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175 Gew.-%,verwendet, welche durch Zugabe verschiedener Elemente verbessert sind.
Bestimmte Zusätze, wie z. B. Titan und Aluminium, ermöglichen nach einer Wärmebehandlung eine Ausscheidungshärtung des Chromnickelstahls.
Mit Titan und Aluminium legierte Chromnickelstähle haben den Nachteil, dass sie teuer und schlecht schweissbar sind.
Andere Zusätze, wie z. B. Stickstoff und Vanadin, bewirken eine Ausscheidungshärtung im Verlaufe der Kriechbeanspruchung. Andere schliesslich, wie z. B. Bor, Molybdän, Wolfram, Kupfer, Mangan, Niob vergrössern die Hochtemperatur-Härte der austenitischen Grundmasse.
Alle diese Stähle haben zwar eine bessere Dauerstandfestigkeit im Vergleich zu gewöhnlichen oxydationsbeständigen austenitischen Stählen, bieten aber keinen ausreichenden Kriechwiderstand, bei Werkstücken, die bei Temperaturen von über 6500C im Einsatz stehen.
Da die Anforderungen an die Hitzebeständigkeit oxydationsbeständiger Stähle, z. B. bei Überhitzerrohren. aeronautischen Triebwerksteilen, Auspuffventilen von Verbrennungsmotoren, immer höher werden, werden für derartige Zwecke sehr teure Legierungen, z. B. mit einem Gehalt von bis zu 20% Chrom, Nickel und Kobalt (Superlegierungen) oder sogar mit Gehalten von 20% Chrom, 55% Nickel, 9% Molybdän, 1% Kobalt (HastelloyX) verwendet oder werden die am meisten beanspruchten Zonen von Werkstücken mit Stelliten verkleidet.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung eines neuen oxydationsbeständigen austenitischen Stahles, mit verbesserter Dauerstandfestigkeit bei höheren Temperaturen. Die Eigenschaften dieses Stahles sollen etwa den der genannten Speziallegierungen entsprechen.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung dieses Stahles für bestimmte Sonderzwecke.
Die Erfindung betrifft schliesslich ein Verfahren zur Herstellung von Blechen aus einem solchen Stahl.
Der eingangs bezeichnete erfindungsgemässe Stahl ist gekennzeichnet durch
A) einen Gehalt von 0 bis 4 Gew.-% Mo und/oder 0 bis 4 Gew.-% Cu, wobei wenigstens eines der Elemente Mo oder Cu anwesend sein muss,
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<tb>
<tb> 15 <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP> und <SEP> V <SEP> Element <SEP> :
<SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> C <SEP> s <SEP> 0. <SEP> 175 <SEP>
<tb> Si <SEP> # <SEP> 1
<tb> Cr <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 20
<tb> Ni <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 16
<tb> Mn <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 12 <SEP>
<tb> Mo <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> -3, <SEP> 5
<tb> W <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 6
<tb> Cu
<tb> Nz <SEP> 0. <SEP> 20-0, <SEP> 30 <SEP>
<tb> mit <SEP> V#1,2 <SEP> N2 <SEP> und
<tb> V <SEP> + <SEP> Nz <SEP> :=0, <SEP> 65
<tb> V <SEP> 0, <SEP> 30-0, <SEP> 40 <SEP>
<tb> Nb <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 1
<tb> B <SEP> 0, <SEP> 001-0, <SEP> 005 <SEP>
<tb>
der Rest besteht aus Eisen und Verunreinigungen.
Die Besonderheit dieser austenitischen Stähle liegt in der Kombination folgender Eigenschaften : a) Molybdän und bzw. oder Kupfer neben Wolfram in den angegebenen Grenzen,
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b) Mangan in den angegebenen Grenzen, c) bestimmte Stickstoff- und Vanadingehalte im angegebenen Verhältnis, d) Bor in den angegebenen Grenzen.
