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Nickel-Molybdän-Legierung Nickel- Molybdän - Legierungen, die auch mehr oder weniger Fe enthalten können, werden im hohen Masse zur Herstellung von chemischen Anlagen und Einrichtungen verwendet, die dem Korrosionsangriff von Salz-, Schwefel- und Phosphorsäure sowie anderer Säuren ausgesetzt sind. Diese Legierungen enthalten 10 bis 40 /o Molybdän und 2 bis 25 % Eisen, während der Rest Nickel und geringe Mengen von Kohlenstoff, Silizium und Mangan bilden. Die im Handel erhältlichen Legierungen dieser Art enthalten 26 bis 30 0J0 Molybdän, 4 bis 7 % Eisen, 0, 1 bis 1, 0 % Silizium und 0, 1 bis 1, 0 % Mangan, den Rest bilden Nickel und Verunreinigungen.
Diese Legierungen müssen häufig durch Schweissung verarbeitet werden. Dabei entsteht eine lokale Erhitzung der zu verbindenden Teile auf Schmelztemperatur, wodurch das Material in der Nähe der geschmolzenen Zonc für die interkristalline Korrosion in einigen korrosiven Mitteln empfindlich wird - besonders in heisser, starker Salzsäure- so dass die Einrichtungen den Zweck, für den sie gedacht sind, nicht erfüllen. Der Grund hiefür dürfte darin liegen, dass während des Schweissvorganges das Karbid in dem Material neben dem Schweissmetall in Lösung geht und bei der anschliessenden ziemlich raschen Abkühlung als Molybdänkarbid, vorzugsweise an den Korngrenzen, wieder ausgeschieden wird. Infolgedessen verarmen die Stellen in der Nähe dieser Grenzen an Molybdän, und diese verarmten Stellen wer- den leicht von der Säure angegriffen.
Dieser Nachteil ist schon seit der ersten Verwendung dieser Legierungen vor mehr als
20 Jahren bekannt. Der einzige bekannte Weg zur überwindung dieses Nachteils wurde in der brit. Patentschrift Nr. 542, 851 beschrie- ben und besteht in der Praxis darin, dass die Apparatur zunächst durch Schweissung herge- stellt und dann durch mehr als zwei, aber nicht länger als 72 Stunden auf 900 bis 11750 C er- hitzt wird. Durch diese Wärmebehandlung kann das Molybdän aus den Zonen mit normalem Molybdängehalt in die an Molybdän verarmten Zonen diffundieren. Die Wärmebehandlung yon fertigen Apparaturen lässt sich jedoch in der Praxis wegen der Schwierigkeiten bei der Wärmebehandlung grosser Stücke und wegen der während der Wärmebehandlung entstehenden Verwerfungen nur schwierig durchführen.
In der brit. Patentschrift Nr. 542, 851 wird auch erwähnt, dass die Legierungen bis zu 20 /o Chrom enthalten dürfen. Andere Elemente, die als mögliche Bestandteile in Betracht gezogen werden können, sind Wolfram bis zu 7 /o und Vanadin, Mangan, Zirkon, Tantal, Niobium und Titan, die, wie dort erwähnt wird, im Bereich von 0, 1 bis 3, 0 % liegen.
In der Praxis wird Vanadin manchmal zum Zwecke der Läuterung während der Herstellungen der Legierungen zugesetzt, wobei dessen Menge nicht grösser als 0, 3 % ist.
Da die Legierungen üblicher Weise meistens geschmiedet oder in anderer Weise warm verformt werden, wenn daraus chemische Anlagen und Einrichtungen hergestellt werden, wurde ihre Zusammensetzung bisher so eingestellt, dass sie die Mindestmenge jener Elemente enthalten, wozu auch Vanadin gehört, durch die die Schmiedbarkeit beeinträchtigt und jede Warmverformung erschwert wird.
