AT394397B

AT394397B - Korrosionsbestaendige und verschleissfeste cobalt-basis-legierung

Info

Publication number: AT394397B
Application number: AT0087990A
Authority: AT
Original assignee: Haynes Int Inc
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1992-03-25
Also published as: RU1836475C; AU616841B2; NL9000515A; SE9001332D0; ATA87990A; DE4011874C2; JPH0581653B2; JPH02274830A; HK74996A; GB2230536B; IT1240607B; KR900016481A; NL193193C; FR2645879B1; IT9019686A0; US5002731A; CA2014694A1; GB9008236D0; FR2645879A1; DK91490D0

Description

AT 394 397 B

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Legierung, die einzigartig korrosionsbeständig und verschleißfest ist, und mehr im besonderen auf eine Legierung auf Cobalt-Basis, die kritische Gehalte an Kohlenstoff und Stickstoff enthält Sie kann in Form von Guß-, Schmiede-, Walz- oder Pulverprodukten vorliegen.

Es gibt viele unterschiedliche Industrien auf dem Gebiet der Metalle. Ganze Industrien basieren auf verschiedenen metallurgischen Produkten: hochtemperaturbeständige Legierungen (Superlegierungen), korrosionsbeständige Legierungen, verschleißfeste Legierungen und dergleichen. Diese Produkte sind nicht einfach austauschbar, da jedes ein bestimmtes Set inhärenter Eigenschaften hat, die sich bei anderen Produkten nicht finden. Beispielsweise sind Superlegierungen bei hohen Temperaturen fest, unterliegen aber bekanntlich dem Verschleiß. Korrosionsbeständige Legierungen sind ausgezeichnet beständig, wenn sie feuchter Korrosion ausgesetzt werden, unterliegen aber im allgemeinen dem Verschleiß und sind nicht sehr fest. Verschleißfeste Legierungen sind unter Erosions- und Verschleißbedingungen überlegen, sind aber im allgemeinen spröde.

Hinsichtlich der Zusammensetzung können Superlegierungen Nickel- und/oder Cobalt-Basis-Legierungen sein; korrosionsbeständige Legierungen sind im allgemeinen Nickel-Basis-Legierungen und verschleißfeste Legierungen sind üblicherweise Cobalt-Basis-Legierungen.

Weiters variieren die metallurgischen Strukturen dieser Legierungen im allgemeinen in Abhängigkeit von den erforderlichen Eigenschaften. Von Superlegierungen weiß man, daß sie eine starke Feste-Lösung-Matrix haben, die mit Gamma Strich dispergiert sein kann. Korrosionsbeständige Legierungen haben im allgemeinen eine feste Lösung als Matrix und sind frei von Präzipitaten, d. h. Caibiden. Verschleißfeste Legierungen müssen von einem hohen Gehalt an Präzipitaten abhängen, insbesondere Carbiden, um die Verschleißeigenschaften zu gewährleisten.

Es wurde sehr viel Forschungsarbeit in bezug auf die Verbesserung der Cobalt-Basis-Legierungen geleistet Die Pioniererfindung bei Superlegierungen auf Cobalt-Basis wurde von Elwood Haynes im U.S.-Patent 873,745 (17. Dezember 1907) offenbart, gefolgt von den U.S.-Patenten Nr. 1,057,423; 1,057,828 und 1,150,113. Diese Legierungen wurden im allgemeinen als Schneidwerkzeuge, Utensilien und ähnliche Gerätschaften verwendet Später wurden Legierungen auf Cobalt-Basis von Austenal Laboratories unter dem jetzigen Howmedica Handelsnamen VITALLIUM^) für die Verwendung als gegossene Zahnprothesen, wie in den U.S.-Patenten 1,958,446,2,135,600 und 4,514,359 gelehrt wird, und auch zur Verwendung als Bestandteile von Gasturbinenmotoren, wie im U.S.-Patent 2,381,459 gelehrt wird, modifiziert.

