SE430904C - Rostfritt, ferrit-austenitiskt stal framstellt av pulver - Google Patents

Description

20 25 50 eo ovzsoeV-fve v' 2 Mn upp f111'1,o 7% ci- 24-27 s, Ni 14.54,0 74 Mo 1,5-1,a 9% N förekommer normalt i halter nmt 0,05 7% Efter släckglödgning ger detta stål en sträckgräns av min 440 N/mmz, en föriangning min ao æ och ram-magnet m min 25 J. stålet ha; goa; korro- 'sionsegenskaper, men kan i vissa fall vara känsligt för interkristallin korrosion.

För separatordetaljer, .som arbetar i sådan miljö, att. risk :för inter-j krietallin korrosion föreligger, har därför tidigare ett nytt stål utveck- lats (se svensk utläggníngsskrift '1307481-7) med följande analys: c upp till 0,06 ß si 'I " 45% nn " " 1,09% cr zz-zsaá m 44% ' Mo s2.5a-4.0 s n o,o6-o,2o% Om sammansättningen inom ovannämnda. gränser avvägts så att austenithalten blir 30-551» är stålet efter släckglödgnizxg helt beständigt mot inter- kristallin korrosion. Hållfastegenskaperna är desamma som för SIS 2324.

För att uppnå. goda korrosionsegenskaper i speciella miljöer såsom svavelsyra- haltig miljö, har man försökt legeravstål av ovannämnd typ med Cu, och som exempel härpå kan nämnas stål enligt brittisk patentskrift 1 158 614. Goda korrosilonsegenskaper har därvid uppnåtts, men stâlen har ej framgångsrikt kunnat utnyttjats för smiden på. gnmd av stor sprickkänslighet vid smidníngen.

Försök har även gjorts att förbättra korrosionsegenskaperna hos ovannämnda stal genom förhöja S1-, cr- ooh/eller nio-halt. även då har ammar-heten i vissa fall försämrats så. att smidesdetaljer ej kunnat tas fram på. gnmd av sprickproblem. Det största problemet vid en höjning av dessa legeringselement i ovannänmda ståltyper är dock, att stålen försprödas genom utskiljningar främst inom områden, som på. grund av segring anrikats på. legeringselement och därvid gjort dylika legeringssammansättningar praktiskt oanvändbara. 10 15 20 25 50 'sooztt7+e För att förbättra sträckgräzisen hos ovannämnda stål upp till nivå min 600 N/mmz har olika vägar provets.

I den svenska patentskriften 565821 har angivits en lösning genom ett stål med följande analys: c uppt111o,1596 si " " 1 96 mn " " 1 96 cr 20-3094 Ni 440% M upp tm 2,57% v" H 0,20% O Stålet har här en austenithalt av företrädesvis min 50 % och det har efter släckglödgning från 925-112500 åldrats vid 400-50000. En eträckgräns av min 60 kp/mmz kan därigenom uppnås med övriga egenskaper jämförbara med SIS 2524.

För att eegheten skall vara acceptabel erfordras dock en jämn och finkornig struktur med jämn fördelning av austenit och med ringa eegring. Detta senare förbehåll har gjort det något svårt att praktiskt utnyttja. sistnämda stål.

Vidare har stålet visat sig sprickbenäget vid smidning då. austenithalten överstiger ca 40 73. 1 ae svenska. patentansökningar”. 16555/71 och 5352/72 har angivits andra vägar för att nä. hög sträckgräxzs. I det förstnämnda fallet uppnås den höga sträckgràíznsen genom hög Si-halt (> 2 9% Si), i det andra fallet genom ut- skiljníngehärdning med aluminium. Icke heller dessa stål har kunnat utnytt- jats praktiskt på. grund av diverse tillverkningsproblem, främst på grund av sprickbildning.

