AT158971B - Verfahren zur Herstellung von Stahllegierungen für Gegenstände, die bei hohen Temperaturen hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Stahllegierungen für Gegenstände, die bei hohen Temperaturen hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen.

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   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    Verfahren zur Herstellung von Stahllegierungen für Gegenstände, die bei hohen Temperaturen hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen.   



   In der Technik ist eine grosse Anzahl von Stahllegierungen bekannt geworden, die wegen ihrer Warmfestigkeitseigenschaften und ihrer Dauerstandsfestigkeit zur Herstellung von solchen Gegenständen verwendet werden, die bei erhöhten Temperaturen beansprucht werden. Bei Temperaturen oberhalb 500  C fällt die Dauerstandsfestigkeit dieser bekannten Stahllegierungen sehr stark auf niedrigere Werte ab. Im neuzeitlichen Dampfkessel-, Maschinen-und Apparatebau werden jedoch infolge der in zunehmendem Masse gesteigerten Betriebstemperaturen   und-drücke   Stahllegierungen benötigt, die auch bei Temperaturen oberhalb   500d C   besonders hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen. 



   Der Einfluss einzelner oder mehrerer Legierungselemente auf die Dauerstandsfestigkeit des Stahles ist bereits mehrfach untersucht worden, ohne dass bisher eine befriedigende Gesetzmässigkeit für die bestmögliche Bemessung der Legierungsgehalte angegeben werden konnte. Es wurde vielmehr 
 EMI1.1 
 Dauerstandsfestigkeit aufwiesen, ohne dass ein Grund für das unterschiedliche Verhalten ersichtlich war. Auch bei Stählen, die im vergüteten Zustand einer langzeitigen Beanspruchung bei hohen Temperaturen unterworfen waren, wurden diese unterschiedlichen Werte der Dauerstandsfestigkeit festgestellt ; es wurde sogar mehrfach von der Anwendung einer Vergütungsbehandlung abgeraten und der grobkristallinen Gussstruktur die relativ höchste Dauerstandsfestigkeit beigemessen.

   Man war deshalb bisher bei der Abänderung bewährter Analysen und der Entwicklung neuer Stahllegierungen im wesentlichen auf die rein empirische Erprobung ihres Verhaltens bei erhöhten Temperaturen angewiesen. 



   Es wurde nun gefunden, dass die Dauerstandsfestigkeit-insbesondere oberhalb   500d C - in   legierten Stählen um so höher liegt, je höher einerseits die Lösungstemperatur der Karbide und je stärker anderseits der obere Umwandlungspunkt zu höheren Temperaturen verschoben wird. Diese Bedingungen können in Stahllegierungen dadurch erreicht werden, dass ein Legieren mit solchen Elementen erfolgt, die im binären System Fe-Legierungselement   das y-Gebiet abschnüren,   und dass die Gehalte an diesen Legierungselementen mit dem Kohlenstoffgehalt in der für die Erhöhung des oberen Umwandlungspunktes günstigsten Art miteinander abgeglichen werden.

   Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Stahllegierungen für Gegenstände, die bei hohen Temperaturen-insbesondere oberhalb   5000 C - hohe Dauerstandsfestigkeit   aufweisen müssen, wie Kesselteile, Ventile und Ventilfedern für Verbrennungsmotore, Schrauben, Bolzen u. dgl., deren Legierungsbestandteile zumindest auch aus solchen Elementen bestehen, die das y-Gebiet im binären System mit Eisen abschnüren, z. B. Molybdän, Vanadin, Silizium, Aluminium und andere, dessen Kennzeichen darin besteht, dass die Gehalte an diesen Legierungselementen in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt derart bemessen werden, dass in der Stahllegierung ein möglichst hoch-vorzugsweise bei oder über   10000 C - liegender Umwandlungspunkt   erzielt wird. 



   An einem Beispiel sei dargelegt, inwieweit Legierungselemente, die in an sich bekannter Weise   das--Gebiet einschnüren,   z. B. Molybdän, Vanadin, Silizium, Wolfram und Aluminium-die weiteren das-Gebiet einschnürenden Legierungselemente sind von F. Werer in der Abhandlung   :"Über   den Einfluss der Elemente auf den   Polymorphi"mus des Eisern, " im "Arehiv   für das Eisenhüttenwesen", 

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 Bd. 2 (1928/29), S. 739-748, insbesondere S. 743, angegeben-den oberen   Umwandlungspunkt   eines Stahles in vorstehendem Sinne erhöhen : 
 EMI2.1 
   M"'-T-Q-N" bei 0#2% Kohlenstoff   wieder.