Eine Guß- oder Knetlegierung auf Cobalt-Basis wurde im U.S.-Patent 2,704,250 offenbart. Die Legierung, die auf diesem Gebiet als Legierung 25 bekannt ist, hat adäquate Korrosionsbeständigkeit, aber relativ geringe Verschleiß(Erosions)beständigkeit. Die U.S.-Patente 3,865,585 und 3,728,495 offenbaren eine nickelfreie Legierung mit hohem Stickstoff- und Kohlenstoffgehalt zur Verwendung als Dentalprothesenartikel. Das U.S.-Patent 2,486,576 bezieht sich auf ein neues Wärmebehandlungsverfahren für Legierungen auf Cobalt-Basis. Es werden verschiedene Cobalt-Chrom-Legierungen offenbart, die Mangan, Nickel und Molybdän enthalten. Das U.S.-Patent 3,237,441 offenbart eine Legierung auf Cobalt-Basis zur Verwendung als Rohrwalzstopfen. Die Legierung hat einen hohen Kohlenstoffgehalt und ist stickstofffrei.

Pfizer Hospital Products Group Inc. hat kürzlich die zuvor erwähnten VITALLIUM^-Legierungen verbessert. Die Legierungen werden mittels eines Oxiddispersionsverfahrens hergestellt, wie in den U.S.-Patenten 4,714,468; 4,668,290 und 4,631,290 - der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 195 513 entsprechend - offenbart.

Die genannten Patente stellen natürlich nur einen kleinen Teil der vielfältigen Forschungsarbeiten und Entwicklungen von Legierungen auf Cobalt-Basis der letzten 75 Jahre dar. Jede Erfindung bot Verbesserungen bei einer begrenzten Anzahl von Anwendungseigenschaften in Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und/oder Verschleißfestigkeit. In den Industrieländern besteht dringender Bedarf an Legierungen mit höherer Festigkeit, die unter Bedingungen stärkerer Korrosion und stärkeren Verschleißes eingesetzt werden können.

Beim Stand der Technik gibt es keine einzelne Legierung, die diese einzigartige Kombination aller unterschiedlichen Eigenschaften aufweist: Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit, wie oben erwähnt

Es ist daher ein Hauptziel dieser Erfindung, eine Legierung mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit zu bieten.

Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, eine Legierung zu bieten, die bei konkurrenzfähigen Kosten leicht hergestellt werden kann.

Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Legierung zu bieten, die minimale Gehalte an teuren strategischen Metallen, d. h. Niob, Tantal enthält.

Die genannten Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Legierung aus 22 bis 30 Gew.-% Chrom, 4 bis 16 Gew.-% Nickel, bis zu 7 Gew.-% Eisen, bis zu 20 Gew.-% Ni+Fe, 3 bis 10 Gew.-% Molybdän, bis zu 5,0 Gew.-% Wolfram, wobei der Molybdängehalt den Wolframgehalt übersteigt, 0,05 bis 2,0 Gew.-% Silicium, 0,05 bis 2,0 Gew.-% Mangan, 0,02 bis 0,11 Gew.-% Kohlenstoff, 0,03 bis 0,12 Gew.-% Stickstoff, 0,06 bis 0,20 Gew.-% C+N, Kupfer bis zu 3,0 Gew.-%, Carbidbildner bis zu 8 Gew.-% und dem Rest Cobalt plus Verunreinigungen besteht.

Andere Vorteile dieser Erfindung, die der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen kann, bietet die in der Tabelle 1 beschriebene Legierung. -2-

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Hier nachfolgende Daten werden zeigen, daß, innerhalb eines spezifischen Bereichs von Co-Cr-Mo-W-Legierungen, eine kritische Kombination von Kohlenstoff und Stickstoff jeweils wirksam angepaßt wird, um eine unerwartete Verbesserung auf diesem Gebiet zu bieten. Die erfindungsgemäße Legierung ist durch erhöhte Korrosionsbeständigkeit und auch erhöhte Beständigkeit gegen Kavitationserosion gekennzeichnet. Diese Eigenschaften finden sich normalerweise nicht in einer einzigen Cobalt-Basis-Legierung des Standes der Technik.