I tysk Offenlegïuxgsschrift 20 32 945 anges en lösning på, önskemålen sträck- gräns min SOON/mz genom ett stål, vilket kännetecknas av följande element: C upp till 0,12% si " " 1 7% Mn " " 2 9% cr 2o-3o% ni 4,o-6,o% M° 195'2;5$ N o,1-0,4% 10 15 20 25 30 '55 e 8130315! 6 7 -~ 8 och med en austenithalt av 20-60 Även detta stål är vid kvävehalter större än 0,20 % och en austenithelt större än ao % svårt m: smide utan sprickbildxfing. Vidare är stålet svårbearbetat. Speciellt sågning är ett stort problem. På grund av segringar kan egenskaperna bli ojämna.

Dessa och andra härmed sammanhängande problem vid ett stål enligt beskriv- ningens första stycke löses på. följande sätt. Stålet enligt uppfinningen ldánneteckrxas därav, att stålet har en hög kvävehalt, samt är framställt medelst gasatomisering, varvid kvävehalten är större än 0,10 72, företrädes- vis 0,50-O,80 73, samt att stålet har en austenithalt 2 20%, företrädesvis 20-50 '72 samt att efter atomiseringen det erhållna pulvret. kompakterats me- delst isostatisk eller semiisostatisk kompaktering, varefter stålet på. i och för sig känt sätt värmehehandlats vid 950-1250 OC, varefter det kylts i ifat- ten och olja eller luft, samt att åtminstone efter den semiisostatiska kom- pakteríngen det erhållna stålet smitts. Ett exempel på. pulveratomisering ges i svensk patentansökan 7808028-0, och ett exempel på _semiisostatisk kompakta- ring ges i svensk patentansökan 7901734-9. Genom ett stål enligt uppfinningen har det visat sig möjligt att väsentligt öka legeringsínnehållet i ståltyp SIS 2324 och därvid uppnå hög sträckgräns och/eller mycket god korrosions- beständighet utan att drabbas av ovannämnda? svårigheter såsom spriokbildning under tillverkning eller oacceptabla försprödningsfenomen. En förutsättning är dock att pulver av hög kvalitet, dvs pulver framställt medelst gasatomise- ring (kväve argon) används, och ovan angives även ett exempel på lämplig form av gasatomisering. Vidare erfordras att pulvret kompakteras till ett helt tätt material för att egenskaperna skall bli tillfredsställande och även här gives ovan ett exempel på. dylik kompaktering. Isostatisk eller semiisosta- tisk kompakterizzg, exempelvis enligt den svenska patentansökningen 7901754-9, eventuellt följt av smidning, är därvid lämpliga kompekteringsmetoder.

För att uppnå speciellt god beständighet mot interkristallin korrosion gives stålet *en maximal kolhalt av 0,05 7% eller maximalt 0,06 %.

Högre sträckgräns kan uppnås genom en N-halt 0,30-O,80 74 och en austenithalt 20-40 %. Sträckgränsen kan även förbättras genom åldring vid 400-500°C.

För att belysa potentialen i föreliggande uppfinning kan följande exempel .. _ Under utvecklingsarbetet på rostfria ferrit-austenitiska stål lyckades vi o för några år sedan få fram ett stål med hög sträckgräns (>600 N/mzf) och 10 15 20 50 80035 67- 8 mycket god korrosionsbeständighet, bättre än exempelvis stål enligt svensk patentskrift 565821. Stålet var dock känsligt för eprickbildning vid smid- ning och uppvisar en alltför stor segringsbeständiglxet för att kunna ut- nyttjas för smiden i vikter över ca 100 kg vid tidigare använda framställ- ningssätt. Vidare var stålet svårbearbetat. Speciellt sågning innebar stora problem, vilket försvarade utsågning av kutsar för smidning. Försprödnings- fenomen (Uåofl-försprödnirxg) medförde också ett problem. Nämnda stål har nu tillverkats medelst ovannämnda pulvermetallurgiska förfarande vilket gav ovannänmda goda resultat. Härvid framställdes exempelvis en stålsmälta i en 1,6 tons HFD-ugrx med basisk infcdring med följande analys: G Si Mn P S Cr Ni Mo V 0.052 9% 0.06 9% 0.44 % 0.019 9% 0.010 9% 29,5 9% 4.7 9» 2.0 % 0.15 % N 0,30 9% Stålsmältan atnmiserades: därefter med kvävgas i en horisontell gasatomiserings- anläggning. Efter bortsiktning av flagor och pulverkorn överstigande 1 m upp- fylldes plåtkapslar med pulver, vilka sedan ihopsvetsades och evakuerades.

