CH492792A

CH492792A - Verwendung einer Nickellegierung zur Herstellung von zähen warm- und kaltformbaren Gegenständen, die bei Temperaturen über 500 ºC dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Vanadin und/oder Schwefel enthaltenden Brennstoffen ausgesetzt sind

Info

Publication number: CH492792A
Application number: CH527267A
Authority: CH
Inventors: Bundgardt Karl Prof Ing Dr; Nat Spyra Wolfgang Dr Rer; Albert Dipl-Ing V D Steinen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke Ag
Priority date: 1966-08-16
Filing date: 1967-04-14
Publication date: 1970-06-30
Also published as: GB1151178A; DE1533228B1

Description

Verwendung einer Nickellegierung zur Herstellung von zähen warmund kaltformbaren Gegenständen, die bei Temperaturen über 500 "C dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Vanadin und/oder
Schwefel enthaltenden Brennstoffen ausgesetzt sind
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Nickellegierung zur Herstellung von zähen warm- und kaltformbaren Gegenständen, die bei Temperaturen über 500 C dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Vanadin und/oder Schwefel enthaltenden Brennstoffen ausgesetzt sind.

Insbesondere bei Verwendung billiger Rückstands öle, wie schwerem Heizöl, finden sich im Rauchgas die in Bezug auf die Korrosion schädlichen vanadin- und schwefelhaltigen Bestandteile. Der Einsatz von schwerem Heizöl ist wegen der durch diese Bestandteile hervorgerufenen Korrosionserscheinungen, die an metallischen Bauteilen bei Betriebstemperaturen über etwa 500 OC auftreten, bisher nur sehr beschränkt möglich gewesen. In einigen Anwendungsfällen boten Chrom Nickel-Legierungen mit 50 bis 600/0 Chrom einen Ausweg bei der Auswahl von Werkstoff für gefährdete Konstruktionsteile. So haben sich z. B. ungekühlte, gegossene Überhitzerrohrhalterungen und Unterstützungen aus diesen Werkstoffen im praktischen Betrieb bewährt.

Von Nachteil ist jedoch, dass mit dem Chromgehalt der Chrom-Nickel-Legierungen die Formbarkeit, Zähigkeit und Warmfestigkeit abnehmen. Die Legierung 60/40 Cr-Ni kann sogar nur im Gusszustand verwendet werden. Daraus ergibt sich eine zusätzliche Beschränkung für den Einsatz dieser Legierung.

Es hat sich nun völlig unerwarteterweise herausgestellt, dass bestimmte Chrom-Eisen-Nickel-Legierungen mit etwa 20 o/o Chrom und in bestimmter Weise begrenztem Eisengehalt eine ähnlich gute Beständigkeit gegen Hochtemperaturkorrosion aufweisen wie die bekannten Chrom-Nickel-Legierungen mit 50 bis 600/0 Chrom. Zusätzlich sind die neuen Legierungen auch warin- und kaltformbar sowie zäh.

Es wurde gefunden, dass diese Forderungen erfindungsgemäss von einer Nickellegierung erfüllt werden, welche
18 bis 25 ovo Cr
10 bis 17 O/o Fe und
1,6 bis 5 0/0 Al enthält, wobei die Summe Al + allfälliges Si höchstens 6 0/0 beträgt, und die daneben noch bis 5 0/o Si, bis 1 /o Mn und/oder bis 0,1 0/0 C, eventuell auch noch z. B. bis 0,02 O/o B und bis 0,2 ovo Zr enthalten kann. Die Legierung wird erfindungsgemäss zur Herstellung von zähen warm- und kaltformbaren Gegenständen, die bei Temperaturen über 500 OC dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Vanadin und/oder Schwefel enthaltenden Brennstoffen ausgesetzt sind, verwendet.

