CH327362A - Gegenstand, der bei hohen Temperaturen gegen die in den Verbrennungsrückständen flüssiger Brennstoffe vorhandenen Oxyde widerstandsfähig ist - Google Patents

Description

  Gegenstand, der bei hohen Temperaturen gegen die in den     Verbrennungsrückständen     flüssiger     Brennstoffe        vorhandenen    Oxyde widerstandsfähig ist    Die Entwicklung des modernen Gas  turbinenbaues hat gezeigt, dass die bekannten       zunderbeständigen    und warmfesten Legie  rungen gegen eine bestimmte Korrosionsart  nicht beständig sind und gerade die hoch  legierten, besonders warmfesten Sonderlegie  rungen, die grössere Gehalte an     Molybdän,     Wolfram,     Tantal,        Niob    und anderen ähn  lichen Elementen enthalten, den grössten An  griff zeigen.

   Für diese Korrosionsart hat, sich  der Begriff  Katastrophale Oxydation  oder        V205-Korrosion     eingeführt, weil das     Vana-          dinpentoxyd    in Verbindung mit dem gas  förmigen     Sauerstoff    als Hauptursache dieser  Angriffsart angesehen wird.  



  Es ist bekannt, dass die Beständigkeit der  Legierungen gegenüber dieser Korrosionsart  durch einen steigenden Chromgehalt bis 40%  nur eine geringe Verbesserung erfährt. Es ist  daher eine Lösung dieses Korrosionsproblems  durch Chrom nicht möglich. Über den Einfluss  von Nickel findet man im allgemeinen wider  sprechende Angaben.

   Einerseits soll Nickel,  vor allem in grösseren Mengen, besonders  einen     interkristallinen        Angriff    durch     Vana-          dinpentoxyd    fördern, anderseits werden je  doch     Chrom-Nickel-Legierungen    mit 20  Chrom und     800/"    Nickel als     einzige    gegen       V205   <B>noch</B> ziemlich beständige Legierungen  angegeben.    Auch ist bereits versucht worden, dieses  Korrosionsproblem durch     metallische    Schutz  schichten zu lösen.

   Es hat sich jedoch gezeigt,  dass     Inchromierschichten    und     Reinchrom-          schichten    auf den bekannten Turbinenstählen  keinen genügenden Schutz bieten. Ferner  wurde versucht, eine Verbesserung durch  Aufbringen von     siliziumreichen    Schichten auf  Stähle zu erzielen, doch sprangen solche  Schichten durch thermische Beanspruchung  sehr bald ab.  



  Die Erfindung     betrifft    einen Gegenstand,  der bei hohen Temperaturen gegen die in den  Verbrennungsrückständen flüssiger Brenn  stoffe vorhandenen Oxyde widerstandsfähig  ist und der mindestens an der Oberfläche  aus einer bis     10/"        Kohlenstoff,    4 bis 11  Silizium, 10 bis 45 % Chrom, ferner Eisen und  dessen Begleitelemente Mangan, Schwefel und  Phosphor enthaltenden Legierung besteht.  Diese Legierung weist insbesondere gegen       Vanadinpentoxyd    gute Widerstandsfähigkeit  auf. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen,  wenn die Legierung noch bis zu 30% Nickel  enthält.  



  Vorzugsweise werden für diesen Zweck  Legierungen verwendet, die bis     10/"    Kohlen  stoff, 8 bis     110/"        Silizium,    15 bis 35 % Chrom,  10 bis     250/0    Nickel, Rest Eisen mit den üb-           liehen    Gehalten an Mangan, Schwefel und  Phosphor enthalten:  Versuche haben nämlich vor allem er  geben, dass durch     Zulegieren    von 4 bis 11  Silizium zu Chromstählen mit mindestens  <B>100/,</B> Chrom eine ausgezeichnete Beständig  keit gegen     Verzunderung    unter gleichzeitiger  Einwirkung von     Vanadinpentoxyd    erreicht  wird.

   Die Versuche haben auch gezeigt, dass  der optimale Chromgehalt bei etwa 20 /p liegt  und eine Erhöhung des Chromgehaltes bis zu       450/p    die     Beständigkeit    zwar noch erhöht, sie  jedoch nicht mehr entscheidend verbessert.  



  Das korrosionschemische Optimum des       Siliziumgehaltes    dieser Stähle liegt bei etwa       110/p,    doch wird bereits durch einen Silizium  gehalt von     40/,    eine entscheidende Verbes  serung der Beständigkeit erreicht, ohne die  mechanischen Eigenschaften der Stähle zu  stark zu beeinflussen. In Baustählen wird  man daher einen     möglichst    niedrigen     Sili-          ziumgehalt    vorziehen, für     Überzuglegierun-          gen    dagegen die höheren     Siliziumgehalte    an  wenden.