Plåtkapslarzxa var cylindriska med en diameter av 400 mm och en höjd av 200 mm, och ingående pulvervikt ca 150 kg. Kapslanm kompakterades enligt ovannämnda semiisostatiska kompakteringsmetod till helt täta kroppar. Därefter utsmiddes de kompalcterade ämnena till ringar med en ytterdiameter av ca 700 mm. Smidningen lcunde genomföras helt utan problem med sprickbildning vilket ej hade varit möj- ligt vid konventionell, götbaserad tillverkning. Efter smidning- värmebehandlades ringarna (släckglödgning från 1100°C), varvid följande egenskaper erhölls: nPoiz=s4o N/mz nm=eoo N/mmz A5=3o % z=57 % KU-4o J Vid provning i en kokande vattenlösning med 5 % NaCl + 1 7% .AgCl uppvisade stålet en mycket god beständiglaet mot interkristallin korrosion. Stålet var nu mycket finkomigt och uppvisade nära isotropa egenskaper. Hårdheten var synnerligen jämn. Materialet var helt segringsfritt och mindre försprödnings- benäget 'än konventionellt material med samma analys. Svarvning och fräsning; innebar inte några. problem medan sågningen fortfarande var svår. Den pulver- metallurgiska framställningsmetoden innebar dock, att en kapsel tillverkas per smide och någon utsågning av kutsen för smidning är ej aktuell, varför sågningsegenskapenaa blir av mindre intresse. 10 15 20 25 67 -~ 8 Under utvecklingsarbetet har även ett annat mycket intressant stål framtagits.

Detta har följande analys: C Si Mn P S Cr Ni Mo N 0,07% 0,57% 0,41% 0,01% 0,00% 23,02» 5,271» 20% 0,20% Efter släckglödgrizzg i vatten från 1100°C erhölls följande egenskaper: BP0,2=640 N/mmz R m=840 N/mmz A5=55 % Z=50 72 _,KU=40 J Stålhet hade utmärkta. korrosionsegenskaper i kloridhaltiga lösningar.

Stålet var dock svårsmitt och mycket segringsbenäget. Genom ovannämnda pulvermetallurgiska tillverkningssätt har dessa olägenheter helt elimine- rats .

Ett annat intressant stål som framkommit undervvårtutvecklingsarbete hade följande analys: C Si Mn Pi S Cr _ Ni Mo N 0,02 % 2,6 *fa 0,00 24 0,010 d» _0,014 'få 25,: % ä 6,4 f» 2,0 72 0.15 % Efter slialckglödgxing från 1025°C i vatten erhölls egenskaperna: =62 2' = 2 i nya Irma o N/m Rm 850 N/m A5=25 % 35 J Även detta stål hade utmärkta korrosionsegenskaper i kloridhaltiga lösningar.

Stålet var dock mycket segings- och försprödrxingsbenäget. I ett göt, som _ svalnade fritt i luft, bildades sprickor. Tillverkningmed pulvermetallurgisk teknik enligt ovan 'eliminerar helt segringsbenägenheten och reducerar för- sprödningsbenägenheten. Även smidbarheten förbättras markan .

Jlnlegering av Cu medför ofta en starkt försämrad smidbarhet vid tillvezkning från göt på, grund av förekomst av lågsmältande Cu-rika segringspartier i strukturen. Genom tillverkning via ett pulvermetallurgiskt förfarande enligt ovan kan dessa problem helt elimineras eftersom inga segringar då. uppstår.