Lochfraßtests:

Um ihre Beständigkeit gegen Lochfraß (Pitting) zu prüfen, wurden alle Versuchslegierungen in "Green Death” (7 v/o H2SO4 + 3 v/o HCl + 1 w/o FeClj + 1 w/o CuC^) getaucht, der ASTM-G31-Methode folgend. Zu

Vergleichszwecken wurden die Legierungen 6B, 21 und 25 ebenfalls untersucht. Für jede Legierung wurde die kritische Lochfraß-Temperatur (d. h. die niedrigste Temperatur, bei der Lochfraß innerhalb von 24 h auftritt), bestimmt, indem man Tests bei verschiedenen Temperaturen durchführte. Um Temperaturen über dem Siedepunkt zu erreichen, wurde ein Autoklav benutzt Bei jeder Temperatur wurden zwei Proben jeder Legierung untersucht

Nach dem Test wurden die Proben mit Hilfe eines binokularen Mikroskops untersucht. Die Gegenwart von nur einem Loch auf einer Probe wurde als negatives Ergebnis betrachtet

Spannungsrißkorrosionstests:

Die Anfälligkeit der Versuchslegierungen und der Legierungen 6B, 21 und 25 auf Spannungsrißkorrosion wurde durch Tests in siedenden Lösungen von 30 % Magnesiumchlorid gemäß der im ASTM-Standard G30 beschriebenen Vorgangsweise getestet Es wurde die Zwei-Stufen-Methode der Beanspruchung der U-Form-Proben herangezogen, wobei alle Proben aus 3,18 mm (0,125 inch) dickem, geglühtem Material hergestellt wurden.

Drei Proben von jedem Material wurden in jedem der zwei Medien getestet und die Proben wurden in spezifischen Zeitabständen untersucht (1,6,24,168,336,504,672,840,1008 Stunden).

Kavitationserosionstest·

Um die Beständigkeit dieser Materialien gegen Kavitationserosion zu bestimmen, wurde der im ASTM-Standard G32 beschriebene Vibrations-Kavitationserosions-Test herangezogen. Die Testvorrichtung umfaßt im wesentlichen einen Umwandler (die Quelle der Vibrationen), ein sich verjüngendes zylindrisches Element, um die Oszillationen zu verstärken, und einen temperaturgeregelten Behälter, in dem die Testflüssigkeit gehalten wird.

Die Proben, die aus einem geglühten Blech von 1,91 cm (0,75 inch) Dicke hergestellt wurden, waren als zylindrische Knöpfe mit 14,0 mm Durchmesser, mit einem 6,4 mm mit Gewinde versehenen Schaft, geformt und wurden in eine mit Gewinde versehene Halterung am Ende des sich verjüngenden Zylinders zu Testzwecken eingeschraubt. Einige Proben wurden 48 Stunden getestet, andere 96 Stunden, in destilliertem Wasser (auf einer Temperatur von 15,6 °C (60 °F) gehalten), bei einer Frequenz von 20 kHz und einer Amplitude von 2 mils (0,051 mm), wobei der Gewichtsverlust in Abständen von 24 Stunden gemessen wurde. Durch unabhängige Messung der Dichte des Testmaterials wurde die mittlere Tiefe der Erosion berechnet Es wurden zwei Proben jeder Legierung getestet

Die erfindungsgemäßen Legierungen wurden zusammen mit industriell bekannten Cobaltlegierungen getestet, wie in der Tabelle 2 beschrieben. Über 80 Jahre lang war die Elwood-Haynes-Legierung 6B die bekannte Cobalt-Basis-Legierung mit hervorragender Verschleißfestigkeit und relativ geringerer Korrosionsbeständigkeit. Die Legierungen Nr. 21 und 25, vertrieben von Haynes International Inc. unter ihrem Warenzeichen HAYNES^, sind gut bekannte Cobalt-Basis-Legierungen mit recht guter Korrosionsbeständigkeit oder relativ niedriger Verschleißfestigkeit. Die Nickel-Basis-Legierung C-22, die von Haynes International Inc. unter ihrem

Handelsnamen HASTELLOY^ vertrieben wird, ist besonders wegen ihrer Beständigkeit gegen Lochfraß bekannt.

