CH369481A

CH369481A - Process for increasing the creep resistance of chrome steel

Info

Publication number: CH369481A
Application number: CH2873156A
Authority: CH
Inventors: Thomas Harris Geoffrey; Cave Child Henry
Original assignee: Birmingham Small Arms Co Ltd
Priority date: 1956-01-11
Filing date: 1956-01-11
Publication date: 1963-05-31

Description

  

  Verfahren zur     Erhöhung    der     Kriechfestigkeit    von Chromstahl    Chromstahl wird seit einigen Jahren in grosser  Menge als kriechfester Stahl z. B. für     Kompressor-          und    Turbinenscheiben in     Gasturbinen    verwendet. Die  normale Behandlung war bisher das Härten und An  lassen der Legierung.

   Es wurde von vielen Verarbei  tern     nachgewiesen,    dass dabei die Zusammensetzung  des Stahles wichtig ist, wenn optimale Eigenschaften  erhalten werden sollen.     Wenn    nämlich die     Zusam-          mensetzung    des Stahles so ist, dass derselbe bei der       Härtungs-    oder     Lösungsglühtemperatur    nicht gänz  lich     au.stenitisch    ist, dann entspricht die     Endstruktur     des Stahles derjenigen von .angelassenem     Martensit     mit Feldern von     Ferrit,    und wenn diese     Ferritfelde-r     ausgedehnt     sind,

      haben sie einen ungünstigen     Einfluss     auf die Kriechfestigkeit und     Duktilität    des Materials.  



  Es ist     ein    Ziel der vorliegenden Erfindung, die  Notwendigkeit einer genauen Kontrolle der Zusam  mensetzung zu vermeiden. Die     Erfindung        betrifft    des  halb ein Verfahren zur Erhöhung der Kriechfestigkeit  von Chromstahl, der bei 1000 bis 1300  C min  destens 60 0/0     Ferrit    enthält.  



  Das     Verfahren    ist dadurch gekennzeichnet, dass  der     Chromstahl,    der zur     Ermöglichung    einer Lösungs  härtung     mindestens    einen der folgenden Bestandteile,       nämlich        0,5        bis    6     %        Wolfram,        0,25        bis    6     oh,        Molyb-          dän        oder        0,

  1        bis    2     %        Vanadium,        und        zwar        in        einer            Gesamtmenge        von        wenigstens        1,5        %"        aufweist,        zwecks          Lösungshärtung    bei     einer    Temperatur im Bereiche       von    1000 bis 1300  C lösungsgeglüht und ab  geschreckt wird,

       worauf    der Stahl bei     einer    Tempera  tur im Bereiche von 20 bis 700  C verformt wird, um       die        Materialdicke        um    1     bis        10        %,        zu        verringern.     



  Die     Lösungshärtung    besteht dabei darin, dass die  erwähnten Bestandteile (Wolfram,     Molybdän,        Vana-          dium)        beim        Erhitzen    oder Lösungsglühen des Chrom  stahles in     Lösung    gehen     und        beim    Abschrecken im  Stahl gelöst bleiben.  



  Das Verformen     kann    z. B. durch     Walzen,    Prägen  oder Pressen durchgeführt werden.  



  Wenn es     erwünscht    ist, kann     zusätzlich    zur     erfin-          dungsgemässen        Lösungshärtung    eine Ausscheidungs  härtung bewirkt werden,     indem    ein Stahl verwendet  wird, der     mindestens    eines der Elemente     Niob,        Tan-          tal    oder Titan enthält, und     indem    der Stahl nach dem       Abschrecken        und    vor oder nach dem Verformen in       einem    Temperaturbereich von 500 bis 700  C ge  altert wird.  



  Ein Stahl, der bei 1000 bis 1300  C mindestens       60%        Ferrit        enthält        und        der        sich        für        die        angegebene     Behandlung durch Lösungsglühen, Abschrecken und       Verformen    eignet, kann z.