Inlegering av N i ferrit-austenitiska stål medför speciellt vid konstant struktur (dvs en N-inlegering, som åtföljs av en höjning av något ferrit- stabiliserande element, såsom Si, Cr eller Mo eller av en sänlcnixzg av 10 15 80035 67- 8 något austenitstabiliserande element såsom (_), Ni eller Mn) en påtaglig höjning av sträckgränsen. Enligt utförda undersökningar har N en sträck- gränshöjande effekt upp till högre N-halter än vad som hittills varit an- vänd N-halt i ferrit-austenitiska stål, dvs även vid N-halter över 'Pillverlming av dylika högkvävehaltiga stål innebär dock stora problem vid tillverkning via göt. Problemen består i svåra ca o,2o 72. segringar, porigt material och om lösningsgränsen överskrids, mycket svårt att smida utan att sprickor uppstår, mycket svårsågat, ojämna egenskaper m m. Genom ett pulvemetallurgiskt förfarande enligt ovan kan dessa svårig- heter övervinnas. Genom att arbeta vid övertryck av kväve i gjutlådan och i atomiseringskænmaren kan t o m pulver med högre N-halt än löslighets- gränsen (ca 0,40 %) tillverkas. Stål med mycket högre sträckgränser (> 750 N/mmz) kan därigenom framställas.

Som ovan nämnts är separatordetaljer för separatorer, arbetande i högkorro- siv miljö, ett lämpligt tillverkning-subjekt för rostfritt stål enligt upp- fimzingen. Stålet enligt uppfinningen kan varieras på mångahanda sätt inom relnen för nedanstående patentln-av.

Claims (5)

8003567-'8 8 PATHPPKIHAV

1. Rostfritt, ferrit-austenitiskt stil med goda korrosionsegenskaper, främst god beständighet mot interlu-istallin korrosion, hög eträckgrfins och god varm- bearbetbarhet, bestående av c upp. nu o,1o ß (f a: vmpmcent) S1 " " 4.0 96 »m fl fl 2,0 ß Cr 20-30 ß m e-e 1, m» 1,o.6,o ß v upp till 0,5 ß fm " " 4,0 9% vilket stål medelst finfördelnimg framställts såsom pulver, och därefter pressats till en kropp, k ii n n e t e c k n a t därav, att stålet har en hög kvävehalt, sant är framställt medelst gasatomisering, varvid kvävehalten ar stam än o,1o at, företrädesvis o,5o-o,so ß, sme att nuet m en mee- nithslt ä 20 f, företrädesvis 20-50 ß, samt att efter atomiseringen det er- hållna pulvret kompakterats medelst isostatisk eller semiisostatisk kompak- tering, varefter stLlet på i och för sig känt sätt vümebehsndlats vid 950-1250° C, varefter det kylts i vatten och olja eller luft, samt att Åt- minstone efter den semiisostatiska kompakteringen det erhållna stålet smitts.

2. Rostfritt stål enligt patentlcrev 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att stålet har en kolhalt av max 0,06 ß eller max 0,05 ß för att uppnå speciellt god beständighet mot interlcristallin korrosion.

3. Rostfritt stål enligt patentkrav 1 eller 2, k ä. n n e t e c k n a t därav, att stålet har en kvävehelt 0,}0-0,80 ß och en austenithalt 20-40 ß för att uppnå hög strückgrüns, exempelvis för användande till separator- detaljer.

4. Rostfritt stål enligt patentlcrav 1-5, k ä n n e t e c k n a t därav, att stålet förutom ovan nämnda vämebehandling även åldrats vid 400-500 °C för att ytterligare förbättra sträckçränsen.

5. Rostfritt stål enligt patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a. t därav, 'att stålet har en kvävehalt över ca 0,40 ß, dvs över löslighetsgränsen, var- vid pulvret framställts vid ett kväveövertryok.