PL197902B1

PL197902B1 - Stal nierdzewna wytwarzana w procesie dupleks oraz zastosowanie stali nierdzewnej wytwarzanej w procesie dupleks

Info

Publication number: PL197902B1
Application number: PL368180A
Authority: PL
Inventors: David S. Bergstrom; John J. Dunn; John F. Grubb; William A. Pratt
Original assignee: Ati Properties
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2008-05-30
Also published as: IL161289A0; KR100834595B1; ZA200402965B; EP1446509A1; CN100392118C; EP2280089B1; DK2280089T3; ATE541951T1; NO20042201L; TWI318647B; NO339947B1; BR0213436A; WO2003038136A1; US6623569B2; DK1446509T3; NO344633B1; AU2002242314C1; RU2004116332A; ES2395118T3; CA2462963A1

Abstract

1. Stal nierdzewna wytwarzana w procesie dupleks, odporna na korozj e, której sk lad zapewnia zdolno sc do odkszta lce n plastycznych oraz spawalno sc, znamienna tym, ze stanowi zestaw sk ladni- ków zawieraj acych nast epuj ace udzia ly wagowe: w egiel do 0,06%, chrom od 17% do 20%, nikiel od 1,5% do 3,0%, mangan od 2% do 3,75%, azot od 0,12% do 0,35%, krzem do 2%, molibden od 1% do 1,5%, mied z do 0,5%, kobalt do 0,2%, fosfor do 0,05%, siarka do 0,005%, bor od 0,001% do 0,03%, a reszt e zelazo i nieuniknione zanieczyszczenia. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest oszczędna w składniki stopowe stal nierdzewna wytwarzana w procesie dupleks, odporna na korozję, której skład zapewnia zdolność do odkształceń plastycznych oraz spawalność.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie stali nierdzewnej wytwarzanej w procesie dupleks do wytwarzania taśm, prętów, płyt, blach, odlewów, rur i łączników rurowych.

Stal nierdzewna według wynalazku może znaleźć szczególnie zastosowanie w środowiskach oddziałujących korozyjnie.

Stale nierdzewne wytwarzane w procesie dupleks są stopami zawierającymi mikrostrukturę składającą się z około 20% fazy austenitycznej i około 80% fazy ferrytycznej, wykazując zasadniczo cechy obydwu tych faz, a ponadto stosunkowo wysoką wytrzymałość i ciągliwość.

Stale nierdzewne wytwarzane w procesie dupleks znane są z amerykańskich opisów patentowych o nr US 3 650 709, US 4 340 422, US 4 798 635, US 4 828 630, US 5 238 093, US 5 624 504 oraz US 6 096 441. Opisy te podają zawartość składników stosowanych stali nierdzewnych wytwarzanych w procesie dupleks.

Wytwarzane początkowo w procesie dupleks stale nierdzewne miały umiarkowaną odporność zarówno na korozję równomierną, jak i na korozyjne pękanie naprężeniowe, zwłaszcza w środowisku chlorków, jednakże ich właściwości pogarszały się znacznie w przypadku obróbki spawaniem. Obecnie jedną z najszerzej stosowanych stali nierdzewnych wytwarzanych w procesie dupleks drugiej generacji jest stal wytwarzana pod nazwą handlową AL 2205 (firmy Alleghemy Ludium Corporation, Pittsburgh, Pensylwania), Stal ta zawiera 22% chromu, 5,5% niklu, 3% molibdenu i 0,16% azotu, zapewniając wysoką odporność na korozję w wielu środowiskach.

Znane są również austenityczne stale nierdzewne wytwarzane w procesie dupleks AISI typu 304, 316 i 317. Jednakże są one znacząco mniej odporne zarówno na korozję równomierną, jak i na korozję szczelinową w chlorkach (SCC) w stosunku do stali AL 2205.

Odporność na korozję szczelinową w środowiskach chlorków (SCC) austenitycznych stali nierdzewnych AISI typu 316 i 317 oraz porównawczo stali nierdzewnej wytwarzanej w procesie dupleks typu AL 2205 przedstawia poniższa tabelka.