Die Stickstoff- und Vanadingehalte entsprechen einem Gleichgewicht zwischen diesen beiden Zusatzele-
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dievermeiden, welche bei einem erhöhten Gehalt auftreten würden, u. zw. derart, dass die erfindungsgemässen Stähle ohne besondere Vorsichtmassnahmen erzeugt werden können.
Alle erfindungsgemässen Stähle besitzen einen verbesserten Kriechwiderstand. Folgende Spannungen führen nach 5000 h in Abhängigkeit von der Temperatur einen Bruch herbei :
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<tb>
<tb> 6500C <SEP> Spannung <SEP> & <SEP> 21 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> 7000C <SEP> Spannung <SEP> 2 <SEP> 15 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> 7500C <SEP> Spannung <SEP> # <SEP> 9,5 <SEP> kg/mm2
<tb>
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tur zu einer bleibenden Dehnung von 0, 20/0 kommt.
Verwendungsgemäss sollen bestimmte Eigenschaften wichtiger sein als andere und man wählt im Rahmen der allgemeinen erfindungsgemässen Zusammensetzung die Stahlarten aus, welche die gewünschten Eigenschaften gemeinsam mit einer hohen Kriechwiderstandsfestigkeit besitzen : Es handelt sich z. B. um die Warmverformbarkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion durch die Aschen der Brennstoffverunreinigungen und die organischen Bleiverbindungen, sowie um die zeitdehngrenze.
Die Erfindung wird durch nachfolgende Beispiele näher erläutert :
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Warmverformbarkeit und eventuell die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion in der Hitze. Die Zeitdehngrenze bei Raumtemperatur ist ebenfalls von Bedeutung. Bevorzugte Zusammensetzungen sind folgende :
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<tb>
<tb> Bei <SEP> Beanspruchung
<tb> mit <SEP> Korrosion <SEP> ohne <SEP> Korrosion
<tb> in <SEP> der <SEP> Wärme <SEP> in <SEP> der <SEP> Wärme
<tb> C <SEP> s <SEP> 0, <SEP> 060% <SEP> == <SEP> 0, <SEP> 060% <SEP>
<tb> Si <SEP> :
<SEP> s <SEP> 1%, <SEP> vorzugsweise <SEP> #0,5% <SEP> # <SEP> 1%
<tb> Cr <SEP> 16-20% <SEP> 15-19% <SEP>
<tb> Ni <SEP> 6-10% <SEP> 8-16% <SEP>
<tb> Mn <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 10% <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 3% <SEP>
<tb> Mo <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 2% <SEP> 1 <SEP> -3%
<tb> W <SEP> 2- <SEP> 4% <SEP> 2- <SEP> 4%
<tb> Cu <SEP> 1-4% <SEP> 0-3% <SEP>
<tb> N <SEP> & <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP> s <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP>
<tb> V <SEP> # <SEP> 1,2 <SEP> N2 <SEP> # <SEP> 1,2N2
<tb> (V+N2#0,65%) <SEP> (V+N2#0,65%)
<tb> Nb <SEP> 0- <SEP> 1% <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 1%
<tb> B <SEP> 0, <SEP> 001-0,005% <SEP> 0,001 <SEP> - <SEP> 0,005%
<tb> Fe <SEP> + <SEP> Ver-Rest <SEP> Rest <SEP>
<tb> unreinigung
<tb>
In der Zeichnung ist für verschiedene Stähle diejenige Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt, bei dem es nach 10000 h zu einem Kriechbruch kommt.
Die mit vollausgezogenen Linien gezeichneten Kurven --1 bis 5-- entsprechen bekannten Legierungen, die strichlierte Kurve --6-- entspricht einem erfindungsgemässen Stahl : Alle diese Legierungen sind zur Erzeugung von Überhitzerrohren bestimmt.