Es wurde nun gefunden, dass die durch das Schweissen von Nickel-Molybdän-Legierungen verursachte Minderung der Korrosionsbeständigkeit ganz oder zum grossen Teil beseitigt werden kann, wenn die Legierungen 1, 2 bis 2, 3 o/o Vanadin enthalten. Unterhalb von 1, 2 0/0 Vanadin ist deren Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweissen immer noch so gering, dass die fertigen Anlagen oder Einrichtungen von geringem praktischem Wert sein können. Oberhalb von 2, 3 % Vanadin weisen sie aber eine beträchtliche Neigung zur Rissbildung während des Schmiedens oder Warmverformens auf. Es wird daher ein
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Vanadingehalt von 1, 8 bis 2, 1 % vorgezogen.
Der Molybdängehalt dieser erfindungsgemässen vanadinhaitigen Legierungen liegt zwi- schen 20 und 35 "%. Bei weniger als 20 % Molybdän ist die Korrosionsbeständigkeit der Legierungen sehr gering. Mit wachsendem Molybdängehalt steigt die Korrosionsbeständig- keit ; da gleichzeitig aber auch die Schwierigkeiten bei der Warmverformung der Legierun- gen steigen, ist die Begrenzung des Mo ybdänge- haltes mit 35 %, gegeben. Das Optimum an Korrosionsbeständigkeit und Schmiedbarkeit wird bei 26 bis 30 % Molybdän erzielt.
Chrom hat eine ungünstige Wirkung auf die Schmiedbarkeit, weshalb die Legierungen vorzugsweise frei von Chrom sein sollen ; Chromgehalte bis zu 5 % können aber zugelassen werden.
Etwas Silizium ist gewöhnlich vorhanden, da es als Desoxydationsmittel zugesetzt wird ; da aber Silizium ebenfalls einen ungünstigen Einfluss auf die Schmiedbarkeit ausübt, soll der Siliziumgehalt 1, 0 %, vorzugsweise 0, 8%, nicht übersteigen.
Sind die Elemente Molybdän, Vanadin, Silizium und Chrom in oder nahe den oben angegebenen Mengen gleichzeitig anwesend, kann die Legierung praktisch immer noch unschmiedbar sein. Es ist deshalb erforderlich, dafür zu sorgen, dass der Ausdruck
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den Wert von 30 nicht überschreitet.
Ein Teil des Molybdäns kann durch einen gleichen Prozentsatz von Wolfram ersetzt werden, weil Wolfram den Korrosionswiderstand nach dem Schweissen erhöht. Da Wolfram das Schmieden der Legierungen jedoch erschwert, soll es nicht mehr als 10 % der Legierung betragen. Ist Wolfram vorhanden, muss die Gesamtbegrenzung in der Zusammensetzung der Legierung so abgewandelt werden, dass
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den Wert von 30 nicht überschreitet.
Der Eisengehalt der Legierungen soll niedrig sein, da die Korrosionsbeständigkeit mit steigenden Mengen an Eisen in der Legierung sinkt. Da für die Herstellung der Legierung gemäss der Erfindung die Verwendung von Ferrolegierungen bequem ist, ist in dieser Eisen gewöhnlich vorhanden ; zur Erzielung bester Ergebnisse sollen jedoch nicht mehr als 7 % Eisen vorhanden sein. Gute Korrosionsbeständigkeit wird jedoch auch noch mit 10 % Eisen und eine einigermassen. gute Beständigkeit bis zu 15 % Eisen erreicht.
Kobalt kann als eine Verunreinigung im Nickel vorhanden sein ; Mengen bis zu 5 % können einen Teil des Nickels ersetzen.
Der Kohlenstoffgehalt soll so gering wie möglich sein, da die Korrosionsbeständigkeit mit steigendem Kohlenstoffgehalt rasch abfällt. Der Gehalt soll 0, 15 % nicht übersteigen, obwohl 0, 25 % dann zugelassen werden können. wenn eine geringere Korrosionsbeständigkeit tragbar ist ; d. h. also, wenn die Legierungen nicht starken korrosiven Einflüssen ausgesetzt sind.
