DE1958550B2

DE1958550B2 - Verwendung eines austenitischen Chrom-Nickel-Titan-Niob-Stahls mit hoher Warmfestigkeit und Zeitstandfestigkeit

Info

Publication number: DE1958550B2
Application number: DE19691958550
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Kinoshita; Tohru Tokio Mimino; Takayuki Tokio Shinoda; Ryohei Tanaka
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1968-12-25
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1975-02-13
Also published as: FR2027087A1; GB1288979A; JPS503967B1; CA919952A; DE1958550A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines austenilischen nichtrostenden Chrom-Nickel-Titan-Niob-Stahls zum Einsatz bei erhöhten Temperaturen.

In manchen Anwendungsgebieten werden Stähle mit hoher Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen benötigt, so für Rohre im Dampfkesselbau, in Chemieanlagen und im Kernreaktorbau. Dies gilt z. B. für große Boiler, die bei überkritischem Druck betrieben werden.

Derzeit werden bei erhöhten Temperaturen und hohen Drücken austenitische nichtrostende Chrom-Nickel-Stähle (18 8) verwendet, die Titan oder Niob enthalten. Diese Stähle werden bei Temperaturen über 6(X) C verwendet. Bei verschiedenen Untersuchungen ist jedoch festgestellt worden, daß die Festigkeit von Stählen, die Titan oder Niob enthalten, geringer ist als die von Stählen, die kein Titan oder kein Niob enthalten, und daß die Zeitstandfesligkeit der Stähle mit Titan oder Niob bei höheren Temperaturen und längerer F-inwirkungszeit stark abfällt. Diese Verschlechterung dürfte daran liegen, daß die Titanoder Niob-Karbide unter solchen Bedingungen sich zusammenballen und an den Korngrenzen ausgeschieden werden.

Aus der britischen Patentschrift 1 091 276 ist ein Chrom-Nickel-Stahl, der auch Titan und oder Niob enthalten kann, bekannt, aus dem Gegenstände hergestellt werden sollen, die bei hohen Temperaturen Stoß, Abrieb und Korrosion ausgesetzt sind, beispielsweise Auslaßventile von Verbrennungskraftmasehincn.

Die Lehre dieser Patentschrift geht dahin, für die Gegenstände einen Stahl /u schaffen, der erlaubt, daß diese Gegenstände geschmiedet und nachträglich einsatzgehärtet werden. Bezüglich der Legierungsbestandteile gibt diese britische Patentschrift die Lehre, daß Eisen und Chrom als notwendige Bestandteile enthalten sein müssen, während Nickel, Kobalt. Mangan. Stickstoff. Silizium. Bor und Kupfer Wahlkomponenten sind, die auch weggelassen werden können. Für zweckmäßige Zusammensetzungen dieser Komponenten geben die Beispiele Anhaltspunkte, während für Schwefel. Titan. Vanadium. Molybdän und Wolfram sowie Niob, wenn sie zugesetzt werden, nur eine Obergren/e \on 3 Gewichtsprozent empfohlen wird, den Beispielen jedoch kein Vorschlag für prozentuale Anteile entnommen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es. einen Stahl auszuwählen, der als Werkstoff für Gegenstände, insbesondere für Rohre im Dampfkesselbau, in Chemieanlagen und im Reaktorbau, seeignei ist. die bei erhöhten 1 emperaturen eine höhere Festigkeil und Hitzebeständigkeit als die üblichen nichtrostenden Stahle sowie gute Zeitstandfestiakeit aufweisen müssen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein auslenitischer Chrom-Nickel-Tilan-Niob-Stahl gewählt wird der aus 0.03 bis 0.3¹O Kohlenstoff, bis l.()"„ Silizium bis 2% Mangan. 15.0 bis 26.0",, Chrom. 7ObIS^O¹O Nickel. 0.04 bis 1.0",. Titan und 0.03 bis f5% (Tantal enthaltendes) Niob. Rest Eisen besteht. mit der Maßgabe, daß das Atomverhältnis von 1 nan zu (Titan t Niob) innerhalb des Bereiches von 0.15 bis 0.85 liegt.

An Hand der in den Fig.! und 2 und im folgenden beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einem Diagramm die Zeitstandfestigkeii erfindungsgemäß zu verwendender Stähle im Vergleich zu anderen Stählen.

" Fig 2 in einem Diagramm die Zeilstandfestigkeit ertindungsgemäß zu verwendender Stähle in Abhängigkeit vom Atomverhältnis von Titan /u (Titan + Niob».

Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl hai folgende Zusammensel/ung:

0.03 bis 0,3" ο Kohlenstoff.

bis 2% Maniian.

7.0 bis 22,0% Nickel.

bis 1.0% Silizium.