   B. folgende Bestandteile in  den     angegebenen    Bereichen enthalten:    
EMI0002.0001     
  
    Kohlenstoff <SEP> 0,05 <SEP> bis <SEP> 0,3 <SEP> %
<tb>  Mangan <SEP> 0,05 <SEP> bis <SEP> 2,0 <SEP> 0/0
<tb>  Nickel <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> %
<tb>  Silizium <SEP> 0,05 <SEP> bis <SEP> 1,0 <SEP> 0/0
<tb>  Kobalt <SEP> bis <SEP> 4 <SEP> %
<tb>  Chrom <SEP> 9 <SEP> bis <SEP> 20 <SEP> %
<tb>  Wolfram <SEP> 0,5 <SEP> bis <SEP> 3 <SEP> 0/0
<tb>  Molybdän <SEP> 0,25 <SEP> bis <SEP> 3 <SEP> 0/0
<tb>  Vanadium <SEP> 0,1 <SEP> bis <SEP> 2 <SEP> %
<tb>  Niob <SEP> und <SEP> Tantal <SEP> bis <SEP> 2 <SEP> 0/a
<tb>  Titan <SEP> bis <SEP> 2 <SEP> %
<tb>  Stickstoff <SEP> 0,001 <SEP> bis <SEP> 0,2 <SEP> 0/0
<tb>  Bor <SEP> bis <SEP> 0,05%       Im weitem kann, wenn gewünscht, insgesamt bis       zu        0,

  5        %        irgendeines        der        stärkeren        Desoxydations-          mittel,    wie Aluminium,     Cer    oder Magnesium, vor  handen sein, dies ist aber nicht wesentlich.  



  <I>Beispiel 1</I>  Eine Legierung mit Bestandteilen innerhalb der  obigen Bereiche ist der Chromstahl  W 354 , welcher       bei        1000        bis        1300         C        mehr        als        60        %        Ferrit        enthält     und     folgende    Gehalte aufweist:

           Nb:        1,5        %,        V:        0,25        %,        N:        0,10/a,        B:        0,013        0/0,        W:10/0.          C:        0,05        0/0,        Mn:        0,8        0/0,        Si:        0,40/a,        Cr:

          13        %,        Mo:        1%,     Diese Legierung wird zwecks Lösungshärtung     bei     1200  C lösungsgeglüht     !und    in Öl abgeschreckt, wor-  
EMI0002.0050     
  
    C <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Mo <SEP> % <SEP> W <SEP> % <SEP> V <SEP> % <SEP> Nb <SEP> % <SEP> N <SEP> % <SEP> B <SEP> 0/0
<tb>  WEx352 <SEP> 0,05 <SEP> 0,8 <SEP> 0,3 <SEP> 13 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0,2 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 0,01
<tb>  WEx409 <SEP> 0,05 <SEP> 0,8 <SEP> 0,3 <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 0,01
<tb>  WEx651 <SEP> 0,05 <SEP> 0,8 <SEP> 0,3 <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,25 <SEP> 0,1 <SEP> 0,

  01       Diese Legierungen werden zwecks Lösungshär  tung bei 1000 bis     1300     C lösungsgeglüht und in Luft,  Öl oder Wasser abgeschreckt, worauf man bei 20 bis  700  C     verformt,    um die Dicke um 1 bis     10,1/o,    zu ver  ringern, und den Stahl im Temperaturbereich von  500 bis 700  C altert.  



  Wenn nach dieser Ausführungsaxt die     Stähle    bei  1200  C     in    Öl abgeschreckt, während 20 Stunden bei  650  C     gealtert    und dann mit 4725     kg/cm2    bei 500  C  geprüft wurden, ergaben sich folgende Resultate:

    
EMI0002.0058     
  
    Material <SEP> % <SEP> Ferrit <SEP> bei <SEP> Dehnung
<tb>  1200 <SEP> C <SEP> nach
<tb>  100 <SEP> Stunden
<tb>  WEx352 <SEP> <B>8011/0</B> <SEP> 0,065 <SEP> %
<tb>  WEx409 <SEP> <B>950/0</B> <SEP> 0,035 <SEP> %
<tb>  WEx651 <SEP> 65 <SEP> % <SEP> 0,09611/o       Diese Elemente müssen in  einer Gesamtmenge von     wenig-          stens        1,5        %        vorhanden        sein.       auf bei 500  C warm     verformt    wird, um die Dicke       um    5     %        zu        vermindern.     



  Bei     Belastung    mit 4725     kg;cm=    bei 500  C     zeigte     die Legierung nach hundert Stunden eine Dehnung       von        0,05        %.     



  Zum Vergleich sei     angegeben,    dass     dieselbe    Legie  rung, zwecks Lösungshärtung, gleicherweise lösungs  geglüht und abgeschreckt, aber nicht warm     verformt,     sondern nur bei 500 C getempert, unter denselben       Prüfbedingungen        eine        Dehnung        von        mehr        als        1%     aufweist.  



  <I>Beispiel 11</I>  Mit folgenden Legierungen, welche ebenfalls bei       1000        bis        1300         C        mehr        als        60%        Ferrit        enthalten,     wird zusätzlich zur Lösungshärtung noch eine Aus  scheidungshärtung erreicht:



  Process for increasing the creep resistance of chromium steel Chromium steel has been used in large quantities for several years as creep-resistant steel, e.g. B. used for compressor and turbine disks in gas turbines. The normal treatment so far has been hardening and annealing the alloy.