Besonders heftig ist z. B. der Angriff von Vanadinpentoxyd (V-Or und Schwefelwasserstoff (HeS). Eine Legierung mit den erfindungsgemäss angegebenen Grenzen mit dem unteren Gehalt von 10 O/o Eisen besitzt die grösste Beständigkeit gegen den Angriff von Schwefelwasserstoff bei 650 OC. Auch der Widerstand gegen den Angriff von Vanadinpentoxyd ist bei einem derartigen Eisengehalt verhältnismässig gross. Dieser nimmt zwar bis zu einem Eisengehalt von etwa 17 o/o noch weiter zu, jedoch wird die Beständigkeit der Legierung gegen den Angriff von Schwefelwasserstoff wieder etwas geringer.

In dem angegebenen Bereich von 10 bis 17 O/o Eisen wurde das Optimum der Beständigkeit gegen den gleichzeitigen Angriff von Schwefelwasserstoff und Vanadinpentoxyd gefunden.

Der Widerstand der Legierung gegenüber einem Angriff von Vanadinpentoxyd liess sich durch Zugabe von bis zu 5 O/o Silizium noch weiter verbessern. Ein erhöhter Schutz gegen den Angriff von Schwefel unter reduzierenden Bedingungen ist durch einen Zusatz von 1,6 bis 5 0/0 Aluminium erreicht. Die Summe der Gehalte an Silizium und Aluminium darf jedoch 6 O/o nicht überschreiten, um örtliche Aufschmelzungen zu vermeiden. Als besonders vorteilhaft haben sich Legierungen mit
18 bis 22 /o Cr
11 bis 15 ovo Fe
2 bis 3 0/0 Al
2 bis 3 0/0 Si
0 bis 0,8 0/0 Mn
0 bis 0,080/0 C
Rest Nickel (und übliche Beimengungen) für den Zweck gemäss der Erfindung herausgestellt.

Anhand der nachfolgenden Beispiele werden die Vorteile aufgezeigt, die sich durch die Verwendung der vorgeschlagenen Legierung für den Zweck der Erfindung ergeben. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind zum Vergleich einige unter denselben Bedingungen erhaltene Ergebnisse von Korrosionsversuchen an Chrom-Nickelund Chrom-Eisen-Nickel-Legierungen angegeben:

:
Tabelle 1 Legierung H2S bei 650 "C V205 bei 925 "C
Gew.-Zunahme Gew.-Abnahme in gm2h g/m2h Ni20Cr 27 1210 Ni5OCr 25 910 Ni60Cr 25 224 Ni20CrI3Fe 17 174 Ni20Crl6Fe 25 144 Ni20Cr13Fe2,5Si 25 74 Ni20Cr13Fe2,5Si2,5A1 10 80 *) *) erfindungsgemäss
Wenn bei den vorgeschlagenen Konstruktionswerkstoffen ein erhöhter Widerstand gegen mechanische Beanspruchung gefordert wird, so kann dies durch Zusatz von zur Aushärtung führenden Elementen, wie Titan, Tantal/Niob erreicht werden, ohne dass die hohe Korrosionsbeständigkeit dieser Legierungen eine stärkere Einbusse erleidet. So können 2 bis 5,5 0/0 Niob und/oder Tantal sowie bis 1,4 0/0 Titan einzeln oder gemeinsam vorhanden sein.

Weiterhin wurde festgestellt, dass es in Bezug auf die Zeitstandfestigkeit vorteilhaft ist, die Chrom und Eisengehalte aufeinander abzustimmen. Die Zeitstandfestigkeit bei 7500C nimmt mit grösser werdendem (Cr + Fe)-Gehalt ab. Deshalb soll vorzugsweise der Gehalt dieser Aluminium-, Titan-, Niob/Tantal- sowie auch Bor- und Zirkon-legierten Werkstoffe 35 0/0 (Cr + Fe) nicht übersteigen.

Als besonders geeignet hat sich eine Legierung mit Nickel und
18 bis 21 O/o Cr
11 bis 15 O/o Fe
1,6 bis 2,5 /o Al bis 0,3 O/o Si
2,5 bis 3,5 O/o Nb/Ta
0,6 bis 1,4 O/o Ti bis 0,5 O/o Mn bis 0,08 /o C bis 0,01 0/o B bis 0,1 O/o Zr (und den üblichen Begleitelementen) für den erfindungsgemässen Verwendungszweck ergeben.

