(12) PATENT (19) NO (11) (13) B1. (51) Int Cl. C22C 38/44 ( ) C22C 38/54 ( ) C22C 38/58 ( ) C21D 6/00 (2006.

Transkript

1 (12) PATENT (19) NO (11) (13) B1 NORGE (1) Int Cl. C22C 38/44 (06.01) C22C 38/4 (06.01) C22C 38/8 (06.01) C21D 6/00 (06.01) Patentstyret (21) Søknadsnr 0421 (86) Int.inng.dag og søknadsnr PCT/US02/ (22) Inng.dag (8) Videreføringsdag (24) Løpedag () Prioritet 01.., US, (41) Alm.tilgj (4) Meddelt (73) Innehaver ATI Properties Inc, 1600 North East Old Salem Road, US-OR ALBANY, USA (72) Oppfinner John F Grubb, 3114 Wenthworth Drive, US-PA68 LOWER BURRELL, USA Davis Bergstrom, 31 Primrose Lane, US-PA6 NATRONA HEIGHTS, USA John J Dunn, 122 Lincoln Drive, US-PA160 SARVER, USA William A Pratt, 49 Dinnerbell Road, US-PA16002 BUTLER, USA (74) Fullmektig Zacco Norway AS, Postboks 03 Vika, 012 OSLO, Norge (4) Benevnelse Dupleks rustfritt stål, fremgangsmåte for fremstilling derav og produksjonsgjenstand. (6) Anførte publikasjoner EP A2 US JP -26 A US A EP A US A JP -26 A US A (7) Sammendrag Dupleks rustfritt stål innbefattende mindre enn, i vekt-%, 3 % nikkel og 1, % molybden. I en utførelsesform innbefatter dupleksstålet, i vekt-%, opp til 0,06 % karbon; 1 til 2 % krom; 1 til mindre enn 2, % nikkel; opp til 3,7 % mangan; mer enn 0,12 og opp til 0,3 % nitrogen; opp til 2 % silisium; opp til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 til 0,003 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Det frembragte dupleks rustfrie stålet kan bli frembragt i form av en produktartikkel, slik som remse, stang, plate, tynnplate, støpegjenstand, rørledning eller rør. En fremgangsmåte for fremstilling av dupleksstålet ifølge oppfinnelsen er også beskrevet.

2 1 1 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt dupleks rustfrie stål. Nærmere bestemt vedrører den foreliggende oppfinnelsen dupleks rustfrie stål som kan være et økonomisk alternativ til visse kjente dupleks rustfrie stål, mens det også frembringes forbedret korrosjonsbestandighet i forhold til visse austenittiske rustfrie stål, slik som type 4, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål. Den foreliggende oppfinnelsen er også rettet mot en fremgangsmåte for fremstilling av dupleks rustfrie stål ifølge oppfinnelsen. Dupleks rustfrie stål i den foreliggende oppfinnelsen finner anvendelser i for eksempel korrosive miljø og som produktartikler slik som for eksempel remser, stenger, plater, tynnplater, støpegjenstander, rør eller rørledninger. Dupleks rustfrie stål er legeringer som inneholder en mikrostruktur bestående av en blanding av austenitt og ferrittfaser. Generelt fremviser de visse egenskaper av begge faser sammen med relativt høyere fasthet og duktilitet. Forskjellige dupleks rustfrie stål har blitt foreslått, noen av disse er beskrevet i US patenter nr 3,60,09; 4,340,463; 4,798,63; 4,828,6;,238,08;,298,093;,624,04 og 6,096,441, så vel som JP-A Tidligere duplekslegeringer hadde moderat bestandighet mot generell korrosjon og klorid spenningskorrosjon, men led av et betydelig tap av egenskaper når de ble brukt i som-sveist tilstand. I dag er et av de mest brukte annen generasjon dupleks rustfrie stålene tilgjengelig under varemerkene AL 2 (UNS S31803 og/eller 32) Allegheny Ludlum Corporation, Pittsburgh, Pennsylvania. Dette dupleks rustfrie stålet er en nominell 22 % krom,, % nikkel, 3 % molybden og 0,16 % nitrogenlegering som frembringer korrosjonsbestandighet i mange miljø som er overlegen type 4, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål (med mindre annet er sagt er alle prosentene her vektprosenter av den totale legeringsvekten). AL 2, som er et nitrogenforsterket dupleks rustfritt stål som har de metallurgiske fordelene med nitrogen for å forbedre korrosjonsbestandighet og som-sveist egenskaper, fremviser også en flytegrense som er mer enn dobbelt så stor som den til konvensjonelle austenittiske rustfrie stål. Dette dupleks rustfrie stålet brukes ofte i form av sveiste rør eller rørformede komponenter, så vel som formede, sveiste tynnplateprodukter i miljøet der bestandighet mot generell korrosjon og klorid spenningskorrosjon ( chloride stress corrosion cracking, SCC) er viktig. Den økte fastheten skaper mulighet for reduksjon i rørveggtykkelse og motstår håndteringsskade. Som nettopp angitt har AL 2 vært akseptert i stor utstrekning av rør og rørledningsendebrukere, spesielt som en lavkostnadserstatning til type 316 rustfritt stål der SCC er