Stop	Temperatura korozji szczelinowej w 10% FeCI3
Typ 316	-3°C
Typ 317	2°C
AL 2205	20°C

Przeprowadzone badania odporności na korozję wykazały, że stal nierdzewna AL 2205 jest znacząco bardziej odporna zarówno na korozję równomierną, jak i na korozję wżerową i szczelinową w stosunku do austenitycznych stali nierdzewnych typu 316 i 317. Ponadto okazało się, że ma ona znacząco większą wytrzymałość na rozrywanie w stosunku do tych stali. Dzięki temu znalazła ona zastosowanie do budowy urządzeń narażonych na korozję w środowiskach takich, jak woda morska, względnie urządzeń do przeróbki pulpy w fabrykach papieru, przy czym jej zwiększona wytrzymałość umożliwia obniżanie grubości ścianek blach lub rur. Ujemną cechą stali nierdzewnej AL 2205 jest wysoki koszt jej wytwarzania, związany z dużą zawartością składników stopowych, zwłaszcza niklu (5,5%) oraz molibdenu (3%), ograniczający możliwość wprowadzania tej stali w przypadkach, gdy stosowana jest obecnie austenityczna stal typu 304, 316 lub 317.

Badania, które doprowadziły do wynalazku obejmowały setki pomiarów właściwości różnych stali nierdzewnych wytworzonych według procesu dupleks i zawierających początkowo od 15% do 25% wagowo chromu oraz od 3% do 6% wagowo niklu. Okazało się jednak, że właściwości antykorozyjne, wystarczające dla wielu zastosowań stali nierdzewnych w przemyśle spożywczym i kosmetycznym, a równocześnie dostateczne własności mechaniczne i wytrzymałościowe mają stale nierdzewne wytwarzane w procesie dupleks, zawierające zmniejszone w stosunku do patentu P 368118 zawartości podstawowych składników stopowych, a mianowicie: od 15% do 20%, korzystnie od 17% do 19% wagowo chromu i od 1 % do 3,75%, a korzystnie od 1,5% do 2,5% wagowo niklu.

Badania wykazały, że mimo obniżonej o około 10-15% odporności na korozję wżerową i szczelinową, stale te mają wystarczającą wytrzymałość na rozerwanie, zdolność do odkształceń

PL 197 902 B1 plastycznych oraz spawalność dla ich wielu zastosowań w przemyśle. Oczywiście, poza zawartością chromu i niklu skład tych stali zawiera ponadto mangan, azot, krzem, molibden, miedź, kobalt oraz niewielkie ilości fosforu, siarki, a także znikomą ilość boru, zaś resztę żelazo. Obróbkę cieplną takiej stali przeprowadza się przez przesycanie i chłodzenie.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej zawartości składników stopowych stali nierdzewnej, wytwarzanej w procesie dupleks, która pozwoli na znaczące obniżenie kosztów wytwarzania w stosunku do stali będącej przedmiotem wynalazku P 368118, a równocześnie zapewni właściwą dla wielu zastosowań przemysłowych odporność na korozję oraz inne korzystne właściwości wymienionej stali, polegające na zdolności do odkształceń plastycznych oraz dobrej spawalności.

Cel ten zrealizowano w stali nierdzewnej wytwarzanej w procesie dupleks, o ograniczonej zawartości chromu i niklu, której skład zapewnia zdolność do odkształceń plastycznych oraz spawalność, i która charakteryzuje się tym, że zawiera następujące udziały wagowe: węgiel do 0,06%, chrom od 17% do 20%, nikiel od 1,5% do 3,0%, mangan od 2% do 3,75%, azot od 0,12% do 0,35%, krzem do 2%, molibden od 1 % do 1,5%, miedź do 0,5%, kobalt do 0,2%, fosfor do 0,05%, siarka do 0,005%, bór od 0,001% do 0,03%, a resztę żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.

Stal według wynalazku zawiera korzystnie jedynie do 0,03% węgla.

Stal według wynalazku zawiera korzystnie jedynie od 17% do 19% chromu.

Stal według wynalazku zawiera korzystnie jedynie od 1,5% do 2,75% niklu.

Stal według wynalazku zawiera korzystnie jedynie od 0,12% do 0,20% azotu.

Stal według wynalazku zawiera korzystnie jedynie do 1 % krzemu.

Stal według wynalazku zawiera korzystnie jedynie od 0,001 % do 0,0035% boru.

Stal nierdzewna według wynalazku może znaleźć zastosowanie zwłaszcza do wytwarzania taśm, prętów, płyt, blach, odlewów, rur i łączników rurowych.

Badania właściwości stali nierdzewnej według wynalazku wykazały, że charakteryzuje się ona wysoką zdolnością do odkształceń plastycznych, dobrą spawalnością, a ponadto zapewnia wysoką odporność na korozję w środowiskach chlorków, znacząco wyższą niż stosowane dotychczas stale nierdzewne AISI typu 304, 316 i 317.

Wyroby wykonane ze stali nierdzewnej według wynalazku są szczególnie przydatne w środowiskach korozyjnych z udziałem jonów chlorkowych.