Die Tabelle 3 zeigt die Zusammensetzungen von sieben Versuchslegierungen, die für die Durchführung der Tests zusammen mit den bekannten Legierungen, die in der Tabelle 2 beschrieben sind, hergestellt wurden.

Die Testproben für die verschiedenen Untersuchungen wurden nach Routinemethoden für Legierungen dieser Klasse hergestellt. Die Legierungen wurden als 50-pounds (22,65 kg)-Chargen durch das Vakuuminduktionsverfahren geschmolzen, dann erfolgte Elektro-Schlacke-Umschmelzen (ESR). Die ESR-Produkte wurden geschmiedet, dann bei 1204 °C (2200 °F) zu 3/4-inch(l,91 cm)-Blechen heißgewalzt und schließlich lösungsgeglüht. Eine Hälfte des geglühten 3/4-inch(l,91 cm)-Blechs wurde bei 1204 °C (2200 °F) auf ein l/8-inch(0,32 cm)-Blech heißgewalzt und dann lösungsgeglüht. Der Kavitationserosionstest erfolgte mit dem 3/4-inch-Blech (1,91 cm), alle anderen Versuche mit dem 1/8-inch-Blech (0,32 cm).

Die Leichtigkeit des Schmelzens, Gießens und der Verarbeitung Versuchs-Legierungen läßt schließen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen leicht in Fonn von Guß-, Schmiede- oder Walzprodukten (Bleche, Rohre, Draht, etc.), Pulvermetall (Sintern, Sprühen, etc.), Schweißmaterialien und dergleichen hergestellt werden können.

Die Zusammensetzungen der Tabelle 1 enthalten Cobalt plus Verunreinigungen als Rest. Bei der Herstellung -3-

AT 394 397 B von Cobaltlegierungen dieser Klasse Anden sich Verunreinigungen aus vielen Quellen im Endprodukt Diese sogenannten "Verunreinigungen" sind nicht notwendigerweise immer schädlich, und einige können tatsächlich sogar nützlich sein oder unschädlichen Effekt haben.

Einige der "Verunreinigungen" können als Restelemente anwesend sein, die aus gewissen Verarbeitungsschritten resultieren, oder sie können zufällig in den Beschickungsmaterialien anwesend sein, oder bewußt, zu Zwecken, die auf diesem Gebiet bekannt sind, zugesetzt werden, z. B. Calcium, Magnesium, Vanadium, Titan, Aluminium, Zirkonium, Mangan, Seltenerdmetalle wie Cer, Lanthan, Yttrium und dergleichen.

Wie auf diesem Gebiet bekannt ist, können gewisse Elemente (Vanadium, Niob, Tantal, Hafnium, Titan und dergleichen) in Mengen von bis zu 8 % vorzugsweise weniger als 5 % im Gesamtgehalt, als sogenannte "Carbidbildner” anwesend sein, um Kohlenstoff und/oder Stickstoff zu binden, die in übermäßigen Mengen in der Schmelze enthalten sein können.

Es ist auf diesem Gebiet gut bekannt, daß Molybdän und Wolfram in vielen Legierungssystemen austauschbar sind. In der erfindungsgemäßen Legierung können diese Elemente nur zum Teil ausgetauscht werden. Wegen der wirtschaftlichen Vorteile und der Tatsache, daß es sich wirksamer gezeigt hat, um Legierungen dieses Typs Beständigkeit gegen reduzierende Säuren zu verleihen, wird Molybdän vorgezogen. Es müssen in der erfindungsgemäßen Legierung wenigstens 3 % Molybdän für den optimalen wirtschaftlichen und technischen Nutzen enthalten sein. Es ist auf diesem Gebiet gut bekannt, daß wegen der Differenz der Atomgewichte dieser Elemente, definiert als etwa Mo = 1/2 W, eine Anpassung der Zusammensetzung erfolgen muß. Um beispielsweise das Äquivalent von 6,0 Molybdän zu erhalten, ist es erforderlich, 5 % Molybdän und 2,0 Wolfram zu haben. Wegen des möglichen Austausche können Molybdän plus Wolfram bis zu insgesamt 15 % in der erfindungsgemäßen Legierung ausmachen. Es hat sich im allgemeinen auf diesem Gebiet gezeigt, daß, aus welchen Gründen auch immer, Molybdän in Nickellegierungen und Wolfram in Cobaltlegierungen bevorzugt wird. Im Gegensatz dazu erfordert die erfindungsgemäße Cobaltlegierung Molybdän bevorzugt und dominant gegenüber Wolfram.