3 2 en bekymring. Dette skyldes, for en stor del, det faktum at AL 2 er betydelig mer bestandig mot spaltkorrosjon enn type 316 og type 317 austenittiske rustfrie stål. Denne overlegne bestandigheten mot kloridionespaltkorrosjon er vist i tabellen nedenfor, som viser resultatene av ASTM-prosedyre G48B ved anvendelse av en % jernkloridløsning. Den % jernkloridløsningen referert til er som vekt av heksahydratsaltet og ekvivalent med omtrent 6 vektprosentoppløsning av vannfri jernkloridsalt. Spaltkorrosjonsdata i % jernklorid Legering Temperatur ved start av spaltkorrosjon Type 316-3ºC Type 317 2ºC AL 2 ºC 1 2 Imidlertid kan den svært gode korrosjonsbestandigheten (også andre egenskaper) til AL 2 være bedre enn det som er påkrevet for noen anvendelsesområder. I visse SCCanvendelsesområder, mens AL 2 vil være en akseptabel teknisk løsning, er den kanskje ikke en økonomisk erstatningslevering for type 4 rustfritt stål. De høyere kostnadene til AL 2 skyldes hovedsakelig mengden av legeringselementene nikkel (nominell, %) og molybden (nominell 3 %). Det er ønskelig å frembringe et sveisbart, formbart dupleks rustfritt stål som har større korrosjonsbestandighet enn type 4, type 316 og type 317 austenittiske rustfrie stål og kan ha en lavere produksjonskostnad enn det vanlig brukte AL 2 dupleks rustfrie stålet. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et ferrittisk-austenittisk rustfritt stål i henhold til krav 1 i det etterfølgende kravsett. De uselvstendige kravene 2-8 angir utførelser av det rustfrie stålet ifølge oppfinnelsen. Det er også tilveiebragt en produksjonsgjenstand i henhold til krav 9. Videre tilveiebringes i krav 11 en fremgangsmåte for å fremstille et dupleks rustfritt stål, i følge foreliggende oppfinnelse. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et dupleks rustfritt stål som fremviser korrosjonsbestandighet og har reduserte mengder av legeringselementene nikkel og molybden i forhold til andre dupleks rustfrie stål, innbefattende AL 2. Ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter det dupleks rustfrie stålet, i vekt-%: opp til 0,06 % karbon; 1-2 % krom; 1 % til mindre enn 2, % nikkel; opp til 3,7 % mangan; mer enn 0,12 % til 0,3 % nitrogen; opp til 2 % silisium; opp til 1, % molybden; opp til 0,

4 3 % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 % til 0,003 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Det dupleks rustfrie stålet omfatter i en utførelsesform, i vekt-%, opp til 0,03 % karbon; 17 % til mindre enn % krom; 1, % til mindre enn 2, % nikkel; opp til 2 % mangan; mer enn 0,12 % opp til 0, % nitrogen; opp til 1 % silisium; 1 til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 % til 0,003 % bor; jern og tilfeldige urenheter. 1 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører også produktgjenstander slik som for eksempel remse, stang, plate, tynnplate, støpegjenstander, rørledninger eller rør fremstilt fra eller innbefattende dupleks rustfrie stål i den foreliggende oppfinnelsen. Artikler dannet av dupleks rustfrie stål i den foreliggende oppfinnelsen kan være spesielt fordelaktige når de har til hensikt å være i kloridinneholdende miljø. Videre vedrører den foreliggende oppfinnelsen fremgangsmåte for fremstilling av dupleks rustfrie stål. Spesielt, ifølge fremgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen, ble det frembragt et dupleks rustfritt stål som har en kjemi som tidligere beskrevet og er utsatt for behandling, innbefattende løsningsgløding og avkjøling. Stålet kan videre prosesseres til en produktartikkel eller til en hvilken som helst slags annen ønsket form. 2 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører dupleks rustfrie stål kjennetegnet ved at de innbefatter reduserte mengder av legeringselementene nikkel og molybden i forhold til visse kjente dupleks rustfrie stål, innbefattende AL 2. Spesielt inneholder det dupleks rustfrie stålet i den foreliggende oppfinnelsen, i vekt-%: mindre enn 2, % nikkel og opp til 1, % molybden. Det skal forstås at i stålsammensetningen som nettopp er nevnt, så er karbon, mangan, silisium, molybden, kobber, kobolt, fosfor og svovel valgfrie komponenter i stålet. 3 Det dupleks rustfrie stålet i den foreliggende oppfinnelsen innbefatter den austenittiske og ferrittiske fase, foretrukket hver i området på mellom % og 80 % av volum i glødet tilstand. Utførelsesformer av det dupleks rustfrie stålet er sveisbare, formbare materialer som kan fremvise større korrosjonsbestandighet enn type 4, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål. Utførelsesformer av dupleks rustfrie stål i oppfinnelsen kan være mindre kostbare å produsere enn den vanlig brukte AL 2-legeringen og visse andre dupleks rustfrie stål, på grunn av et lavere innhold av legeringselementet, spesielt nikkel og molybden.