Kurve 1 : für Stähle der Zusammensetzung : 15 Cr, 15 Ni, Mo, W, N2, Nb;
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<tb>
<tb> :C <SEP> ; <SEP> $ <SEP> 0. <SEP> 130% <SEP>
<tb> Si <SEP> # <SEP> 1%
<tb> Cr <SEP> 15-20%
<tb> Ni <SEP> 7-16%
<tb> Mn <SEP> 1- <SEP> 5%
<tb> Mo <SEP> 1- <SEP> 3%
<tb> w <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 4% <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0-3%
<tb> Nz <SEP> # <SEP> 0,15% <SEP> vorzugsweise <SEP> ==0, <SEP> 20% <SEP>
<tb> V <SEP> # <SEP> 1,2 <SEP> N2, <SEP> wobei <SEP> V+N2 <SEP> #0,65%
<tb> Nb
<tb> B <SEP> 0, <SEP> 001-0, <SEP> 005% <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> 3 <SEP> :
C <SEP> 0, <SEP> 100-0, <SEP> 150% <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 300/0 <SEP>
<tb> Cr <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 20%
<tb> Ni <SEP> 4-8%
<tb> Mn <SEP> 8-12%
<tb> Mo <SEP> 0-2%
<tb> W <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 3% <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 30/0 <SEP>
<tb> N2 <SEP> # <SEP> 0,15% <SEP> vorzugsweise <SEP> # <SEP> 0,20%
<tb> V <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 2, <SEP> 2Nwobei <SEP> V <SEP> + <SEP> N <SEP> O, <SEP> 65% <SEP>
<tb> Nb <SEP> 0-2%
<tb> B <SEP> 0, <SEP> 001-0, <SEP> 005% <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb> 7 <SEP> 8
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 0500/0 <SEP> 0, <SEP> 100%
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 60% <SEP> 0, <SEP> 50%
<tb> Cr <SEP> 18% <SEP> 17, <SEP> 5%
<tb> Ni <SEP> 14, <SEP> 5% <SEP> 13, <SEP> 7%
<tb> Mn <SEP> 1, <SEP> 75% <SEP> 1, <SEP> 60%
<tb> Mo <SEP> 2, <SEP> 53%
<tb> W <SEP> 3, <SEP> 420/0 <SEP> 3, <SEP> 350/0 <SEP>
<tb> Ti-0,
<SEP> 625% <SEP>
<tb> Nz <SEP> 0, <SEP> 21%
<tb> V <SEP> 0, <SEP> 350/0 <SEP> - <SEP>
<tb> B <SEP> 0, <SEP> 003% <SEP> 0, <SEP> 003% <SEP>
<tb> Fe+Ver- <SEP> Rest <SEP> Rest
<tb> unreinigungen
<tb>
Die Verformungsbehandlung in der Wärme bestand bei diesen beiden Stählen aus einer Querschnittsverminderung um 200/0 bei 850 bis 900 C. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse der Werte für die Elastizitätsgrenze a 0, 2 (in kg/mmz) und für die Drucke (in kg/mmz), welche den Kriechbruch bei 7500C nach 1000 und 5000 h hervorrufen. Sie zeigt auch die relative Zunahme dieser Werte für jeden Stahl im erweichten und im verformten Zustand.