   Durch die Komponente B wird mit steigendem Gehalt die obere Umwandlungstemperatur, die bei reinem Eisen bei etwa   900" C liegt,   erhöht ; sie erreicht 
 EMI2.2 
 gehalt usw., auf der Ordinatenachse der   Kohlenstoffgehalt angegeben. B ? i   den praktisch vorkommenden Analysenschwankungen ist der   Höchstwert   der Umwandlungstemperatur (O, P oder Q in   Fig. l) nicht   
 EMI2.3 
 als den stark ausgezogenen Kurven für die einzelnen Elemente in Fig. 2 entspricht, ohne dass die dadurch hervorgerufene Erniedrigung des Umwandlungspunktes die Höhe der Dauerstandsfestigkeit stark gefährdet.

   E   ! können   daher für die günstigsten Legierungsgehalte Bereiche angegeben werden, wie sie 
 EMI2.4 
 anderes   Legiernngselement   eintreten kann, immer aber eine Erhöhung der oberen Umwandlungstemperatur stattfinden soll. Werden mehrere Legierungselemente angewendet, die sich in ihrer Wirkung auf die Erhöhung des Umwandlungspunktes additiv verhalten, so kann die ünstigste Stahlzusammensetzung nach der folgenden Mischungsregel ermittelt werden : 
 EMI2.5 
 Darin bedeuten a, b, e ...... die tatsächlichen Prozentgehalte im Fertigstahl an den das y-Gebiet 
 EMI2.6 
 
 EMI2.7 
 
 EMI2.8 
 jedes andere das 7-Gebiet einschnürende Element treten. 



   Bei Mehrstoffsystemen ist der Punkt, bei dem die Umwandlungstemperatur einen Höchstwert aufweist, praktisch sehr schwer zu treffen.   Zweckmässigerweise   geht man daher in diesen Fällen nahe 
 EMI2.9 
 

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  Für die Anwendung der Mischungsregeln seien folgende Beispiele angeführt : Beispiel 1 : Ein Stahl mit der folgenden Zusammensetzung soll nachgeprüft werden, ob er 
 EMI3.1 
 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> 0#05 <SEP> C <SEP> 0#64 <SEP> St <SEP> 1#15% <SEP> Mo.
<tb> 
 
 EMI3.3 
 
 EMI3.4 
 
 EMI3.5 
 
 EMI3.6 
 
<tb> 
<tb> 0#20% <SEP> C <SEP> 1#45% <SEP> Mo <SEP> 0#62% <SEP> V
<tb> 
 ) soll der zur vollkommenen Abgleichung des Stahles noch neben Molybdän und Vanadin notwendige
Siliziumgehalt ermittelt werden : 
 EMI3.7 
 
 EMI3.8 
 die günstigste Zusammensetzung des Stahles wie folgt ist : 
 EMI3.9 
 
<tb> 
<tb> Mo <SEP> V
<tb> 0-20 <SEP> 0-80 <SEP> 1-45 <SEP> 0-62%.
<tb> 
 



   Nach der Erfindung ist aber die günstige Wirkung der   Abstimmung   zwischen den einzelnen Legierungselementen erst dann vollständig ausnutzbar, wenn die in Frage kommenden Stähle auch eine ihrer erhöhten oberen Umwandlungstemperatur entsprechende Vergütungs-Wärmebehandlung erfahren. Bei dieser werden die Stähle über die hochliegende Umwandlungstemperatur - vorzugsweise mindestens 50  C über die obere Umwandlungstemperatur - erhitzt, um dann entweder von dieser Temperatur sofort oder aber erst, nachdem sie langsam im Ofen bis auf etwa 20  C oberhalb des Ara-Punktes abgekühlt sind, in einem der gebräuchlichen   Abschreckmittel (Wasser, 01,   Pressluft od. dgl.) abgeschreckt.

   Das darauffolgende Anlassen wird bei den gebräuchlichen Anlasstemperaturen - zweckmässig jedoch bei Temperaturen von etwa   50  C über der Verwendungstemperatur   des Stahlesvorgenommen. 



   Die nach dem Verfahren gemäss der Erfindung   hergestellten und gegebenenfalls vergüteten   Stähle weisen auch bei langzeitiger Beanspruchung ausserordentlich hohe Warmfestigkeitseigenschaften und sehr hohe Dauerstandsfestigkeit, besonders bei Temperaturen über 500  C auf. Sie sind daher zur Herstellung von bei hohen Temperaturen   beanspruchten Gegenständen   aller Art, z. B. Kesselteilen, Ventilen und Ventilfedern für Verbrennungsmotore, Schrauben und Bolzen u. dgl., hervorragend geeignet. 



     Ob3chon   Chrom auch zu den das   #-Gebiet einschnürenden Legierungselementen gezählt   wird, 
 EMI3.10 
 niedrigung der oberen Umwandlungstemperatur statt, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Erst bei höheren Chromgehalten von 9 bis   12%   tritt wieder eine Erhöhung der oberen Umwandlungstemperatur ein. Die bei den einzelnen   Kohlenstoff-und Chromgehalten günstigen Grenzen, bei denen   keine Herab-   setzung der Dauerstandsfestigkeit befürchtet zu werden braucht,   sind in Fig. 4 wiedergegeben.