Bor kann in der erfindungsgemäßen Legierung in einer kleinen, aber wirksamen Spurenmenge von so wenig wie etwa 0,001 % und bis zu etwa 0,015 % anwesend sein, um gewissen Nutzen, der auf diesem Gebiet bekannt ist, zu erzielen.

Nickel muß in der erfindungsgemäßen Legierung anwesend sein, um eine wertvolle Kombination der gewünschten Anwendungseigenschaften zu bieten. Mechanische, physikalische und Verarbeitungseigenschaften werden verbessert. Der Nickelgehalt kann von etwa 4 bis etwa 16 % variieren, je nach den Erfordernissen gewisser spezifischer Verwendungen. Beispielsweise ergeben Nickelgehalte von etwa 7 bis 10 %, und vorzugsweise etwa 8,5 %, Legierungen, die hervorstechende Korrosions- und Verschleißeigenschaften haben, zusammen mit Beständigkeit gegen Kavitationserosion, gegen Lochfraß in "Green Death" und auch gegen Schmelzzonenbruch. Wie die Testdaten hier zeigen werden, ist das eine äußerst unerwartete Kombination von Eigenschaften. Es zeigt sich beim Stand der Technik üblicherweise, daß diese Eigenschaften einander im allgemeinen oft ausschließen.

Es wurde festgestellt, daß innerhalb gewisser Bereiche eine Kombination von Stickstoff und Kohlenstoff die Korrosionsbeständigkeit von Co-Cr-Mo-Legierungen beträchtlich erhöht und daß die Beständigkeit gegen Kavitationserosion dieser kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Materialien etwa gleich ist der einer Cobaltlegierung, die reichlich Carbidpräzipitate enthält.

Im Zuge dieser Untersuchungen wurden mehrere Versuchslegierungen mit verschiedenen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten geschmolzen, zu gewalztem Blech verarbeitet und getestet Diese Legierungen sind in der Tabelle 3 angeführt In der Legierung 46 wurden Kohlenstoff und Stickstoff so niedrig wie möglich gehalten. In den Legierungen 48 und 49 wurden diese beiden Elemente unabhängig erhöht, auf Gehalte, von denen man meinte, daß sie nahe den Löslichkeitsgrenzen (man dachte, daß Zusätze über diesen Grenzen beträchtliche Präzipitation verursachen würden, was im Hinblick auf die Korrosion nachteilig wäre) lägen. Schließlich wurden in den Legierungen 89,90 und 91 Kohlenstoff und Stickstoff vereinigt in Gehalten zugesetzt die das Verarbeiten erleichtern (es hatte sich gezeigt daß 0,19 Gew.-% Stickstoff während der Verarbeitung Riß-Probleme aufwerfen) und die Sensibilisierung während des Schweißens limitieren sollten. Die Legierung 92 enthält Überschuß an Stickstoff plus Kohlenstoff.

