besitzt einen
verhältnismäßig hohen Molybdängehalt, ohne die Gefahr
einer Rißbildung beim Warmwalzen aufgrund des höheren,
den Existenzbereich der versprödenden Sigma-Phase in
Richtung höherer Temperaturen normalerweise ausweiten
den Molybdängehalts. Die Legierung ist jedoch als Guß
produkt durch eine geringe Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere Lochfraß- und Spalt-Korrosionsbeständig
keit in chloridischen Medien, gekennzeichnet.
Aus der europäischen Offenlegungsschrift 0 438 992 ist
des weiteren eine austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-
Stahllegierung mit bis 0,08% Kohlenstoff, bis 1,0%
Silizium, über 0,5 bis unter 6% Mangan, über 19% bis
28% Chrom, über 17% bis 25% Nickel, über 7% bis 10%
Molybdän, 0,4 bis 0,7% Stickstoff, bis 2% Kupfer und
bis 0,2% Cer, Rest Eisen bekannt, die infolge erhöhter
Gehalte an Stickstoff, Mangan, Chrom, Molybdän und
Nickel eine im Vergleich zu anderen Nickel-Legierungen
bessere Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorro
sion besitzt und bei hoher Zugfestigkeit schweißbar
sein soll. Die höheren Gehalte an Legierungselementen
führen jedoch zu einer Verteuerung und zu Schwierig
keiten beim Erschmelzen der Legierung sowie zu einer
Beeinträchtigung der Schweißbarkeit.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine
austenitische Stahllegierung, insbesondere Gußstahlle
gierung mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere Lochfraß- und Spalt-Korrosionsbeständig
keit in chloridischen Medien, sowie hoher Festigkeit
bei guter Vergießbarkeit und Schweißbarkeit zu schaf
fen, die sich beispielsweise als Werkstoff für Teile
von Bohrinseln und andere seewasserbeanspruchte
Gegenstände eignet.
Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf dem Gedanken,
hierfür bestimmte Mengen refraktärer Elemente einzu
setzen, um die E- und Pi-Phasenbildung zu minimieren.
Im einzelnen besteht die Erfindung in einer Chrom-
Nickel-Molybdän-Stahllegierung mit bis 0,05% Kohlen
stoff, bis 2,0% Mangan, bis 0,50% Silizium, 17,0 bis
26,0% Chrom, 4,5 bis 7,0% Molybdän, 16,0 bis 24,0%
Nickel, 0,15 bis 0,30% Stickstoff, 0,05 bis 0,60%
Wolfram, 0,20 bis 0,60% Niob und 0,02 bis 1,3% Tantal,
Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verun
reinigungen Eisen, die den Bedingungen:
[(%Nb) + (%Ta)]/(%W) = 1,2 bis 8
und
(%Nb)/(%Ta) = 0,45 bis 18,3
genügt.
Vorzugsweise besteht die Legierung im Hinblick auf
eine optimale Korrosionsbeständigkeit aus 0,017% Koh
lenstoff, 0,30% Mangan, 0,21% Silizium, 0,15 bis 0,30%
Stickstoff, 18,1% Nickel, 21,3% Chrom, 6,1% Molybdän,
0,05 bis 1,6% Wolfram, 0,20 bis 0,60% Niob und 0,02
bis 1,3% Tantal, Rest einschließlich erschmelzungsbe
dingter Verunreinigungen Eisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs
beispielen und Diagrammen des näheren erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine grafische Darstellung der kritischen
Lochfraßtemperatur nach ASTM G 48-76 in
Abhängigkeit von dem Lochfraß-Äquivalent
(PREN) für eine herkömmliche Knetlegierung,
(UNS-S31254) eine Gußstahllegierung nach der
deutschen Patentschrift 27 03 756 sowie eine
herkömmliche und eine erfindungsgemäße
Gußstahllegierung,
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Zugfestigkeit
in Abhängigkeit vom Lochfraß-Äquivalent für
eine herkömmliche austenitische Gußstahlle
gierung und eine erfindungsgemäße Gußstahlle
gierung,
Fig. 3 und Fig. 4 eine grafische Darstellung der Zugfestigkeit
in Abhängigkeit von den erfindungsgemäß auf
einander abgestimmten Gehalten an Niob, Tan
tal und Wolfram im Vergleich zu einer Guß
stahllegierung nach der deutschen Patent
schrift 27 03 756 sowie einer anderen her
kömmlichen Stahllegierung und
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Lochfraßbe
ständigkeit erfindungsgemäßer Legierungen im
Vergleich zu einer Gußstahllegierung nach der
deutschen Patentschrift 27 03 756.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Zusammensetzun
gen einer herkömmlichen rostfreien Gußstahllegierung 1
nach der deutschen Patentschrift 27 03 756, einer her
kömmlichen Gußstahllegierung 2 sowie erfindungsgemäßer
Legierungen 3 bis 6 zusammengestellt, die mit einem
jeweiligen Gewicht von 100 kg in einem Mittelfrequenz
ofen an Luft erschmolzen wurden.
Neben den in der Tabelle im einzelnen angegebenen
Legierungsbestandteilen enthielten die Legierungen bei
austenitischen rostfreien Stählen übliche erschmel
zungsbedingte Verunreinigungen, darunter unter 0,025%
Phosphor und unter 0,007% Schwefel.