Rzeczywista zawartość poszczególnych składników stopowych stali nierdzewnej według wynalazku, w ramach podanych wyżej zakresów, winna być dostosowana do wymogów użytkowników wyrobów wykonanych z tej stali, zwłaszcza zaś zdolności do odkształceń plastycznych, wytrzymałości mechanicznej oraz odporności na korozję, przy czym stal może zawierać dodatkowo inne znane składniki stopowe.

Koszty wytwarzania stali nierdzewnej według wynalazku są, ze względu na mniejszą zawartość składników stopowych, zwłaszcza chromu, niklu i molibdenu, znacząco niższe w porównaniu do kosztów wytwarzania stali według patentu P 368118. Mimo tego, stal nierdzewna według wynalazku zapewnia utrzymanie stabilnej mikrostruktury składającej się w około 20% z fazy austenitycznej i w około 80% z fazy ferrytycznej oraz dostateczny poziom odporności na korozję, zwłaszcza równomierną.

P r z y k ł a d 1

W procesie dupleks wytworzono stal nierdzewną zawierającą w procentach wagowych: węgiel 0,025%, chrom 18,1%, molibden 1,2%, azot 0,15%, krzem 0,55%, bor 0,0016%.

Następnie porównano odporność na korozję wżerową wytworzonej stali nierdzewnej oraz porównawczo stali nierdzewnych typu 316 i 317 przez pomiar temperatury (CPT), uzyskując dla stali według wynalazku wynik o 14°C wyższy niż dla stali nierdzewnej typu 316 oraz o 10°C wyższy niż dla stali nierdzewnej typu 317, przy czym właściwości mechaniczne wytworzonej stali, a zwłaszcza jej zdolność plastyczna jest znacząco wyższa niż dla badanych stali austenitycznych typu 316 i 317, natomiast jej koszty wytwarzania są znacząco niższe, zarówno w porównaniu do stali austenitycznych, jak i do stali według wynalazku P 368118.

Zastosowanie stali nierdzewnej według wynalazku wytwarzanej w procesie dupleks, odpornej na korozję, o składzie zawierającym następujące udziały wagowe: węgiel do 0,03%, chrom od 17% do 20%, nikiel od 1,5% do 2,5%, mangan od 2% do 3,75%, azot od 0,12% do 0,35%, krzem do 1%, molibden od 1% do 1,5%, miedź do 0,5%, kobalt do 0,2%, fosfor do 0,05%, siarka do 0,005%, bor od 0,001% do 0,0035%, a resztę żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, do wytwarzania taśm, prętów, płyt, blach, odlewów, rur i łączników rurowych.

PL 197 902 B1

Niniejszy opis przedstawia jedynie aspekty wynalazku niezbędne do zrozumienia jego istoty. Pomija natomiast te aspekty, które są oczywiste dla specjalistów. Zgodnie z wynalazkiem przewiduje się również możliwość różnych odmian i modyfikacji stali nierdzewnej wytworzonej według procesu dupleks, uwzględniając jednak zawartość jej składników zgodną z podanymi wyżej granicami.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Stal nierddzwnawytwarzznaw proocsieduplekk, oop^prna na korooję, której ssłaa zzapwnia zdolność do odkształceń plastycznych oraz spawalność, znamienna tym, że stanowi zestaw składników zawierających następujące udziały wagowe: węgiel do 0,06%, chrom od 17% do 20%, nikiel od 1,5% do 3,0%, mangan od 2% do 3,75%, azot od 0,12% do 0,35%, krzem do 2%, molibden od 1% do 1,5%, miedź do 0,5%, kobalt do 0,2%, fosfor do 0,05%, siarka do 0,005%, bor od 0,001% do 0,03%, a resztę żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia.
2. Stal nierdzewna według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera do 0,03% węgla.
3. Stal nierdzewna według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera od 17% do 19% chromu.
4. Stal nierdzewna według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera od 1,5% do 2,75% niklu.
5. Stal nierdzewna według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera od 0,12% do 0,20% azotu.
6. Stal nierdzewna według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera do 1% krzemu.
7. Stal nierdzewna według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera od 0,001% do 0,0035% boru.
8. Zastosowanie stall nierdzewnej wytwarzanej w procesie dupleks, odpornej na koro^ż^, o składzie zawierającym następujące udziały wagowe: węgiel do 0,03%, chrom od 17% do 20%, nikiel od 1,5% do 2,5%, mangan od 2% do 3,75%, azot od 0,12% do 0,35%, krzem do 1%, molibden od 1% do 1,5%, miedź do 0,5%, kobalt do 0,2%, fosfor do 0,05%, siarka do 0,005%, bor od 0,001% do 0,0035%, a resztę żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, do wytwarzania taśm, prętów, płyt, blach, odlewów, rur i łączników rurowych.