Die bekannten Cobaltlegierungen 6B, 21 und 25 wurden zum Vergleich ebenfalls getestet

Die Betrachtung der Tabellen 4 und 5 zeigt das Ausmaß der Verbesserung bezüglich der Korrosionsbeständigkeit das durch die Kombination von Kohlenstoff und Stickstoff herbeigeführt wird. In bezug auf die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion (Tabelle 4) wurde eine Verbesserung bei steigendem Kohlenstoffgehalt innerhalb des löslichen Bereiches erwartet da bekannt ist daß er die kubisch flächenzentrierte Form von Cobalt stabilisiert und man erwartet, daß die Stapelfehlerenergie erhöht wird, also die Beständigkeit gegen transgranulares Versagen. Die Rolle des Kohlenstoffs zeigte sich jedoch komplexer, da das frühe Versagen der Legierung 46 (wenig Kohlenstoff und Stickstoff) seiner Natur nach intergranular war. Unerwartet kam auch der positive Einfluß von Stickstoff und der kräftige Einfluß von Kohlenstoff und Stickstoff in Kombination (wobei ein vereinigter Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt von 0,19 Gew.-% viel wirksamer ist als ein Stickstoffgehalt von 0,19 Gew.-% mit wenig Kohlenstoff). Das Wesentliche dieser Erfindung ist also, daß Kohlenstoff und Stickstoff in im wesentlichen gleichen Gehalten anwesend sind. -4-

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In bezug auf die Beständigkeit gegen Lochfraß konnte man eine gewisse Verbesserung bei steigendem Stickstoffgehalt erwarten, basierend auf Arbeiten mit Ni-Cr-Mo-Legierungen. Der positive Einfluß von Kohlenstoff innerhalb dieses Legierungssystems und die günstigen Effekte von Stickstoff und Kohlenstoff in Kombination wurden jedoch nicht vorhergesehen.

Frühere Infonnationen hinsichtlich der Kavitationserosion der Cobalt-Basis-Legierungen lassen vermuten, daß innerhalb des löslichen Bereichs Kohlenstoff nachteilig sein sollte, aufgrund seines Einflusses auf die Stapelfehlerenergie (die Erfordernisse bei Beständigkeit gegen Kavitationserosion sind denen für Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion im mikrostrukturellen Sinn entgegengesetzt). Über dem löslichen Bereich weiß man von Kohlenstoff, daß er bis zu etwa 0,25 Gew.-% vorteilhaft, dann im ungefähren Bereich von 0,25 bis 1,4 Gew.-% relativ unschädlich ist. Die Wirkungen von Stickstoff waren vorher unbekannt.

Wie aus der Tabelle 6 klar ist, wurde ein unerwartet positiver Einfluß von Kohlenstoff auf die Kavitationserosionsbeständigkeit festgestellt (die Legierungen 46 und 48 vergleichend). Weiters ist die Beständigkeit der Legierung 48 (die 0,06 Gew.-% Kohlenstoff enthält) etwa gleich der der Legierung 6B (die etwa 1,1 Gew.-% Kohlenstoff enthält). Der positive Einfluß von Stickstoff, allein und in Kombination mit Kohlenstoff, war also nicht vorhergesehen.

Bei Vergleich der Testergebnisse für die Legierungen 89 und 90 kann man feststellen, daß Nickel, das auch als Stabilisator der kubisch flächenzentrierten Form von Cobalt bekannt ist, keinen mächtigen Einfluß auf die Eigenschaften im Bereich von 5,3 bis 9,8 Gew.-% hat

Im Hinblick auf die Standard-Cobaltlegierungen, die zum Vergleich herangezogen wurden, deren Zusammensetzungen in der Tabelle 2 angegeben werden, ist evident, daß die Legierungen 6B und 21, obwohl sie gegen Kavitationserosion sehr beständig sind, wesentlich geringere Korrosionsbeständigkeit als die erfindungsgemäßen Legierungen aufweisen. Umgekehrt besitzt die Legierung 25 sehr gute Korrosionseigenschaften, unterliegt aber hinsichtlich der Kavitationserosionsbeständigkeif Nur in den erfindungsgemäßen Legierungen findet sich sowohl gute Konosions- als auch Kavitationserosionsbeständigkeif Für ausgewählte Legierungen wurden, wie in der Tabelle 8 gezeigt, Naßkorrosionstests durchgeführf Die Tests erfolgten nach der Standard-Testpraxis ASTM G31. Die Ergebnisse zeigen, daß die Beständigkeit gegen Naßkonosion bei erfindungsgemäßen Legierungen im allgemeinen der bei Legierungen des Standes der Technik klar überlegen ist, mit Ausnahme der C-22™-Legierung. Die C-22-Legierung hat jedoch keine adäquate Kavitationserosionsbeständigkeif Die Legierung 92 hat gute Korrosionsbeständigkeif aber auch hier hat die Legierung inadäquate Kavitationserosionsbeständigkeit. Man beachte, daß die Korrosionsbeständigkeit gegen siedende Säuren bei den erfindungsgemäßen Legierungen der Cobalt-Basis-Legierung 25 überlegen ist, die nicht die Merkmale dies» Erfindung hat