   Eine Steigerung des     Siliziumgehaltes     über     110/,        würde    bei     korrosionschemisch     ebenfalls günstigen Eigenschaften eine der  artige     Versprödung    der Legierungen bewir  ken, dass sie höchstens als chemisch bestän  dige, jedoch gegen thermische Wechsel  beanspruchung äusserst     empfindliche        Guss-          legierungen    verwendet werden könnten.  



  Weiter     wurde    gefunden, dass der Zusatz  von Nickel zu derartigen     Chrom-Silizium-          Stählen    einen sehr günstigen Einfluss ausübt,  und zwar konnte mit steigendem Nickel  gehalt eine weitere Erhöhung der Beständig  keit, insbesondere bis zu einem Nickelgehalt  von etwa     200/p,    erzielt werden.

   Nickelgehalte  von     300/,        dürfen    jedoch nicht überschritten  werden, weil dadurch die Beständigkeit  gegen     V205-Verzunderung    verschlechtert       wird.    Dem Zusatz von Nickel als     Austenit-          bildner    kommt überdies auch bei diesen       Chrom-Silizium-Stählen    der bekannte gefüge  ändernde Einfluss zu. So     bewirken    z.

   B. be  reits     40/,    Nickel bei     einem    Stahl mit     250/p     Chrom und     100/,        Silizium    eine     Restaustenit-          bildung,    und 10 bis     20 /,    Nickel genügen, je    nach angewandtem Chrom- und Silizium  gehalt, zur durchgehenden     Austenitbildung.     Bei den höchsten Nickelgehalten sind jedoch       Siliziumgehalte    unter     100/"    vorzuziehen.  



  Die Legierung kann ferner auch noch  Aluminium bis zu     200/,    enthalten. Es kann  unter Umständen zweckmässig sein, den Gehalt  an Chrom bei Zugabe von Aluminium jeweils  um den gleichen Prozentsatz zu senken.  



  Die gemäss der     Erfindung    vorgeschlagene  Legierung kann ausserdem noch bis     50/,    Wolf  ram,     50/p        Molybdän,        2o#,        Vanadium,        20j,     Titan,     50/,        Tantal,        50/,        Niob,        0,50/p    Bor,     200/,          Kobalt,    einzeln oder gemischt, insgesamt je  doch in einer Menge von höchstens     200/p,    ent  halten.  



  Die Erfindung erstreckt sich auch auf  Gegenstände aus     Schwerrneta,llen    und deren  Legierungen, insbesondere aus     unlegierten     und legierten Stählen, aus warmfesten Le  gierungen auf der Grundlage von Nickel und  Kobalt, aus keramischen Werkstoffen, aus  Kohlenstoff und aus ähnlichen Werkstoffen,  bei denen nur die Oberfläche von der erfin  dungsgemäss vorgeschlagenen Legierung ge  bildet wird.  



  Denn es hat sich überraschenderweise  herausgestellt, dass diese Legierung auch zur  Oberflächenveredlung von Schwermetallen,  z. B. der bekannten     ferritischen    und     austeni-          tischen        zunderbeständigen    Stähle, besonders  der     Gästurbinenstähle,    sowie der bekannten  warmfesten Legierungen auf der Grundlage  von Nickel und Kobalt verwendet werden  kann.

   So kann man zum Beispiel nach  an sich bekannten Verfahren diese Legie  rung auch in dünnen homogenen Schich  ten durch Aufspritzen, Auftragen     pasten-          förmiger    Legierungen (etwa in Queck  silber) und nachträglicher     Sinterung,    durch       Schmelztauchen,    Plattieren und durch andere  bekannte Verfahren aufbringen.

   Diese Le  gierung ist vor allem ein idealer Werkstoff  für das     Metallspritzverfahren.    Die Schichten  haften auch bei höchster thermischer Bean  spruchung absolut fest und sind fähig, bei  thermischer Dauerbeanspruchung durch Dif  fusion     spannungs-    und porenfreie Misch-           kristallzwischenschichten    mit kontinuier  lichem Übergang der Legierungsgehalte zwi  schen Schicht und Grundwerkstoff zu bilden.  Versuche haben auch ergeben, dass eine Ver  armung der Legierungsgehalte in den Rand  zonen bei den üblichen Gebrauchstempera  turen von etwa 700  C praktisch nicht ein  tritt, wenn die aufgebrachte Legierungs  schicht mindestens 0,1 mm beträgt.