15.0 bis 26.0% Chrom.

0.04 bis 1.0% Titan.

0 03 bis 1.5% Niob (Tantal enthaltend).

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

wobei das Atomverhältnis von Titan zu (Titan ι- Niob) innerhalb des Bereiches von 0.15 bis 0.85 liegt.

Der Grund für den Zusatz der Elemente Titan und Niob + Tantal besteht darin, daß beim gleichzeitigen Vorhandensein dieser Elemente die Zusammenballung der gebildeten Karbide verhindert und diese gleichmäßig verteilt werden. Dies führt zu der hohen Warmfestigkeit. Wird jedoch, wie bei verschiedenen Versuchen" festgestellt wurde, nur Titan und Niob zu einem üblichen hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stahl zugegeben, so reicht dies für eine Erhöhung der Eestiiikeh nicht aus. Die Einzelheiten werden an Hand der folgenden Beispiele erläutert.

Die chemischen Zusammensetzungen der untersuchten Stähle sind:

Nr. 1

Nr. 2
Nr. 3
Nr. 4
Nr. 5

Nr. 6

0.16

0.13
0.15
0.13
0.14

0.15

Si	Mn
I % I	I'M
0.58	1,47
0.39	1.35
0.43	1.42
0,43	1,45
0,44	1.42
0.46	1.3 S

Ni ("..I

10.i)7
10.16
10.10
10.4

ir ! "Ii

("ι; I : I "ι. I

18.29 ! 0.09

I 17.75 i i 8.19 j 17.66 18.87 0.04
0.02
0.01
0.09

Die Ergebnisse der Zeitstandversuehe mil den Stählen Nr. 1 bis 6 sind in F i g. ' dargestellt. I-" i g. 2 zeigt die Zeitstandfestigkeit (kg mm²) in Abhängigkeit vom Alomverhältnis von Titan zu (Titan - Niob| bei 700 C und 10³ Stunden.

Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß die höchste Festigkeit bei einem Atomverhältnis von etwa 0.50 erreicht wird. Der Gehalt an Titan und Niob in einem Bereich des Atomverhältnisses von Titan zu (Titan -τ- Niob) zwi schen 0,15 und 0,85 liegt, bringt also die vervielfachte Wirkung voll zur Geltung. Fin Alomverhältnis von weniger als 0.15% oder mehr als 0.85" <> hai nur geringe Auswirkungen.

Der Kohlenstoffgehall des eriindungsgemaß zu \er-

10.04 1S.84 0.10

Nh

I" 11!

0.13

0.14
0.23
0.23
0.07

0.03

Atom- ι AUini-.efhüllnis J verhältnis

C /u 1i/u

Ii , Nh Ii . Nh

4.1

4.6
4.3
4.0
4.1

5,2

0.57

0.35
0.14
0.08
0.71

0.83

Bemerkungen

erfindungsgemäß zu verwendender Stahl

desgl. Vergieichssiahl

desgl.

jriindungsgemäß zu verwendender Stahl

wendenden Stahls, der zwischen 0.03 und 0.30"< > liegt. wird auf einen Wert gewählt, bei dem die Cr-Karbide ausgeschieden werden und sich um die Titan- und (Niob + Tantal)-Karbide verteilen. Dies führt zu einer erhöhten Hochtemperaturfestigkeit. Bei weniger als 15.0" t, Chrom wird die Oxydationsbeständigkeit schlechter, während der Stahl bei mehr als 26.0% Chrom zu hart wird, um in die stabilisierte austeniiische Phase zu gelangen. Auch der Nickelgehalt von 7.0 bis 22.0" υ ist im Zusammenhang mit dem obigen Chromgehalt wichtig. Der Silizium- und Mangangehalt liegt im üblichen Bereich von nichtrostendem Stahl.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verwendung eines austenitischenChrom-Nickel-Titan-Niob-Stahles, bestehend aus 0,03 bis 0,3% Kohlenstoff, bis 1,0% Silizium, bis 2% Mangan, 15,0 bis 26,0% Chrom, 7,0 bis 22,0% Nickel. 0,04 bis 1,0% Titan und 0,03 bis 1.5% (Tantal enthaltendes) Niob, Rest Eisen sowie unvermeidlichen Verunreinigungen, mit der Maßgabe, daß das Atomverhältnis von Titan zu (Titan + Niob) innerhalb des Bereiches von 0,15 bis 0.83 liegt, als Werkstoff für Gegenstände, insbesondere für Rohre im Dampfkesselbau, in Chemieanlagen und im Reaktorbau, die bei erhöhten Temperaturen eine höhere Festigkeit und Hitzebeständigkeit als die üblichen nichtrostenden Stähle sowie gute Zeitsundfestigkeit aufweisen müssen.