Tabelle 1

Erfindungsgemäße Legierung

Zusammensetzung in Gew.-% allgemein bevorzugter Bereich bevorzugte Legierung

Chrom 22,0 - 30,0 24,0 - 27,0 25,5 Nickel 4,0 - 16,0 7,0 - 10,0 8,5 Eisen bis zu 7 2,0 - 4,0 3,0 Ni + Fe bis zu 20 9,0 - 14,0 11,5 Molybdän* 3,0 - 10,0 4,5 - 5,5 5,0 Wolfram bis zu 5,0 1,5 - 2,5 2,0 Silicium 0,05- 2,0 0,30- 0,50 0,40 Mangan 0,05- 2,0 0,50- 1,00 0,75 Kohlenstoff 0,02- 0,11 0,04- 0,08 0,06 Stickstoff 0,03- 0,12 0,06- 0,10 0,08 C + N 0,06- 0,20 0,10- 0,18 0,14 Kupfer bis zu 3 bis zu 3 - "Caibidbildner’' bis zu 8 bis zu 5 - Cobalt plus Verunreinigungen Rest Rest Rest * Es muß immer mehr Molybdän als Wolfram vorliegen. -5-

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Tabelle 2

Legierungen des Standes der Technik Zusammensetzung, Gew

Legierung Nr. 6B 21 25 C-22 Chrom 30,0 27,9 20,0 22 Nickel 2,5 3,1 10,0 Rest Eisen - 0,3 2,3 3 Molybdän 1,0 5,4 - 13 Wolfram 4,0 0,11 14,8 3 Silicium 0,7 0,8 0,2 - Mangan 1,4 0,8 1,5 - Kohlenstoff 1,1 0,24 0,11 - Stickstoff - 0,007 - - Cobalt plus Verunreinigungen Rest Rest Rest _ * = weniger als

Tabelle 3

Versuchslegierungszusammensetzun gen Gewichtsprozent

Legierung Nr. 46 48 49 89 90 91 Chrom 25,7 25,4 25,1 25,5 25,4 25,4 Nickel 5,4 5,4 6,1 5,3 9,8 9,6 Eisen 2,1 2,1 1,8 3,0 3,2 2,9 Molybdän 4,9 4,9 5,0 5,0 5,0 4,8 Wolfram 1,4 1,5 1,5 2,0 2,0 2,0 Silicium 0,1 0,1 0,2 0,4 0,4 0,4 Mangan 0,2 0,2 0,2 0,8 0,8 0,8 Kohlenstoff 0,004 0,06 0,005 0,09 0,07 0,07 Stickstoff 0,0021 0,006 0,19 0,10 0,10 0,06 Cobalt plus Verunreinigungen Rest Rest Rest Rest Rest Rest -6- 1 = weniger als

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Tabelle 4

Spannungsrißkorrosionsdaten 30 % Magnesiumchlorid bei 118 °C Legierung Zeit bis zum Versagen 46 1 48 72 49 336 89 1008* 90 1008* 6B** - 21 24 25 1008* * = keine Risse ** = nicht zu U-Form biegbar Tabelle 5 Lochftaß-Testdaten Medium: 7 v/o H2S04 + 3 v/o HCl + 1 w/o FeClß + 1 w/o CuCl2 24 h Periode Legierung Lochfraß-Temperatur (°C) 46 110 48 120 49 115 89 130 90 125 6B 45 21 85 25 110 Tabelle 6 Kavitationserosion - Testdaten Legierung Mittlere Tiefe bei 48 h, mm 46 0,0429 48 0,0231 49 0,0266 89 0,0186 90 0,0242 6B 0,0236 21 0,0169 25 0,0536 -7-

