CH630414A5

CH630414A5 - Ferritischer stahl und verwendung desselben fuer geschweisste konstruktionen.

Info

Publication number: CH630414A5
Application number: CH659877A
Authority: CH
Inventors: Goeran Gemmel; Christer Aslund; Barry Solly
Original assignee: Graenges Nyby Ab
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1982-06-15
Also published as: US4216013A; FR2352893B1; ATA367777A; NO771873L; PL198448A1; CA1084734A; BR7703473A; BE855081A; SE441103B; DE2624117A1; HU175741B; NO149699C; DK234977A; RO74627A; JPS5386617A; NL7705728A; ES459221A1; CS203149B2; FI67408B; FR2352893A1

Description

Die Erfindung betrifft einen ferritischen, stabilisierten, rostfreien und korrosionsbeständigen Chrom-Molybdänstahl mit Gehalten an Kohlenstoff zwischen 0,01 bis 0,025%, an Stickstoff zwischen 0,005 und 0,025%, an Chrom zwischen 20,0 und 30,0%, an Molybdän zwischen 3,0 und 5,0% sowie an Mangan und Silizium je 0,02 bis 1,0%.

Die ferritischen Chrom-Molybdänstähle waren in den letzten Jahren der Gegenstand eingehender Untersuchungen, um die diesen Stählen anhaftenden Mängel gegenüber den austeni-tischen Cr-Ni-Stählen in ihrem Wesen und in ihrem strukturellen Zusammenhang zu erkennen, sie zu mildern oder zu eliminieren, was bei den Vorteilen dieser Stähle gegenüber den aus-tenitischen Stählen u. a. von besonderer ökonomischer Bedeutung ist. In erster Linie hat die Kenntnis des Einflusses der Einlagerungselemente Kohlenstoff und Stickstoff zu neuem metallurgischen Verfahren geführt, die es gestatten, die Gehalte dieser Elemente unter die bisher üblichen Werte zu senken. Dies gelang, wenn auch unter Einsatz von metallurgischen Verfahren und Anlagen, die einen grossen Teil der angestrebten Ökonomie verbrauchen. Gleichwohl waren die Ergebnisse, insbesondere bezüglich der Lage der Umschlagstemperatur, d. h. der Temperatur, bei der der zähe (duktile) Zustand des Stahls abrupt in den spröden Zustand übergeht, nicht befriedigend.

Der Einsatz von stabilisierenden Elementen zur Abbindung der Gehalte an C und N2 bei den niedrigen Gehalten an diesen Elementen von <0,03% führte zu Zusätzen, die z. B. für Ti nicht mehr der Stöchiometrie von 1 :4 entsprechen, sondern bis 1:15 gesteigert werden mussten, was Gehalte ergab, die die Eigenschaftswerte der Stähle ungünstig beeinflussten. In der Regel werden nunmehr Gehalte an C und N2 unter 0,015% vorgeschlagen, wobei in gewissen Fällen Gehalte an Si von 0-3%, an Mangan von 0-1%, an Nickel von 0-5% und an Kupfer von 0-2% zugelassen wurden, da diesen Elementen in den angegebenen Bereichen kein Einfluss auf die Eigenschaften dieser Stähle zugeordnet wurde, was schon daraus hervorgeht, dass diese Elemente fehlen können. Die Lage der Umschlagstemperatur ist besonders wichtig, wenn geschweisst wird, was ja in den Fällen notwendig ist, wenn diese Stähle zum Bau industrieller Produkte angewendet wurden. Diese genannten Stähle, die im ungeschweissten Zustand Zähigkeitswerte zeigten, die annehmbar waren, versprödeten in der Schweissnaht und in den der Schweissnaht benachbarten Zonen.