Da Mangan gewöhnlich als Desoxydationsmittel verwendet wird, ist es im allgemeinen vorhanden. Der Mangangehalt kann bis zu 3 % betragen, soll aber vorzugsweise zwischen 0, 1 und 0, 5 % liegen.
Aluminium kann als Desoxydationsmittel verwendet werden und in der Legierung mit 0, 1 bis 0, 2 % vorhanden sein. Bis zu 2, 0 % kann es ohne Schaden vorhanden sein.
Spuren anderer Elemente, wie Kalzium, die zur Desoxydation und Verbesserung der Verformbarkeit der Legierungen zugesetzt werden, können vorhanden sein. Kupfer, das einen sehr schädlichen Einfluss auf die Verformbarkeit ausübt, soll möglichst fehlen, kann aber bis zu 0, 5 % zugelassen werden.
Der Rest der Legierung ist Nickel, mit Ausnahme von Verunreinigungen und Rückständen von Desoxydationsmitteln.
Es wurde auch gefunden, dass die durch das Vanadin hervorgerufene Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion mit steigendem Molybdängehalt und in gewissem Masse auch mit der Erhöhung des Siliziumgehaltes wächst.
Durch Molybdängehalte im oberen Teil des bevorzugten Bereiches können somit im wesentlichen die optimalen Ergebnisse mit weniger Vanadin, als sonst nötig wäre, erreicht werden.
Die durch die Erfindung sich ergebende Verbesserung lässt sich deutlich an den mit den Legierungen erzielten Schweissergebnissen erkennen. Hiebei wurde ein Ende einer, aus der Legierung geschmiedeten, in einem Schraubstock lotrecht gehaltenen Rundstange von 100 mm Länge und 13 mm Durchmesser etwa 15 Sekunden lang einer Azetylen-Sauerstoff-Flamme ausgesetzt und das Metall durch etwa 3 Sekunden lang im geschmolzenen Zustande gehalten, worauf die Stange mit dem dadurch abgerundeten Ende an der Luft abgekühlt wurde. Hierauf wurde aus dem wärmebehandelten Ende eine Probe von 13 mm Länge und 9, 5 mm Durchmesser spanabhebend herausgearbeitet, in siedende 10 % ige Salz- säurelösung getaucht und dann in Längsrich- tung zerschnitten. Einige solcher Proben wur- den 28 Tage lang und andere 61 Tage lang getaucht.
Die Durchdringungstiefe des Korrosionsangriffes wurde an jedem Ende der Probe gemessen, wodurch jed Perobe zwei
Werte und damit ein genaueres Bild ergab.
Einige der so behandelten und geprüften
Legierungen waren frei von Vanadin oder enthielten zu geringe Mengen davon. Diese
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Legierungen sind durch die Buchstaben A, B und C gekennzeichnet. Die andern entsprachen der erfindungsgemässen Zusammensetzung und
Zusammensetzung in %
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<tb>
<tb> Nr.
<SEP> Mo <SEP> Fe <SEP> Si <SEP> C <SEP> V
<tb> A <SEP> 26, <SEP> 8 <SEP> 5, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> 0, <SEP> 01- <SEP>
<tb> B <SEP> 27, <SEP> B <SEP> 5, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> 0, <SEP> 52 <SEP>
<tb> C <SEP> 27, <SEP> 8 <SEP> 5, <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 39 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 96 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 28, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 27 <SEP> 0, <SEP> 41 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> 1, <SEP> 48 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 26, <SEP> 1 <SEP> 5, <SEP> 25 <SEP> 0, <SEP> 48 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> 2, <SEP> 05 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 25, <SEP> 4 <SEP> 5, <SEP> 00 <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> 2, <SEP> 00 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 28, <SEP> 9 <SEP> 2, <SEP> 04 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP> 1, <SEP> 97 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 95 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> q <SEP> :
<SEP> 02 <SEP> 2, <SEP> 03 <SEP>
<tb>
Die günstige Wirkung der Erhöhung des Molybdängehaltes geht aus dem Vergleich der Legierungen Nr. 3,4 und 5 hervor. Die günstige Wirkung des Siliziums ist aus dem Vergleich der Legierungen Nr. 2 und 3 zu erkennen ; besonders durch den Veirgleich der Zahlen über die Korrosion nach 61 Tagen.