   It has been proven by many processors that the composition of the steel is important if optimal properties are to be obtained. If the composition of the steel is such that it is not entirely au.stenitic at the hardening or solution annealing temperature, then the final structure of the steel corresponds to that of tempered martensite with fields of ferrite, and if these ferrite fields are expanded are,

      they have an unfavorable influence on the creep strength and ductility of the material.



  It is an object of the present invention to obviate the need for precise control of the composition. The invention relates to a method of increasing the creep resistance of chrome steel, which contains at least 60 0/0 ferrite at 1000 to 1300 C min.



  The method is characterized in that the chromium steel, which to enable solution hardening, has at least one of the following components, namely 0.5 to 6% tungsten, 0.25 to 6% molybdenum or 0,

  1 to 2% vanadium, in a total amount of at least 1.5% ", is solution annealed and quenched at a temperature in the range from 1000 to 1300 C for the purpose of solution hardening,

       whereupon the steel is deformed at a tempera ture in the range of 20 to 700 C in order to reduce the material thickness by 1 to 10%.



  Solution hardening consists in the fact that the components mentioned (tungsten, molybdenum, vanadium) go into solution when the chromium steel is heated or solution annealed and remain dissolved in the steel when it is quenched.



  The deformation can e.g. B. be carried out by rolling, embossing or pressing.



  If desired, in addition to the solution hardening according to the invention, precipitation hardening can be effected by using a steel which contains at least one of the elements niobium, tantalum or titanium, and by the steel after the quenching and before or after the Deforming is aged in a temperature range of 500 to 700 C.



  A steel which contains at least 60% ferrite at 1000 to 1300 C and which is suitable for the specified treatment by solution heat treatment, quenching and deformation, can, for.

   B. contain the following components in the specified areas:
EMI0002.0001
  
    Carbon <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> 0.3 <SEP>%
<tb> Manganese <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> 2.0 <SEP> 0/0
<tb> Nickel <SEP> to <SEP> 4 <SEP>%
<tb> silicon <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> 1.0 <SEP> 0/0
<tb> Cobalt <SEP> to <SEP> 4 <SEP>%
<tb> Chrome <SEP> 9 <SEP> to <SEP> 20 <SEP>%
<tb> Wolfram <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 3 <SEP> 0/0
<tb> Molybdenum <SEP> 0.25 <SEP> to <SEP> 3 <SEP> 0/0
<tb> Vanadium <SEP> 0.1 <SEP> to <SEP> 2 <SEP>%
<tb> Niobium <SEP> and <SEP> Tantalum <SEP> to <SEP> 2 <SEP> 0 / a
<tb> Titan <SEP> to <SEP> 2 <SEP>%
<tb> nitrogen <SEP> 0.001 <SEP> to <SEP> 0.2 <SEP> 0/0
<tb> Boron <SEP> to <SEP> 0.05% If desired, a total of up to 0,

  5% of any of the stronger deoxidizers, such as aluminum, cerium or magnesium, may be present, but this is not essential.



  <I> Example 1 </I> An alloy with components within the above ranges is the chromium steel W 354, which at 1000 to 1300 C contains more than 60% ferrite and has the following contents:

           Nb: 1.5%, V: 0.25%, N: 0.10 / a, B: 0.013 0/0, W: 10/0. C: 0.05 0/0, Mn: 0.8 0/0, Si: 0.40 / a, Cr:

          13%, Mo: 1%, This alloy is solution annealed for the purpose of solution hardening at 1200 C! And quenched in oil.
EMI0002.0050
  
    C <SEP>% <SEP> Mn <SEP>% <SEP> Si <SEP>% <SEP> Cr <SEP>% <SEP> Mo <SEP>% <SEP> W <SEP>% <SEP> V < SEP>% <SEP> Nb <SEP>% <SEP> N <SEP>% <SEP> B <SEP> 0/0
<tb> WEx352 <SEP> 0.05 <SEP> 0.8 <SEP> 0.3 <SEP> 13 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 0.2 <SEP> 0.5 <SEP> 0 , 1 <SEP> 0.01
<tb> WEx409 <SEP> 0.05 <SEP> 0.8 <SEP> 0.3 <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 0.2 <SEP> 0.5 <SEP> 0 , 1 <SEP> 0.01
<tb> WEx651 <SEP> 0.05 <SEP> 0.8 <SEP> 0.3 <SEP> 13 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 0.2 <SEP> 0.25 <SEP> 0 , 1 <SEP> 0,

  01 For the purpose of solution hardening, these alloys are solution annealed at 1000 to 1300 C and quenched in air, oil or water, whereupon they are deformed at 20 to 700 C to reduce the thickness by 1 to 10.1 / o, and the steel ages in the temperature range from 500 to 700 C.