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<tb>
<tb>
7 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 8 <SEP>
<tb> weich <SEP> verformt <SEP> relative <SEP> weich <SEP> verformt <SEP> relative
<tb> Zunahme <SEP> Zunahme <SEP>
<tb> a <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> bei <SEP> Umge- <SEP>
<tb> kg/mm2 <SEP> bungstem- <SEP> 38 <SEP> 82 <SEP> +116% <SEP> 26 <SEP> 52 <SEP> + <SEP> 1000/0 <SEP>
<tb> peratur
<tb> bei <SEP> 6500C <SEP> 21 <SEP> 50 <SEP> +138% <SEP> 16 <SEP> 34 <SEP> + <SEP> 1120/0 <SEP>
<tb> Zeitstandfestigkeit <SEP> nach
<tb> bei <SEP> 7500C <SEP> 1000 <SEP> h <SEP> 13, <SEP> 5 <SEP> 18 <SEP> +33% <SEP> 10 <SEP> 13 <SEP> + <SEP> 30%
<tb> kg/mm2 <SEP> nach
<tb> 5000 <SEP> h <SEP> 10,2 <SEP> 12,5 <SEP> + <SEP> 22% <SEP> 7,3 <SEP> 8 <SEP> + <SEP> 11%
<tb>
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<tb>
<tb> C <SEP> 0, <SEP> 045% <SEP> Mo <SEP> 2, <SEP> 47 <SEP> % <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 55 <SEP> % <SEP> W <SEP> 3, <SEP> 61%
<tb> Cr <SEP> 18,8 <SEP> % <SEP> N2 <SEP> 0,
20 <SEP> % <SEP>
<tb> Ni <SEP> 15, <SEP> 2 <SEP> % <SEP> V <SEP> 0, <SEP> 37%
<tb> Mn <SEP> 1. <SEP> 6 <SEP> % <SEP> B <SEP> 0, <SEP> 003% <SEP>
<tb> Rest <SEP> : <SEP> Fe <SEP> und <SEP> Verunreinigungen
<tb>
Das Blech --9-- wurde nach dem üblichen Verfahren erhalten. bei dem der Reihe nach ein Warmwalzen, eine Überhärtung bei 1100 C, ein Kaltwalzen und eine zweite Überhärtung bei 11000C erfolgten.
Das Blech - wurde nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhalten. bei dem der Reihe nach ein Warmwalzen, abgeschlossen mit einem Stich bei einer Temperatur von über 10000C mit einer Dickenabnahme von 5 bis 15%,
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bei verschiedenen Temperaturen und die Werte für die Dehnung (in % der auf 5, 65##S festgelegten Anfangslänge, wobei --8-- der Querschnitt des Probekörpers ist) angegeben, welche man durch das Kriechen unter einer Spannung von 16 kg/mm2 bei einer Temperatur von 7000C nach 300 h erhält. (standartisierter Versuch).
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<tb>
<tb>
Blech <SEP> 8 <SEP> Blech <SEP> 9
<tb> Zeitdehngrenze <SEP> #0,2 <SEP> (kg/mm2)
<tb> Raumtemperatur <SEP> 40 <SEP> 70
<tb> 2000C <SEP> 35 <SEP> 65
<tb> 4000C <SEP> 33 <SEP> 58
<tb> 6000C <SEP> 29 <SEP> 50
<tb> 7000C <SEP> 27 <SEP> 38
<tb> Kriechdehnung
<tb> (% <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> 5,65#S) <SEP> 1,8 <SEP> 0,3
<tb>
Es hat sich gezeigt, dass die Verbesserung der Werte für die Zeitdehngrenze, welche für den Kriechwiderstand kennzeichnend sind, ohne wesentliche Änderung der Kriechbruchgrenze und mit einer annehmbaren Verminderung der Kriechbruchdehnung von durchschnittlich 40 bis 20% für einen nach etwa 300 h auftretenden Bruch erreicht wird.
Dererfindungsgemässe Stahl erhält durch die erfindungsgemässe Verformung eine Zeitdehngrenze und einen Kriechwiderstand, welche in derselben Grössenordnung liegen wie bei einem in bekannter Weise gehärteten austenitischen Stahl, welcher Titan und Aluminium enthält.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dauerstandfester, oxydationsbeständiger, bei Temperaturen bis 7500C beanspruchbarer, austenitischer
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s0, 175 Gew.- < 0,zeichnet durch a) einen Molybdängehalt von 0 bis 4 Gew.-% und/oder einen Kupfergehalt 0 bis 4 Gew.-%, wobei wenigstens eines der Elemente Molybdän oder Kupfer anwesend sein muss, b) einen Gehalt an Stickstoff
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