Die aus den erfindungsgemässen Legierungen
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den nach dem Schweissen nicht wärmebehandelt, da dies durch den Vanadingehalt unnötig wird. Deshalb werden die aus den schweissbaren Legierungen hergestellten Anlagen oder Einrichtungen in dem sich nach dem Schweissen ergebenden Zustand verwendet, wenn sie mit Salzsäure oder einem andern korrosiven Mittel in Berührung kommen, von denen bekannt ist, dass sie ohne Wärmebehandlung interkristalline Korrosionen hervorrufen.
Die erfindungsgemässen Legierungen können aber auch vor dem Schweissen mit Vorteil einer Wärmebehandlung zur Vergröberung des Karbids unterworfen werden, damit das Molybdänkarbid während des anschliessenden Schweissvorganges weniger leicht in Lösung geht. Eine derartige Wärmebehandlung kann darin bestehen, dass die Legierung auf eine Temperatur über 11750 C, aber unter der Solidustemperatur-ungefähr 1315 C- erhitzt, dann auf eine Temperatur zwischen 1150 und 9000 C abgekühlt und in diesem Temperaturgebiet lange genug gehalten wird, damit der in Lösung befindliche Kohlenstoff sich wieder an bestehenden Karbidteilchen abscheiden kann. sind durch Nummern gekennzeichnet.
Die Zusammensetzungen der Legierungen und die Ergebnisse waren folgende : Korrosionstiefe in mm, nach
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<tb>
<tb> 2 <SEP> Tagen <SEP> 61 <SEP> Tagen
<tb> 0, <SEP> 737 <SEP> 0, <SEP> 711-- <SEP>
<tb> 0, <SEP> 533 <SEP> 0, <SEP> 406 <SEP> 0, <SEP> 838 <SEP> 0, <SEP> 762 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 356 <SEP> 0, <SEP> 229-- <SEP>
<tb> 0, <SEP> 127 <SEP> 0, <SEP> 051 <SEP> 0, <SEP> 254 <SEP> 0, <SEP> 229 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 102 <SEP> 0, <SEP> 076 <SEP> 0, <SEP> 203 <SEP> 0, <SEP> 203 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 178 <SEP> 0, <SEP> 102 <SEP> 0, <SEP> 584 <SEP> 0, <SEP> 559 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 051 <SEP> 0, <SEP> 051 <SEP> 0, <SEP> 229 <SEP> 0, <SEP> 229 <SEP>
<tb> 0 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 102 <SEP> 0, <SEP> 076 <SEP>
<tb>
Anderseits ist jede Wärmebehandlung zu vermeiden, die dazu dient, Karbide in fein dispersem Zustand auszuscheiden ; z.
B. durch Erwärmung auf 12000 C mit anschliessender Luftkühlung.
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kennzeichnet, dass sie aus 20 bis 35 % Molybdän, 1, 2 bis 2, 3 0/0 Vanadin, bis 15 % Eisen, bis 5% Kobalt, bis 5 % Chrom, bis 1, 0 % Silizium, bis 3 % Mangan, bis 2, 0 % Aluminium, bis 0, 25 % Kohlenstoff, Rest Nickel und Verunreinigungen besteht, wobei der Ausdruck
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den Wert von 30 nicht übersteigt.