Untersuchungen, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegen, haben nun das überraschende und unerwartete Ergebnis erbracht, dass stabilisierte, ferritische Chrom-Molybdänstähle Umschlagstemperaturen weit unter Raumtemperatur besitzen können und dies insbesondere in der Schweissnaht und in den Zonen, die direkt an die Schweissnaht anschliessen, wenn man zu den an sich bekannten Stählen Nickel- und Kupferzusätze gibt, die in einem ganz bestimmten, begrenzten Bereich liegen, wobei auch die C- und N2-Gehalte in einem bestimmten Prozentbereich gehalten werden, der überraschenderweise bei relativ hohen Gehalten liegt und man schliesslich Ti oder Nb zusetzt, und zwar in Gehalten, die unter den heute üblichen Verhältniszahlen liegen, doch mindestens 0,2% betragen, wozu noch ein Gehalt an Ti vom 4fachen (C+N2)-Gehalt bzw. an Nb vom 8fachen (C+N2>Gehalt kommt, der jedoch maximal 0,7% bzw. 1,0% betragen darf. Die Erfindung ist gekennzeichnet, wie im unabhängigen Patentanspruch 1 ausgeführt.

Das Auffallende und völlig unerwartete ist nun darin zu sehen, dass bei relativ hohen (C+N2)-Gehalten relativ hohe Nickel- und in geringerem Masse Cu-Gehalte zugesetzt werden müssen, um bei Raumtemperatur und darunter, insbesondere auch in der Schweisszone, hohe Zähigkeitswerte bei jedoch unverändert hohem Korrosionswiderstand zu erhalten.

Um die überraschende und unerwartete Wirkung insbesondere des Nickelzusatzes zu ferritischen Cr-Mo-Stählen aufzuzeigen, werden im folgenden anhand von zwei Beispielen mit Stählen mit bevorzugter Zusammensetzung gemäss der Erfindung im Vergleich zu üblichen Stählen die durch Kerbschlagversuche ermittelten Zähigkeitswerte mitgeteilt.

Die Stähle A und C haben die erfindungsgemässe Zusammensetzung.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

630414

Beispiel I Stahl A

StahlB

Beispiel II Stahl C

Stahl D

c

0,012

0,011

0,014

0,012

Si

0,4

0,35

0,41

0,32

Mn

0,32

0,28

0,39

0,33

Cr

25,7

25,3

21,1

21,2

Ni

4,20

0,10

3,5

0,4

Mo

4,08

3,1

3,2

3,1

Ti

0,45

0,41

0,39

0,35

Cu

0,55

0,010

0,38

0,45

Al

0,059

0,049

0,048

0,05

Nb

0,011

0,021

N2

0,015

0,010

Die Zähigkeitswerte sind in den Fig. 1,2,3 und 4 für die Stähle A, B, C bzw. D graphisch dargestellt.

Die Kurvenzüge «G M» gelten für das Grundmaterial und die Züge «S Z» für die Zonen neben der Schweissnaht, welche ganz besonders dem Einfluss der Schweisstemperatur in Richtung einer Versprödung ausgesetzt sind.

Vergleicht man den Kurvenverlauf «G M» der beiden Stähle A und B, so findet man, dass die Umschlagstemperatur des erfindungsgemässen Stahls A zwischen -60 °C und -80 °C liegt, wogegen der gewöhnliche Stahl B eine Umschlagstemperatur hat, die bei + 80 bis +100 °C gelegen ist. Der Vergleich der Kurvenzüge «S Z» ergibt eine Umschlagstemperatur für den erfindungsgemässen Stahl A von -40 bis -20 °C und für den Vergleichsstahl B von +120 bis +140 °C. Der Kurvenverlauf «G M» weist für den Stahl C eine Umschlagstemperatur auf, die zwischen -30° und —50 °C gelegen ist. Für den Stahl D sind die kennzeichnenden Werte +10 bis +30 °C. Der Ver-5 gleich der Kurvenzüge «S Z» ergibt eine Umschlagstemperatur für den erfindungsgemässen Stahl C von — 10 bis ± 0 °C und für den Vergleichsstahl D von +40 bis +50 °C.

Für den Fachmann beweisen diese Ergebnisse, dass Stähle gemäss vorliegender Erfindung in geschweissten Konstruktio-io nen bei Raumtemperatur und darunter nicht verspröden.