5 4 Ikke desto mindre er økede nivåer av korrosjonsbestandighet sammenlignet med type 4, 316 og 317 rustfrie stål forventet av dupleks rustfrie stål i den foreliggende oppfinnelsen. Videre frembringer de dupleks rustfrie stålene i den foreliggende oppfinnelsen en stabil austenittfase (i forhold til deformasjonsindusert martensitt) og det ønskede nivå av korrosjonsbestandighet. Nedenfor er nikkel og molybdeninnhold i visse utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen sammenlignet med AL 2. Mengder av legeringselementer Ni og Mo (i vekt-%) Legeringselement AL 2 Foreliggende oppfinnelse Ni, % nominell 1 % - mindre enn 2, % Mo 3 % nominell Opp til 1, % 1 Til tross for en forventet lavere produksjonskostnad sammenlignet med dagens kostnad for AL 2, er det forventet at de dupleks rustfrie stålene i den foreliggende oppfinnelsen vil fremvise pitting/spaltkorrosjonsbestandighet som er betydelig bedre enn for 4, 316 og 317 austenittiske rustfrie stål. Det forventes imidlertid at stålene i den foreliggende oppfinnelsen vil ha redusert korrosjonsbestandighet, men større strekkformbarhet enn AL 2 på grunn av det lavere innholdet av nikkelmolybden i stålene i den foreliggende oppfinnelsen. Således kan dupleksstålet i den foreliggende oppfinnelsen være spesielt fordelaktig som et lavere kostnadsalternativ til AL 2 i mindre krevende anvendelsesområder der AL 2 nå brukes. 2 Ifølge forskjellige utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelsen kan dupleksstålet, innenfor sammensetningsområdet definert i krav 1, omfatte, i vekt-%, opp til 0,03 % C, minst 17 % Cr, minst 1, % Ni, opp til 2 % Mn, opp til 1 % Si, 1 % til 1, % Mo, og 0,001 % til 0,003 % B. Således, avhengig av den bestemte utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelsen som anvendes som et resultat av korrosjonsbestandighetskravene til en bestemt anvendelse, kan dupleksstålet i den foreliggende oppfinnelsen være mindre kostbart å produsere enn AL 2 og andre dupleksstål. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører også produktartikler som for eksempel remse, stang, plate, tynnplate, støpeartikler, rørledning og rør sammensatt av eller innbefattende dupleksstålene i den foreliggende oppfinnelsen. Ifølge en utførelsesform i den foreliggende oppfinnelsen er produktartikkelen sammensatt av eller innbefatter et dupleksstål omfattende, i vekt-%: opp til 0,06 % karbon; 1 % til 2 % krom; 1 % til mindre enn 2, % nikkel; opp til 3,7 % mangan; mer enn 0,12 % opp til 0,3 %