  If, according to this design ax, the steels were quenched in oil at 1200 C, aged for 20 hours at 650 C and then tested with 4725 kg / cm2 at 500 C, the following results were obtained:

    
EMI0002.0058
  
    Material <SEP>% <SEP> ferrite <SEP> with <SEP> elongation
<tb> 1200 <SEP> C <SEP> after
<tb> 100 <SEP> hours
<tb> WEx352 <SEP> <B> 8011/0 </B> <SEP> 0.065 <SEP>%
<tb> WEx409 <SEP> <B> 950/0 </B> <SEP> 0.035 <SEP>%
<tb> WEx651 <SEP> 65 <SEP>% <SEP> 0.09611 / o These elements must be present in a total amount of at least 1.5%. is thermoformed at 500 ° C to reduce the thickness by 5%.



  When loaded with 4725 kg; cm = at 500 C, the alloy showed an elongation of 0.05% after one hundred hours.



  For comparison, it should be stated that the same alloy, for the purpose of solution hardening, was solution annealed and quenched in the same way, but not hot-formed, but only tempered at 500 C, under the same test conditions an elongation of more than 1%.



  <I> Example 11 </I> With the following alloys, which also contain more than 60% ferrite at 1000 to 1300 C, precipitation hardening is achieved in addition to solution hardening:

Claims

PATENT CLAIM Process for increasing the creep resistance of chromium steel which contains at least 60% ferrite at 1000 to 1300 C, characterized in that the chromium steel which, to enable solution hardening, contains at least one of the following components, namely 0.5 to 6% tungsten, 0 ,

25 to 6 0 / a molybdenum or 0.1 to 211 / o vanadium, in a total amount of at least 1.5%, is solution annealed and quenched at a temperature in the range from 1000 to 1300 C for the purpose of solution hardening , whereupon the steel is deformed at a temperature in the range of 20 to 700 C,

to reduce the material thickness by 1 to 10%. SUBCLAIMS 1.

Method according to patent claim, characterized in that the steel also contains at least one of the elements niobium, tantalum or titanium in such an amount that precipitation hardening is achieved in addition to solution hardening by aging the steel in a temperature range of 500 to 700 C. 2.

Method according to claim, characterized in that the steel, which contains at least 60% ferrite at 1000 to 1300 C, has the following components in the specified ranges:

EMI0003.0012 Carbon <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> 0.3 <SEP> 0/0 <tb> Manganese <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> 2.0 <SEP>% <tb> silicon <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> 1 <SEP> 0/0 <tb> Nickel <SEP> to <SEP> 4 <SEP> 0/0 <tb> Chrom <SEP> 9 <SEP> to <SEP> 20 <SEP> 0/0 <tb> Wolfram <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 3 <SEP> 0/0 <tb> Molybdenum <SEP> 0.25 <SEP> to <SEP> 3 <SEP> 0/0 EMI0003.0013 Vanadium <SEP> 0.1 <SEP> to <SEP> 2 <SEP> 0 / a <tb> Niobium <SEP> and <SEP> Tantalum <SEP> 0.1 <SEP> to <SEP> 2 <SEP>% <tb> Titan <SEP> 0.001 <SEP> to <SEP> 2 <SEP> 0/0 <tb> nitrogen <SEP> 0.001 <SEP> to <SEP> 0.2 <SEP>% boron <SEP> 0.001 <SEP> to <SEP> 0.05% together with a total of 0,

001 to 0.5% of at least one of the deoxidizing agents aluminum, cerium or magnesium. 3. The method according to claim, characterized in that the steel comprises the following elements EMI0003.0030 holds:

<tb> carbon <SEP> 0.05.91u <SEP> tungsten <SEP> 2 <SEP> 0/0 <tb> Manganese <SEP> 0.8 <SEP>% <SEP> Vauadium <SEP> 0.2 <SEP> 0/0 <tb> silicon <SEP> 0.3 <SEP>% <SEP> niobium <SEP> 0.25%. <tb> Chrom <SEP> 13 <SEP> '9 / o. <SEP> nitrogen <SEP> 0.1 <SEP> 0 / a <tb> Molybdenum <SEP> 2 <SEP>% <SEP> Boron <SEP> 0.010 / 0