   Die gestrichelten Gebiete stellen die   Chrom-und Kohlenstoffgehalte   dar, die   sich gemäss der   Erfindung auf die Dauerstandsfestigkeit nicht verschlochternd auswirken ; die übrigen   nichtgestriehelten   Gebiete verursachen eine starke Erniedrigung des Umwandlungspunktes und sind daher   zweckmässig   für Gegenstände zu vermeiden, die hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen. 



   Die Wirksamkeit der das   #-Gebiet einschnürenden Legierungsbestandteile kann wesentlich   durch die Massnahme unterstützt werden, dass alle die obere Umwandlungstemperatur erniedrigenden Legierungselemente, z. B. Mangan, Nickel, oder die vorstehend ausgenommenen Chrombereiche ganz oder soweit wie möglich bei der Legierung des Stahles ausgenommen werden. Durch Zusatz von geringen Mengen dieser Legierungselemente bis zu etwa   2% können jedoch gegebenenfalls andere Vorteile   ausgenutzt werden, z. B. kann erforderlichenfalls die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit verringert werden. Die gleiche Wirkung ist auch durch   Erhöhung   des   Kohlenstoffgehaltes zu erreichen, doch   muss in jedem Falle dann die Menge der die Umwandlung erhöhenden Legierungselemente, z. B.

   Molybdän, Vanadin und andere, entsprechend erhöht werden. In diesem Falle wird zweckmässig der in der vor- 
 EMI3.11 
 Linie die Sonderkarbide bildenden Elemente Molybdän, Vanadin, Wolfram, Titan und auch Chrom in entsprechenden Mengen herangezogen werden, da sie auf die Erhöhung der Dauerstandfestigkeit 
 EMI3.12 
 

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Die Erfindung   i, t VOll grösster wirtschaftlicher Bedeutung, da   sie die Lehre angibt, mit geringstem Aufwande an wertvollen   Legierungsbestandteilen   bei hochwarmfesten Stählen   auszukommen   und diese dann zur grösstmöglichen Wirkung zu bringen. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Stahllegierungen für Gegenstände, die bei hohen Temperatureninsbesondere oberhalb   5000 C - hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen,   wie Kesselteile, Ventile 
 EMI4.1 
 die Gehalte an diesen Legierungselementen in   Abhängigkeit   vom Kohlenstoffgehalt derart bemessen werden, dass in der Stahllegierung ein möglichst hoch-vorzugsweise bei oder über   1000 0 C -liegender   Umwandlungspunkt erzielt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an dem das (-Gebiet einschnürenden Legierungselement, z. B. Aluminium, Vanadin, Molybdän, Silizium oder Wolfram, mit dem Kohlenstoffgehalt in der aus der Fig. 2 ersichtlichen Weise abgeglichen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehalte der das (-Gebiet einschnürenden Legierungselemente zu zweien oder mehreren nach der folgenden Mischungsregel bemessen werden : EMI4.2 EMI4.3 schnürenden gewünschten Legierungselementen X, Y, Z usw. ; ap, bp, ep usw. den Prozentgeltalt des jeweiligen Legierungselementes X, Y, Z usw., bei dem gemäss dem Schema der Fig. 1 bzw. nach den Angaben der Fig. 2 im Zweistoffsystem mit Eisen der (-Michkristall bei p% Kohlenstoff einen Höchst- wert der oberen Umwandlungstemperatur (Acs-Punkt) aufweist ; m = 0'8-1'0-vorzugsweise 0'85. EMI4.4 nach den in der Fig. 4 gestrichelt angegebenen Grenzen bemessen wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Elemente, wie z. B.
    Mangan, Nickel, oder durch Chrom-bei ausserhalb der gestrichelten Bereiche der Fig. 4 liegenden Gehalten-bewirkte Erniedrigung des oberen Umwandlungspunktes durch Gehalte an Legierungs- elementen, die den oberen Umwandlungspunkt erhöhen, in der Weise ausgeglichen wird, dass der Wert 1n nach Anspruch 3 an der oberen Grenze des Wertes 1n, also bei 1'0 liegt. EMI4.5 Pressluft od. dgl. von dieser Temperatur oder von einer durch langsame Abkühlung erreichten Temperatur von 20 C oberhalb des Ars-Punktes und einem anschliessenden Anlassen in gebräuchlicher Weise EMI4.6
AT158971D 1936-06-11 1937-05-10 Verfahren zur Herstellung von Stahllegierungen für Gegenstände, die bei hohen Temperaturen hohe Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen. AT158971B (de)

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