6 nitrogen; opp til 2 % silisium; opp til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,00 % fosfor; opp til 0,00 svovel; 0,001 % til 0,003 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Produktartikkelen er i en utførelsesform sammensatt av eller innbefatte et dupleksstål omfattende, i vekt-%: opp til 0,03 % karbon; 17 til mindre enn % krom; 1, % til mindre enn 2, % nikkel; opp til 2 % mangan; mer enn 0,12 % opp til 0, nitrogen; opp til 1 % silisium; 1 til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 % til 0,003 % bor; jern og tilfeldige urenheter. I tillegg vedrører den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av det krevde dupleks rustfrie stål. Dupleksstålet er påfølgende løsningsglødet og så avkjølt. 1 2 I henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er det frembragt et dupleksstål omfattende, i vekt-%: opp til 0,06 % karbon; 1 % til 2 % krom; 1 % til mindre enn 2, % nikkel; opp til 3,7 % mangan; mer enn 0,12 % opp til 0,3 % nitrogen; opp til 2 % silisium; opp til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 % til 0,003 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Dupleksstålet er påfølgende løsningsglødet og avkjølt. I en annen utførelsesform av fremgangsmåten er det frembragt et dupleksstål omfattende, i vekt-%: opp til 0,03 % karbon; 17 % til mindre enn % krom; 1, % til mindre enn 2, % nikkel; opp til 2 % mangan; mer enn 0,12 % opp til 0, % nitrogen; opp til 1 % silisium; 1 til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 % til 0,003 % bor; jern og tilfeldige urenheter. Stålet er påfølgende løsningsglødet og avkjølt. Det skal forstås at den foreliggende beskrivelsen illustrerer aspekt ved oppfinnelsen som er relevante for en klar forståelse av oppfinnelsen. Visse aspekter ved oppfinnelsen som vil være opplagt for fagfolk på feltet og som derfor ikke vil lettgjøre en bedre forståelse av oppfinnelsen, har ikke blitt presentert for å forenkle den foreliggende beskrivelsen. Selv om den foreliggende oppfinnelsen har blitt beskrevet i forbindelse med kun visse utførelsesformer, vil fagfolk på feltet forstå ved lesning av den foregående beskrivelsen at det kan gjøres mange andre utførelsesformer, modifikasjoner og variasjoner av oppfinnelsen innenfor omfanget av kravene. 3

7 6 P a t e n t k r a v 1. Dupleks rustfritt stål omfattende i vekt-%: opptil 0,06 % karbon; 1 til 2 % krom; 1 til mindre enn 2, % nikkel; opp til 3,7 % mangan; mer enn 0,12 opp til 0,3 % nitrogen; opp til 2 % silisium; opp til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 0,003% bor; rest jern og tilfeldige urenheter, hvor det rustfrie dupleksstålet omfatter austenitt som er i det vesentlige stabilt med hensyn til deformasjonsindusert martensittisk transformasjon og ferritt. 2. Dupleksstål ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter opp til 0,03 % karbon Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter 17 til % krom. 4. Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter 1, til mindre enn 2, % nikkel. 2. Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter mer enn 0,12 opp til 0, % nitrogen. 6. Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter opp til 1 % silisium. 7. Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1 eller 6, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter 1 til 1, % molybden. 3

8 7 8. Dupleks rustfritt stål ifølge krav 1, omfattende, i vekt-%: opp til 0,03 % karbon; 17 til % krom; 1, til mindre enn 2, % nikkel; opp til 2 % mangan; mer enn 0,12 opp til 0, % nitrogen; opp til 1 % silisium; 1 til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 opp til 0,003 % bor; rest jern og tilfeldige urenheter, hvor det rustfrie dupleksstålet omfatter austenitt som er i det vesentlige stabilt med hensyn til martensittisk transformasjon og ferritt Produksjonsgjenstand, omfattende dupleks rustfritt stål, der det dupleks rustfrie stålet omfatter i vekt-%: opp til 0,06 % karbon; 1 til 2 % krom; 1 til mindre enn 2, % nikkel; opp til 3,7 % mangan; mer enn 0,12 opp til 0,3 % nitrogen; opp til 2 % silisium; opp til 1, % molybden; opp til 0, % kobber; opp til 0,2 % kobolt; opp til 0,0 % fosfor; opp til 0,00 % svovel; 0,001 til 0,003 % bor; rest jern og tilfeldige urenheter, hvori det rustfrie dupleksstålet omfatter austenitt som er i det vesentlige stabilt med hensyn til deformasjonsindusert martensittisk transformasjon og ferritt.. Produksjonsgjenstand ifølge krav 9, k a r a k t e r i s e r t v e d at den nevnte artikkel er valgt ut fra gruppen bestående av remse, stang, plate, tynnplate, støpt produkt, rør og rørledning Fremgangsmåte for å fremstille et dupleks rustfritt stål, fremgangsmåten er k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter: frembringe et dupleks rustfritt stål omfattende i vekt-% opptil 0,06 % karbon, 1 til 2 % krom, 1 til mindre enn 2, % nikkel, opp til 3,7 % mangan, mer enn 0,12 opp til 0,3 % nitrogen, opp til 2 % silisium, opp til 1, % molybden, opp til 0, % kobber, opp til 0,2 % kobolt, opp til 0,0 % fosfor, opp til 0,00 % svovel, 0,001 til 0,003 % bor, rest jern og tilfeldige urenheter; løsningsgløde stålet; og avkjøle stålet, hvor det rustfrie dupleksstålet omfatter austenitt som er i det vesentlige stabilt med hensyn til deformasjonsindusert martensittisk transformasjon og ferritt.