In Tabelle 2 ist die chemische Zusammensetzung einiger Legierungen in den erfindungsgemässen Grenzen enthalten
Tabelle 2 Nr. C Si Mn Cr Fe Al Ti Nb/Ta Ni I 0,014 0,06 0,03 19,78 13,61 1,69 2,36 - Rest II 0,019 0,09 Sp. 19,88 12,51 1,58 - 5,01 Rest III 0,024 3,02 Sp. 19,85 11,71 1,67 - 5,28 Rest IV 0,063 Sp. 0,28 19,01 12,68 2,02 1,12 3,10 Rest V 0,078 1,68 0,25 19,10 12,43 2,04 0,98 2,63 Rest
Nach einer Lösungsglühbehandlung der in Tabelle 2 aufgeführten Legierungen von 1-2 Stunden bei Temperaturen von 1100-1200 0C und nach einer anschliessenden Auslagerung von 100 Stunden bei 700 0C wurden die in Tabelle 3 aufgeführten Härtewerte ermittelt:

:
Tabelle 3
Vickershärte in HV1o Nr. lösungsgeglüht ausgehärtet I 160 320 II 160 400 III 220 410 IV 190 440 V 220 420
Korrosionsversuche an den vorstehend aufgeführten Legierungen führten zu folgenden Ergebnisssen:
Tabelle 4
H2S bei 650 C V*,O5 bei 925 C
Gew.-Zunahme Gew.-Abnahme Nr. in g/m2.h g/m2 h I 14 210 II 15 502 III 10 180 IV 11 512 V 7 184
Ein Vergleich der in Tabelle 4 enthaltenen Werte mit denen in Tabelle 1 zeigt, dass die erfindungsgemässe zu verwendenden Legierungen in geringerem Masse korodieren als z. B. eine Chrom-Nickel-Legierung mit 50 O/o Chrom.

Neben der verbesserten Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemässen Legierung besitzt sie, wie gesagt, gegenüber reinen Chrom-Nickel-Legierungen den Vorteil besserer mechanischer Eigenschaften, so dass sie insbesondere für Zwecke geeignet ist, die neben guter Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit auch gute mechanische Eigenschaften wie Zähigkeit sowie Warmund Kaltverformbarkeit erfordern.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verwendung einer Nickellegierung, welche 18 bis 25 ovo Cr 10 bis 27 O/o Fe und 1,6 bis 50/0 Al enthält, wobei die Summe Al + allfälliges Si höchstens 6 0/0 beträgt, zur Herstellung von zähen warm- und kaltformbaren Gegenständen, die bei Temperaturen über 500 C dem Angriff von Verbrennungsprodukten von Vanadin und/oder Schwefel enthaltenden Brennstoffen ausgesetzt sind.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verwendung nach Patentanspruch einer Legierung aus 18 bis 25 O/o Cr 10 bis 17 O/o Fe, 1,6 bis 5 % Al 0 bis 5 O/o Si 0 bis 1 O/o Mn und 0 bis 0,1 0/0 C, Rest wobei die Summe aus Al + Si höchstens 6 O/o beträgt.

2. Verwendung nach Patentanspruch einer Legierung aus 18 bis 22 O/o Cr 11 bis 15 O/o Fe 2 bis 3 % Al 2 bis 3 % Si 0 bis 0,8 O/o Mn 0 bis 0,08 0/0 C Rest Nickel 3. Verwendung nach Patentanspruch oder Unteranspruch 2 einer Legierung, die noch 2 bis 5,5 /o Niob und/oder Tantal und bis 1,4 0/o Titan einzeln oder gemeinsam enthält und bei der die Summe der Elemente Chrom + Eisen höchstens 35 O/o beträgt.

4. Verwendung nach Patentanspruch und Unteranspruch 3 einer Legierung aus 18 bis 21 O/o Cr 11 bis 15 O/o Fe 1,6 bis 2,5 % Al 0 bis 0,3 % Si 2,5 bis 3,5 % Nb und Ta 0,6 bis 1,4 io Ti 0 bis 0,5 % Mn 0 bis 0,08 % C 0 bis 0,01 % B 0 bis 0,1 % Zr Rest Nickel.

Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft