CH397252A - Legierung, Verfahren zur Herstellung der Legierung und deren Verwendung - Google Patents

Description

  Legierung,     Verfahren    zur Herstellung der     Legierung        und    deren Verwendung    Die vorliegende     Erfindung    betrifft eine Legierung,  ein Verfahren zur Herstellung der Legierung und  deren Verwendung.  



  Bei der     Herstellung    der Innenwände von Düsen  rohren moderner Gasturbinen wurden Schwierigkeiten  begegnet. Diese     Wände    müssen aus einer Legierung  hergestellt sein, die dem vielfach wiederholten schnel  len Erhitzen auf     etwa    800  C und Abkühlen stand  halten können. Die     Legierung    muss sehr oxydations  fest und leicht schweissbar sein, eine hohe Kriech  festigkeit und gute     Zugfestigkeit    und     Duktilität    auf  weisen, um den     in    solchen Rohren von bis zu 100 cm  Durchmesser und 600 cm Länge auftretenden Span  nungen widerstehen zu können.  



  Die Wirkung der höheren Temperaturen bestand  in einer Verkürzung der Lebensdauer der früher ver  wendeten Materialien; bessere bekannte Legierungen,  welche     ausprobiert    wurden, wiesen trotz der Anwen  dung verschiedener Wärmebehandlungen bei oder  nahe bei der Naht     eine    schlechte     Duktilität    auf. Zu  dem ist die Wärmebehandlung eines fertig verschweiss  ten Rohres wegen seiner     Dimensionen    schwierig.  



  Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Le  gierung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie  aus  
EMI0001.0016     
  
    19,0-23 <SEP> GewA <SEP> Chrom
<tb>  <B>12,0-25</B> <SEP> GewA <SEP> Kobalt
<tb>  3,0- <SEP> 8,59 <SEP> Gew.% <SEP> Molybdän
<tb>  1,7- <SEP> 2,45 <SEP> Gew.% <SEP> Titan
<tb>  0,3- <SEP> 0,74 <SEP> GewA <SEP> Aluminium
<tb>  0,2- <SEP> 0,6 <SEP> Gew.% <SEP> Mangan
<tb>  0,1- <SEP> 0,5 <SEP> GewA <SEP> Silizium
<tb>  0 <SEP> - <SEP> 0,6 <SEP> GewA <SEP> Kohlenstoff
<tb>  0 <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> Gew.% <SEP> Eisen
<tb>  0 <SEP> -- <SEP> 0,5 <SEP> Gew.% <SEP> Zirkon       besteht und dass der Rest aus Nickel besteht, wobei  der     Molybdän-Titan-Aluminium-Faktor,

      der .durch  Addition des einfachen     Molybdän-Prozentsatzes    und  des doppelten Aluminium-Prozentsatzes und des vier  fachen Titan-Prozentsatzes erhalten wird,     kleiner    als  16 ist.  



  Ein weiterer Gegenstand vorliegender Erfindung  ist das Verfahren zur Herstellung der erfindungs  gemässen Legierung, das dadurch gekennzeichnet ist,  dass die Legierung unter Luft oder unter     Vakuum     erschmolzen und hernach lösungsbehandelt wird.  



  Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfin  dung ist die Verwendung der erfindungsgemässen  Legierung zur Herstellung von Blechen, Stangen und  Röhren.  



  Vorzugsweise beträgt der Aluminiumgehalt der  Legierungen 0,35-0,6 %, der     Titangehalt    l,9-2,45  und der     vereinigte        Aluminium-Titangehalt    2,5-2,8 %.  



       Zirkonium    ist in der Legierung von 0 bis zu  0,5 % enthalten. Schwefel kann bis zu 0,01 % ent  halten sein, ist aber vorzugsweise unter     0,005%    ge  halten.  



  Kohlenstoff und Eisen werden anwesend sein,  wenn handelsübliche Legierungen zur Herstellung der  erfindungsgemässen Legierung verwendet werden. Der       Kohlenstoff-        und    Eisengehalt soll jedoch so niedrig       als    möglich gehalten werden.  



  In einem Spezialfall enthält die     Legierung    vor  zugsweise 3,0-6,1 %     Molybdän,    wobei aber der       Molybdängehalt    vorzugsweise 5,5-6,5 % beträgt.  



  Der     Kobaltgehalt    der Legierung beträgt vorzugs  weise 18-21 %.  



  Der Aluminium-, Mangan- und     Siliziumgehalt    der       Legierung    ist von .beträchtlicher Wichtigkeit.      Wenn der Aluminiumgehalt der Legierung 0,74     %     übersteigt, fällt die     Duktilität    der Legierung und ihre  Schweisseigenschaften verschlechtern sich wegen der  Ausbildung einer Haut, besonders wenn Bleche, be  stehend     aus    der genannten Legierung, verschweisst  werden. Wenn anderseits der Aluminiumgehalt der  Legierung     weniger    als 0,3 % beträgt, sinkt die Kriech  festigkeit und sie ändert sprunghaft.  



  0,2-0,6     %    Mangan und 0,1-0,5 % Silizium werden  zur Verstärkung der Legierung und zur Verbesse  rung ihrer     Schweissbarkeit    beigegeben. Diese Pro  zentsätze an Mangan und Silizium verbessern die       Fliessfähigkeit    der Legierung und verhindern die  Blasenbildung beim     Argonbogenschweissen.    Solche  Blasen haben die Neigung, sich beim     Argonbogen-          schweissen    zu bilden und vermindern dadurch die  Festigkeit der Naht.  



  Anhand der beiliegenden Zeichnung ist der Erfin  dungsgegenstand näher erläutert; es zeigen:       Fig.    1 eine schematische Perspektive einer Vor  richtung zur Prüfung der erfindungsgemässen Legie  rung, und       Fig.    2 ein Diagramm der Legierungszusammen  setzung.    <I>Versuche</I>  <I>1. Erhitzen und Abkühlen:</I>  Ein geschweisstes Blech der für den Versuch vor  bereiteten Legierung wird in der Schweisszone wäh  rend 10 Sekunden erhitzt und nachher während  50 Sekunden abgekühlt, wobei es einer konstanten  Last von 1,25     t/cm2    ausgesetzt ist. Die Schweisszone  sollte mindestens 500 Heizzyklen bis zu 800  C und  Abkühlen ohne Versagen aushalten.  



  Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur  Durchführung dieses Versuches ist schematisch in       Fig.    1 dargestellt, worin 10 ein Versuchsstück von  10 cm Breite bezeichnet, welches aus zwei an der  Stelle 11 verschweissten Blechen besteht. Das Ver  suchsstück 10 ist an einem Stab 12 aufgehängt und  trägt ein an einem Stab 13 aufgehängtes Gewicht 14.  



  Ein     Brenner    15, welchem durch ein Rohr 16 ein  Gemisch von aus dem Rohr 17 herkommender Luft  und aus dem Rohr 18 herkommendem Gas zugeführt  wird, richtet eine Anzahl von     Flammen    auf die  Schweisszone. Um den Brenner 15 herum ist ein  Zylinder 19 mit einer Aussparung 20 angeordnet.  Der Zylinder 19 wird so rotieren gelassen, dass die  Schweissnaht der Flamme während 10 Sekunden aus  gesetzt ist, während bei der übrigen Rotation, die  50 Sekunden dauert, die Schweissnaht von der  Flamme durch den Zylinder     abgeschirmt    ist. Ein       Thermoelement    21 misst die Temperatur der Schweiss  naht.

   In dieser Weise kann das Versuchsstück auf die  gewünschte Temperatur gebracht, natürlich abkühlen  gelassen und wieder schnell auf die Versuchstempe  ratur gebracht werden.  



  <I>2.</I>     Duktilität:     Die     Duktilität    des geschweissten Versuchsstückes  nach dem Altern und nach dem Beanspruchen der    Schweissnaht in rechten Winkeln zu der Zugachse  sollte nicht mehr als     5,0110    Verlängerung nach dem  Bruch eines     Standardzugversuchsstückes    bei einer  Versuchstemperatur von 775  betragen, gemessen in  kaltem Zustand auf 25,4 mm     Eichlänge    der Schweiss  naht.  



  Unter     Standardversuchsstück    wird ein Stück von  19 mm Breite mit parallelem Querschnitt und 7,5 bis  9 cm Länge, das an den Enden langsam auf 32 mm  Breite anwächst, verstanden.    <I>3. Kriechen:</I>  Bei einem     Dauerbelastungsversuch    sollte das  Material nicht mehr als 1     %        Formänderung    nach  100 Stunden bei 775 C unter einer Belastung von  1,25     t/cm2    aufweisen.  



  <I>4. Zugfestigkeit:</I>  Die     Zugfestigkeit    nach 30minütiger Behandlung  in Lösung bei 775  C Versuchstemperatur sollte nicht  weniger als 4800     kg/cm2    mit einer 0,1 Versuchs  belastung von     mindestens    2300     kg/cm2        betragen.     



  Die oben beschriebenen Legierungen bestehen alle  vier genannten Versuche.  



  In     Fig.    2     begrenzt    das Rechteck     ABCD    den Be  reich des Aluminium- und     Titangehaltes    der beschrie  benen Legierungen.  



  Die gestrichelte Linie     EF    wurde so eingezeichnet,  dass alle Legierungen, deren Aluminium- und Titan  gehalt innerhalb des Trapezes     AEFD    liegt und deren       Molybdängehalt    3,0-6,l % beträgt, notwendigerweise  einen     Mo-Ti-AI-Faktor    von weniger als 16 auf  weisen.  



  Legierungen jedoch, deren Aluminium- und       Titangehalt    innerhalb dem Trapez     EBCF    liegt und  deren     Molybdängehalt    3,0-8,59     Gew.        %    beträgt,  weisen einen     MO-Ti-AI-Faktor    von mehr oder weni  ger als 16 auf, je nach der in der Legierung enthal  tenen     Molybdänmenge    und sind     dann    diesbezüglich  ausser- oder innerhalb des Gegenstandes der vorlie  genden Erfindung.  



  Besonders zufriedenstellende Legierungen zur  Verwendung bei der     Düsenrohrherstellung    werden  erhalten, wenn die Legierungen einen im Rhombus       GHIJ    liegenden     Aluminium-Titangehalt    aufweisen,  wobei der Punkt G 0,6 % Al und 1,9 %     Ti,    H 0,6 % Al  und 2,2%     Ti,    I<B>0,35%</B> A1 und     2,45%        Ti    und  J<B>0335%</B> Al und<B>2,1525</B>     Ti    entsprechen. Der kom  binierte Aluminium- und     Titangehalt    aller in den  Rhombus     GHIJ    fallenden Legierungen liegt vorzugs  weise innerhalb dem Bereich von 2,5-2,8 %.

   Solche  Legierungen werden vorzugsweise dadurch erhalten,  dass die Legierung einer Lösungsbehandlung wäh  rend 10-15 Minuten bei 1060-1180 C unterworfen  wird.  



  Die Legierungen können bei Luft oder im  Vakuum erschmolzen und dann in     normaler    Weise  zu einem Blech gewalzt werden, worauf sie lösungs  behandelt und während 4-16 Stunden bei 700 bis  800  C gealtert werden können. Bei Legierungen,      deren     Aluminium-Titangehalt    in das Rechteck     AEKD     fallen, das heisst, deren     Titangehalt    1,7-2,1 % be  trägt, wird die Lösungsbehandlung während 10 bis  30 Minuten bei 1080-1120  C vorgenommen.

   Legie  rungen, deren     Aluminium-Titangehalt    in das Recht  eck     EBCK    fallen, das heisst, deren     Titangehalt    2,1 bis  2,45 % beträgt, können während 10-15 Minuten bei  1050-1100  C einer Lösungsbehandlung unterzogen  werden.  



  Solche Legierungen können     argonbogengeschweisst     oder nahtgeschweisst und dicke Bleche können stumpf-    geschweisst werden. Wenn ein Füllstab benötigt wird,  wie es bei relativ dicken Blechen (z. B. mehr als  0,7 mm) der Fall ist, kann dieser aus der gleichen  Legierung bestehen.  



  Eine beschriebene Legierung, bezeichnet als  Legierung A,     mit    einem     Mo-Ti-AI-Faktor    von 13,9  sei nachstehend mit einer handelsüblichen Blech  legierung, bezeichnet als Legierung S,     verglichen,     wie sie für die Innenwände von Düsenrohren ver  wendet wird.

    
EMI0003.0011     
  
    <I>Zusammensetzung <SEP> der <SEP> Legierungen <SEP> in</I>
<tb>  Legierung <SEP> A <SEP> Legierung <SEP> S
<tb>  Chrom <SEP> 21,00 <SEP> 19,80
<tb>  Titan <SEP> 1,75 <SEP> 2,30
<tb>  Aluminium <SEP> 0,45 <SEP> 1,20
<tb>  Kobalt <SEP> 20,00 <SEP> 0,60
<tb>  Mangan <SEP> 0,40 <SEP> 0,30
<tb>  Silizium <SEP> 0,30 <SEP> 0,50
<tb>  Molybdän <SEP> 6,00 <SEP>   Eisen <SEP> 0,50 <SEP> 0,90
<tb>  Kohlenstoff <SEP> 0,04 <SEP> 0,10
<tb>  Schwefel <SEP> 0,005 <SEP> 0,007
<tb>  Nickel <SEP> Rest <SEP> Rest       Die Legierung A wurde während 10-15 Minuten  bei 1120      einer    Lösungsbehandlung unterworfen,       argonbogengeschweisst    und     während    16 Stunden bei  780  gealtert.  



  Die Legierung S wurde während 10-15 Minuten  bei 1080  einer Lösungsbehandlung unterzogen,         argonbogengeschweisst    und während 4 Stunden bei  750  gealtert.  



  Die Schweissstellen wurden darauf den obigen       vier    Versuchen unterworfen. Beide bestanden die  Versuche 3 und 4. Versuche 1 und 2 ergaben jedoch  die folgenden Resultate:  
EMI0003.0017     
  
    <B>11/0</B> <SEP> Dehnung <SEP> bei <SEP> 7750C <SEP> Wärmezyklus <SEP> bis <SEP> Versagen,
<tb>  (Versuch <SEP> 2) <SEP> 20 <SEP> bis <SEP> 7750 <SEP> C <SEP> (Versuch <SEP> 1)
<tb>  A <SEP> 11 <SEP> 1020
<tb>  S <SEP> 1 <SEP> 8       Vier     weitere    Legierungen B, C, D und E wurden  auch den Versuchen unterworfen, wobei diese Legie  rungen die gleiche Zusammensetzung aufweisen wie    die Legierung A, ausser dass sie den folgenden     Molyb-          d'än.-Titan-Aluminiumgehalt    haben:

    
EMI0003.0021     
  
    Legierung
<tb>  B <SEP> C <SEP> D <SEP> E
<tb>  Molybdän <SEP> % <SEP> 6,0 <SEP> 5,86 <SEP> 6,0 <SEP> 6,1
<tb>  Titan <SEP> % <SEP> 2,41 <SEP> <B>2,38</B> <SEP> 2,12 <SEP> 2,12
<tb>  Aluminium <SEP> % <SEP> 0,51 <SEP> 0,30 <SEP> 0,30 <SEP> 0,45       Diese     Legierungen    ergaben bei den Versuchen 1 und 2 die folgenden Resultate:

    
EMI0003.0023     
  
    Legierung <SEP> <B>MO-Ti-Al-Faktor</B> <SEP> % <SEP> Dehnung <SEP> bei <SEP> 775o <SEP> C <SEP> Wärmezyklus <SEP> bis <SEP> ersagen,
<tb>  20 <SEP> bis <SEP> 775o <SEP> C
<tb>  B <SEP> 16,66 <SEP> 8 <SEP> 510
<tb>  C <SEP> 15,98 <SEP> 6 <SEP> 840
<tb>  D <SEP> 15,08 <SEP> 11 <SEP> 960
<tb>  E <SEP> 15,48 <SEP> 23 <SEP> 1410              Demgemäss    widerstanden die Legierungen A, C  und D, deren     Mo-Ti-AI-Faktor    weniger als 16 be  trägt, wiederholtem Erhitzen und Abkühlen merklich  besser als die Legierung B, deren     Mo-Ti-AI-Faktor     grösser als 16 ist und die somit ausserhalb dem Be  reich vorliegender Erfindung ist.