   Korro  sionsprüfungen gegen     Vanadinpentoxyd    bei  900 und 1000  C haben an derartig ober  flächenveredelten     Werkstoffen    Lebenszeiten  ergeben, welche diejenigen sämtlicher für  diesen Zweck bekannten Legierungen bei  weitem übertreffen.  



  Durch die Fähigkeit der vorgeschlagenen  Legierung, mit den bekannten     zunderfesten     Stählen, insbesondere mit     Gasturbinenstäh-          len,    Mischkristalle zu bilden, ist es möglich,  derartige Legierungsschichten auf diesen  Stählen -durch Diffusion festhaftend und  porenfrei zu erzeugen. So konnte gefunden  werden, dass Oberflächenschichten aus diesen  Legierungen auf     austenitischen    und auf     ferri-          tischen    Stählen leicht erzeugt werden können,  wenn man die zu veredelnden Stähle in an  sich bekannter Weise in eine pulverförmige  Legierung mit 25 bis     650/"    Chrom und 5 bis  <B>250/,</B> Silizium einbettet.  



  Es hat sich sogar gezeigt, dass es auch  möglich ist, die besonders warmfesten Stähle,  welche     Molybdän,    Wolfram,     Vanadium,        Tan-          tal    oder     Niob    enthalten, mit Schichten aus  der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Le  gierung durch Diffusion festhaftend und  porenfrei zu überziehen, weil durch das aus  dieser Legierung in den     Grundwerkstoff    ein  diffundierende Silizium die für die Beständig  keit gegen     V205-Zunderangriff    besonders  schädliche Wirkung des     Molybdäns,    Wolf  rams,     Vanadiurns,

          Tantals    und     Niobs    aus  geschaltet wird. Durch diese Oberflächen  veredlung ist es somit möglich, die besonders  warmfesten Stähle auch in mit Rohöl be  feuerten Turbinen zu verwenden.  



  Sämtliche vorstehend beschriebenen  Oberflächenveredlungen, wie das Aufbringen  einer homogenen Legierungsschicht oder die         Diffusionsbehandlung,    können auch auf Ge  genständen aus urlegierten     kohlenstoffarmen     Stählen     durchgeführt    werden.     Allerdings          neigen,    derartige Werkstücke zur Grobkorn  bildung.  



  Ebenso wie die vorerwähnten Ober  flächenveredlungen metallischer Grundstoffe  gelingt auch die Oberflächenveredlung von  Gegenständen aus keramischen Werkstoffen  oder aus Kohlenstoff und ähnlichen     Werk-          stoffen.     



  Schliesslich können derartige Gegenstände,  die mindestens an der Oberfläche aus der er  findungsgemäss vorgeschlagenen Legierung  bestehen, auf pulvermetallurgischem Wege  hergestellt werden, z. B. indem man jeweils  die Legierung     pulvert,    zu Gegenständen  formt und sie hierauf durch Sintern verfestigt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Gegenstand, der bei hohen Tempera turen gegen die in den Verbrennungsrück ständen flüssiger Brennstoffe vorhandenen Oxyde widerstandsfähig ist, dadurch gekenn zeichnet, dass er mindestens an der Oberfläche aus einer bis 10/, Kohlenstoff, 4 bis 11 Silizium, 10 bis 45 % Chrom, ferner Eisen und dessen Begleitelemente Mangan, Schwefel und Phosphor enthaltenden Legierung besteht. 1I. Verfahren zur Herstellung eines Ge genstandes nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass dieser auf pulvermetall urgischem Weg erzeugt wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 30% Nickel enthält. 2.

   Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 201/, Aluminium enthält. 3. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 50/, Wolfram enthält. 4. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch, bis 5'/', Molybdän enthält. 5. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 2% Vanadium enthält. 6.

   Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 20/, Titan enthält. <B>7</B>. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis<B>501"</B> Tantal enthält. s. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis<B>5010</B> Niob enthält. 9. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 0,5 % Bor enthält. 10. Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 200/, Kobalt enthält. 11.

   Gegenstand nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung noch bis 50/0 Wolfram, bis<B>50/,</B> Molybdän, bis 20/0 Vanadium, bis 20/, Titan, bis 50,/" Tantal, bis 50/, Niob, bis 0,50/, Bor und Kobalt in einer bis zu 20% betragenden Gesamtmenge enthält.