Die Bedeutung der Gehalte an Chrom, Molybdän und
Stickstoff für die Beständigkeit gegen Lochfraß und
Spaltkorrosion läßt sich anhand des Lochfraß-Äquiva
lents:
PREN = (%Cr) + 3,3·(%Mo) + 16·(%N)
aufzeigen. Die in einer Standard-Versuchslösung nach
ASTM G 48-76 ermittelten kritischen Lochfraß-Tempera
turen belegen nach dem Diagramm der Fig. 1, daß sich
bei erfindungsgemäß aufeinander abgestimmten Gehalten
der Elemente Niob, Tantal und Wolfram kritische Loch
fraß-Temperaturen erreichen lassen, die mindestens
ebenso gut sind wie bei herkömmlichen, jedoch höher
legierten rostfreien Knetlegierungen und Nickelbasis-
Legierungen. So belegen die Diagramme der Fig. 1 und
2, daß sich die erfindungsgemäßen Legierungen trotz
eines verhältnismäßig geringeren PREN-Werts von unter
46 durch eine merkliche Verbesserung ihrer Korro
sionsbeständigkeit und ihrer mechanischen Eigenschaf
ten auszeichnen.
Im einzelnen wurden die Versuche zur Bestimmung der
Lochfraß-Beständigkeit im Temperaturbereich nach ASTM
G 48-76 unter Verwendung einer 6% FeCl₃ enthaltenden
Lösung anhand von lösungsgeglühten und mit Wasser
abgeschreckten Proben bestimmt. Bei den Versuchen
wurde die kritische Lochfraß-Temperatur in der Weise
bestimmt, daß die Grenztemperatur bestimmt wurde, bei
der an der Probenoberfläche nach einer 72-stündigen
Verweildauer in der FeCl₃-Lösung noch keine Korrosion
auftrat. Die Grenztemperatur wurde mit einer Genauig
keit von ± 2,5°C eingehalten. Eine hohe Grenztempe
ratur ist von Vorteil, weil sie Ausdruck einer hohen
Korrosionsbeständigkeit ist.
Die Zugversuche wurden unter Verwendung von lösungsge
glühten und mit Wasser abgeschreckten Doppel-Proben
bei Raumtemperatur durchgeführt. Die dabei festge
stellten mittleren Zugfestigkeiten in Abhängigkeit von
den erfindungsgemäß aufeinander abgestimmten Gehalten
an Niob, Tantal und Wolfram geben die Diagramme der
Fig. 3 und 4 wieder; sie zeigen die merkliche Verbes
serung der Festigkeit unter Beibehaltung einer ange
messenen Duktilität.
Der Kurvenverlauf im Diagramm der Fig. 5 zeigt, daß
die erfindungsgemäßen Legierungen im Vergleich zu her
kömmlichen gegossenen austenitischen rostfreien Stahl
legierungen oder Nickelbasis-Legierungen selbst bei
den beträchtlich höheren PREN-Werten nach Fig. 1 eine
wesentlich bessere Korrosionsbeständigkeit besitzen.
Die Versuche zeigen zugleich, daß eine markante Ver
besserung der Korrosionsbeständigkeit eintritt, wenn
die Gehalte der refraktären Elemente Niob, Tantal und
Wolfram erfindungsgemäß aufeinander abgestimmt sind.
Claims (4)
1. Austenitische rostfreie Stahllegierung mit
bis 0,05% Kohlenstoff
bis 0,20% Mangan
bis 0,50% Silizium
17,0 bis 26,0% Chrom
16,0 bis 24,0% Nickel
4,5 bis 7,0% Molybdän
0,15 bis 0,30% Stickstoff
0,05 bis 1,6% Wolfram
0,20 bis 0,60% Niob
0,02 bis 1,3% Tantal
Rest Eisen einschließlich erschmelzungs bedingter Verunreinigungen,
die den Bedingungen [(%Nb) + (%Ta)]/(%W) = 1,2 bis 8und(%Nb)/(%Ta) = 0,45 bis 18,3genügt.
bis 0,05% Kohlenstoff
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0,05 bis 1,6% Wolfram
0,20 bis 0,60% Niob
0,02 bis 1,3% Tantal
Rest Eisen einschließlich erschmelzungs bedingter Verunreinigungen,
die den Bedingungen [(%Nb) + (%Ta)]/(%W) = 1,2 bis 8und(%Nb)/(%Ta) = 0,45 bis 18,3genügt.
2. Legierung nach Anspruch 1, die den Bedingungen
[(%N) + (%Ta)]/(%W) = 6,0und(%Nb)/(%Ta) = 0,74genügt.
3. Legierung nach Anspruch 1 mit
0, 017% Kohlenstoff
0,21% Mangan
0,30% Silizium
21,34% Chrom
18,12% Nickel
6,06% Molybdän
0,26% Stickstoff
0,28% Niob
0,11% Wolfram
0,38% Tantal
Rest Eisen einschließlich erschmelzungs bedingter Verunreinigungen.
0, 017% Kohlenstoff
0,21% Mangan
0,30% Silizium
21,34% Chrom
18,12% Nickel
6,06% Molybdän
0,26% Stickstoff
0,28% Niob
0,11% Wolfram
0,38% Tantal
Rest Eisen einschließlich erschmelzungs bedingter Verunreinigungen.
4. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprü
che 1 bis 3 als Werkstoff, insbesondere Gußwerk
stoff für Gegenstände, die wie Teile für die che
mische Industrie oder eine Meerwasserbeanspruchung
eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
in chloridischer Umgebung besitzen müssen.
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| Publication number | Publication date |
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| DE19631712C2 (de) | 2001-08-02 |
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