   Die Legierung E  schnitt am besten ab, und diese Legierung, uriähn  lich den Legierungen     A-D,    wies einen in das Par  allelogramm     GHIJ        (Fig.2)    fallenden     Al-Ti-Gehalt     auf.  



  Die in den beschriebenen Legierungen zulässigen  Mengen an Aluminium und Titan liegen in einem  sehr engen Bereich. Eine Legierung F wurde her  gestellt, um zu zeigen, wie kritisch dieser Bereich ist.  Diese nicht erfindungsgemässe     Legierung    F hat die  gleiche Zusammensetzung wie die     Legierung    A, ausser  dass ihr     Mo-Ti-Al-Gehalt    der folgende war:  
EMI0004.0011     
  
    Molybdän <SEP> 6,07
<tb>  Titan <SEP> 1,51
<tb>  Aluminium <SEP> 0,21%       Die     Legierung    F wurde den vier beschriebenen  Versuchen     unterworfen    und befriedigte in bezug auf  die Versuche 1 und 2 sehr, da sie nach 3250 Wärme  zyklen noch     nicht    gebrochen war und 20 % Dehnung  bei 775  aufwies.

   Versuche 3 und 4 wurden jedoch  nicht bestanden und die     Legierung    F war daher in  bezug auf Kriechfestigkeit und Zugfestigkeit unge  nügend.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus EMI0004.0018 l9,0-23 <SEP> GewA <SEP> Chrom <tb> 12,0-25 <SEP> Gew.% <SEP> Kobalt <tb> 3,0- <SEP> 8,59 <SEP> GewA <SEP> Molybdän <tb> 1,7- <SEP> 2,45 <SEP> Gew. <SEP> % <SEP> Titan <tb> 0,3- <SEP> 0,74 <SEP> Gew.% <SEP> Aluminium <tb> 0,2- <SEP> 0,6 <SEP> GewA <SEP> Mangan <tb> 0,1- <SEP> 0,5 <SEP> Gew.% <SEP> Silizium <tb> 0 <SEP> - <SEP> 0,6 <SEP> GewA <SEP> Kohlenstoff <tb> 0 <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> Gew.

   <SEP> % <SEP> Eisen <tb> 0 <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> GewA <SEP> Zirkon besteht und dass der Rest aus Nickel besteht, wobei der Molybdän-Titan-Aluminium-Faktor, der durch Addition des einfachen Molybdän-Prozentsatzes und des doppelten Aluminium-Prozentsatzes und des vier fachen Titan Prozentsatzes erhalten wird, kleiner als 16 ist. II. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung unter Luft oder unter Vakuum erschmolzen und hernach lösungsbehandelt wird. III. Verwendung der Legierung nach Patentan spruch I zur Herstellung von Blechen, Stangen oder Röhren.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 3,0-6,1 % Molyb- dän enthält. 2. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie 5,5-6,5 % Molybdän enthält. 3.

   Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1,7-2,1 % Titan enthält. 4. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie<B>0,35-0,6%</B> Aluminium und 1,9-2,45 % Titan enthält, wobei der kombinierte Aluminium-Titangehalt vorzugsweise<B>2,5-2,8%</B> be trägt. 5. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 0,01 % Schwefel enthält. 6. Legierung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefelgehalt bis zu 0,005 % beträgt.

   7. Legierung nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie 18-21 % Kobalt enthält. B. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung nach der Lösungs behandlung während 4-16 Stunden zwischen 700 bis 800 gealtert wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung während 10 bis 30 Minuten bei 1080-l120 C lösungsbehandelt und nachher während 4-16 Stunden zwischen 700 bis 800 C gealtert wird. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung, deren Titan gehalt 2,1-2,45% beträgt, während 10-15 Minuten bei 1050-1100 C lösungsbehandelt wird. 11. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung während 10 bis 15 Minuten bei 1060-1080 C lösungsbehandelt wird. 12. Verwendung nach Patentanspruch III, zur Herstellung eines Düsenrohres.