Für den Fachmann ist es ebenfalls klar, dass der Nickel- und Kupferzusatz so gewählt werden muss, dass bei optimaler Zähigkeit kein oder nur ein vernachlässigbarer Abfall des Widerstandes gegen Spannungskorrosion eintritt, was bei-i5 spielsweise der Fall wäre, wenn man oberhalb der oberen Grenzen für Ni und Cu gemäss der Erfindung Zusätze machen würde, wie z. B. Ni 5,0% und für Cu 2,0%.

Durch die gegebenen Begrenzungen der verschiedenen Legierungsbereiche insbesondere für Ni und Cu ist die notwen-20 dige Erfindungshöhe gegeben.

Bezüglich des C+ N2-Gehalts kann gesagt werden, dass die erfindungsgemäss vorgeschriebenen Gehalte, nämlich ein relativ hoher Gehalt an (C+N2), die Garantie für eine Reproduzierbarkeit der Stähle gibt, die nicht gegeben ist, wenn man 25 Gehalte von weniger als 0,015% (C+N2) hat, dabei das Ziel hat, die Summe von (C+N2)=0,01% nicht zu übersteigen. Die Reproduzierbarkeit wird ausserdem erleichtert durch den erfindungsgemässen Gehalt an Nickel, wodurch auch grössere Schwankungen im C+N2-Gehalt ohne Einfluss auf die Zähig-30 keit des Stahls bleiben.

G

4 Blatt Zeichnungen

Claims

630414

1,0% enthält.

1. Ferritischer, stabilisierter, rostfreier und korrosionsbeständiger Chrom-Molybdänstahl mit Gehalten an Kohlenstoff zwischen 0,01 bis 0,025%, an Stickstoff zwischen 0,005 und 0,025%, an Chrom zwischen 20,0 und 30,0%, an Molybdän zwischen 3,0 und 5,0% sowie an Mangan und Silizium je 0,02 bis 1,0%, dadurch gekennzeichnet, dass er ausserdem Nickel in Gehalten zwischen 3,2 bis 4,8%, Kupfer zwischen 0,1 bis 1,0%, Titan zwischen 0,2 bis 0,7% und/oder Niob zwischen 0,2 und

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Kohlen- und Stickstoffgehalte mindestens 0,015% und maximal 0,04% beträgt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende chemische Zusammensetzung hat:

C 0,012 bis 0,025%

Si 0,02 bis 0,5%

Mn 0,02 bis 0,5%

Cr 20,0 bis 22,0%

Ni 3,2 bis 3,5%

Mo 3,0 bis 4,5%

Cu 0,2 bis 0,5%

Ti 0,2+4X(C+N2) doch maximal 0,7% und/oder Nb 0,2+8X(C+N2) doch maximal 1,0%

Nz 0,005 bis 0,015%

4. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Chromgehalten von 22,0 bis 24,0% und Molybdängehal-ten von 3,5 bis 4,5% der Nickelgehalt 3,5 bis 4,2% beträgt.

5. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Chromgehalten von 27,0 bis 30,0% und Mo-Gehalten von 3,7 bis 4,2% der Nickelgehalt 3,9 bis 4,5% beträgt.

6. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Zusammensetzung besitzt:

C 0,012 bis 0,025%

Si 0,02 bis 0,5%

Mn 0,02 bis 0,5%

Cr 24,5 bis 27,0%

Ni 3,5 bis 4,2%

Mo 3,7 bis 4,5%

Cu 0,2 bis 0,5%

Ti 0,2+4X(C+N2) doch maximal 0,7% oder Nb 0,2+8X(C+N2) doch maximal 1,0%

N2 0,005 bis 0,015.

7. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er jeweils maximal 0,25% Vanadin, Wolfram, Kobalt und Aluminium enthält.

8. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Bor und/oder Zirkonium enthält.

9. Verwendung des Stahls nach Anspruch 1 für ge-schweisste Konstruktionen.