Claims

AT 394 397 B Tabelle 7 Kavitationserosion - Testergebnisse Mittlere Tiefe der Erosion - mm Legierung 24 h 48 h 72 h 96 h 89* 0,0048 0,0186 0,0332 0,0495 90* 0,0067 0,0242 0,0412 0,0605 91* 0,0068 0,0234 0,0410 0,0582 92 0,0153 0,0392 0,0625 0,0877 25 0,0244 0,0536 0,0856 0,1151 6B 0,0084 0,0236 0,0361 0,0495 C = 22 0,1122 0,1935 0,2499 0,2965 * erfindungsgemäße Legierungen Tabelle 8 Naßkorrosionstest ausgewählter Legierungen Korrosionsraten in mm pro Jahr (Mils per Year) Legierung Siedende l%ige HCl Siedende 2%ige HCl Siedende 10%ige H2SO4 Siedende 65%ige HNO3 89 0,0254 (1,0) 8,9789 (353,5) 1,524 (60,0) 0,2108 (8,3) 90 0,1321 (5,2) 15,0368 (592,0) 1,5392 (60,6) 0,2134 (8,4) 91 0,1168 (4,6) 11,5316 (454,0) 1,4072 (55,4) 0,2337 (9,2) 92 0,0025 (0,1) 16,1544 (636,0) 1,651 (65,0) 0,2057 (8,1) 25 5,7277 (225,5) 61,7601 (2431,5) 3,3147 (130,5) 0,7823 (30,8) 6B 4,3053 (169,5) 143,9672 (5668,0) 7,8105 (307,5) 137,9982 (5433,0) C-22 0,0762 (3,0) 1,5494 (61,0) 0,2794 (11,0) 1,3462 (53,0) PATENTANSPRÜCHE 1. Legierung in Form von Guß-, Schmiede-, Walz- oder Pulverprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 22 bis 30 Gew.-% Chrom, 4 bis 16 Gew.-% Nickel, bis zu 7 Gew.-% Eisen, bis zu 20 Gew.-% Ni+Fe, 3 bis 10 Gew.-% Molybdän, bis zu 5,0 Gew.-% Wolfram, wobei der Molybdängehalt den Wolframgehalt übersteigt, 0,05 bis 2,0 Gew.-% Silicium, 0,05 bis 2,0 Gew.-% Mangan, 0,02 bis 0,11 Gew.-% Kohlenstoff, 0,03 bis 0,12 Gew.-% Stickstoff, 0,06 bis 0,20 Gew.-% C+N, Kupfer bis zu 3,0 Gew.-%, Carbidbildner bis zu 8 Gew.-% und dem Rest Cobalt plus Verunreinigungen besteht
2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 24 bis 27 Gew.-% Chrom, 7 bis 10 Gew.-% Nickel, 2 bis 4 Gew.-% Eisen, 9 bis 14 Gew.-% Ni+Fe, 4,5 bis 5,5 Gew,-% Molybdän, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Wolfram, 0,30 bis 0,5 Gew.-% Silicium, 0,50 bis 1,0 Gew.-% Mangan, 0,04 bis 0,08 Gew.-% Kohlenstoff, 0,06 bis 0,10 Gew.-% Stickstoff und 0,10 bis 0,18 Gew,-% C+N enthält. -8- AT 394 397 B
3. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 25,5 Gew.-% Chrom, etwa 8,5 Gew.-% Nickel, etwa 3,0 Gew.-% Eisen, etwa 5,0 Gew.-% Molybdän, etwa 2,0 Gew.-% Wolfram, etwa 0,4 Gew.-% Silicium, etwa 0,75 Gew.-% Mangan, etwa 0,06 Gew.-% Kohlenstoff und etwa 0,08 Gew,-% Stickstoff enthält.